【正文】 =40 或z1=20 z2=35 d2=70已確定橫向脈沖當(dāng)量δ=,滾珠絲杠導(dǎo)程L=4mm ,可計(jì)算出傳動(dòng)比ii=== z1=21 ,z2=35軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()由此式計(jì)算 =J+(z1/z2){Js+J2+G/g(L/2E)} （）式中:J—齒輪z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.J2—齒輪z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js—絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量G—工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量(N)L—絲杠的導(dǎo)程J1=10d1b = 102=J2=10d2b=1082=Js=07810DL=104170=G=800N代入式中J=+(32/40){++800/()}=電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)床在不同工況下,其所需要的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需要的力矩=Mmax+Mf+M0 （）式中:M起快速空載啟動(dòng)力矩()Mmax折算到電機(jī)軸上的加速力矩()Mf折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩()起動(dòng)加速時(shí)間ta=30msMmax=.e=10nmax=—傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()ε—電機(jī)最大角加速度nmax電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)—脈沖當(dāng)量—步進(jìn)電機(jī)的步距角nmax===500r/minMmax==摩擦力矩Mf()Mf==F.—導(dǎo)軌摩擦力(N)了發(fā) G運(yùn)動(dòng)部件總重量(N)i —齒輪降速比按i=Z1/Z2計(jì)算η—傳動(dòng)鏈總效率一般η=~ Mf==附加摩擦力M0M0=式中 FP0滾珠絲杠預(yù)加載荷一般取1/3F mFm為進(jìn)給牽引力(N)L0—滾珠絲杠導(dǎo)程(cm)N—%M0==M0=∴=Mmax+Mf+M0=++=(2)快速移動(dòng)時(shí)所需力矩=M+M0M===(3)最大切削力負(fù)載時(shí)所需力矩 =M+M0+Mt Mt=式中 Fmax進(jìn)給方向上的切削力取Fx= Mt折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩() Mt=`=() =Mt+M0+Mt=++= 從上面可以看出, ,三種情況下,以快速空載時(shí) 所需力矩最大,以此項(xiàng)工作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù) (4)計(jì)算電機(jī)空載轉(zhuǎn)動(dòng)和切削堵的工作頻率fk===4000Hz ==1000=833Hz(5) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 對(duì)于工作方式為五相十拍的步進(jìn)電機(jī) Mjmax== ，滿足其要求: (1).步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 橫向計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)滾珠絲杠選擇中的簡(jiǎn)圖,傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī) 電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()可由此式計(jì)算:=J1+(z1/z2){JS+J2+G/g(L0/2π) }式中:J1齒輪z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2齒輪z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 G工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量(N) L0絲杠的導(dǎo)程 J1=10d1L1=102= J2=10d2L1=1072= G=600N, Js=1045= =J1+(Z1/Z2){Js+J2+G/g(L0/2π)} =+(){++600/10()} =(2) 電機(jī)力矩的計(jì)算:機(jī)床在不同工況下其所需的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各段計(jì)算=Mmax+Mf+M0Mmax=.e=nmax===500r/minMmax==折算電機(jī)軸上的摩擦力力矩MfMf===附加摩擦力矩M0 M0=)=) ==Mmax=++=(3)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M快 =+M0 Mf== M0=1/3Fm/2paini(1n2)= =+=(4)最大切削負(fù)載所需力矩M切=Mf+M0+MtMt===Mf=== M切=++= 上面計(jì)算可以看出,和三種工況下,以最大切削負(fù)載所需力矩作為選用電機(jī)的依據(jù)當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)=/Mmax Mjmax=/=步進(jìn)電機(jī)三相四相五相六相3648510612=M/M選用90BF002其最大靜轉(zhuǎn)距為400滿足要求: fk===4000HZ fv==833HZ  4. 微機(jī)控制部分在普通車床CA6140基礎(chǔ)上加數(shù)控部分,以使其成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,以完成較高的精度加工. 總體設(shè)計(jì)我國(guó)目前廣泛使用MCS51系列中的8031芯片,通過(guò)擴(kuò)展和I/O口擴(kuò)展功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床X,:控制步進(jìn)電機(jī)脈沖發(fā)生和脈沖分配,數(shù)碼顯示的字符發(fā)生,鍵盤掃描管理既用硬件管理,又可用軟件實(shí)現(xiàn),此次采用若干方案:,字符發(fā)生及鍵盤掃描均有軟件實(shí)現(xiàn). 近年來(lái)同外的一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種8位的單片微型端口及部分RAM于一體的功能很強(qiáng)的控制器。三者的引腳完全兼容，僅在結(jié)構(gòu)上有一些差異，主要是8031：8031是無(wú)ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。(1) 8031型芯片:1) 單片機(jī)是集CPU,I/O端口及部分RAM一體的功能很強(qiáng)的控制器,8031基本特點(diǎn)如下:1處理器CPU8位2芯片內(nèi)有時(shí)鐘電位3具有12 各字節(jié)RAM4具有21特殊功能的存儲(chǔ)器5具有4 各I / O端口,32根I/O線 6可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7可尋址64K外部程序存儲(chǔ)器8具有兩個(gè)16位定時(shí)/記時(shí)數(shù)量9具有5 個(gè)中斷位,配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)10具有一個(gè)全功能竄行接口11具有尋址能力,適宜邏輯計(jì)算從以上論證可以看出,8031型芯片,功能幾乎為一塊Z80CPU,一塊RAM,一塊Z80CTC兩塊Z80PLO和一塊Z80SLO處理的微機(jī)計(jì)算機(jī).(2)8031芯片管腳的功能及其他功能按引腳功能可分三類，即：其一：I/O口線：P、P、P、P共4個(gè)8為口。其三：電源及時(shí)鐘：V、V、XTAL、XTAL。選擇EPRAM的型號(hào)時(shí)，主要考慮的因素是讀取速度，這決定著系統(tǒng)是否正確工作。 RAM選擇：?jiǎn)纹瑱C(jī)的擴(kuò)展RAM多選用靜態(tài)RAM，根據(jù)容量要求和RAM與CPU的讀寫時(shí)序匹配的要求，這里選用大容量的RAM6264兩片。 ②利用并行I/O接口芯片來(lái)擴(kuò)充I/O端口.本次設(shè)計(jì)在采用8031作為主控芯片,采用兩片2764程序存儲(chǔ)器之外還擴(kuò)展了一片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,用一片74LS373鎖存P0口傳遞低8位地址,地址譯碼采用74LS138C3~8譯碼器。此外,還設(shè)有越界報(bào)警急停處理電路.8031芯片的P 和P用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù), P口送的是8位地址, P口傳送低八位地址和數(shù)據(jù),故采用74LS373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ALE作為首選通信號(hào),當(dāng)ALE為高電位,鎖存器的輸入輸出速度,即輸入的低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時(shí)不需鎖存,當(dāng)ALE從高電平變?yōu)榈碗娖?出現(xiàn)下降沿時(shí),低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時(shí)不需鎖存,當(dāng)ACE這樣POD共組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線, A~A低8位安74L373芯片的輸出,A~A按8031芯片的P~P系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764新片選信號(hào)CE分別按74LS138譯碼器的和,系統(tǒng)復(fù)位以后程序從0000H~開(kāi)始執(zhí)行,6264芯片的片選信號(hào)CE地址按74LS138的,單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址,8031芯片控制信號(hào)PSEN按2764的OE引腳,讀寫控制信號(hào)WR和RD分別按6264芯片內(nèi)部沿有ROM,始終要選片外程序存儲(chǔ)器,故按EA地址由于8031只有P口和P口的部分能提供用戶作I/O接口使用,不能滿足輸入輸出口的需要,8155(1)的片選信號(hào)按74LS138的端74LS138譯碼器有3個(gè)輸入A B C 分別按8031的 P P P8個(gè)輸出,低電平有效. 對(duì)應(yīng)輸出A B C DE 000至111 B C ,其中2個(gè)為低電平使能端,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出才能處在高電平無(wú)效.I/, 輸出PA~P為顯示器的位選信號(hào),輸出PC0~PC4 ,因此使用8155的I/(2),按X Z 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器為輸出,系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼,各存儲(chǔ)器及I/,故 均按+5V,時(shí)鐘輸入端CP按8155芯片的TIME007用以決定脈沖分配器是如脈沖的頻率,為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的進(jìn)給的速度,可給8155芯片定時(shí)/計(jì)數(shù)器中設(shè)置不同的常數(shù).. 關(guān)于電路原理圖的一些說(shuō)明在此電路圖中,還有其他功能電路,如報(bào)警電路,急停電路,復(fù)位電路,隔離電路,功效電路等,此外還有對(duì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,螺紋加工進(jìn)行控制. 復(fù)位電路 通常8031的復(fù)位有自動(dòng)復(fù)位,和人工按鈕復(fù)位兩種,下面將分別顯示電路結(jié)構(gòu) （A）(A)上電復(fù)位電路 （B）開(kāi)關(guān)復(fù)位電路時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路如圖所示,XTAL和XTAL2為內(nèi)振蕩電路輸入線,這兩個(gè)端口用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電器,用來(lái)聯(lián)接8031片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路. 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后,電流也較大,如果將I/O口輸出信號(hào)直接與功率放大電路相連,將引起電路干擾,輕則影響計(jì)數(shù)機(jī)程序的正常運(yùn)行,光電耦合器是以發(fā)光二級(jí)管和光敏二級(jí)管組成,為輸入信號(hào)的輸入端時(shí),發(fā)光二級(jí)管導(dǎo)通激發(fā)紅外光,受光三極管照射后,由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流。適當(dāng)選擇電阻R，可使輸出三級(jí)管飽和。當(dāng)改變通電時(shí)，電流從零逐漸增大，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使電流按指數(shù)規(guī)律上升。8155的PB~~PB作為行線輸入。鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)陣列，圖中行線通過(guò)電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沿有閉和時(shí)，所有行線和列線都以斷開(kāi)，行線PC~PCX是4根行線，PA0~PA7Ss是6 根列線，在行線與列線交叉點(diǎn)上安裝有鍵，PA口的6 根列線按一定的時(shí)間間隔輪流輸出低電平。這個(gè)低電平信號(hào)被計(jì)算機(jī)捕獲后，根據(jù)此間對(duì)應(yīng)的行線和列線的位置，計(jì)算機(jī)可以判斷出鍵值，完成控制。這樣無(wú)論哪個(gè)方向都能引起中斷，當(dāng)X，Z等一越界，則相應(yīng)的紅燈亮報(bào)警。數(shù)控診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)調(diào)試、使用和維修中起著極為重要的作用，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是技術(shù)密集型的產(chǎn)品，集大量電子元件和復(fù)雜的軟件技術(shù)于一體。因此在數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，要想迅速準(zhǔn)確地查明原因并確定故障部位，不借助于診斷技術(shù)是很困難的。（1）起動(dòng)診斷 即從每次通電開(kāi)始到進(jìn)入正常運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)為止，數(shù)控系