銑床X-Y工作臺(tái)數(shù)控化改造.doc

1、第一章 緒論1.1 機(jī)床數(shù)控改造的意義畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一.通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)可以初步樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，了解有關(guān)的工業(yè)政策，學(xué)會(huì)運(yùn)用手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料;培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的實(shí)際能力，并在教師的指導(dǎo)下,系統(tǒng)地運(yùn)用課程和選修課程的知識(shí)，獨(dú)立完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是改造設(shè)備，實(shí)現(xiàn)以下幾部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。如精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或裝置）的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)I/O接口設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)控化電氣原理設(shè)計(jì)等。說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容應(yīng)包括：畢業(yè)設(shè)計(jì)題目總體方案的確定、系統(tǒng)框圖的分析、電氣執(zhí)行元件的選用說(shuō)明、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣及其他部分（如環(huán)形分配器等）的說(shuō)明.該畢業(yè)設(shè)計(jì)的

2、內(nèi)容及方法，可以歸納如下： 1。精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要是考慮數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)問(wèn)題：要弄清機(jī)構(gòu)或機(jī)械執(zhí)行元件的主要功能（傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、位置裝置、微調(diào)、精密定位或高速運(yùn)轉(zhuǎn)等），進(jìn)行力矩、負(fù)載功率、慣性(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、加（減）速控制和誤差計(jì)算.2.選用驅(qū)動(dòng)控制電路,對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用,考慮電機(jī)選擇及驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算,控制電機(jī)電路的設(shè)計(jì)。3.采用微型計(jì)算機(jī)（包括單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、采集和控制。主要考慮計(jì)算機(jī)的選擇或單片機(jī)構(gòu)成電路的選用、接口電路、軟件編制等.4。學(xué)會(huì)使用手冊(cè)及圖表資料。1.2數(shù)控與數(shù)控技術(shù)數(shù)控是數(shù)字控制的簡(jiǎn)稱,英文為 Numer

3、ical Control，簡(jiǎn)稱NC。目前數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computer Numerical Control ）,簡(jiǎn)稱CNC,國(guó)外一般都稱為CNC，很少再用NC這個(gè)概念了。下面詳細(xì)說(shuō)明之：  數(shù)控（Numerical Control，NC 數(shù)字控制）是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開(kāi)關(guān)量.數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問(wèn)世；19世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功

4、能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國(guó)麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī),包括計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來(lái)的。1952年，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世,成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。   現(xiàn)在,數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)(Computer Numerical Control )，目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù).這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來(lái)執(zhí)行對(duì)設(shè)備的控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置,使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過(guò)計(jì)

5、算機(jī)軟件來(lái)完成。文檔為個(gè)人收集整理，來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請(qǐng)勿用作商業(yè)用途1。3機(jī)床的數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì)1.3。1銑床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)機(jī)床的數(shù)控改造, 主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì), 最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車(chē)床是機(jī)電一體化的典型代表， 其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而, 現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可, 也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上, 僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成（ 那些受資金等條件限制, 而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論) 。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)， 如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等, 難以勝任

6、數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求.現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)， 特別是加工中心， 無(wú)論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu), 還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化， 已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此, 我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過(guò)程中, 應(yīng)在考慮各種情況下， 使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。1.3。2數(shù)控機(jī)床的性能和精度的選擇 并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控改造，機(jī)床的改造主要具備兩個(gè)條件： 第一,機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二， 改造的費(fèi)用要合適, 經(jīng)濟(jì)性好。在改裝機(jī)床前， 要對(duì)機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定。改裝后的

7、機(jī)床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長(zhǎng)度、主電動(dòng)機(jī)功率等一般都不會(huì)改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。( 1 ) 軸變速方法、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動(dòng)停車(chē)等.（ 2 ） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng):進(jìn)給速度： Z 向（ 通常為8400mm/min ） ； X 向( 通常為2 100mm/min )?？焖僖苿?dòng)： Z 向（ 通常為1。24m/min) ； X 向（ 通常為1.23m/min） 。脈沖當(dāng)量： 在0。0250.005mm 內(nèi)選取， 通常Z 向?yàn)閄 向的2 倍。加工螺距范圍: 包括能加工螺距類型（ 公

8、制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等) ， 一般螺距在10mm 以內(nèi)都不難達(dá)到。( 3 ) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式( 一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)） 。（ 4 ） 給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是否需要改裝成滾珠絲杠傳動(dòng)。( 5 ) 刀架是否需要配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架, 若配置需要確定工位數(shù)。（ 6 ) 其他性能指標(biāo)選擇：插補(bǔ)功能: 銑床加工需具備直線和圓弧插補(bǔ)功能。刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償: 為了保證一定的加工精度， 一般需考慮設(shè)置刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償功能。顯示： 采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示， 顯示的位數(shù)多少等問(wèn)題要根據(jù)銑床加工功能實(shí)際需要確定， 一般來(lái)說(shuō), 顯示越簡(jiǎn)單成本越低， 也容易實(shí)現(xiàn).診斷功能: 為防止操作者輸入的程序有錯(cuò)和隨之出現(xiàn)

9、的錯(cuò)誤動(dòng)作, 可在數(shù)控改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入必要的器件和軟件, 使其能指示出機(jī)床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等， 實(shí)現(xiàn)有限的診斷功能。以上是銑床數(shù)控改造時(shí)需要考慮的一些通用性能指標(biāo)， 有的銑床改造根據(jù)需要還會(huì)有些專門(mén)的要求, 如車(chē)削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、銑刀高精度對(duì)刀等, 這個(gè)時(shí)候應(yīng)有針對(duì)性的專門(mén)設(shè)計(jì)。 1。3.3銑床數(shù)控改造方案當(dāng)數(shù)控銑床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后, 可根據(jù)此來(lái)確定改造方案。目前機(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟, 專用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足銑床的常規(guī)加工要求。因此， 較典型的銑床數(shù)控改造方案可選擇為: 配置專用銑床數(shù)控改造系統(tǒng), 更換進(jìn)

10、給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能。目前較典型的經(jīng)濟(jì)型專用銑床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能：（ 1 ) 采用單片微機(jī)為主控CPU, 具有直線和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能、數(shù)碼管二坐標(biāo)同時(shí)顯示、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。( 2 ) 配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 脈沖當(dāng)量或控制精度一般為: Z 為0.01mm, X 向?yàn)?.005mm( 要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套) 。( 3 ) 加工程序大多靠面板按鍵輸入， 代碼編制, 掉電自動(dòng)保護(hù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ);可以對(duì)程序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編輯修改和試運(yùn)行操

11、作。( 4 ） 具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機(jī)械極限位置自動(dòng)限位、超程報(bào)警，以及進(jìn)給速度程序自動(dòng)終止等各類數(shù)控基本功能.第二章 總體設(shè)計(jì)方案由于該設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造,在考慮具體方案時(shí)，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本.2。1設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)分辨率為0.01mm，其它設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。表2。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)分組最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺(tái)加工范圍（mm）最大移動(dòng)速度416mm5mm2mm碳鋼X=200，y=1503m/min圖2-1工作臺(tái)草圖2。2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和絲杠當(dāng)傳動(dòng)比i=1時(shí)，可用聯(lián)軸器直接將電機(jī)與絲杠連接

12、，這種結(jié)構(gòu)有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。由 i=（公式21） ，b為步進(jìn)電機(jī)步距角Lo為滾珠絲杠導(dǎo)程、為系統(tǒng)脈沖當(dāng)量。 選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為55BF009,其步矩角=選絲杠規(guī)格為2004-3(FYND）其導(dǎo)程為4mm,由傳動(dòng)比公式得 故可用聯(lián)軸器將電機(jī)與絲杠直接連接.預(yù)選由廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LK13系列剛性聯(lián)軸器（）.2.3初定工作臺(tái)尺寸查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)（GB/T 1581996)選工作臺(tái)T型槽尺寸如下：深度H=15mm槽低寬度B12mm槽寬A6mmC6mm槽數(shù)5，間隔40mm； 圖2-2 由工作臺(tái)加工范圍200*150選工作臺(tái)尺寸 240 20 20 20200 20初定滾珠絲

13、杠長(zhǎng)度L340mm B B 5060 Lx+B+102035452。4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 關(guān)系的環(huán)形脈沖；功率放大器將脈沖分配器輸出的環(huán)形脈沖放大, 用于控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),這些部分都可以由專門(mén)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果用單片機(jī)加上專門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，可以簡(jiǎn)化電路， 提高可靠性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)是由控制繞組中輸入脈沖的有一般說(shuō)來(lái), 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)需要以下部分, 如下圖所示，其中的脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生頻率變化的脈沖信號(hào);脈沖分配器根據(jù)方向控制信號(hào)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成有一定邏輯來(lái)控制的，每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度和方向是由三相控制繞組中的通電方式?jīng)Q定的。因此, 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制是要求單片機(jī)軟件產(chǎn)生按一定規(guī)律變

14、化的時(shí)序脈沖，然后通過(guò)接口內(nèi)和驅(qū)動(dòng)放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制繞組工作.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由硬件電路和軟件程序兩部分組成.硬件方法就是用脈沖分配器來(lái)實(shí)現(xiàn)， 但是硬件方法的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且成本也很高。使用軟件方法就是通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),不但可以簡(jiǎn)化電路，而且也降低成本.使用單片機(jī)以軟件方式來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī), 可以通過(guò)編程方法在一定范圍之內(nèi)自由設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、往返運(yùn)動(dòng)的角度等, 還可以方便靈活地控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)而滿足不同用戶的要求。 第三章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)3。1傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算1.機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量查指導(dǎo)書(shū)表面2-18得2。絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由指導(dǎo)書(shū)公式2-3有得3。工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由于工作臺(tái)材料

15、為碳鋼，故其質(zhì)量為由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小故可忽略不計(jì)4.總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算3.2工作載荷分析及計(jì)算銑削運(yùn)動(dòng)的特征是主運(yùn)動(dòng)為銑刀繞自身軸線高速回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)帶動(dòng)工件在垂直于銑刀軸線方向緩慢進(jìn)給(鍵槽銑刀可沿軸線進(jìn)給).銑刀的類型很多，但以圓柱銑刀和端銑刀為基本形式,此選用圓柱銑刀,銑刀材料選擇高速鋼。查金屬切削手冊(cè)P398常用銑刀介紹表，選擇細(xì)齒錐柄立銑刀， 其尺寸參數(shù)如下：D=16mm,齒數(shù)Z=4。1。查金屬切削手冊(cè)P417細(xì)齒錐柄立銑刀切削用量表得銑削速度查銑工表24，初選0。03mm因此可得 查機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)表415立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選銑床型號(hào)X51，查其轉(zhuǎn)速表并將轉(zhuǎn)速圓

16、整為實(shí)際切削速度為 故實(shí)際2。根據(jù)指導(dǎo)書(shū)表2-2得高速鋼銑刀銑削公式為 查指導(dǎo)書(shū)表23得銑削力系數(shù)有3。3進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算查指導(dǎo)書(shū)表2.4，有如下表格參數(shù)比值不對(duì)稱銑削逆銑順銑120903080404故有縱向進(jìn)給方向工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向3。4滾珠絲杠螺母副的選型和校核3.4。1最大工作載荷的計(jì)算滾珠絲杠上的工作載荷為走刀抗力，移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于選擇的導(dǎo)軌要求結(jié)構(gòu)緊湊,間隙調(diào)整方便，摩損小，有良好的精度保持性且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，故選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，在此設(shè)計(jì)中還要求導(dǎo)軌能承受一定的顛覆力矩，所以選擇燕尾導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，由式211 將所得數(shù)

17、據(jù)代入公式有：3.4。2最大動(dòng)負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸初選滾珠絲杠最大運(yùn)載荷由指導(dǎo)書(shū)中可知 3.4.3傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 查得（或可由算出)3.4.4剛度驗(yàn)算絲杠的拉壓變形量的計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量由指導(dǎo)書(shū)式217得式中為滾珠直徑,為滾珠總數(shù)量滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠總變形量變形量要少于定位精度得一半，即0.01/2=0.005=0.00369<0.005因此符合設(shè)計(jì)要求。3.4.5壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 由指導(dǎo)書(shū)式2-18 失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 絲杠截面慣量矩 查指導(dǎo)書(shū)表211得 穩(wěn)定性安全系數(shù) 故絲杠符合要求。3。5導(dǎo)軌的選型和計(jì)算由于選擇的導(dǎo)軌

18、為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由指導(dǎo)書(shū)式2-20L50（)每個(gè)滑塊的的工作載荷取硬度系數(shù)0。53、=1、0。81、2預(yù)設(shè)導(dǎo)軌壽命L=50KM 則根據(jù)此壽命可算出 3267kN故選導(dǎo)軌型號(hào)GDA20SV符合要求，查指導(dǎo)書(shū)表216可知其=12。4KN3。6驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的數(shù)字控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移, 即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度， 因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中發(fā)揮著極大的作用. 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選擇電機(jī)。3。6。1步距角的選擇已知脈沖當(dāng)量由公式2-23 3。6.2步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的選

19、擇查指導(dǎo)書(shū)表217得 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系有（1）加速度力矩 (2)空載摩擦力矩（取傳動(dòng)系統(tǒng)總效率)。、，（3）附加摩擦力矩為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取故電機(jī)空載啟動(dòng)力矩作用在工作臺(tái)的合力的計(jì)算，逆銑的時(shí)候合力大作用在工作臺(tái)上的合力折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)部件正常工作時(shí)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩故運(yùn)動(dòng)部件正常運(yùn)行時(shí)需的最大靜轉(zhuǎn)矩 此處取0.5代入得按步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇要求所以， 查表218選擇步進(jìn)電機(jī)55BF009.3。6.3啟動(dòng)矩頻特性校核查指導(dǎo)書(shū)圖2-21步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)矩頻特性曲線當(dāng)啟動(dòng)力矩時(shí)對(duì)應(yīng)的允許啟動(dòng)頻率，而由表218查得電機(jī)的啟動(dòng)頻率，保證了電機(jī)快速啟動(dòng)時(shí)不丟步。運(yùn)行矩頻特性校核

20、快速進(jìn)給運(yùn)行矩頻特性校核：由式2-34得，快進(jìn)力矩查指導(dǎo)書(shū)222得，允許快進(jìn)頻率由式2-33得電機(jī)最高快進(jìn)頻率，故電機(jī)快速進(jìn)給時(shí)不丟步。3.6.4工進(jìn)運(yùn)行矩頻特性校核工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率為工進(jìn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需力矩 工作負(fù)載力矩查指導(dǎo)書(shū)圖2-22得 允許工進(jìn)運(yùn)行力矩 滿足設(shè)計(jì)要求，故可選用此電機(jī)。第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)總體方案的擬定。機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床，如車(chē)床、銑床、磨床等等.控制系統(tǒng)的基本組成如圖4-1所示:通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī)圖4-1控制系

21、統(tǒng)基本組成圖4。2 總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.2.1 單片機(jī)的設(shè)計(jì)1、MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）.在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒(méi)有程序存貯器，必須外接EPROM程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分.a.電源及時(shí)鐘引腳此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2.電源引腳接入單片

22、機(jī)的工作電源。Vcc(40腳）:接+5V電源.Vss(20腳）：接地。時(shí)鐘引腳（18、19腳）:外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器,它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部,它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地.XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端.若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。b.控制引腳它包括RST、ALE、等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行

23、時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位(RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為0.5V的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間,此引腳可接備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)(5±0.5）V）時(shí),VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問(wèn)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。但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。AL

24、E端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（29腳）:此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問(wèn)外部程序存貯器的讀選通信號(hào).在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載./Vpp（31腳）：當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng)PC值超過(guò)某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問(wèn)外部程序存貯器.對(duì)8031來(lái)說(shuō),因其無(wú)內(nèi)部程序存貯器.所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問(wèn)外部程序存貯器.c.輸入/輸出引腳輸入/輸出（I/O）口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口

25、.P0口（P0.0-P0。7）：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備.它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用.P1口（P1。0P1.7）:為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線(作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置1），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口（P2。0P2。7）:為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口(P3.0-P3。7）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可

26、驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。2、MCS51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS51片內(nèi)有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。如下圖4-2所示:圖4-2內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1。2MHz-

27、24MHz之間可以選擇，一般取11.0592MHz.電容C1、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。C1、C2可在20pF-100pF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF-70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容.3、MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這

28、個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平,MCS-51便保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ALE ，P0,P1，P2,P3口都輸出高電平。RST變位低電平后，退出復(fù)位狀態(tài),CPU從初始狀態(tài)開(kāi)始工作.復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容。MCS51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)等的需要,常常需要人工按鈕復(fù)位，如下圖4-3所示：圖43上電按鈕復(fù)位電路對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,故

29、電阻R2可不接。單片機(jī)在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms）,就能使單片機(jī)有效復(fù)位.當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時(shí),RC的典型值為C=10F,R=8。2K。簡(jiǎn)單復(fù)位電路中,干擾信號(hào)易串入復(fù)位端,可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位，這時(shí)可在RST引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按下開(kāi)關(guān)一定時(shí)間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。4。2。2 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)展程序存貯器，用以存放控制程序。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的存貯器容量

30、較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器.這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器（包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器）.另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路，用來(lái)與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí),僅有幾個(gè)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。1、程序存貯器的擴(kuò)展MCS51系列單片機(jī)的程序存貯器空間和數(shù)據(jù)存貯器空間是相互獨(dú)立的。程序存貯器尋址空間為64KB(0000H-0FFFFH)，8031片內(nèi)不帶ROM，所以要進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。用作程序存貯器的常用的器件是EPROM。 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(shí)，必須用地址

31、鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存.根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存貯器容量要求的不同，常采用的擴(kuò)展芯片擴(kuò)展EPROM2716（2KB×8）、2732A（4KB×8）、2764A(8KB×8）、27128A（16KB×8)、27256（32KB×8）和27512（64KB×8）等。以上6種EPROM均為單一+5V電源供電，維持電流為35mA-40mA，工作電流為75mA100mA，讀出時(shí)間

32、最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0-A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存貯容量的大小不同，因而提供8位地址的P2端口線的數(shù)量各不相同，故2716為A0-A10，27512為A0A15；D0D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線,低電平有效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸入端。根據(jù)程序存貯器擴(kuò)展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373為例對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。因?yàn)?764A是8KB容量的EPROM，故用到了13根地址線,A0-A12。如果只擴(kuò)展一片程序存貯器EPROM，故可將片選端CE直接接地。下圖為擴(kuò)展兩片EPROM的連

33、接方法.同時(shí)，8031運(yùn)行所需的程序指令來(lái)自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會(huì)運(yùn)行。2、數(shù)據(jù)存貯器的擴(kuò)展8031單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)RAM存貯器。CPU對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的的操作指令.但在用于數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.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。數(shù)據(jù)存貯器只使用WR、RD控制線而不用PSEN。正因?yàn)槿绱?數(shù)據(jù)存貯器與程序存貯器可完全重疊，均為0000HFFFFH,但數(shù)據(jù)存貯器與I/O口與外圍設(shè)備是統(tǒng)一遍址的，即任何擴(kuò)展的I/O口以及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存貯器地址。8031的P0口為RAM的復(fù)用地

34、址/數(shù)據(jù)線，P2口用于對(duì)RAM進(jìn)行頁(yè)面尋址(根據(jù)其容量不同，所占的P2端口不同，在對(duì)外部RAM讀/寫(xiě)期間，CPU產(chǎn)生RD/WR信號(hào).在8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存貯器的設(shè)計(jì)無(wú)需考慮刷新問(wèn)題，因而它與微處理器的接口很簡(jiǎn)單.最常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2KB×8）和6264（8KB×8）。單一+5V供電,額定功耗分別為160mW和200mW，典型存取時(shí)間均為200ns，均有雙列之插式封裝，管腳分別為24和28線。下圖是6264與8031的連接圖.從圖中知：6264的片選接8031的P2.7，第二片選線CS2接高電平，保持一直有效狀態(tài)。因626

35、4是8KB容量的RAM,故用到了3根地址線。6264的地址范圍為0000H7FFFH。對(duì)于一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，必須具備一定容量的程序存貯器和一定容量的數(shù)據(jù)存貯器。8031單片機(jī)外部擴(kuò)展兩片2764EPROM和兩片6264靜態(tài)RAM。程序存貯器2764的地址為:0000H-1FFFH。數(shù)據(jù)存貯器6264的地址為0000H-7FFFH.4。2.3確定I/O接口8031只有P1口可作為普通I/O口用，所以需擴(kuò)展。鍵盤(pán)需要64個(gè)鍵，采用矩陣式鍵盤(pán)，需12個(gè)I/O口;顯示器采用7個(gè)LED，需7個(gè)I/O接口；兩個(gè)三相步進(jìn)電機(jī)，采用軟件環(huán)行分配器，需6個(gè)；刀架需4個(gè)；緊急停需1個(gè)。采用一片8279芯片和一片

36、8255A即可。鍵盤(pán)/顯示器接口采用8279芯片，因?yàn)?279芯片是專用的鍵盤(pán)/顯示器接口芯片，還可以編程。8279芯片具有消顫（去抖動(dòng)）、雙鍵同時(shí)按下保護(hù)功能。顯示控制亦按掃描方式工作，可以顯示8或16個(gè)數(shù)碼（字符)。LED的個(gè)數(shù)應(yīng)滿足顯示值的要求和便于顯示。8279與單片機(jī)8031的連接無(wú)特殊要求，除數(shù)據(jù)線、RESET、WR、RD直接連接外，CS與74LS138譯碼器輸出線Y1相連;8279的IRQ經(jīng)反相器與8031的中斷請(qǐng)求輸人線INT1相連；時(shí)鐘輸人端CLK與8031的地址鎖存控制端ALE相連。8279鍵盤(pán)最大可配置8×8個(gè)鍵,實(shí)際用了32個(gè)鍵。掃描線信號(hào)為SL0SL2，經(jīng)7

37、4LS138譯碼器輸出的4個(gè)列選信號(hào)，接入鍵盤(pán)列線。鍵盤(pán)行查詢用了RL0RL7的8根回饋線，接人鍵盤(pán)行線。8279配置的8位共陰極LED顯示器，其字位線由掃描線SL0SL2經(jīng)譯碼器、驅(qū)動(dòng)器提供，字段線由OUTA0OUTBA3、OUTB0OUTB3通過(guò)驅(qū)動(dòng)器提供.8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為四個(gè)部分：a.數(shù)據(jù)總線緩沖器 是一個(gè)8位的雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連.b。讀/寫(xiě)控制邏輯 根據(jù)單片機(jī)的地址信息（A1、A0)與控制信息（RD、WR、RE、SET),控制片內(nèi)數(shù)據(jù)、CPU控制字、外設(shè)狀態(tài)信息的傳送。 c。控制電路 根據(jù)CPU送來(lái)的控制字使所管I/O接口按一定工作方式工作.對(duì)C口甚至

38、可按位實(shí)現(xiàn)“置位”或“復(fù)位”。d.并行I/O接口 有A、B、C三個(gè)端口。 A口:可編程為8位輸入,或8位輸出,或雙向傳送。 B口:可編程為8位輸入，或8位輸出，按不能雙向傳送.C口:可分為兩個(gè)4位口，用于輸入或輸出；也可用作A口、B口的狀態(tài)控制信號(hào).8255A的D0D7依次與8031的P0。0P0。7連接;RD、WR、RESET與8031的同名引腳相連；A0、A1兩跟地址線與鎖存器74LS373輸出的最低2位連接。自單片機(jī)接受地址信息、控制信息，在數(shù)據(jù)總線與端口間傳送數(shù)據(jù)、狀態(tài)控制信號(hào)，也自數(shù)據(jù)總線接受控制字。4。2。4鍵盤(pán)接口設(shè)計(jì)首先判斷鍵盤(pán)上有無(wú)鍵閉合，先送8255的PA口一個(gè)數(shù)據(jù)為00H

39、，使列線PA0PA7的電平均為0，然后讀PB口的PB0PB2的狀況；若不全為“1"，則有鍵閉合，此時(shí)延時(shí)10ms去掉抖動(dòng)后再判斷有無(wú)鍵閉合。如無(wú)則繼續(xù)掃描,如有則判斷按下的鍵號(hào)。如確定有鍵按下時(shí)，便開(kāi)始計(jì)算鍵值。當(dāng)采用8行4列的鍵盤(pán)時(shí)，定義第一行的鍵為00H03H，定義第二行鍵的鍵值為04H07H，依次類推。首先判斷是哪一行有鍵閉合，若第一行有鍵閉合,設(shè)置初值為00H，若第二行有鍵閉合，則設(shè)置初值為04H，依次類推。接著對(duì)列線進(jìn)行掃描以判斷是哪一列閉合。方法上使PA0對(duì)應(yīng)的列線輸出低電平,其余均為高電平，判斷一下是否第一列有鍵閉合，如有則列計(jì)數(shù)為00H，與初值相加則為鍵值，也即是鍵盤(pán)

40、的鍵號(hào)，如無(wú)則把低電平移到第二列上再判斷，直到四列線全判斷完畢，找出列線為止。然后計(jì)算鍵值，最后可根據(jù)鍵號(hào)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口。0列掃描線KEY有鍵按下？延時(shí)10ms有鍵按下？計(jì)算行值掃描各列鍵盤(pán)線求出列值計(jì)算鍵值轉(zhuǎn)各鍵功能功能1功能2功能3功能32圖4-4鍵盤(pán)程序框圖4。2。5顯示電路設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中的廉價(jià)輸出設(shè)備。它由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。這種筆畫(huà)式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量較少,但控制簡(jiǎn)單，

41、使用方便。動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器(掃描)。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān).調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示.若顯示的為數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)8位并行口（稱為掃描口）?？刂聘鱾€(gè)顯示器所顯示的字形也需一個(gè)公用的8位口(稱為數(shù)據(jù)口）。在8031RAM中設(shè)置6個(gè)顯示緩沖單元79H7EH，分別存放6位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。8255的A口掃描總是一位為高電平,即6位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平,其它為高電平.8255的B口輸出相應(yīng)位（陰極為低)顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，使某一位顯示出一個(gè)

42、字符，其它位為暗。依次地改變A口輸出為高的位，B口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù),6位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。4.2。6穩(wěn)壓電源5伏的穩(wěn)壓電源為全系統(tǒng)提供電源.輸出功率不小于8w。采用普通的三端固定輸出穩(wěn)壓集成電路，采用金封7805. 圖4-5穩(wěn)壓電源圖 220伏交流電壓經(jīng)變壓器T1降壓為8。5-9伏后，輸入整流橋,濾波后輸入三端穩(wěn)壓7805,再經(jīng)C2濾波輸出一個(gè)穩(wěn)定的5伏電壓。4。3鍵盤(pán)的診斷經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中,程序的輸入方式多采用鍵盤(pán)直接輸入。若鍵盤(pán)中有一鍵失靈,就可能導(dǎo)致不能取得操作者的控制指令，而使系統(tǒng)失常。因此，鍵盤(pán)診斷是很重要的,通過(guò)鍵盤(pán)診斷程序，使操作者正確判斷鍵盤(pán)工作無(wú)誤或及

43、時(shí)排除鍵盤(pán)故障.鍵盤(pán)診斷程序設(shè)計(jì)的基本思路是:在系統(tǒng)的鍵盤(pán)管理程序中加入使按鍵發(fā)聲子程序，當(dāng)有鍵按下時(shí)，發(fā)出標(biāo)識(shí)聲音,每當(dāng)按下鍵時(shí)聽(tīng)到聲音，表明無(wú)故障，否則鍵出故障. 由于鍵盤(pán)識(shí)別程序已存在于鍵盤(pán)管理程序中，只要編寫(xiě)聲音標(biāo)識(shí)子程序供調(diào)用就行了.因此,這種鍵盤(pán)診斷方式隨系統(tǒng)監(jiān)控程序自始至終存在,有利于操作者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題.聲音標(biāo)識(shí)定為每間隔0。5s發(fā)生0。1s的聲訊，共響三次。4。4 軟件設(shè)計(jì)銑床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用工作中,軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)重要方面。實(shí)際上，軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)工作是不可分割的,二者必須結(jié)合進(jìn)行。軟件設(shè)計(jì)工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件,它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能;另一類是監(jiān)控（管理

44、）軟件，它是控制微機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒(méi)有明確的界限和固定的功能劃分.習(xí)慣上把鍵盤(pán)解釋程序作為監(jiān)控程序，其它任務(wù)都分散在特定功能的執(zhí)行程序中,并由監(jiān)控程序來(lái)調(diào)用必要的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)從全局著眼，先將整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)按功能分成一個(gè)一個(gè)的模塊，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體模塊的程序，最后組成一個(gè)系統(tǒng).不僅整個(gè)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性，而且其模塊內(nèi)部也可以分為小模塊。模塊特性對(duì)測(cè)試很有利，功能擴(kuò)充也很方便.要增加新功能，只要增加新模塊就能實(shí)現(xiàn)，像搭積木一樣。因此，這樣的模塊程序設(shè)計(jì)方法，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，柔性較大

45、。數(shù)控系統(tǒng)加工程序管理與操作模塊插補(bǔ)功能間隙補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)控制速度控制環(huán)行分配管理模塊程序設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀程序設(shè)計(jì)鍵盤(pán)程序顯示程序鍵盤(pán)診斷中斷功能診斷圖4-6數(shù)控系統(tǒng)框圖第五章 步進(jìn)電機(jī)的控制5.1概述數(shù)控機(jī)械的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行驅(qū)動(dòng)元件，因此又稱為開(kāi)換步進(jìn)控制系統(tǒng).由于這種系統(tǒng)不使用位置、速度檢測(cè)和反饋裝置，沒(méi)有閉環(huán)控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性問(wèn)題，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、可靠性高、制造成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，適用于精度要求不太高的中小型數(shù)控設(shè)備。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)主要由脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)電源、步進(jìn)電機(jī)組成。步進(jìn)電機(jī)是一種多相脈沖電機(jī)，它的各相繞組必須按一定的規(guī)律輪流供電，步進(jìn)電機(jī)才能按一定的方向旋

46、轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各繞組間有規(guī)律輪流供電，可以采用硬件邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn).單片機(jī)通過(guò)運(yùn)算不斷地向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖分配信號(hào)，這樣就使步進(jìn)電機(jī)朝一個(gè)方向不斷轉(zhuǎn)動(dòng)。單片機(jī)發(fā)出的脈沖速度快，步進(jìn)電機(jī)也轉(zhuǎn)得快，單片機(jī)發(fā)出的脈沖速度慢，步進(jìn)電機(jī)也轉(zhuǎn)得慢,這樣單片機(jī)就可以通過(guò)改變輸出脈沖的速度來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的速度。單片機(jī)還可以通過(guò)改變脈沖分配的順序來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的進(jìn)退、移動(dòng)速度和位移量。單片機(jī)就是這樣通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的。由于單片機(jī)脈沖輸出的脈沖功率很小，不足以推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，因而必須有一個(gè)把脈沖信號(hào)放大到足以推動(dòng)步進(jìn)

47、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的放大器，這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。由于步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)電感性負(fù)載，電流的上升率受電感大小的影響而在高頻運(yùn)行時(shí)扭矩將有較大的下降.所以在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)提高電流的上升率以保證運(yùn)行時(shí)有足夠的扭矩。由此可見(jiàn)步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的性能好壞將對(duì)開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的性能起很重要的作用.5.2步進(jìn)電機(jī)的控制程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電機(jī)，是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置，是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件.當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí),步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。如按一定規(guī)律給步進(jìn)電機(jī)一串連續(xù)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)便一步一步地連續(xù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn)：a

48、。位移量與輸入電脈沖數(shù)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步距誤差不會(huì)積累。b。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。c?？刂菩阅芎?，在一定的頻率下，能按控制脈沖的要求快速起、停和反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著變化,并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。d?？刂葡到y(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低。但其控制精度受到步距腳的限制.所以，步進(jìn)電機(jī)廣泛用于數(shù)模轉(zhuǎn)換、速度控制和位置控制系統(tǒng)中，是開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的理想執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的控制主要由脈沖分配和驅(qū)動(dòng)電路兩部分組成.步進(jìn)電機(jī)脈沖控制任務(wù)主要有三點(diǎn)：一是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，二是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，三是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角(步數(shù)）。控制輸送給電機(jī)的脈沖數(shù)就控制了電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角數(shù)

49、?？刂戚斔偷拿}沖頻率可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向必須控制輸送脈沖給電機(jī)繞組的順序分配,這種分配稱為環(huán)行分配。四相八拍的通電順序?yàn)椋?正轉(zhuǎn):AABBBCC-CD-DDA 反轉(zhuǎn)：A-ADDDCCCBB-BA表5-1 四相八拍步進(jìn)電機(jī)通電方式的控制數(shù)學(xué)模型 節(jié) 拍 通 電 相 控 制 模 型 正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) 二進(jìn)制 十六進(jìn)制18A0000000101H27AB0000001103H36B0000001002H45BC0000011006H54C0000010004H63CD0000010105H72D0000011006H81DA0000011107HA步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì)只要給步進(jìn)電機(jī)各

50、相繞組按規(guī)定的控制模型輸出時(shí)序脈沖，步進(jìn)電機(jī)就能按一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在數(shù)控技術(shù)中，經(jīng)常要求步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)隨時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向,才能滿足機(jī)械加工的需要。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：判斷運(yùn)動(dòng)方向，按順序送出控制脈沖，判斷所要送的脈沖是否送完.NY設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1置正轉(zhuǎn)控制字指針輸出控制字是結(jié)束標(biāo)志延時(shí)、控制字地址指針1返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)總步數(shù)為零置反轉(zhuǎn)控制字圖51四相八拍步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖 B步進(jìn)電機(jī)的升降速控制及其程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)變速控制程序設(shè)計(jì)的任務(wù)就是合理地確定延時(shí)參數(shù)t，使步進(jìn)電機(jī)按照給定的速度規(guī)律運(yùn)行。從加工效率的觀點(diǎn)而言，我們總是希望要求步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度盡可能快些，快

51、速地達(dá)到控制終點(diǎn).但由于受步進(jìn)電機(jī)本身的特性限制,如果在速度較高的狀態(tài)啟、停及運(yùn)行速度突變時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象,使步進(jìn)電機(jī)不能正確地跟隨進(jìn)給脈沖。究其原因，是步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率fs比較低,而空載最高啟動(dòng)頻率也有所限制。所謂空載最高啟動(dòng)頻率是指電機(jī)空載時(shí),轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)不失步地與控制脈沖頻率相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)同步的最大控制脈沖頻率。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶有負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載頻率。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。由此可見(jiàn),一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)，不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率,必須在啟動(dòng)的瞬間采取加

52、速的措施。一般來(lái)說(shuō),升頻的時(shí)間約為0。11s之間。反之，從高速運(yùn)行，到停止也應(yīng)該有減速的措施。為此,數(shù)控系統(tǒng)往往要求以某種最優(yōu)的方式控制進(jìn)給脈沖的頻率，即要有自動(dòng)升、降速控制的功能。a.設(shè)置突跳啟動(dòng)頻率常數(shù)為FA7C，放在18H、19H中。b。設(shè)置最高運(yùn)行頻率常數(shù)為FF80，放在1AH、1BH中。c。設(shè)級(jí)差為1,放在1CH中。設(shè)每階脈沖數(shù)初始為1,臨時(shí)高速時(shí)增為3，放在1DH中,因升速區(qū)后繼續(xù)升速比比較困難,把每階脈沖數(shù)增為3,有利于提高最高速度值。5AH,5BH18H,19H4CH1DH70H1CHN57H,58H=0? 5AH，5BH1AH，1BH5AH,5BH18H,19H YY 5AH=FF（5AH，5BH）-15AH，5BH4CH4CH+14CH1DH5AH,5BH+15AH,5BH5AHTH05BHTL0RET圖5-2 自動(dòng)升降速程序流程圖C步進(jìn)電機(jī)等加速度變速控制及程序設(shè)計(jì)a等加速度運(yùn)行分析描述了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的等加速的運(yùn)行過(guò)程。在圖中縱坐