【正文】 w ?????? ； cL —— 是臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度，取為 ； 代入上式得 ： m i n/ 8991 0 2 222m a x 轉(zhuǎn)??cLdfn 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滾珠絲所需的轉(zhuǎn)速，故絲桿不會(huì)發(fā)生共振。 軸承和聯(lián)軸器的選用 軸承的選用 工作臺(tái)主要承受軸向載荷較大，故輸出端選用雙向推力球軸承，但同時(shí)也有部分徑向載荷，故兩端選用和深溝球軸承 。故選用主要徑向載荷的深溝球軸承與雙向推力球軸承配合。 （ 1）推力球軸承 51204 圖 37 推力球軸承 表 312 推力球軸承的尺寸及安裝尺寸 d D T r d1 Da1 D1 ra 額定動(dòng)負(fù)載（ N） 額定靜負(fù)載（ N） 20 40 14 40 28 22 22200 37500 （ 2） 深 溝球軸承 6302 圖 38 深溝球軸承尺寸及安裝尺寸 深溝球軸承的尺寸及安裝尺寸如圖所示，此處不再累述 聯(lián)軸器的選用 剛性凸緣聯(lián)軸器制造容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 很少需要維護(hù)，耐腐蝕，承受負(fù)載時(shí)，無(wú)回轉(zhuǎn)間隙，對(duì)安裝底座剛性好、對(duì)中精度很高、沖擊載荷小、對(duì)減振要求不高的場(chǎng)合。 輸入端選用 J1 型孔，輸出端選用 Y 型孔，軸孔之間采用鍵連接的形式進(jìn)行配合。 24343 cmkgLDJ s ?????????? ?? ； 工作臺(tái)折算到絲杠的慣量 TJ ： ihT mPJ 2)2( ?? 式中 hP —— 絲杠的導(dǎo)程，為 mm5 ； im —— 工作臺(tái)的質(zhì)量，為 ? ； 代入上式，可得 ： 222 ) ()2( cmkgmPJ ihT ???? ? 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 86HE12728V1432,為五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由美蓓亞斯生產(chǎn)，步距角為 176。 計(jì)算空載時(shí)在步進(jìn)電機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 快速空載啟動(dòng)情況下加在 電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 滾珠絲杠工作臺(tái)空載 f11m a x TTTT fa ??? maxaT —— 快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大轉(zhuǎn)矩； fT —— 分別為空載時(shí)移動(dòng)部件、滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩。 a x ?????? ??Vn m r/min 由公 式可知 ： ??? 160 n2 mm a x ???? aa tJJT 總總 式中 ： at —— 步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至 mn 所 需時(shí)間，設(shè)為 ； ? —— 傳動(dòng)鏈總效率，取為 ； 將上面計(jì)算的空載時(shí)最快的移動(dòng)轉(zhuǎn)速 mn ，和工作臺(tái)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 總J 代入上式，可得 ： ? ?34?? ?44?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 mNJT a ???? ??????? ? 4m a x ?總 移動(dòng)部件折算到電機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩： i PWFT hzf ??? ??? 2 )(1工作臺(tái) 式中： ? —— 導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 m； ZF —— 垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0 N； ? —— 傳動(dòng)鏈效率，取 ； hP —— 絲杠的導(dǎo)程，為 ； i —— 為傳動(dòng)比，取為 1； mNi PWFT hzf ????? ????? )(1 ???工作臺(tái) 由于滾珠絲杠副傳動(dòng)效率高，故它折算到電機(jī)的力矩可以不用考慮，故取滾珠絲杠fT =0。 由公式可得 maxtT ，如下 式計(jì)算 ： iPFT hxt ??2max ? 式中： xF —— 為銑削時(shí)最大的工作載荷，為 ； hP —— 為絲杠導(dǎo)成，為 ； ? ?54?? ?64?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 ? ?74?? ——傳動(dòng)鏈效率，取 ； i —— 為傳動(dòng)比，取為 1； mNiPFT hxt ????? ??? a x ?? 垂直方向上承受最大負(fù)載 F= 時(shí)，得工作臺(tái)的摩擦轉(zhuǎn)矩： i PWFT hzf ??? 2 )(2 ??工作臺(tái) 式中： ? ——導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 m； ZF —— 垂直方向的銑削力，工進(jìn)時(shí)為 N； ? ——傳動(dòng)鏈效率，取 ； hP —— 絲杠的導(dǎo)程，為 ； i —— 為傳動(dòng)比，取為 1； 代入上式 ： mNi PWFT hzf ????? ????? 00 )( )(2 ???工作臺(tái) 滾珠絲杠副傳動(dòng)效率高， 滾珠絲杠2fT 很小，可以忽略不計(jì)。 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境，受干擾因素，當(dāng)輸入電壓低時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)矩下降，出現(xiàn)很多問(wèn)題，因此選擇最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)考慮安全系數(shù) K 取 4， 則 mNTKT M A X ?????? 3 2 4 步進(jìn)電機(jī)為 86HE12728V1432 的最大靜轉(zhuǎn)矩為 mN? ，大于 mN? ，所以所選步進(jìn)電機(jī)滿足要求 ，電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如表 41： 0 6 4 m a x ????? 工作臺(tái)最大負(fù)載 fTTT mN?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 表 41 電機(jī)的參數(shù) 型號(hào) 額定 電流 保持 轉(zhuǎn)矩 繞線 電阻 繞線 電感 轉(zhuǎn)子 慣量 重量 長(zhǎng)度 A mN? ? mH cmg? Kg mm 86HE127 28V1432 3000 步進(jìn)電機(jī)的校核 步進(jìn)電動(dòng)矩頻特性曲線如下圖所示： 圖 41 電機(jī)的矩頻特性曲線 （ 1）空載時(shí)最大移動(dòng)速度電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 工作臺(tái)最快的移動(dòng)速度為 3000mm/min，其對(duì)應(yīng) ? ? ???f由上圖可知，當(dāng)頻率為 3000 至 4000Hz 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為 NT ? m? ,大于空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ?? NT空載 ，達(dá)到要求。由上圖可知，當(dāng)頻率 為 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為 NT .6? m? ,大于空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ?? NT空載 ，達(dá)到要求。 (3) 最快的空載移動(dòng)速度為 2021mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為 。 步進(jìn)電機(jī)的安裝 步進(jìn)電機(jī)的安裝，按照安裝尺寸進(jìn)行 ，需要設(shè)計(jì)一 個(gè)電機(jī)底座，將電機(jī)進(jìn)行安裝在上下托板上，底座的尺寸在零件圖中給出。信號(hào)電壓僅支持 +5VDC，信號(hào)電高于 +5VDC 時(shí)需另接西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 限流電阻。支持全球通用的 AC85~256V 交流電網(wǎng)直接供電，可省去中間變壓器及電源，節(jié)省成本并提高可靠性；外置制動(dòng)電阻驅(qū)動(dòng)可應(yīng)用于頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合；支持多種電流、細(xì)分、控制信號(hào)、控制電壓及掉電位置記憶。 步進(jìn)電機(jī)的控制原理如 圖 45 所示： 圖 45 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 第 5 章 控制電路設(shè)計(jì) 控制部分總體方 案 繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù) 工作臺(tái)的 總體方案 ，工作臺(tái)的 機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)硬件的電路圖 ，如圖 51 所示。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 數(shù)控 工作臺(tái)電路由以下五部分組成。 （ 2） 總線，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。 （ 4）接 口 電路 ，即 I/O 輸入 /輸出接口電路。 I/O 接口 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 CPU 步進(jìn)電機(jī) 外 設(shè) 鍵盤(pán)，顯示器 RAM ROM 圖 51 控制系統(tǒng)原理圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 選擇中央處理單元 CPU 的類型 在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， CPU 的選型應(yīng)考慮以下因素： （ 1） 時(shí)鐘頻率 以及 字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將 影響 數(shù)據(jù)處理的速度。 （ 3） I/O 擴(kuò)展 性能 ，即對(duì) 鍵盤(pán)，顯示器的 控制能力。 此外還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器 的 擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 分別有 程序存儲(chǔ)器 的擴(kuò)展 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 I/O 即輸入 /輸出接口電路設(shè)計(jì) 應(yīng)包括接口芯片的選擇，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤(pán)顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如復(fù)位電路，掉電保護(hù)電路等）。 MCS51 系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 8031 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 MCS51 系列單片微機(jī)是美國(guó) Intel 公司在 MCS48 系列單片微機(jī)基礎(chǔ)上推出的產(chǎn)品，于 1980 年問(wèn)世，它的集成度很高，是集片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)輸入 /輸出部件和 CPU于一體的優(yōu)良的單片機(jī)系統(tǒng)，在我國(guó)已廣泛地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8051的 EPROM程序是 Intel 公司制作芯片時(shí)為用戶置備的，因此在 國(guó)內(nèi)很難采用 8051型芯片。因此選用 8031 芯片 。 （ 2） 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生器（ 6 或 12MHz）、每執(zhí)行一條指令時(shí)間為 2 或 1 s? 。 （ 4） 具有 21 個(gè)特殊寄存器。 （ 6） 具有 4 個(gè) I/O 口， 32 根 I/O 線。 （ 8） 具有 5 個(gè)中斷源，配備 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 （ 10） 具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。 8031 芯片引腳及其功能 8031 芯片具有 40 根引腳，其引腳圖如圖 52 所示 40 根引腳按其功能可分為四類： （ 1） 電源線 2 根 Vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接 +5V。 （ 2） 晶振： 2 根 XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入。 XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 I/O 口共有 p0、 p p p3 四個(gè) 8 位口， 32 根 I/O 線，其功能如 表 51： 8031 的 P3 口均有 第二功能 ，且第二功能 如表 52 所示 ： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 圖 52 8031引腳接口 表 51 8031的 I/O口功能 ～ （ AD0～ AD7） 是 I/O 端口 O 的引腳，端口 O 是一個(gè) 8 位 漏極開(kāi)路的雙向 I/O 端口。（在此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效） ～ 端口 1 的引腳，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 通道，專供用戶使用。端口 2 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址 A8～ A15 ～ 端口 3 的引腳。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與 P1 口完全相同 表 52 8031的 P3口第二功能 引腳口 第二功能 RXD（ 串 行輸入口） TXD（串行輸 出口） 0INT（外部中斷） 1INT（ 外 部中斷） T0（定時(shí)器 0外部輸入） T1（定時(shí)器 1外部輸入） WR（外部 數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器寫(xiě)選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 （ 4） 控制線 PSEN ：程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。 EA ： EA 為高電平時(shí)， CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。因 8031 芯片沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故 EA 必須接地。 ALE ： ALE 是地址鎖存使能信號(hào)。因?yàn)?p0 端口是分時(shí)傳送數(shù)據(jù)和 8 位地址。即使在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，也以 1/6 振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生 ALE，因此可以用它作為外部的時(shí)鐘信號(hào)。 RST 是復(fù)位 /備用電源端。在 VCC 關(guān)斷前加上 VPD（掉電保護(hù)） RAM 的內(nèi)容將不變。對(duì)于片內(nèi)無(wú) ROM 的單片機(jī)的 8031，或當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器容量不夠時(shí)，進(jìn)行程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展是必不可缺的。由于 EPROM 價(jià)格低廉，性能可靠，所以單片機(jī)外部擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器一般為 EPROM芯片，掉電后信息不會(huì)丟失。 EPROM 的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以擦除重寫(xiě)，而且允許擦除的次數(shù)超過(guò)上萬(wàn)次。要對(duì)一個(gè)使用過(guò)的 EPROM 進(jìn)行編程，則首先應(yīng)將其放到專門(mén)的擦除器上進(jìn)行擦除操作。擦除完畢后可讀一下 EPROM 的每個(gè)單元，若其內(nèi)容均為 FFH，就認(rèn)為擦除干凈了。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 31 圖 53 2764引腳接口 2764 芯片和引腳 常用的半導(dǎo)體 ROM 芯片有 2764，芯片為 28 腳雙列直插式扁平封裝芯片。 2764 的第 26 引腳空， （ NC）未用。而當(dāng) CE 和 OE 均為低電平時(shí)，芯片被選中，其存儲(chǔ)內(nèi)容從數(shù)據(jù)端輸出，即處于 數(shù)據(jù)輸出 狀態(tài)。 PGM 為編程脈沖輸入端，當(dāng)對(duì)芯片編程時(shí)，由此端加入編程脈沖信號(hào) ；讀取數(shù)據(jù)時(shí) PGM 的值為 高電平 。常用的地址鎖存器芯片 74LS373。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， Q0～ Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載， 但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 加上 74LS373 與 2764 芯片的程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展接線圖如下： 8031 芯片的 PSEN （外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)）與 EPROM 芯片的 OE 端相連； 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 33 8031 芯片 EA 接地， CPU 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令； 8031 芯片 ALE（地址鎖存允許信號(hào)）接主地鎖存器 74LS373 的 L