c6163車床改造課程設(shè)計(jì)-- c6163車床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)數(shù)控化改造

1、<p><b>　　目目錄</b></p><p><b>　　1一、緒論3</b></p><p>　　11.1選題目的及意義3</p><p>　　11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及總體方案的確定3</p><p>　　1二、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)6</p><p>　　

2、12.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造6</p><p>　　22．2主軸脈沖發(fā)生器的安裝6</p><p>　　22.3 進(jìn)給系統(tǒng)的改造6</p><p>　　22.4 安裝防護(hù)6</p><p>　　2三、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型7</p><p>　　23.1 切削力的計(jì)算7</p><p>

3、;　　23.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型8</p><p>　　23.3 同步帶減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　2四、電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型17</p><p>　　24.1 縱向直流電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型18</p><p>　　24.2 同步帶傳動(dòng)功率的校核22</p><p>　　2五、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

4、22</p><p>　　35．1光電隔離電路22</p><p>　　35.2 單極性可逆PWM電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　3六、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)23</p><p>　　36.1硬件電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　3七、數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)37</p><p><b>

5、　　3總結(jié)38</b></p><p><b>　　3致謝39</b></p><p><b>　　3參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　一 緒論</b></p><p>　　1．1 選題目的及意義</p><p>　　

6、車床是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床，當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)到家的縱向和橫向移動(dòng)，能夠加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等，借助成型刀具，還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。</p><p>　　臥式車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、床鞍以及中滑板產(chǎn)生移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)依靠手工調(diào)整，改變參數(shù)時(shí)需要停車。刀架的縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給不能聯(lián)動(dòng)，切削次序需要人工控制，

7、致其效率低下并且無(wú)法加工復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件。</p><p>　　對(duì)普通車床的數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改成用微機(jī)控制的并能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；將手動(dòng)刀架換成能自動(dòng)換刀的電動(dòng)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)、切削順序和刀具都可按程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換，再加上縱、橫向的聯(lián)動(dòng)進(jìn)給功能，所以，可以加工出普通車床加工不了的曲線、曲面等復(fù)雜零件。加工

8、精度高，尺寸分散度小，易于裝配?？梢詫?shí)現(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)加工精度，同時(shí)減少被加工零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。擁有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?，?jiǎn)化了傳統(tǒng)機(jī)床加工工藝中的工序，機(jī)床利用率大幅度提高。由于采用自動(dòng)化加工技術(shù)，可大大降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少?gòu)U品的產(chǎn)生，提高工作效率。</p><p>　　1．2 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案的確定</p><p>　　將C6163普通車床（如圖1-1所示）改造成

9、采用16位單片機(jī)半閉環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，要求該車床進(jìn)給兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)并且能夠?qū)崿F(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)并增配自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架和主軸脈沖發(fā)生器，能車削螺紋。</p><p>　　圖1-1 普通車床C6163</p><p><b>　　已知參數(shù)及設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　最大加工直徑：630； </p><p>　　

10、床鞍上最大加工直徑：350；</p><p>　　最大加工長(zhǎng)度：1500；</p><p>　　縱向?qū)к夐L(zhǎng)度：2000；</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)功率：11；</p><p>　　冷卻泵電機(jī)功率：0.12；</p><p>　　主軸通孔直徑：105；</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速：14級(jí) 1

11、2.5～1120；</p><p>　　托板和刀架的總重力G：1500；</p><p>　　最大進(jìn)給速度：縱向：，</p><p><b>　　橫向：0.4；</b></p><p>　　最大刀架快移速度：縱向：6，</p><p><b>　　橫向：4；</b></

12、p><p>　　脈沖當(dāng)量：縱向：0.01/脈沖， </p><p>　　橫向：0.005/脈沖；</p><p>　　定位精度：縱向：0.01， </p><p><b>　　橫向：0.005；</b></p><p>　　啟動(dòng)加速時(shí)間：縱向：200；</p><p>

13、<b>　　橫向：100；</b></p><p><b>　　電動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位數(shù)：4</b></p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 <

14、;/p><p>　?。?）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式：該車床改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線/圓弧插補(bǔ)的功能。所以數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。</p><p>　?。?）進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型：按任務(wù)要求采用步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。這樣改造后的車床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，在保證一定加工精度的前提下，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。</p><p>　?。?）數(shù)控系統(tǒng)處理器的選擇：依據(jù)技術(shù)指標(biāo)中最

15、大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，決定選用MCS-51系列的8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機(jī)具有功能多、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　?。?）根據(jù)系統(tǒng)的要求，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源以及主軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器等。 </p><

16、p>　?。?）為了加工安全還需安裝縱向和橫向限位開(kāi)關(guān)。</p><p>　?。?）主軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器的選擇及主軸脈沖發(fā)生器的選擇。</p><p>　　（7）為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求中的速度和精度，縱向與橫向進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動(dòng)間隙、提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠 的螺母應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?）為了滿足脈沖當(dāng)量的

17、設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了是傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量勁可能地減小，傳動(dòng)鏈中應(yīng)設(shè)有減速機(jī)構(gòu)。減速機(jī)構(gòu)選則同步帶，其綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。</p><p>　　二 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)</p><p>　　2．1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造</p><p>　　普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造時(shí)，為了減少工作量，一般保留原有的主傳動(dòng)機(jī)

18、構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主電機(jī)的作用僅為帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制。</p><p>　　若要提高車床的自動(dòng)化程度，需要在加工中自動(dòng)變換轉(zhuǎn)速，可用2-4速的多速電動(dòng)機(jī)代替原有的單速主電動(dòng)機(jī)；當(dāng)多速電動(dòng)機(jī)仍不滿足要求時(shí)，可用交流變頻器來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速。</p><p>　　采用交流變頻器實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的無(wú)極變速，本設(shè)計(jì)選用F1

19、000-G0110T3C型變頻器，該型號(hào)適配電機(jī)11KW，額定輸出電流為23A。</p><p>　　2．2主軸脈沖發(fā)生器的安裝</p><p>　　主軸脈沖發(fā)生器是為了加工螺紋而安裝的主軸檢測(cè)裝置，微機(jī)從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應(yīng)的脈沖數(shù)，使主軸旋轉(zhuǎn)角度與進(jìn)給量保持一定關(guān)系，確保螺距的準(zhǔn)確性。主軸脈沖發(fā)生器的安裝通常有兩種：一種是同軸安裝，另一種是異軸安裝。一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造多采用同

20、軸安裝。本設(shè)計(jì)選用1200線主軸脈沖發(fā)生器，采用同軸安裝方式并采用波紋管與主軸柔性連接，該連接方式在實(shí)現(xiàn)角位移傳遞的同時(shí)，能夠吸收車床的部分振動(dòng)，從而使脈沖發(fā)生器平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　2．3 進(jìn)給系統(tǒng)的改造</p><p>　　拆除掛輪架所有齒輪并尋找主軸，安裝主軸脈沖發(fā)生器；拆除原機(jī)床進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光桿、操縱桿、齒條等；在縱溜板、橫溜板的下面絲杠螺母座托架；在原進(jìn)

21、給箱位置安裝縱向伺服電機(jī)與減速箱總成，在橫溜板后部安裝橫向伺服電機(jī)與減速箱總成；拆除四方刀架及上溜板總成，在橫溜板上方安裝電動(dòng)刀架。</p><p><b>　　2．4 安裝防護(hù)</b></p><p>　　普通車床的數(shù)控化改造中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的防護(hù)措施，比如滾珠絲杠副由于精度要求較高，工作時(shí)需防塵防灰，尤其不能讓金屬削進(jìn)入滾道，所以縱向絲杠應(yīng)安裝防護(hù)罩。大

22、托板與導(dǎo)軌接觸的兩端面要貼上橡膠片，防止雜質(zhì)進(jìn)入滑動(dòng)導(dǎo)軌面損傷導(dǎo)軌。</p><p>　　三 縱向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型</p><p>　　3．1 切削力的計(jì)算</p><p>　　切削力是指在切屑過(guò)程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力，或通俗的講是在切削加工時(shí)，工件材料抵抗刀具切削時(shí)產(chǎn)生的阻力。車削外圓時(shí)的切削力如圖3-1所示。主切削力與

23、切削速度的方向一致，垂直向下，是計(jì)算車床主軸電動(dòng)機(jī)切削功率的依據(jù)；進(jìn)給力與進(jìn)給方向平行且方向相反；背向力與進(jìn)給方向相垂直，對(duì)加工精度的影響較大。</p><p>　　圖3-1 車削力分析</p><p>　　設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，σb=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角60°，前角10°，刃傾角-5°,；切削用量為：背吃刀

24、量ap=3mm，進(jìn)給量f=0.6mm/r，切削速度為105m/min。</p><p><b>　　查表3-1，得： </b></p><p>　　=2795 =1.0 =0.75 =-0.15</p><p>　　查表3-3，得主偏角的修正系數(shù)=0.94；刀傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0.</p><

25、p>　　由經(jīng)驗(yàn)公式 得：</p><p>　　=2673.4N </p><p>　　由：：=1:0.35:0.4，算得縱向進(jìn)給切削力==935.69N，</p><p>　　==1069.36N</p><p>　　3.2滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 </p><p>　　滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)

26、動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無(wú)間隙甚至有過(guò)盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。</p><p><b>　　精度的選擇</b></p><p>　　滾珠絲杠副的精度直接影響數(shù)控

27、機(jī)床的定位精度，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對(duì)機(jī)床定位精度最明顯。一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定絲杠的任意300行程變動(dòng)量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗(yàn)算中確定。對(duì)于車床，選用滾珠絲杠的精度等級(jí)X軸為1～3級(jí)（1級(jí)精度最高），Z軸為2～5級(jí)，考慮到本設(shè)計(jì)的定位精度要求和改造的經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸精度等級(jí)為3級(jí)，Z軸為4級(jí)。</p><p><b>　　絲杠導(dǎo)程的確定</b>&l

28、t;/p><p>　　選擇導(dǎo)程跟所需要的運(yùn)動(dòng)速度、系統(tǒng)等有關(guān)，通常在：4、5、6、8、10、12、20中選擇，規(guī)格較大，導(dǎo)程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。在速度滿足的情況下，一般選擇較小導(dǎo)程（利于提高控制精度），本設(shè)計(jì)中初選縱向絲杠導(dǎo)程為8，橫向絲杠導(dǎo)程為5。</p><p>　　2．3 最大工作載荷的計(jì)算</p><p>　　最大工作載荷是指滾珠絲杠螺母副在

29、驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力,其實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式及參考系數(shù)</p><p>　　表中為考慮顛覆力矩影響時(shí)的實(shí)驗(yàn)系數(shù)；為滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；為移動(dòng)部件總重量。</p><p>　　查表3-1選擇綜合導(dǎo)軌，取1.15,取0.16,為1500；</p><p>　　算得=1.

30、15×935.69+0.16×（2673.4+1500）</p><p><b>　　=1743.8</b></p><p>　　3．2．4 最大動(dòng)載荷的計(jì)算</p><p>　　載荷隨時(shí)間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力），此類載荷為動(dòng)載荷。比如起重機(jī)以等速度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為靜載，起重機(jī)以加速

31、度吊起重物，重物對(duì)吊索的作用為動(dòng)載。</p><p>　　對(duì)于滾珠絲杠螺母副的最大動(dòng)載荷計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中：—滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為r，（T為使用壽命，普通機(jī)床T取5000-10000h，數(shù)控機(jī)床T取15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）；</p><p>　　—載荷系數(shù)，一般取1.2～1.5，本設(shè)計(jì)取1.2；</p><

32、p>　　—硬度系數(shù)（HRC58時(shí)取1.0；等于55時(shí)取1.11；等于52.5時(shí)取1.35；等于50時(shí)取1.56；等于45時(shí)取2.40）；</p><p>　　—滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中車床Z向承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度,初選絲杠基本導(dǎo)程，則絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠使用壽命，帶入得=90（單位r）；加工過(guò)程平穩(wěn)或輕度沖擊，取載荷系數(shù)，硬度系

33、數(shù)，代入，求得 ：=9377.6N。</p><p>　　3．2．5 滾珠絲杠螺母副的選型</p><p>　　初選滾珠絲桿副時(shí)應(yīng)使其額定動(dòng)載荷, 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使額定靜載荷。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷=9377.6N,選擇江蘇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL5008-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母

34、螺紋式預(yù)緊，精度等級(jí)為4級(jí)，其參數(shù)如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 FL5008-3型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)</p><p>　　3．2．6 滾珠絲杠副的支承方式</p><p>　　滾珠絲杠副的支承主要用來(lái)約束絲杠的軸向竄動(dòng)，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合。考慮到縱向絲杠長(zhǎng)度較大，本設(shè)計(jì)縱向絲杠采用雙推—雙推支承方式，該方式臨界轉(zhuǎn)速

35、、壓桿穩(wěn)定性高，有熱膨脹的余地。</p><p>　　3．2．7 傳動(dòng)效率的計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠的傳動(dòng)效率一般在0.8～0.9之間，其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：—螺距升角，根據(jù),可得=2.91°；</p><p>　

36、　—摩擦角，一般取=10′。</p><p>　　算得： =94.57%</p><p>　　2．8 剛度的驗(yàn)算</p><p>　　滾珠絲杠副工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母間滾道的接觸變形、支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形。</p>&l

37、t;p>　　因轉(zhuǎn)矩和絲杠-螺母滾道接觸對(duì)絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：</p><p>　　=（“+”號(hào)代表拉伸，“-”代表壓縮）</p><p>　　式中：—絲杠的最大工作載荷，單位為；</p><p>　　—滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為；</p><p>　　—絲杠材料的彈性模量，鋼；

38、</p><p>　　—絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。</p><p>　　根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，為1743.8，取1990，為45.24，算得：</p><p>　　查表3-3可知，,所以剛度足夠。</p><p>　　表3-3 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和行程變動(dòng)量</p><p>　　2．9 壓桿穩(wěn)定性

39、校核</p><p>　　由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長(zhǎng)又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：—絲杠支承系數(shù)，雙推-雙推方式時(shí)，取4，其他方式如表3-4所示；</p><p>　　—滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.

40、5～4，垂直安裝時(shí)取最小值，本設(shè)計(jì)取4；</p><p>　　—滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計(jì)中該值為1990；</p><p>　　—按絲杠底徑確定的截面慣性矩（，單位為）,本設(shè)</p><p>　　中將代入算出=205513.36。</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可以算出：</p><p>　　臨界載荷遠(yuǎn)

41、大于工作載荷（3233.76N），故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　表3-4 絲杠支承系數(shù)</p><p>　　3．3 同步帶減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　同步帶也叫同步齒形帶，它綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要用在驅(qū)動(dòng)帶輪與被動(dòng)帶輪之間要求有固定傳動(dòng)比的情況。同步帶是通過(guò)帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強(qiáng)制嚙合而工作，即當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能通過(guò)帶齒

42、與帶輪的依次嚙合將動(dòng)力傳給從動(dòng)輪，因此主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的線速度相同。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長(zhǎng)軸承的使用壽命。同步帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，工作時(shí)不會(huì)打滑，線速度可達(dá)，可用于高速場(chǎng)合，傳動(dòng)比可達(dá)到10，效率可達(dá)98%，維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，因此應(yīng)用日益廣泛。</p><p>　　3．3．1 傳動(dòng)比的確定</p><p>　　初選電機(jī)型號(hào)為110BYG2602，四相混合式，最

43、大靜轉(zhuǎn)矩為，步距角為</p><p><b>　　由和可得：</b></p><p>　　式中：—電機(jī)編碼器分辨率，單位為度/脈沖；</p><p>　　—絲杠分辨率，單位為度/脈沖；</p><p>　　—絲杠導(dǎo)程，其值為8；</p><p>　　—脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)中Z軸為0.01/脈沖。<

44、;/p><p>　　初選電機(jī)型號(hào)為130BYG2502，查表4-5知：步距角為0.9°。</p><p><b>　　所以傳動(dòng)比 </b></p><p>　　由縱向床鞍的最快移動(dòng)速度，可以算出主動(dòng)輪的</p><p><b>　　最高轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　

45、　3．3．2 傳遞功率的估算</p><p>　　由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，對(duì)該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞功率的研究只要考慮三種工作狀態(tài)，他們</p><p>　　分別是：最大負(fù)載且最大工進(jìn)速度、快速空載啟動(dòng)、最快空載移動(dòng)。由運(yùn)動(dòng)學(xué)可</p><p>　　知，最后一種狀態(tài)的傳遞功率一定小于快速空載啟動(dòng)（最后時(shí)刻）的瞬時(shí)傳遞功</p><p>　　率，所以只需要比較前

46、二者。</p><p>　　預(yù)選步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)速為 750時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率為。</p><p>　　從表6-4查得，當(dāng)脈沖頻率為6000Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為 對(duì)應(yīng)的輸出功率為</p><p>　　據(jù)表3-18取工作情況系數(shù)KA=1.2，則由公式（3-14），求得帶的設(shè)計(jì)功率。</p><p>　　3．3．3 選擇帶型和

47、節(jié)距</p><p>　　根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率Pd，查表3-6選擇同步帶，型號(hào)為H型，節(jié)距。</p><p>　　表3-6 同步帶型號(hào)</p><p>　　3．3．4 確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑</p><p>　　Ｈ型小帶輪轉(zhuǎn)速在時(shí)的最少許用齒數(shù)為14，為了提高傳動(dòng)精度，</p><p>　　取小齒輪數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑

48、，根據(jù)傳動(dòng)比</p><p>　　算出大齒輪數(shù)，則大帶輪節(jié)圓直徑。</p><p>　　當(dāng)主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速時(shí)，同步帶的線速度為：</p><p>　　遠(yuǎn)小于Ｈ型帶的極限速度，所以滿足要求。</p><p>　　3．3．5 中心距、節(jié)線長(zhǎng)度和帶齒數(shù)的確定</p><p>　　初選中心距，圓整后取。則帶的節(jié)</p&g

49、t;<p>　　線長(zhǎng)度。根據(jù)，《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-13，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度，相應(yīng)的齒數(shù)z=４８。</p><p><b>　　實(shí)際中心距。</b></p><p>　　3．3．6 校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)</p><p>　　嚙合齒數(shù) ，式中為取整函數(shù)。一般情況下，應(yīng)該保證。當(dāng)不滿足要求時(shí)，可以增大或不變時(shí)減小節(jié)

50、距。</p><p><b>　　通過(guò)計(jì)算，得出，</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　3．3．7 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率</p><p>　　基準(zhǔn)額定功率就是所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，其計(jì)算公式如下： </p&g

51、t;<p><b>　　式中： —單位為；</b></p><p>　　—帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時(shí)的許用工作拉力，單位N，如表3-8所示；</p><p>　　—帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時(shí)的單位長(zhǎng)度質(zhì)量（線密度），單位；</p><p>　　—同步帶線速度，上述3.3.4中已算出其值為2.38。</p><p>　　表3

52、-8 同步帶基準(zhǔn)寬度下的許用拉力和線密度</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算， </b></p><p>　　3．3．8 確定實(shí)際同步帶寬度</p><p>　　實(shí)際所需同步帶寬度的計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中：—選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度，Ｈ型其值為19.1；</p><p>　　—小帶

53、輪嚙合系數(shù)，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-22，當(dāng)時(shí)，其值為1。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得出：17.６2。根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-11，選定最接近的帶寬19.1，若選擇雙邊擋圈，則最小寬度20.3mm，擋圈厚度為2mm。</p><p>　　3．3．9 同步帶工作能力的驗(yàn)算</p><p>　　用下式來(lái)計(jì)算同步帶的額定功率:</p>

54、;<p>　　式中：—齒寬系數(shù)，其值為。</p><p>　　—小帶輪嚙合系數(shù)，取1；</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得出：,所以滿足要求。</p><p>　　四　電動(dòng)機(jī)的選擇及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。它具有良好的線性調(diào)速特

55、性，簡(jiǎn)單的控制性能，較高的效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁部分用永磁材料代替，產(chǎn)生永磁直流電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用電量少，所以目前在中小功率范圍內(nèi)運(yùn)用廣泛。</p><p>　　近年來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方式已成為主流，并作為其數(shù)字控

56、制的基礎(chǔ)。如果直流電機(jī)要求工作在正反轉(zhuǎn)場(chǎng)合，這時(shí)還需要使用可逆PWM控制方式，其又分為單極性驅(qū)動(dòng)與雙極性驅(qū)動(dòng)兩種，一般大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用單極性驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開(kāi)半導(dǎo)體功率器件，在對(duì)直流電機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用上又可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)，由于前者在工作時(shí)有大量功率消耗在元器件上，致使效率很低，因此絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式，該方式是使

57、半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈寬調(diào)制來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。</p><p>　　4．1 縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型</p><p>　　4．1．1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算</p><p>　　折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：</p><p>　　式中： —電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為，本設(shè)計(jì)初選電機(jī)值為15；</p>

58、<p>　　、—同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為；</p><p>　　、分別為帶輪的外徑和寬度，單位為；</p><p>　　—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，取值為112.13；</p><p>　　、—分別為重力加速度，取9.8和導(dǎo)程，其值換算為 0.8。</p><p><b>　　計(jì)算得出：</b></p>

59、;<p><b>　　=</b></p><p>　　4．1．2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分為快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由《數(shù)控技

60、術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》式4-8式可知包括三部分：快速空</p><p>　　載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》式4-12式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有</p><p>　　根據(jù)式4-9，考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率=0.9，計(jì)算快速空

61、載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　其中——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，為750r/min ——步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間，為0.2s</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　式中——縱向空載最快移動(dòng)速度，為3600mm/min</p><

62、;p>　　——縱向步進(jìn)電機(jī)步距角，為0.75</p><p>　　——縱向脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)中為0.01mm/脈沖</p><p>　　帶入=750r/min。</p><p>　　將上面數(shù)值帶入=2.301N·m</p><p>　　由式4-10可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為: </p>&

63、lt;p>　　式中——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取1.6</p><p>　　——垂直方向的負(fù)載，空載取0</p><p>　　——縱向傳動(dòng)鏈總效率，取0.9</p><p>　　將上面數(shù)據(jù)帶入=0.17N·m</p><p>　　最后帶入=２.３０１+0.17N·m=２.４７N·m</p>&

64、lt;p>　　2） 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由式4-13可知: 包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對(duì)于和很小，可忽略不計(jì)。則有： </p><p>　　其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式</p><p&

65、gt;　　計(jì)算可得 =0.662N·m</p><p>　　再由式4-10計(jì)算承受最大工作負(fù)載狀態(tài)下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　將數(shù)值帶入上式得=0.473N·m</p><p>　　最后由式，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=0.662+0.473=1.135N·m</p

66、><p>　　經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　=max{，}=2.47N·m</p><p>　　3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定</p><p>　　考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開(kāi)環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足

67、：</p><p><b>　　N·m</b></p><p>　　對(duì)于前面預(yù)選的110BYG2602型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由表4-5可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩=20N·m，可見(jiàn)完全滿足上式的要求。</p><p>　　4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>　?、僮羁旃みM(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p>

68、;<p>　　任務(wù)書(shū)給定縱向最快工進(jìn)速度=800mm/min，脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖，由式4-16求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率</p><p>　　從表4-7可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=14.6N·m，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.47N·m ，滿足要求。</p><p>　?、谧羁炜蛰d移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p

69、>　　任務(wù)書(shū)給定縱向最快空載移動(dòng)速度，仿照式4-16求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率</p><p>　　從表4-7可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩=10 N·m，大于快速空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.47N·m，滿足要求。</p><p>　?、圩羁炜蛰d移動(dòng)時(shí)電機(jī)運(yùn)行頻率校核</p><p>　　最快空載移動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=6000H

70、z。查表4-5可知110BYG2602的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出極限。</p><p><b>　?、軉?dòng)頻率的計(jì)算</b></p><p>　　已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，查表4-5可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)最高空載啟動(dòng)頻率=1800Hz，則由式4-17可以求出步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為：

71、 783Hz</p><p>　　上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電機(jī)起步時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于783Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，啟動(dòng)頻率選的很低，通常只有100Hz。綜上所述，本例中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用110BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4．2同步帶傳遞功率的校核</p><p>　　分兩種工作情況，分別進(jìn)行校核。&

72、lt;/p><p>　?。?）快速空載啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)從靜止到加速至=750r/min，，同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.47N·m,傳遞的功率為</p><p>　?。?）最大工作負(fù)載、最快工進(jìn)速度 帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=1.135N·m，任務(wù)書(shū)給定的最快工進(jìn)速度，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　160r/min，<

73、;/b></p><p><b>　　傳遞的功率為</b></p><p>　　可見(jiàn)，兩種情況下同步帶傳遞的負(fù)載功率均小于帶的額定功率668.73W。因此選擇的同步帶功率合格。</p><p>　　5電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5．1 光電隔離電路</p><p>　　光電隔離電

74、路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號(hào),對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離.因而具有良好的電絕緣能力并能夠有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，具有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等特點(diǎn)。光電隔離在強(qiáng)-弱電接口、特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開(kāi)關(guān)信號(hào)（數(shù)字信號(hào)

75、）的傳輸，不適合于傳輸模擬量；線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進(jìn)直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。</p><p>　　5．2 單極性可逆PWM電路設(shè)計(jì)</p><p>　　可逆PWM電路分雙極性和單極性兩種，前者有低速運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但存在著電流波動(dòng)大，功率損耗大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避免開(kāi)關(guān)直通的危險(xiǎn)，限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電機(jī)的控制。由于

76、本設(shè)計(jì)選用的直流電機(jī)功率較大，尤其是在啟動(dòng)加速時(shí)刻，故選擇后者。單極性驅(qū)動(dòng)又分T型和H型，以H型應(yīng)用最多。一般對(duì)中大功率的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以用相應(yīng)的MOS管和續(xù)流二級(jí)管（肖特基管）搭建H橋驅(qū)動(dòng)電路。使用MOS管，其開(kāi)關(guān)速度快，同時(shí)又是電壓驅(qū)動(dòng)型，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單而且導(dǎo)通后內(nèi)阻小，通過(guò)電流大，這樣加在電機(jī)的電壓就接近電源電壓，使電機(jī)能正常工作。使用續(xù)流二級(jí)管，用來(lái)保護(hù)元器件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞，以及提供電機(jī)制動(dòng)回路。</p>

77、<p><b>　　6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，其設(shè)計(jì)也是普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的核心工程，對(duì)機(jī)床而言，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)，控制主軸、進(jìn)給軸和其他輔助裝置正確、及時(shí)和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時(shí)接受從機(jī)床反饋來(lái)的各種信息，對(duì)機(jī)床控制進(jìn)行調(diào)整。任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組

78、成，在處理信息方面，軟件和硬件對(duì)要完成的任務(wù)是等價(jià)的，硬件處理速度快，線路復(fù)雜，軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但速度較慢。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來(lái)越傾向于軟件控制。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運(yùn)算是插補(bǔ)運(yùn)算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補(bǔ)償。位置控制的實(shí)質(zhì)就是位置負(fù)反饋，即指令位置和實(shí)際位置進(jìn)行比較，用位置偏差進(jìn)行控制；插補(bǔ)運(yùn)算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)一定的運(yùn)算法

79、則實(shí)時(shí)獲得位置指令；刀具補(bǔ)償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。</p><p><b>　　硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用微機(jī)結(jié)構(gòu)的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，在一些

80、標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當(dāng)今數(shù)控機(jī)床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)將采用較經(jīng)濟(jì)的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對(duì)于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實(shí)際要求。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來(lái)有以下幾個(gè)部分組成：</p><p>　?。?）中央處理單元CPU；</p><

81、;p>　?。?）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；</p><p>　?。?）存儲(chǔ)器，包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器；</p><p>　?。?）輸入輸出接口電路；</p><p>　?。?）外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器及光電編碼器等。</p><p>　　6．1．2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能</p><p&

82、gt;　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：</p><p><b>　　讀取鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)；</b></p><p>　　讀取操作面板開(kāi)關(guān)及按鈕信號(hào)；</p><p>　　讀取螺紋/光電編碼器信號(hào) ；</p><p>　　讀取電動(dòng)刀架刀位信號(hào)；</p><p>　　接受車床行程開(kāi)關(guān)信號(hào)；&

83、lt;/p><p><b>　　控制LED顯示；</b></p><p>　　控制電動(dòng)刀架自動(dòng)選刀；</p><p>　　控制縱向、橫向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；</p><p>　　(10) 控制交流變頻器；</p><p>　　(11) 控

84、制冷卻泵啟停；</p><p>　　(12) 可與PC進(jìn)行串行通信。</p><p>　　綜合上述所要實(shí)現(xiàn)的功能，選用intel8031作為主控芯片，接晶振電路、復(fù)位電路，由于8031無(wú)內(nèi)部存儲(chǔ)器，選用2764作為程序存儲(chǔ)器，選6264作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，8031P0口8位地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用，因此得選74LS373鎖存器，另外考慮到8031IO口較少，用8155擴(kuò)展IO口，之后分別接刀架電機(jī)、縱

85、橫向電機(jī)、6位數(shù)碼管、報(bào)警顯示等外圍電路。由于由8031控制的芯片較多，選74LS138譯碼器做片選，保證8031能夠準(zhǔn)確尋址并發(fā)送、接受控制指令。74ls06 六高壓輸出反相緩沖器-驅(qū)動(dòng)器用來(lái)提高電路的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　6．1．3 主控芯片及相關(guān)芯片的簡(jiǎn)介</p><p><b>　　1、8031單片機(jī)</b></p><p>

86、;　　8031是最常見(jiàn)的mcs51系列單片機(jī)，是inter公司早期的成熟的單片機(jī)產(chǎn)品，應(yīng)用范圍涉及到各行各業(yè),下面介紹一下它的引腳圖等資料。</p><p><b>　　<8031管腳圖></b></p><p><b>　　8031引腳功能</b></p><p>　　（1）主電源引腳Vss和Vcc</

87、p><p><b>　?、?Vss接地</b></p><p>　?、?Vcc正常操作時(shí)為+5伏電源</p><p>　?。?）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　?、?XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 </p><p>

88、;　?、?XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。</p><p>　?。?）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/ ， 和 /Vpp</p><p>　?、?RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位</p><p>　　在Vcc掉電期間

89、，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?ALE/ 正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL電路。

90、對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能）</p><p>　?、?外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動(dòng)八LSTTL輸入。</p><p>　?、?/Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng) /Vpp為高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng) /Vpp 為低電平時(shí)，則訪

91、問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。 ☆8031引腳功能：     Vcc:+5V電源電壓。     Vss:電路接地端。     P0.0～P0.7:通道0，它是8位漏極開(kāi)路的雙向I/

92、O通道，當(dāng)擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗(yàn)期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0吸收/發(fā)出二個(gè)TTL負(fù)載。     P1.0～P1.7:通道1是8位擬雙向I/O通道，在編程和校驗(yàn)時(shí)，它發(fā)出低8位地址。     通道1吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載。     P2.0～P2.7:通道2是8位擬雙向I/

93、O通道，當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，用作高8位地址總線。通道2能吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載。     P3.0～P3.7:通道3準(zhǔn)雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個(gè)TTL負(fù)載，P3通道的每一根線還有  ☆另一種功能：     P3.0:RXD，串行輸入口。     P3.1:TXD，串行輸出口。 

94、;    P3.2:INT0，外部中斷0輸入口。     P3.3:INT1，外部中斷1輸入口。     P3.4:T0</p><p><b>　　2、74LS373</b></p><p>　　八 D 鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性)</p

95、><p>　　373 的輸出端 Q0～Q7 可直接與總線相連。</p><p>　　當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，Q0～Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。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。</p><p>　　當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)

96、，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。</p><p><b>　　引出端符號(hào)：</b></p><p>　　D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）</p><p><b>　　LE 鎖存允許端&

97、lt;/b></p><p><b>　　Q0～Q7 輸出端</b></p><p><b>　　真值表：</b></p><p><b>　　3、74LS138</b></p><p>　　74LS138 為3 線－8 線譯碼器</p><p>

98、　　共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　?、佼?dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2))和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。<

99、/p><p>　?、诶?E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。</p><p>　?、廴魧⑦x通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。</p><p>　?、芸捎迷?086的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。</p><p><b>　　4、2764</b>&

100、lt;/p><p>　　2764是8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時(shí)間最大為250nS，28腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為：</p><p>　　A0-A12為13根地址線，可尋址8K字節(jié)；O0-O7為數(shù)據(jù)輸出線；CE為片選線；OE為數(shù)據(jù)輸出選通線；PGM為編程脈沖輸入端；Vpp是編程電源；Vcc是主電源。</p

101、><p>　　正常工作（只讀）時(shí)，Vpp=Vcc=+5V,～PGM=+5V。</p><p>　　編程時(shí)，Vpp＝+25V（高壓），～PGM端加入寬度為50ms的負(fù)脈沖。</p><p><b>　　EPROM電路</b></p><p>　　EPROM 2764的外部引線如圖所示。這是一塊8K×8bit的EPRO

102、M芯片，它的引線與SRAM芯片6264是兼容的。這給使用者帶來(lái)很大方便。因?yàn)樵谲浖{(diào)試過(guò)程中，程序經(jīng)常需要修改，此時(shí)可將程序先放在6264中，讀寫(xiě)修改都很方便。調(diào)試成功后，將程序固化在2764中，由于它與 6264的引腳兼容，所以可以把2764直接插在原6264的插座上。這樣，程序就不會(huì)由于斷電而丟失。</p><p>　　?     下面介紹2764各

103、引腳的含義:</p><p>　?、?#160;A0一A12：13根地址輸入線。用于尋址片內(nèi)的8K個(gè)存儲(chǔ)單元。</p><p>　?、?#160;D0～D7：8根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線。編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。</p><p>　?、?#160;OE：輸出允許信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為0時(shí)，芯片中的數(shù)據(jù)可由D0～D7端輸出。</p><

104、p>　?、?#160;CE：選片信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為0時(shí)表示選中此芯片。．</p><p>　?、?#160;PGM:編程脈沖輸入端。對(duì)EPROM編程時(shí)，在該端加上編程脈沖。讀操作時(shí)該信號(hào)為1。</p><p>　?、?#160;VPP：編程電壓輸入端。編程時(shí)應(yīng)在該端加上編程高電壓，不同的芯片對(duì)VPP的值要求的不一樣，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。<

105、;/p><p><b>　　說(shuō)明：</b></p><p>　　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。一片新的或擦除干凈EPROM芯片，其每一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都是FFH。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。擦除器利用紫外線光照射EPROM的窗口，一般經(jīng)過(guò)15—20min即可擦除干凈。擦除完畢后可讀

106、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。</p><p>　　5、Intel6264芯片</p><p>　　Intel 6264的特性及引腳信號(hào)</p><p>　　Intel 6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造</p><p>　　A12～A0（address inputs）：地

107、址線，可尋址8KB的存儲(chǔ)空間。</p><p>　　D7～D0（data bus）：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。</p><p>　　OE（output enable）：讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。</p><p>　　WE（write enable）：寫(xiě)允許信號(hào)，輸入，低電平有效。</p><p>　　CE1（chip enable）：片選信號(hào)

108、1，輸入，在讀/寫(xiě)方式時(shí)為低電平。</p><p>　　CE2（chip enable）：片選信號(hào)2，輸入，在讀/寫(xiě)方式時(shí)為高電平。</p><p>　　VCC：+5V工作電壓。</p><p><b>　　GND：信號(hào)地。</b></p><p>　　Intel 6264的操作方式</p><p&g

109、t;　　Intel 6264的操作方式由OE,WE, CE1 , CE2的共同作用決定</p><p>　?、?寫(xiě)入：當(dāng)WE和CE1為低電平，且OE和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開(kāi)，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫(xiě)入被選中的存儲(chǔ)單元。</p><p>　?、?讀出：當(dāng)OE和CE1為低電平，且WE和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。</p>

110、;<p>　　③ 保持：當(dāng)CE1為高電平，CE2為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。</p><p>　　6、8155I/O口擴(kuò)展芯片</p><p>　?。?）、8155的結(jié)構(gòu)和引腳</p><p>　　8155有40個(gè)引腳，采用雙列直插封裝，其引腳圖和組成框圖如圖所示。</p><p>　　（a）、 地

111、址/數(shù)據(jù)線AD0～AD7（8條）        </p><p>　　（b）、 I/O口總線（22條）：PA0～PA7、PB0～PB7、 PC0～PC5。 </p><p>　?。╟）、控制總線（8條）</p><p>　　ALE —— 地址鎖存（輸入）</p><p>　

112、　IO / /M—— IO口/RAM選擇， 0：選內(nèi)RAM； 1：選內(nèi)IO口</p><p>　　/CE —— 片選線</p><p>　　/RD、/WR —— 讀、寫(xiě)控制</p><p>　　TIMERIN —— 定時(shí)器輸入（輸入定時(shí)器所需時(shí)鐘）</p><p>　　TIMEROUT —— 定時(shí)器輸出（輸出所產(chǎn)生的方波脈沖）</p&g

113、t;<p>　?。?） 8155的RAM和I / O口地址編碼</p><p>　　（3） 8155的工作方式與基本操作</p><p><b>　　有三種基本操作：</b></p><p>　　a、作單片機(jī)片外256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　IO / /M = 0，與其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。用MO

114、VX訪問(wèn)。</p><p>　　b、作擴(kuò)展I / O口使用</p><p>　　IO / /M = 1，PA口、PB口、PC口，可通過(guò)編程決定如何使用。</p><p>　　1）命令寄存器（命令控制字） —— I / O口工作方式</p><p>　　I / O口工作方式有四種：</p><p>　　A口、B口

115、0;   基本I / O口，   C口輸入；</p><p>　　A口、B口    基本I / O口，   C口輸出；</p><p>　　A口選通I / O、B口基本I / O、C口作聯(lián)絡(luò)線；</p><p>　　A口、B口選通I / O、C口作聯(lián)絡(luò)線。</p>

116、<p>　　2）狀態(tài)標(biāo)志寄存器 —— PA口、PB口狀態(tài)標(biāo)志。</p><p><b>　　狀態(tài)標(biāo)志寄存器：</b></p><p>　　BF —— 緩沖器滿標(biāo)志；</p><p>　　INTR —— 端口中斷請(qǐng)求標(biāo)志；</p><p>　　INTE —— 端口中斷允許標(biāo)志；</p><p

117、>　　TIMER —— 定時(shí)器中斷請(qǐng)求。</p><p>　　命令寄存器，只寫(xiě)不讀；</p><p>　　狀態(tài)標(biāo)志寄存器，只讀不寫(xiě)；        這二者使用同一地址</p><p>　　c、作定時(shí)器擴(kuò)展使用</p><p>　　可以通過(guò)編程決定輸出4種信號(hào)，即有四種

118、工作臺(tái)方式。</p><p>　　單方波；            連續(xù)方波；</p><p>　　單脈沖；            連續(xù)脈沖。</p><

119、p>　　由兩個(gè)8位寄存器，決定14位定時(shí)器計(jì)數(shù)常數(shù)及四種工作方式。</p><p>　　由命令寄存器的最高兩位對(duì)定時(shí)器進(jìn)行四種控制。</p><p>　　簡(jiǎn)單的I/O接口擴(kuò)展</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常采用TTL電路或CMOS電路鎖存器、三態(tài)門(mén)電路作為I/O口擴(kuò)展芯片。這種I/O口一般都是通過(guò)P0口擴(kuò)展，不占用單片機(jī)的I/O口資源，只需一根地

120、址線作片選線用。這種方法具有電路簡(jiǎn)單、成本低、配置靈活方便等特點(diǎn)。</p><p><b>　　六位數(shù)碼管</b></p><p>　　數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p>　　led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出

121、它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等