【正文】 取傳動比 ?? 。 齒輪傳動消隙 齒輪傳動的間隙也叫側(cè)隙，它是指一個齒輪固定不動，另一個齒輪能夠作出的最大角位移。為了提高定位精度和工作的平穩(wěn)性，要盡可能減小傳動間隙。在這設(shè)計里我采用雙片直齒輪錯齒調(diào)整法來消除間隙 [12]。由于本設(shè)計采用的是二級傳動，則有等效轉(zhuǎn)動慣量的計算如下： 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為： 22 1311 2 3 42 2 4( ) ( ) [ ( ) ] ( )2 he q m z z z z s i P Z ZZJ J J J J J J mZ Z Z?? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中： ZJ 分別為為齒輪的轉(zhuǎn)動慣量； sJ 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量； im 為移動部件的質(zhì)量。 所以有： 3 4 3 4 20. 78 10 0. 78 10 2. 5 66 .5 2. 02 6sJ D L k g c m??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3 4 3 4 213 0. 78 10 0. 78 10 3. 7 1. 6 0. 23 4zzJ J D L k g c m??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3 4 3 4 224 0. 78 10 0. 78 10 6. 6 1. 6 2. 36 8zzJ J D L k g c m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有： 22 1311 2 3 42 2 4( ) ( ) [ ( ) ] ( )2he q m z z z z s i P Z ZZJ J J J J J J mZ Z Z?? ? ? ? ? ? ? ? ? 22 2 223 5 0 . 4 3 50 . 2 3 4 ( ) ( 2 . 3 6 8 0 . 2 3 4 ) [ 2 . 3 6 8 2 . 0 2 6 1 0 8 . 5 ( ) ] ( ) 2 . 4 5 8 06 4 2 3 . 1 4 6 4eqJ k g c m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同工況下是不同的。 （ 1）快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 1eqT 1 m a x 0eq a fT T T T? ? ? maxaT 為快速空載起動時在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上折算后的最大加速轉(zhuǎn)矩，計算公式如下： 21 m a x 2 60 eq ma eq aJnTJ t???? 式中 ? 為電機(jī)轉(zhuǎn)軸的角速度，單位 2/rad s ， mn 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位 r/min； at 為電動機(jī)加速所用時間，單位 s，一般取 ~1 之間，此處取 。 hP 為傳動效率， ?一般區(qū) ，帶入數(shù)據(jù)計算如下： h 3 . 7 3 5 0 . 0 0 4 0 . 0 0 0 9 0 1 N m2 2 3 . 1 4 0 . 8 3 . 3f FPT i?? ?? ? ? ?? ? ?摩 X( G + G ) = 0. 00 3 ( 16 0+ 10 85 ) = 3. 73 5NF ???摩 0T 為滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，且由于滾珠絲杠副的傳動效率很高， 0T 的值與 fT 和 amaxT 比起來，很小，此處忽略不計。 表 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表 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 () 空載起動頻率 空載運行頻率 分配方式 55BF003 3 3相 8拍 外形尺寸 (mm) 重量(kg) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ( 2kgcm? ) 外直徑 長度 軸直徑 55 90 6 步進(jìn)電機(jī)性能校核包括最快工作進(jìn)給速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核、最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核和起動頻率的校核等。 起動頻率的校核： 1800 2 7 7 . 8 1 8 0 01 / 1 2 . 4 5 8 0 / 0 . 0 6 0qL e q mff JJ? ? ? ???符合設(shè)計要求?？刂葡到y(tǒng)的控制對象主要是各種機(jī)床。內(nèi)部沒有程序存儲器，必須外接 EPROM程序存儲器。 (1)8031 芯片引腳功能 8031 芯片有 40 個引腳，引腳配置見（圖 ） 24 圖 8031芯片 (2)各引腳按功能可分為三部分： 此部分引腳包括電源引腳 ccV ssV 及時鐘引腳 XTAL XTAL2。 ccV （ 40 腳）：接 +5V 電源。 時鐘引腳（ 1 19 腳）：外接晶體時和片內(nèi)的反相放大器一起構(gòu)成一個振蕩器，它為單片機(jī)的提供了時鐘控制信號。此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復(fù)用功能。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為 ? 的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。當(dāng) ccV 下降到低于規(guī)定值，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi) ? ?5 V? 時， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用能源。即使不訪問外部存貯器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE 端可以驅(qū)動 8 個 TTL 負(fù)載。在從外部程序存儲器指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。 PSEN 同樣可以驅(qū)動 8 個TTL 負(fù)載。當(dāng) EA 端保持低電平狀態(tài)時，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存儲器。所以該引腳必須接地。 P0 口（ ）：為雙向 8為三態(tài) I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時，可以直接和外部的 I/O 設(shè)備相連。 P1（ ）：為 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口，它的每一位都可分別定義為輸入線或輸出線（作為 輸入口時，鎖存器置 1），可驅(qū)動 4個 TTL負(fù)載。它是與地址總線的高 8位復(fù)用，可以驅(qū)動 4 個 TTL 負(fù)載，一般作為擴(kuò)展地址總線的高 8位使用。 (3)應(yīng)用特性： I/O 口線不能作為用戶 I/O 口線； I/O 口的驅(qū)動能力， P0 口可驅(qū)動 8 個 TTL 門電路， P P P3 則只能驅(qū)動 4個 TTL 門電路； 26 P3 是雙重功能口。單片機(jī)本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作。單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式。 MCS51 單片機(jī)允許的振蕩晶體頻率可在 之間可以選擇，一般取。 圖 MCS51 單片機(jī)的復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把程序計算器 PC 的 內(nèi)容初始化為0000H。當(dāng) RST 引腳變成低電平后退出復(fù)位狀態(tài)，單片機(jī)從初始狀態(tài)開始工作。通常因為系統(tǒng)運動等的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，如圖 所示： 圖 復(fù)位電路 對于 CMOS 型單片機(jī)因 RST 引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻，故電阻 R2 可不接。簡單復(fù)位電路中，干擾信號易串入復(fù)位端，可能會引起內(nèi)部某些寄存錯誤復(fù)位，這時可在 RST引腳上接一去耦電容。 系統(tǒng)的擴(kuò)展 在 以 8031 單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展 程序存儲器，用以存放控制程序。這種擴(kuò)展就是配置外部存儲器（包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器）。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時，僅有幾個內(nèi)部 I/O 接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片 。程序存 28 儲器尋址空間為 64KB（ 0000H0FFFH）， 8031 片內(nèi)不帶 ROM，所以要進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。 由于 MCS51 單片機(jī)的 P0 口是分別復(fù)用的地址 /數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存貯器擴(kuò)展時，必須用地址鎖存器鎖存地址信號。當(dāng)用 74LS373 作為地址鎖存器時，鎖存器 G 可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號端 ALE 相連，在 ALE 下降沿進(jìn)行地址鎖存。因為 2764 是 8KB 容量的 EPROM，故用到了 13 根地址線，A0A12。 設(shè)計采用二片 2764EPROM，分別存放監(jiān)控程序 ,各功能模塊程序 ,常用零件加工程序。 圖 2764芯片 2764 芯片主要引腳功能 : ① A0— A12 13 位地址線 ② D0— D7 數(shù)據(jù)輸出線 ③ OE 數(shù)據(jù)輸出允許信號 ④ PGM 編程控制信號，用于引入編程脈沖 ⑤ CE 片選信號 2764 主要工作方式 : ① 讀方式 —— OE及 CE 為低電平， Vpp＝＋ 5V時處于讀出方式 29 ② 寫方式 —— OE為低電平 , PGM 亦為低電平， VPP＝＋ 21V, CE 為高電平時，2764 芯片處于禁止?fàn)顟B(tài)。 ③ 編程禁止方式一此為向多片 2764 寫入不同程序而設(shè)置的，當(dāng) VPP=+21V時， CE為高電平時， 2764 芯片處于編程禁止?fàn)顟B(tài)。同時， 8031 運行所需的程序指令來自 2764A，要把其 EA端接地，否則， 8031 將不會運行。 CPU 對內(nèi)部的 RAM 具有豐富的操作指令。在這種情況下，可利用 MCS51 的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存貯器。動態(tài) RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制邏輯復(fù)雜，需要定期刷新 ,尤其是容易受到干擾， 30 對環(huán)境、結(jié)構(gòu) 等都有較高的要求。 圖 6264芯片 6264 主要引腳功能： ① A0— A12 13 位地址線 ② IO1— IO7 數(shù)據(jù)輸入輸出線 ③ OE 數(shù)據(jù)輸出允許信號 ④ WE 寫選通信號 ⑤ CE 片選信號 6264 主要工作方式 : ① 讀方式 —— OE及 CE 為低電平， WE 為高電平時， 6264 將數(shù)據(jù)輸出到指定地址。 ③ 封鎖方式 —— CE 為高電平時，該芯片沒被選通，不工作。從圖可知： 6264 的片選 1CS 接 8031 的 ，第二片選線 2CS 接高電平，保持一直有效狀態(tài)。 6264 的地址范圍為 0000H7FFF。 8031 單片機(jī)外部擴(kuò)展兩片 2764EPROM 和兩片 6264 靜態(tài) RAM。數(shù)據(jù)存貯器 6264 的地址為 0000H7FFFH。但在實際應(yīng)用中， P0 口常被用作為數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線使用， P2 口常被用作為高 8 位 地址總線使用， P3 口某些位又常用它的第二功能，特別是無 ROM 型的單片機(jī)因必須擴(kuò)展外部程序存貯器，則更是如此。常用的 MCS51 并行 I/O 接口擴(kuò)展方法主要有四種：采用可編程的并行接口電路，如 8255A；采用可編程的 RAM/IO 擴(kuò)展器，如 8155；采用 TTL或 CMOS 電路的三態(tài)門、鎖存器，如 74LS37 74LS37 74LS244；利用 MCS51的并行擴(kuò)展并行 I/O 接口。 在單片機(jī)的 I/O 口擴(kuò)展 8255 芯片，其接口相當(dāng)簡單，如圖 所示 ： 32 圖 8255的擴(kuò)展電路圖 圖中 8255 的 RDWR、 分別與 MCS51 的 RDWR、 相連； 8255 的 D0D7 直接 MCS51的 P0 口。故 8255 的 A、 B、 C口及控制口地址分別為 FF7CH、 FF7DH、 FF7EH、FF7FH。 在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，必須根據(jù)外圍設(shè)備的類型選擇 8255 的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫入操作口。 把控制器送入 8255 的控制寄存器，即可完成其與 CPU 之間的軟件接口并成為系統(tǒng)軟件的一種擴(kuò)展，其程序初始化清單如下： MOV A， 98H MOV DPTR， 7FFFH MOVX DPTR， A MOV DPTR， 7FFCH MOVX A， DPTR MOV DPTR， 77DH 33 MOVX DPTR， A 可編程外圍并行 I/O 接口 8155 芯片內(nèi)含有 256 個字節(jié)的 RAM 存儲器， RAM 的存取時間為 400ns。 PA 口和 PB 口可工作于基本輸入輸出方式或選通輸入輸出方式。 8155 既有 I/O 口又有 RAM 和定時 /計數(shù)器，是 MS51 單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。 圖 (2)引腳功能 ① AD7～ AD0（ 8 條）： 三態(tài)數(shù)據(jù) /地址復(fù)用線 。 PB7～ PB0 為通用 I/O 線，用于傳送 B 口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送的方向也由 8155 命令字決定。 ③ 控制總線（ 8） RESET：復(fù)位 輸入信號。 IO/ M 為 I/O 34 端口或 RAM 存儲器的選通輸入線；若 IO/M =0，則 CPU選中 8155 的 RAM 存儲器，若 IO/M =1，則 CPU選中 8155 片內(nèi)某一寄存器。 ALE：為允許地址輸入線，高電平有效。 815