CK5116A立式車床數(shù)控的數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計論文

1、 CK5116A 立式車床數(shù)控 的數(shù)控化改造 摘摘 要要針對現(xiàn)有常規(guī) CK5116A 立式車床數(shù)控 的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設(shè)計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計過程，較詳盡地介紹了CK5116A 機械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計。采用以8031為 CPU 的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O 接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。改造過程如下： （1）機械部分的改造，包括縱向進給方向的改造和橫向進給方向的改造。主要包括對滾珠絲杠螺母副及反應(yīng)式步進電機的計算選擇及縱向、橫向機構(gòu)裝

2、配圖方案的制定。 （2）電氣控制部分的設(shè)計，主要包括 MCS-51 系列單片機及擴展芯片的選用 和電氣控制圖的設(shè)計。關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞： 數(shù)控;單片機;步進電機 ;滾珠絲杠 ;改造ABSTRACTTo remedy the defects of ordinary lather CK5116A, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine

3、s usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse throug

4、h the I/O interface。After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the verticalmovement and the crosswise movement。Reform process as follows:(1)The reformation of machine part, include to enter lengthways to the reformation of the di

5、rection with horizontal enter to direction of reformation. Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways, horizontal organization assemble diagram project. (2)The reformation of electricity part, mainly inclu

6、de the choice of MCS-51 family single-chip and expand chip and the design of electric control chart.Key words : numerical control ;single-chip ;stepping motor ; ball screw haft ,reform 目目錄錄摘摘 要要 IABSTRACT II引言 - 1 -第 1 章 總體方案的設(shè)計 - 3 -1.1 設(shè)計任務(wù) - 3 -1.2 總體方案的論證 - 3 -1.2.1 機械部分的改造設(shè)計 - 5 -1.2.2 伺服進給系統(tǒng)的改

7、造設(shè)計 - 7 -1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 - 7 -1.3 總體方案的確定 - 7 -第 2 章 機械部分的改造設(shè)計 - 9 -2.1 縱向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 - 9 -2.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用 - 10 -2.1.2 步進電機的選用 - 15 -2.2 橫向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 - 18 -2.2.1 橫向進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用 - 19 -2.2.2 橫向步進電機的選用 - 24 -2.3 齒輪傳動間隙的調(diào)整 - 26 -第 3 章 電氣控制部分的設(shè)計 - 29 -3.1 單片機的選擇 - 29 -3.2 步進電機的驅(qū)動 - 30 -3.2.1 環(huán)形脈沖分配器的選擇

8、 - 30 -3.2.2 功率放大器的選用 - 32 -3.3 步進電機的微機控制 - 35 -結(jié)論 - 37 -參考文獻 - 38 -致謝 - 39 -引言畢業(yè)設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)計劃的一個重要組成部分，是各教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)深化和檢驗，其實踐性和綜合性是其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的，通過畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生獲得綜合訓(xùn)練，對培養(yǎng)學(xué)生的實際工作能力具有十分重要的作用。畢業(yè)設(shè)計還是高等學(xué)校工科學(xué)院學(xué)生畢業(yè)前進行的全面綜合訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識與技能解決實際問題的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在校獲得的最后訓(xùn)練機會，也是對學(xué)生在校期間所獲得知識的體驗。這次設(shè)計的題目是： CK5116A 立式車床數(shù)控

9、 的數(shù)控化改造 現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是能源部門的需求，使高溫高壓水廣泛應(yīng)用于相關(guān)的領(lǐng)域中，對國民生產(chǎn)和人民生活起著越來越重要的作用，例如： 機床作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進行柔性自動化控制的新一代機床數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一

10、體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： 1. 適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動強度，改善勞動條件；

11、5. 良好的經(jīng)濟效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。 我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10 左右，差 距太大，急待改造。 舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著數(shù)控機床越來越多的普及應(yīng)用

12、，數(shù)控機床的技術(shù)經(jīng)濟效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、 PC 技術(shù)改造普通機床，并取得了良好的經(jīng)濟效益。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984 年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設(shè)計實例

13、具有典型性和實用性。第1章 總體方案的設(shè)計1.1 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對 CK5116A 普通車床進行數(shù)控改造。利用 單片機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行控制，縱向（ Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，橫向（X 向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副 。1.2 總體方案的論證 對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。一般數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)包括以下五大要素和功能，其圖如下： 動力設(shè)備（運轉(zhuǎn)）傳感器（檢測） - 微機（控制） - 執(zhí)行機構(gòu)（驅(qū)動） 機械主體（加工） 此五個要素的工作結(jié)構(gòu)示

14、意圖如下：控 制 設(shè) 備伺服系統(tǒng)輔助控制裝置測量反饋裝置機械傳動部1、輸入、輸出設(shè)備 主要作用：編制程序、輸入數(shù)據(jù)，程序輸出、顯示器。2、微機控制設(shè)備可先用專用計算機 PC、PLC、或者單片機。功能：完成零件的測量及精度的保證，產(chǎn)生脈沖信號。在我國，普通機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU 和 MCS-51 系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設(shè)計中是以MCS-51 系列單片機， 51 系列相對 48 系列指令更豐富，相對 96 系列價格更便宜， 51 系列中，是無 ROM 的 8051，8751 是用 EPR

15、OM 代替 ROM的 8051。目前，工控機中應(yīng)用最多的是8031 單片機。本設(shè)計以 8031 芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。 3、伺服系統(tǒng)包括：伺服電機、伺服控制 系統(tǒng)線路、驅(qū)動電路、執(zhí)行機構(gòu)功能：將微機控制設(shè)備產(chǎn)生的脈沖信號轉(zhuǎn)化為電機執(zhí)行機構(gòu)的速度和位移。輸入、輸出設(shè)備伺服電機有：功率步進電機、直流伺服電機、交流電機。本設(shè)計選用步進電機作拖動元件。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使床鞍運動而沒有位置檢測和信號反饋，故實際移動值和系統(tǒng)指令如果有差別就會造成加工誤差。4、測量反饋裝置測量系統(tǒng)有接觸觸發(fā)式測頭、信號傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，是數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)的關(guān)

16、鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關(guān)鍵部件為測頭，使用測頭可在加工過程中進行尺寸測量，將執(zhí)行機構(gòu)的速度、位置信號測量出來反饋到控制裝置中。 根據(jù)測量結(jié)果 修改加工程序，改善加工精度，使得數(shù)控機床既是加工設(shè)備，又兼具測量機的某種功能。我的這次車床的改造，因為是簡易的改造，我們這次改造就沒有使用測量反饋裝置 。5、機械傳動包括傳動機構(gòu)、工作臺、床身、支柱等。6、輔助控制 、 手動（點動）、限位、緊急停車的實現(xiàn) 。1.2.1 機械部分的改造設(shè)計 數(shù)控機床的機械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。因此，不能簡單地認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了機床數(shù)控改造的目的

17、。而是應(yīng)該從機床自身的價值考慮，分析改造要達到的目標(biāo)和所需投入。從該機床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來分析改造價值。對被改造機床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。其中包括機床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合改造要求，部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好，各坐標(biāo)軸的機械傳動結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用，各項精度是否滿足要求，機床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現(xiàn)過重大故障。從該機床的投入產(chǎn)出率估算，確定最終改造方案。 為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機 經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠。為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。傳

18、動齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。此設(shè)計過程主要是縱向進給和橫向進給的改造，關(guān)鍵是步進電機和滾珠絲杠的選用。改進后的車床簡易傳動系統(tǒng)如圖1-1：圖 1-1 改進后的車床傳動系統(tǒng) 1.小刀架 2.橫向步進電動機 3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板 5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進電動機 1.2.2 伺服進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC 系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。例如，數(shù)控機床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)

19、控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類。 因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。 在設(shè)計的數(shù)控裝置中， CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素：1.時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關(guān)；3. I/O 口擴展的能力與對外設(shè)控制的能力相關(guān) 。 在我國，普通機床數(shù)控

20、改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU 和 MCS-51 系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設(shè)計以8031 芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。1.3 總體方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定CK5116A 車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 方案。CK5116A 車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z 軸）和橫向（ X 軸）進給運動采用步進電機驅(qū)動。 將原來機床的普通絲杠改為滾珠絲杠以減小摩擦力。并將8031 單片機組成 的微機作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口、環(huán)形分配器

21、與功率放大器一起控制步進電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。第2章 機械部分的改造設(shè)計2.1 縱向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計在對進給傳動系統(tǒng)進行改造時，一般都應(yīng)該把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構(gòu)全部拆除。而每個方向的進給傳動都改由各自獨立的功率步進電機，經(jīng)減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實現(xiàn)各坐標(biāo)方向的運動，進行各坐標(biāo)的控制。例如普通機床的簡易化數(shù)控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進給箱的傳動路線切斷，且將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進電機安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。在對機床進給傳動系統(tǒng)改裝的同時，也要對此傳動系統(tǒng)中的傳動裝置元件進行相

22、應(yīng)的改造。具體如下：（1）絲杠。絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。改造時，為了滿足數(shù)控機床上較高精度零件的加工要求，應(yīng)該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變?yōu)榱藵L動摩擦，使摩擦損失減小，精度保持性、傳動平穩(wěn)性、傳動效率等都得以提高。其傳動效率可達到92%98%，是普通絲杠螺母副的34 倍。（2）機床導(dǎo)軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應(yīng)充分考慮機床導(dǎo)軌的耐磨性。當(dāng)前國內(nèi)普通機床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對達不到預(yù)定要求的原機床導(dǎo)軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶

23、。 （3）拖板。拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標(biāo)精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅(qū)動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩種。剛性調(diào)整法傳動剛度較好，結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整起來很費時；柔性調(diào)整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側(cè)間隙，傳動剛度較低，傳動平穩(wěn)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。改造中，可根據(jù)機床加工目標(biāo)選用。具體選用可參考有關(guān)資料。2.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲

24、杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。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間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長工作壽命，可設(shè)置潤滑件和密封件。滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運動副相比，有下列特點：(1) 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達9095，耗費能量僅為滑動絲桿的 1/3。(2) 運動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。(3) 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 (HRC5862)、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲桿副的41

25、0 倍以上。(4) 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進行預(yù)拉伸以補償熱膨脹。因此可達到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。(5) 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運動部件，可得到較好的同步運動。(6) 可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。(7) 不能自鎖 用于垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。 (8) 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。2.1.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量在數(shù)控機床中，一個脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸位移量叫做脈沖當(dāng)量，通常用表示，也稱機床的最小設(shè)定單位。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)

26、控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù) ，按機床設(shè)計的加工精度選定。本設(shè)計所要求的CK5116A 的脈沖當(dāng)量為： 縱向（Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，橫向（X 向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖。2.1.1.2 車削力的計算在設(shè)計機床進給伺服系統(tǒng)時，計算傳動和導(dǎo)向元件，選用伺服電機等都要用到切削力。 現(xiàn)我們利用經(jīng)驗公式計算主切削力。車床的主切削力可用下式計算：)(NFZ5 . 1max67. 0DFZ式中車床床身加工的最大直徑單位為mm。maxD因 CK5116A 床身加工的最大直徑 410mm，則：NFZ3 .556241067. 05 . 1按以下比例分別求出 分力和，xFyF4 .

27、 0:25. 0:1:yxZFFF則：，NFx1391NFy22262.1.1.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇機構(gòu)類型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定后，再計算和確定其他參數(shù)，包括：公稱直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、精度等級等。d0Ljk本設(shè)計中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊。圖2-1 雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1、2-單螺母 3-平鍵 4-調(diào)整螺母1234(1)計算進給率牽引力mF作用在滾珠絲杠上的進給率牽引力主要包括切削力時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其

28、數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。的計算公式如下 :mF縱向進給導(dǎo)軌為三角形，則：)(GFfKFFzxmN)8003 .5562(15. 0139115. 1 (N2554三角形導(dǎo)軌選取參數(shù)：NGfK800,15. 0,15. 1(2)計算最大動負(fù)荷C選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠0d在回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)荷。計算步驟如下：C絲杠轉(zhuǎn)速其中= 01000Lnssmin75. 0m60Lmin125675. 01000rn壽命（）61060TnLr61025.11101500125606最大動負(fù)荷

29、 NFjLCMw13.858425545 . 125.1133(3)計算最大靜負(fù)荷當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（）情況下工作時，滾珠絲杠min10rn 副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當(dāng)塑性變形超過一定限度就會破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷。選取靜0C態(tài)安全系數(shù)=2，滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜sf2254maxmFF負(fù)荷為：。510825542max0FfCs(4)選擇滾珠絲杠副見表 2-15)傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率943. 00506. 00477. 0542tan442tanta

30、ntan00表 2-1滾珠絲杠副參數(shù)型號公稱直徑mm基本導(dǎo)程mm螺旋升角絲杠外徑)(mm絲杠內(nèi)徑)(mm額定動載荷)(N絲杠長度mm額定靜載荷)(N5 . 34006406442o2 .3998.3524100120082400 (6)剛度校核主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩 T 共同作用下引起的每導(dǎo)程變mF形量是否符合絲杠精度要求。L 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計算L20021LEFLFLLLmGJTL0選取 )(106 .204mmNE221)(88.10174mmdFmmEFLFLm5401103 . 788.1017106 .2062554mmLL4402102 . 221028. 26

31、2其中：4441102 . 864mmdJmmmm441028. 2102 . 882462554則： 21LLL45102 . 2103 . 7mm41093. 2mmmLL/000293. 061001001mmm/0049. 0查表所得，所選用的級絲杠精度允許誤差 為，滿足要求。Dmm/10(7) 穩(wěn)定性校核機床在進給時滾珠絲杠通常 是受軸向力的一壓桿。若軸向力過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時必須進行穩(wěn)定性校核。如果滿足穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) ()，則絲杠安全，不會失穩(wěn) ：knkn)(kmkknFpn式中()許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2.54。kn絲杠失穩(wěn)時的臨

32、界負(fù)載，由 ：kp2)( lEJpk式中 絲杠長度l絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定 。截面慣性矩，對實心圓J4164dJ對于水平絲杠要考慮自重影響可取 ()4。kn將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得Npk115776)12001 (102 . 8106 .202462)(452554115776kknn絲杠不會失穩(wěn)。2.1.2 步進電機的選用CK5116A 型普通車床數(shù)控化改造 ，采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造后的車床進給運動由步進電機A 和 B 驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和 拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動。 為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能

33、，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當(dāng)利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應(yīng)使處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進給機構(gòu)若未拆除，工作時也應(yīng)使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進給脈沖當(dāng)量的量值靠步進電機步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示： （/360）（ac/bd）T= 式中 步進電機步聚角（度）； T所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程（ mm）; a,b,c,d齒輪齒數(shù)，當(dāng)單級減數(shù)時，令c、d 等于 1； 脈沖當(dāng)量值（ mm）。步進電機的參數(shù)根

34、據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機床型號來選擇，普通車床（如 C6140、CK5116A 等）的數(shù)控改造中多采用 0.080.15（Nm）靜力矩的步進電機， 本設(shè)計選 0.08（Nm）的作為橫向進給電機；選 0.15（Nm）的作為縱向進給電機。2.1.2.1 脈沖量的選擇 初選三相步進電動機的步距角為，當(dāng)三相六拍（ 12005 . 175. 0相勵磁）運行時，步距角其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù)075. 0rpS48075. 0360360000脈沖當(dāng)量： 由此可得中間齒輪傳動比為pmm01. 0i25. 148001. 06SLi2.1.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算1.空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩LFTmiLTsLF046. 02

35、5. 18 . 02006. 080006. 022.車削加工時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩LTmLFWFTSiyxL5 . 125. 18 . 02006. 0222680006. 0139122.1.2.3 等效轉(zhuǎn)動慣量 的計算1.滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量SJ2344000237. 0321085. 72 . 104. 032mldJS2.拖板運動慣量換算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量JmiLgWJw522221076. 425. 112006. 08 . 9800123.大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量2gJ 選取大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。452Z361Zmmm223424220005056. 0321085. 701. 009.

36、 032mbdJg4.小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量1gJ23414110004142. 0321085. 702. 0072. 032mbdJg換算到電動機軸上的總慣性負(fù)載LJ221iJJJJJsgwgL 220023. 025. 100237. 00005056. 00000476. 00004142. 0m2.1.2.4 步進電動機型號 的選擇已知 初選步進電機型號為 110BF003，mTL5 . 123103 . 2mJL步距角三相六拍。其中最大靜扭矩，轉(zhuǎn)子慣量075. 0mT 8max，由此可得：23108 .36mkgJm, 5 . 018. 085 . 1maxTTL23325. 0108

37、.36103 . 2mLJJ141maxTJL經(jīng)驗算可知電動機合格。110BF003 步進電機的外觀圖及矩頻特性圖如圖2.2：外型圖:圖 2-2 110BF003 步進電機的外觀圖及矩頻特性圖2.2 橫向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計1 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟性數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單，-般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖 23 所示 圖 2-3 車床縱向傳動的支承結(jié)構(gòu)1-步進電機； 2-床身；3-左支架； 4-齒輪副； 5-右支架； 6-絲杠左支承；7-手輪；8-軸套；

38、9-絲杠右支承； 10-螺母座架； 11-螺母座； 12-絲杠；13-蓋；14-軸承。 滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，為了便于手動與對刀，在絲杠的右端設(shè)有手輪，使用時安裝上，不用即卸下，以防造成傷害，原機床拖板予以保留，并設(shè)有 -螺母座架，安裝在拖板上，以實現(xiàn)絲杠螺母與拖板之間的聯(lián)接。步進電機安裝在絲杠的左端原進給箱的位置上，由電機上的止口定位，靠四個螺釘和二個定位銷與床體相連。絲杠左右端分別用支架與軸承支承，左端用向心球軸承，右端用推力球軸承支承。2. 橫向滾珠絲杠橫向滾珠絲杠也采用三點支承形式。保留原手動機械，用子手動與對刀，步進電機安裝在床鞍的后部?？拷僮髡?-端，布置 -根支承短軸

39、，通過-個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用原機床滑動軸承作為徑向支承，并對原支承處進行適當(dāng)改裝，布置 -對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支承。在遠(yuǎn)離操作者-端，用-個聯(lián)軸套和 -根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。與縱向進給 -樣，絲杠螺母與橫向拖板間仍用 -螺母座聯(lián)接。橫向進給機構(gòu)改造設(shè)計如圖 2-4 所示。1 -步進電機： 2 -消隙減速箱： 3 -支承架； 4 、5 、8 -聯(lián)軸套；于螺母座； 7 -滾珠絲杠螺母副：于支承短軸圖 24 車床橫向傳動的支承結(jié)構(gòu)2.2.1 橫向進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾

40、珠沿螺紋滾道滾動。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間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長工作壽命，可設(shè)置潤滑件和密封件。滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運動副相比，有下列特點：(1) 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達9095，耗費能量僅為滑動絲桿的 1/3。(2) 運動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。(3) 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 (HRC5862)、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲桿副的410 倍以上。(4

41、) 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進行預(yù)拉伸以補償熱膨脹。因此可達到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。(5) 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運動部件，可得到較好的同步運動。(6) 可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。(7) 不能自鎖 用于垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。(8) 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。2.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量橫向（X 向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖。2.2.1.2 車削力的計算車床的主切削力可用下式計算 ：)(NFZ5 . 1

42、max67. 0DFZ式中車床刀架加工的最大直徑單位為 mm。maxD因 CK5116A 床身加工的最大直徑 210mm，則：NFZ203921067. 05 . 1按以下比例分別求出分力和，xFyF4 . 0:25. 0:1:yxZFFF則:，NFx510NFy6 .8152.2.1.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇機構(gòu)類型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定后，再計算和確定其他參數(shù)，包括：公稱直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、精度等級等。d0Ljk 本設(shè)計中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法選擇雙螺母 螺紋預(yù)緊。

43、(1)計算進給率牽引力mF作用在滾珠絲杠上的進給率牽引力主要包括切削力時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。的計算公式如下 :mF橫向進給導(dǎo)軌為 燕尾形，則：)2(GFFfKFFxzymN6 .1873)60051022039(2 . 06 .8154 . 1燕尾形導(dǎo)軌選取參數(shù)：NGfK600, 2 . 0, 4 . 1(2)計算最大動負(fù)荷C選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠0d在回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)荷。計算步驟如下：C絲杠轉(zhuǎn)速其中=

44、01000Lnssmin6 . 0m50Lmin12056 . 01000rn壽命（）61060TnLr6108 .10101500120606最大動負(fù)荷 MwFfLC362126 .18735 . 18 .103(3)計算最大靜負(fù)荷當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（）情況下工作時，滾珠絲杠min10rn 副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當(dāng)塑性變形超過一定限度就會破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷。選取靜0C態(tài)安全系數(shù)=2，滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜sf6 .1873maxmFF負(fù)荷為2 .37476 .

45、18732max0FfCs(4)選擇滾珠絲杠副表 2-2 滾珠絲杠 副參數(shù)型號公稱直徑mm基本導(dǎo)程mm螺旋升角絲杠外徑)(mm絲杠內(nèi)徑)(mm額定動載荷)(N絲杠長度mm額定靜載荷)(N5 . 220052053343 .192 .171265028031600(5)傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率965. 00825. 00796. 0434tan334tantantan00(6)剛度校核主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩 T 共同作用下引起的每導(dǎo)程變mF形量是否符合絲杠精度要求。L每導(dǎo)程變形量可按以下公式計算L20021LEFLFLLLmGJTL0選取 )(106 .204mmNE221

46、)(23.2324mmdFmmEFLFLm4401100 . 223.232106 .2056 .1873mmLL3302101 . 221064. 252其中：4341103 . 464mmdJmmmm351064. 243. 0104 .8256 .1873則 21LLL34101 . 2100 . 2mm3103 . 2mmmLL/0023. 051001001 mmm/046. 0查手冊所得，所選用的級絲杠精度允許誤差為，滿足要求。Gmm/60(7) 穩(wěn)定性校核機床在進給時滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿。若軸向力過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時必須進行穩(wěn)定性校核。如果滿足穩(wěn)

47、定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) ()，則絲杠安全，不會失穩(wěn) ：knkn)(kmkknFpn式中()許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2.54。kn絲杠失穩(wěn)時的臨界負(fù)載，由 ：kp2)( lEJpk式中 絲杠長度l絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定。截面慣性矩，對實心圓J4164dJ對于水平絲杠要考慮自重影響可取 ()4。kn將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得Npk723621012. 1)2801 (103 . 4106 .20)(60006 .18731012. 17kknn絲杠不會失穩(wěn)。2.2.2 橫向步進電機的選用 電動機工作時會發(fā)熱，它不僅取決于負(fù)載的大小，也和負(fù)載持續(xù)的時間的長短密切相關(guān)，這是選擇額定功率

48、時必須考慮的。按電動機的不同發(fā)熱情況，可以分為三種工作方式（或稱工作制），即連續(xù)工作方式、短時工作方式和斷續(xù)周期性工作方式。 CK5116A 車床其工作時間一般較長，溫升可以達到穩(wěn)定值，電機的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定的常值負(fù)載或變化負(fù)載，因此屬于連續(xù)工作方式。 由于電動機為連續(xù)工作方式，負(fù)載平穩(wěn)，且經(jīng)常啟動、制動和正反轉(zhuǎn)，因此因優(yōu)先采用鼠籠式異步電動機。2.2.2.1 脈沖量的選擇初選三相步進電動機的步距角為，當(dāng)三相六拍（ 12 相勵005 . 175. 0磁）運行時，步距角其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù) ：075. 0rpS48075. 0360360000初選脈沖當(dāng)量： 由此可得中間齒輪傳動比為pmm0

49、05. 0i08. 2480005. 05SLi2.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算1.空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩LFTmLiTsLF017. 08 . 0248. 0005. 060006. 022.車削加工時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩LTmLiFWFTSyxL29. 08 . 0248. 0005. 06 .81580006. 051022.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動慣量 的計算1.滾動絲杠的轉(zhuǎn)動慣量SJ23440000034. 03228. 01085. 702. 032mldJS2.拖板運動慣量換算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量wJmiLgWJw522221089. 048. 02005. 08 . 960023.大齒輪的轉(zhuǎn)動慣

50、量2gJ選取大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。502Z241Zmmm2234242200077. 0321085. 701. 01 . 032mbdJg4.小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量1gJ2341411000082. 0321085. 702. 0048. 032mbdJg換算到電動機軸上的總慣性負(fù)載LJ221)(iJJJJJsgwgL22000276. 048. 0)000034. 000077. 0(0000089. 0000082. 0m2.2.2.4 步進電動機型號 的選擇已知 初選步進電mTL29. 025241082. 21076. 2mkgmJL機型號為 90BF002，步距角三相六拍。其中最

51、大靜扭矩075. 0，轉(zhuǎn)子慣量，由此可得：mT92. 3max251064.17mkgJm,5 . 0074. 092. 329. 0maxTTL25525. 01064.171082. 2mLJJ141maxTJL經(jīng)驗算可知電動機合格。電動機外形圖 及矩頻圖 如圖 2-5：圖 2-5 110BF003 步進電機的外觀圖及矩頻特性圖2.3 齒輪傳動間隙的調(diào)整在橫向進給和縱向進給的步進電機和滾珠絲杠間都是通過一對減速直齒輪傳動的，這就要求我們對齒輪的傳動間隙進行調(diào)整。常用的直齒輪調(diào)整齒側(cè)間隙的方法有以下幾種。(1)偏心套(軸)調(diào)整法 如圖 2-6 所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪 4 裝在

52、電機輸出軸上，并將電機2 安裝在偏心套 1(或偏心軸 )上，通過轉(zhuǎn)動偏心套 (偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補償。圖 2-6 偏心套式間隙消除機構(gòu)1偏心套 2電動機 3減速箱 4、5減速齒輪(2) 軸向墊片調(diào)整法 如圖 2-7 所示，齒輪 1 和 2 相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3 使齒輪 2 沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時軸向墊片3 的厚度應(yīng)使得齒輪1 和 2 之間既齒側(cè)間隙小，運轉(zhuǎn)又靈活。特點同偏心套(軸)調(diào)整法。圖 2-7 圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機構(gòu)(3)

53、 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左齒側(cè)和另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)，具體調(diào)整措施如下：周向彈簧式 (圖 2-8) 在兩個薄片齒輪 2 和 4 上各開了幾條周向圓弧槽，并在齒輪 3 和 4 的端面上有安裝彈簧 2 的短柱 1。在彈簧 2 的作用下使薄片齒輪 3 和 4 錯位而消除齒側(cè)間隙。這種結(jié)構(gòu)形式中的彈簧2 的拉力必須足以克服驅(qū)動轉(zhuǎn)矩才能起作用。因該方法受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于驅(qū)動裝置?？烧{(diào)拉簧式 (圖 2-9)

54、在兩個薄片齒輪 1 和 2 上裝有凸耳 3，彈簧的一端鉤在凸耳 3 上，另一端鉤在螺釘 7 上。彈簧 4 的拉力大小可用螺母5 調(diào)節(jié)螺釘 7 的伸出長度，調(diào)整好后再用螺母6 鎖緊。本設(shè)計所選用的是雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法中的可調(diào)拉簧式。由此就可以將縱向及橫向進給系統(tǒng)的裝配圖設(shè)計并畫出，具體請見圖紙。圖2-8 薄片齒輪周向拉簧錯齒調(diào)隙機構(gòu) 圖 2-9 可調(diào)拉簧式調(diào)隙第3章 電氣控制部分的 設(shè)計在這一部分我們采用 MCS-51 系列單片機控制主控系統(tǒng)， 51 系列相對48 系列指令更豐富，相對 96 系列價格更便宜， 51 系列中，是無 ROM 的8051，8751 是用 EPROM 代替 ROM 的

55、 8051。目前，工控機中應(yīng)用最多的是8031 單片機。本設(shè)計以 8031 芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng) 。3.1 單片機的選擇圖 3-1 8031 引腳圖本設(shè)計選用 8031 芯片，片內(nèi)無 ROM 或者 EPROM，使用時必須配置外部的程序存儲器 EPROM。本設(shè)計選用了 27128 擴展其空間， 8031 的引腳分 3 大功能：（1）I/O 口線P0,P1,P2,P3共 4 個八位口。（2）控制口線PSEN(片外取指控制 )、ALE（地址鎖存控制）、 EA（片外存儲器選擇）、 RESET（復(fù)位控制）。（3）電源和時鐘。8031 最小應(yīng)用系統(tǒng)。 8031

56、內(nèi)部不帶 ROM，需要外接 EPROM 作為外部程序存儲器。又因為 8031 在外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時地址的低8位信息和數(shù)據(jù)信息分時送出，故還需要采用一片6264 數(shù)據(jù)存儲器儲存數(shù)據(jù)。這樣，一片 27128EPROM 和一片 6264 組成了一個最小的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。圖 3-2 系統(tǒng)存儲器3.2 步進電機的驅(qū)動步進電機的運行特性與配套使用的驅(qū)動電源有密切關(guān)系。驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器組成 ，驅(qū)動電源是將變頻信號源送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動的循環(huán)供給電機各組繞組，以驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。3.2.1 環(huán)形脈沖分配器的選擇步進電機的各組繞組必須按一定的順序通電才能正

57、常工作。這種使電機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱環(huán)形脈沖分配器。所以不同相的電機應(yīng)選用不同的環(huán)形分配器。本設(shè)計中所選用的電機，縱向部分為 110BF003 三相反應(yīng)式步進電機，與其相配的環(huán)形脈沖分配器為CH250，其管腳圖見圖 3-3：圖 3-3 CH250 管腳圖CH250 有 A、B、C 三個輸出端，當(dāng)輸入端 CL 或 EN 加上時鐘脈沖后，輸出波形將符合三相 反應(yīng)式步進電機的要求，輸出電流能力為0.5mA，經(jīng)推動級、驅(qū)動級放大后即可驅(qū)動電動機繞組。CH250 在供三相六拍步進電機工作時，線路中的接線見圖3-4：圖 3-4 三相六拍時 CH250 接線圖橫向部分為

58、90BF002 五相反應(yīng)式步進電機，與其相配的環(huán)形脈沖分配器為 PMM8714，其管腳圖 見圖 3-5。3.2.2 功率放大器的選用從計算機輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅(qū)動步進電機，必須采用功率放大器將脈沖電流進行放大，使其增大到幾至十幾安培，從而驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。步進電機所使用的功率放大器有電壓型和電流型。電壓型又有單電壓型、雙電壓型（高低壓型）。電流型中有恒流驅(qū)動、斬波驅(qū)動等。圖 3-5 PMM8714 管腳圖(1) 單電壓功率放大電路 此電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，不足之處是Rc 消耗能量大，電流脈沖前后沿不夠陡，在改善了高頻性能后，低頻工作時會使振蕩有

59、所增加，使低頻特性變壞。(2) 高低電壓功率放大電路電源 U1 為高電壓，電源大約為 80150V，U2 為低電壓電源，大約為520V。在繞組指令脈沖到來時，脈沖的上升沿同時使VT1 和 VT2 導(dǎo)通。圖 3-5 單電壓功率放大器由于二極管 VD1 的作用，使繞組只加上高電壓U1，繞組的電流很快達到規(guī)定值。到達規(guī)定值后， VT1 的輸入脈沖先變成下降沿，使VT1 截止，電動機由低電壓 U2供電，維持規(guī)定電流值，直到VT2輸入脈沖下降沿到來 VT2截止。不足之處是在高低壓銜接處的電流波形在頂部有下凹，影響電動機運行的平穩(wěn)性。圖 3-6 高低電壓功率放大電路（3）斬波恒流功放電路 該電路的特點是工

60、作時 Vin 端輸入方波步進信號：當(dāng) Vin 為“0”電平，由與門 A2輸出 Vb為“0”電平，功率管（達林頓管） VT 截止，繞組W 上無電流通過，采樣電阻上R3上無反饋電壓， A1放大器輸出高電平；而當(dāng) Vin為高電平時，由與門 A2輸出的 Vb也是高電平，功率管 VT 導(dǎo)通，繞組 W 上有電流，采樣電阻上 R3上出現(xiàn)反饋電壓 Vf，由分壓電阻R1、R2得到設(shè)定電壓與反饋電壓相減，來決定A1輸出電平的高低，來決定 Vin信號能否通過與門 A2。若 VrefVf時 Vin信號通過與門，形成 Vb正脈沖，打開功率管 VT；反之， VrefVf時 Vin信號被截止，無 Vb正脈沖，功率管 VT