【正文】 4 1 0 1 2 .2 4 [ ]lL u m??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?E 級精度絲杠允許的螺距誤差 [ Δ]=15μm/m。 12360 36 0 1 8 5poZZi li? ?????? 取小齒輪齒數(shù) 1 24Z? 則大齒輪齒數(shù) 2 50Z ? 因傳遞的扭距較小 ,取模數(shù) m=1mm 則 : 分度圓直徑 : 11 1 24 24d m z m m? ? ? ? 22 1 50 50d m z m m? ? ? ? 齒頂圓直徑 : 11( 2) ( 24 2) 1 26ad z m mm? ? ? ? ? ? 22( 2 ) ( 5 0 2 ) 1 5 2ad z m m m? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 : 11( ) ( 24 ) 1 21 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 21( ) ( 50 ) 1 47 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 齒寬 : 1 1 24 24db d m m?? ? ? ? 取 1 25b? 2 30b? 中心距 : ( ) ( 24 50) 37a d d m m? ? ? ? ? 分度圓壓力角 : 020?? 大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪 小齒輪采用兩片薄齒輪錯齒排列以消除間隙 . 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 如下 ： 13 2薄齒輪 , 3— 彈簧 , 8— 凸耳 , 5— 調(diào) 節(jié)螺釘 , 7— 螺母 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算公式，有： （ 1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為： 2210 1 2 32( ) ( ) ( )180pqbzJ J J J J Mz?? ?? ? ? ? ? 式中： qJ 為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載； 0J 為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量； 1J 為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量； 2J 為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量； 3J 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。 14 所以有： 3 4 2 213 4 2 223 4 2 230. 78 10 2. 4 2. 5 6. 47 10 .0. 78 10 5. 0 3. 0 14 6. 25 10 .0. 78 10 2. 0 30 37 .4 4 10 .J k g c mJ k g c mJ k g c m????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有： 2 2 2 2 224 10 ( ) ( 146 .25 4) 10 200 ( ) 93 .50 180dJ k g c m??? ? ? ? ? ? ?? 步進(jìn)電機(jī)的 計(jì)算選擇 (１）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計(jì)算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系： T Ps?? ? 式中 ? 為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移， ? 為機(jī)械傳動的效率。所以： 3 6 [ ( ) ]2p s zbP G PT ??? ? ???? 式中： sP 為移動部件負(fù)載（ N）， G為移動部件質(zhì)量（ N）， z P 為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（ N）， ? 為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， b? 為步進(jìn)電機(jī) 的步距角（ rad） ,T 為電機(jī)軸負(fù)載力矩（ ）?？紤]到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝ 1200Ｎ，所以有： 15 36 0. 01 [ 12 51 . 82 0. 03 ( 20 00 18 00 ) ]2 3. 14 1. 5 0. 8 65 .2 5 .T n c m? ? ? ?? ? ??? 考慮到啟動時運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩： 0. 3 ~ 0. 5Q TT ? 取系數(shù)為０ .３，則： 6 5 . 2 5 1 6 3 . 1 2 .0 . 4qT n c m?? 對于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)： m a x1 6 3 . 1 20 . 8 6 6 0 . 8 6 6 1 8 8 .3 6 .qTjT n c m? ? ? (２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 m a xm a x 1000 16676 0 6 0 0 . 0 1pvf?? ? ?? 為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運(yùn)行頻率 maxf ,同時電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大 ,查表選擇兩個 90BF001 型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) . 電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下 ： 型號 主要技術(shù)參數(shù) 相數(shù) 步距角 電壓 (V) 相電流 (A) 最大靜轉(zhuǎn)矩maxjT () 空載啟動頻率 空載運(yùn)行頻率 分配方式 90BF001 4 80 7 2021 8000 4相 8拍 外形尺寸 (mm) 重量 kg 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 外直徑 長度 軸直徑 90 145 9 1764 16 5 機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 １ .按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖； ２ .選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類型； ３ .根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計(jì)存儲器擴(kuò)展電路； ４ .根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)擴(kuò)展Ｉ／Ｏ接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等； ５ .選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號； ６ .繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號，管腳號及參數(shù)； ７ .說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進(jìn)行詳細(xì)的原理說明和方案論證 。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成： 1． 主控制器。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。包括只讀可編程序存儲器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲器。即 I/O 輸入輸出接口。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系 統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) (１）程序存儲器的擴(kuò)展 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。在選擇芯片時要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時序的匹配。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲器擴(kuò)展用芯片。 由以上分析，采用２７６４ EPROM 芯片的程序存儲器擴(kuò)展電路框圖如下所示： 圖 擴(kuò)展 2764電路框圖 (２）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 ↓ ↓ ALE ↓ PSEN EA CE A12 ↓ A8 2764 A7 ↓ A0 OE D7 ↓ D0 譯碼電路 G 74LS372 19 由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262 靜態(tài) RAM 數(shù)據(jù)存儲器。其擴(kuò)展電路如下所示： 圖 擴(kuò)展 6264電路框圖 (３）譯碼電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。故要進(jìn)行片選控制。可采用線選法和全地址譯碼法。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進(jìn)行譯碼， P2.4 ↓ ALE ↓ EA WR RD 1CE A12 ↓ A8 A7 ↓ 6264 A0 D7 ↓ D0 WE OE OE ↓ D0 譯碼電路 G 74LS372 20 譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。 該設(shè)計(jì)選用程序存儲器 2764 和數(shù)據(jù)存儲器 6264 組成 8031 單片機(jī)的外存儲器擴(kuò)展電路， （ 5）Ｉ／Ｏ擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) (a).通用可編程接口芯片８１５５ ８０３１單片機(jī)共有４個８位并行Ｉ／Ｏ接口，但供用戶使用的只有Ｐ 1 口及部分Ｐ 3 口線。 ８１５５與微機(jī)接口較簡單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。 （ 2）光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵磁繞組。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。利用光電耦合電路，將行程開關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至８０３１的Ｉ／Ｏ口Ｐ 。８０３１可利用軟件設(shè)計(jì)成查詢的方法隨時檢查有無越界信號。 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)選用ＭＣＳ－５１系列的８０３１作為主控制器。程序存儲器擴(kuò)展為４Ｋ，數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展為８Ｋ。系統(tǒng)復(fù)位以后， CPU從 0000H 開始執(zhí)行監(jiān)控程序。所以 6264 的空 間地址為 4000 ～５ＦＦＦＨ。8155 的片選 端 CE 接至譯碼器（ 74LS138）的 Y4 的輸出端，故 8155 控制命令寄存器及 PA，PB， PC 口的地址號分別為 8000H 及 8001H， 8002