數(shù)控測(cè)量機(jī)說(shuō)明書(共25頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)控測(cè)量機(jī)設(shè)計(jì)第一部分 數(shù)控測(cè)量機(jī)總體方案分析數(shù)控測(cè)量機(jī)屬于精密儀器，目前市場(chǎng)上流行的是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合，汽車工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、塑料工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、航空工業(yè)和其他方面，主要作用是：對(duì)大量生產(chǎn)產(chǎn)品的周期性工序檢查 。對(duì)完成品的最終檢查 。與相對(duì)產(chǎn)品的互換性與否的檢查 。多樣的GD&T 公差解釋 。輸出產(chǎn)品開發(fā)中需要的信息(逆向工程-Reverse Engineering) ?？傊褪蔷軠y(cè)量，其使用效果：可以大幅度的提高測(cè)量效能。(節(jié)約工件安裝/更換的時(shí)間，不需要尺工具, 依靠計(jì)算機(jī)的自動(dòng)演算，符合自動(dòng)判定等) 可以簡(jiǎn)單的解決用以往方法（整板

2、測(cè)量方式）不能測(cè)量的項(xiàng)目的測(cè)量問(wèn)題。 遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高復(fù)雜測(cè)量物的測(cè)量精度及可信度。 可以得到穩(wěn)定的測(cè)量值。 可以利用程序自動(dòng)測(cè)量，減少測(cè)量者的疲勞。 可以自動(dòng)整理測(cè)量數(shù)據(jù)。任務(wù)書上要求的測(cè)量機(jī)是兩個(gè)坐標(biāo)的，Z軸和C軸，主要是能完成回轉(zhuǎn)件的測(cè)量功能，比如外形尺寸、同軸度、圓柱度等的檢測(cè)等。整個(gè)裝置由機(jī)械傳動(dòng)部分和電氣部分組成，機(jī)械傳動(dòng)部分負(fù)責(zé)帶動(dòng)光幕傳感器沿Z軸移動(dòng)，和帶著工件C軸轉(zhuǎn)動(dòng)和定位。電氣部分主要由單片機(jī)組成的微機(jī)控制系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)各個(gè)部分的工作，其中包括手動(dòng)、自動(dòng)等控制功能等。 一、 機(jī)械傳動(dòng)部分分析考慮到數(shù)控測(cè)量機(jī)是精密測(cè)量機(jī)械，機(jī)械部件的選擇就是圍繞選擇如何達(dá)到要求的精度展開的，導(dǎo)軌選擇滾

3、動(dòng)導(dǎo)軌，電氣傳動(dòng)選擇步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速傳到滾珠絲杠的方式來(lái)帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)這一典型傳動(dòng)方式。其中齒輪的消隙采用雙齒輪消隙方式，滾珠絲杠的消隙采用雙螺母墊片消隙法。二、 微機(jī)控制部分分析微機(jī)控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，這里我們采用8位微機(jī)。由于MCS51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展整個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)任務(wù)書要求，此控制系統(tǒng)由微機(jī)主控制器部分，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路即ROM和RAM的擴(kuò)展電路，IO設(shè)備與接口電路，包括人機(jī)交互部分的輸入行列式鍵盤、輸出接口的8位8段LED數(shù)碼管、2個(gè)行程限位信號(hào)（來(lái)自Z向直線運(yùn)動(dòng)單元）、

4、2個(gè)回零開關(guān)信號(hào)（分別來(lái)自Z向直線運(yùn)動(dòng)單元和C回轉(zhuǎn)單元）及工作方式采用開關(guān)量信號(hào)輸入；電機(jī)控制部分包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的控制，電機(jī)控制采用軟環(huán)分和高低壓驅(qū)動(dòng)。三、 總體方案框圖單片機(jī)擴(kuò)展電路輔助電路工作臺(tái)導(dǎo)向支撐機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)接口輸入鍵盤行程開關(guān)指示燈開關(guān)量接口輸出數(shù)碼管 第二部分 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案說(shuō)明機(jī)械系統(tǒng)的主要功能是承載、傳遞力和運(yùn)動(dòng)，如改變速度、遠(yuǎn)距離動(dòng)作、力的放大和反饋、速度和力的參數(shù)調(diào)節(jié)、同步傳動(dòng)和傳送物料等。主要涉及的參數(shù)包括導(dǎo)軌的選型、脈沖當(dāng)量的確定、滾珠絲杠螺母副的選型、電機(jī)的選型確定等。以下為這幾個(gè)方面的確定方案：一、 導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選擇直線滾動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦

5、因數(shù)小，不易爬行、便于安裝和預(yù)緊、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和測(cè)量?jī)x器等。其缺點(diǎn)是抗震性較差、成本較高。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副由導(dǎo)軌和滑塊兩部分組成，一般滑塊中裝有兩組滾珠，當(dāng)滾珠從工作軌道滾到滑塊端部時(shí)，會(huì)經(jīng)端面擋板和滑塊中的返回軌道返回，在導(dǎo)軌和滑塊之間的滾道內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)。如下圖：（1） 工作載荷的計(jì)算 工作載荷是影響導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。這里測(cè)量機(jī)屬于小型設(shè)備，采用雙導(dǎo)軌、兩滑塊的支撐形式。任意滑塊所受到的工作載荷可由以下公式進(jìn)行計(jì)算： F1=F2=G/2=50N 式中G為工作臺(tái)重力，按100N計(jì)算。（二）距離額定壽命的計(jì)算直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算，是以在一定載荷下行走一定距

6、離后，90%的支撐不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個(gè)載荷稱為額定動(dòng)載荷Ca,該行走距離為距離額定壽命。滾動(dòng)體為球時(shí)，可按下式進(jìn)行計(jì)算：式中 L距離額定壽命，單位為Km; Ca額定動(dòng)載荷，單位為kN,此處為30KN; F滑塊上的工作載荷，單位為KN，這里是0.05KN ; fH硬度系數(shù)，查表得0.8； fT 溫度系數(shù)，查表得為1.0； fc接觸系數(shù)，查表得為1.0； fR精度系數(shù)，查表得為1.0； fW載荷系數(shù)，查表得1.5； 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到距離壽命L=Km(3） 小時(shí)額定壽命的計(jì)算根據(jù)距離額定壽命，可以計(jì)算出導(dǎo)軌副的小時(shí)額定壽命，計(jì)算公式為： 式中 Lh壽命時(shí)間，單位是h; L距離額定壽命，單位為km;

7、 S移動(dòng)件行程長(zhǎng)度，單位為m,此處根據(jù)任務(wù)書上是0.35m; n移動(dòng)件每分鐘往返次數(shù)，此處由Z向最大移動(dòng)速度4000mm/min,求得為11；代入數(shù)據(jù)得到小時(shí)額定壽命Lh=h（4） 產(chǎn)品選型 我們這里選擇日本THK公司的SHC-25C型直線滾珠導(dǎo)軌。遠(yuǎn)遠(yuǎn)能滿足距離壽命50km和小時(shí)壽命的要求。二 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的確定一個(gè)進(jìn)給脈沖式機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量稱為脈沖當(dāng)量，也稱為機(jī)床的最小設(shè)定單位。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。任務(wù)書上的要求：Z向的運(yùn)動(dòng)分辨率優(yōu)于0.01,為滿足這個(gè)要求,考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的誤差的存在，可選擇脈沖當(dāng)量為0.005。三 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選擇

8、 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是只將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)或刀架的運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括齒輪傳動(dòng)副、絲杠螺母副等以及它們的支撐部件（軸承座等）。能實(shí)現(xiàn)這種功能的機(jī)構(gòu)有很多種，比如齒輪齒條副、普通的梯形螺母副等，但這些機(jī)構(gòu)都很難達(dá)到數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械部分高精度的性能要求，因此為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差，行程不太長(zhǎng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副，具體行程范圍可參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)廠商的樣本說(shuō)明書和技術(shù)資料。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高達(dá)85%-98%，是普通滑動(dòng)絲杠副的2-4倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖

9、。如果滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)升降運(yùn)動(dòng)（如主軸箱或升降臺(tái)的升降），則必須有制動(dòng)裝置。我們這里的改造只是滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)作水平方向的運(yùn)動(dòng)，就不用考慮自鎖的問(wèn)題。（一）滾珠絲杠副的工作原理 滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置，主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。 其工作原理是：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。其示意圖如下： （二）滾珠絲杠副的預(yù)緊方法的選擇 為了盡可能消除間隙對(duì)加工精度的影響，應(yīng)當(dāng)對(duì)滾珠絲杠副

10、進(jìn)行預(yù)緊，通過(guò)預(yù)緊可以消除滾珠絲杠副的軸向間隙和提高軸向剛度，其原理是通過(guò)改變兩個(gè)螺母的相對(duì)位置，使兩個(gè)螺母中的滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩個(gè)側(cè)面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。預(yù)緊力的大小是最大軸向負(fù)載的13較為適當(dāng)。常用的預(yù)緊方法有雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程式預(yù)緊以及過(guò)盈滾珠預(yù)緊等幾種。各有各的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，例如齒差式的預(yù)緊方式能精確調(diào)整預(yù)緊量，但結(jié)構(gòu)尺寸大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，因此其多用于高精度的傳動(dòng)。在這里我們選擇雙螺母墊片式調(diào)隙預(yù)緊方法，它通過(guò) 通過(guò)改變墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，從而使兩個(gè)螺母分別與絲桿的兩側(cè)面貼合，當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，由于消除了側(cè)隙，工作臺(tái)會(huì)跟隨C

11、NC的運(yùn)動(dòng)指令反向而不會(huì)出現(xiàn)滯后。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)但它調(diào)整不便，很難在一次修磨中調(diào)整完畢，調(diào)整的精度也不如齒差調(diào)隙式好，尤其是滾道有磨損時(shí)，不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。但對(duì)與我們這里的要求精度不是很高的地方，已經(jīng)可以滿足要求，相比而言是經(jīng)濟(jì)的。下圖是雙螺母墊片調(diào)隙的結(jié)構(gòu)示意圖： （3） 滾珠絲杠的參數(shù)計(jì)算 1、計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。其大小數(shù)值跟導(dǎo)軌的形式有關(guān)。我們這里的數(shù)控測(cè)量機(jī)在Z向不受外力，主要受力就是帶動(dòng)工作臺(tái)時(shí)的摩擦阻力，由綜合作業(yè)指導(dǎo)書上查得 Fm =KFx

12、 + f'(Fz +G)式中Fx ,Fz 切削分力（N），此處都為0； G 移動(dòng)部件的重量（N），按100N計(jì)算； f' 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同； 在正常情況下，我們的測(cè)量機(jī)是精密機(jī)械，導(dǎo)軌我們采用滾珠導(dǎo)軌，摩擦系數(shù) f'取0.005此進(jìn)給牽引力為： Fm =KFx + f'(Fz +G) =00.005（0+100） =0.05N，可見是相當(dāng)小的。 2、計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C最大動(dòng)負(fù)載是選用滾珠絲杠的重要依據(jù)，在選用滾珠絲杠副的直徑d0 時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。所謂點(diǎn)蝕是指在接觸

13、變應(yīng)力的反復(fù)作用下，在節(jié)線附近的滾道面上會(huì)產(chǎn)生若干小裂紋，封閉在裂紋中的潤(rùn)滑油在壓力的作用下，產(chǎn)生楔擠作用，使裂紋不斷擴(kuò)展，最后導(dǎo)致表層金屬微粒脫落，而形成點(diǎn)蝕。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)業(yè)指導(dǎo)書得它的載C，查綜合作得計(jì)算公式： C =fwFm = 式中L壽命以為單位； n 絲杠轉(zhuǎn)速 （r/min)；Vs 為工作臺(tái)的最大進(jìn)給速度 （m/min),，任務(wù)書上要求的Z向最大移動(dòng)速度為4000/min；L0 絲杠導(dǎo)程 （mm),我們初選導(dǎo)程為4mm; 導(dǎo)程L0應(yīng)根據(jù)機(jī)床的脈沖指令要求和負(fù)載情況來(lái)選擇。當(dāng)名義直徑D0確定后，L0值大，可使螺紋的升角變大，效率低，相應(yīng)的

14、轉(zhuǎn)速會(huì)降低。T 為使用壽命（h),對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000 h; fw 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，其中在無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下fw 取1.01.2 ，我們?nèi)?.2； 因此帶入數(shù)據(jù)依次求得轉(zhuǎn)速： =1000r/min壽命：L= = 900最大動(dòng)載荷 C=fwFm =0.58N我們初步選擇北京工研精機(jī)股份有限公司的JCSGY-NFD系列精密滾珠絲杠副，這種系列的產(chǎn)品精度等級(jí)高，主要用于受力不大，作定位用的場(chǎng)合。我們選擇NFD 2004-3這種型號(hào)的滾珠絲杠，其參數(shù)如下表：公稱直徑20mm，基本導(dǎo)程4mm,動(dòng)載荷5878N0.58N,初步符合要求，也符合生產(chǎn)廠商制造長(zhǎng)度上的要求。 4、 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 由于步進(jìn)電

15、機(jī)的工作特點(diǎn)是一個(gè)脈沖走一步，每一步都有一個(gè)加速過(guò)程，因而對(duì)負(fù)載慣量很敏感。為滿足負(fù)載慣量盡可能小的要求，同時(shí)也要滿足一定的脈沖當(dāng)量，常采用齒輪降速傳動(dòng)。（一）初選步進(jìn)電機(jī)步距角b對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就回轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，叫步距角。電機(jī)的總回轉(zhuǎn)角和輸入脈沖數(shù)成正比，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速則正比與輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，意味著它能達(dá)到的位置精度越高。通常的步距角是3°、1.5°或0.75°，步距角的大小與通電方式及轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)。在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中，b是以分?jǐn)?shù)形式給出兩個(gè)數(shù)，其中分子所示的步距角是表示通電方式是雙拍，分母示出的步距角表示通電方

16、式是單拍。這里初選步距角0.72°。（2） 計(jì)算傳動(dòng)比i 已確定測(cè)量機(jī)的脈沖當(dāng)量p為0.005mm,滾珠絲杠導(dǎo)程L0=4mm， 步進(jìn)電機(jī)步距角b=0.72°，可以計(jì)算進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)比i。i =1.6(3） 計(jì)算齒輪齒數(shù)及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù) 可以確定齒輪齒數(shù)為：i =1.6 Z2=32，Z1=20因?yàn)闇y(cè)量機(jī)Z向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)只是帶著傳感器運(yùn)動(dòng)，負(fù)載較輕，系統(tǒng)伺服系統(tǒng)功率不大，因此取模數(shù)m=1。齒輪幾何參數(shù)如下表：齒數(shù)Z3220 分度圓d=mz3220齒頂圓da =d +2m3422齒根圓df =d -2×1.25m29.519.5齒寬B=(6 10）m1010中心距A=(d

17、1 +d2)/2265、 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用(1） 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T，負(fù)載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載做的功有如下關(guān)系： 式中 電機(jī)轉(zhuǎn)角； 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； 機(jī)械傳動(dòng)效率。若取=，則=， P=PH +(G+Pz)所以 式中 PH 走刀抗力（N），在此處為零； G 移動(dòng)部件重量（N），此處為滾動(dòng)導(dǎo)軌的滑塊質(zhì)量和光幕傳感器的質(zhì)量,此處取100N； Pz 與重力方向一致的切削力（N），此處為零； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.005； 步進(jìn)電機(jī)步距角；0.02N·估算啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq Tq=T/(0.30.5)=0.02/0.3=0.07N·

18、;對(duì)工作方式為五相五拍的步進(jìn)電機(jī)，由下表得=0.809，可求出最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax如下： 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 步進(jìn)電機(jī)相數(shù) 三相 四相五相數(shù)拍3648510=Tq/Tjmax0.50.8660.7070.7070.8090.951 Tjmax=Tq/0.809=0.09N·cm（2） 步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率fmax的計(jì)算 任務(wù)書上要求Z向最大移動(dòng)速度 4000/min 所以fmax=（3） 初步確定電機(jī)型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算，我們選用電機(jī)型號(hào)為60BYG550A的五相混合式步進(jìn)電機(jī)，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：60BYG系列電機(jī) 技術(shù)參數(shù)型號(hào)相數(shù)相電流步距角保持轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻

19、率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量A度N.mKPPSKPPSKg.cm2Kg60BYG550A530.36/0.720.74600.240.70.7N·m的保持轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于最大靜轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩符合要求。但這種步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為4000Hz，不能滿足（13333Hz)的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可以采用軟件升降速程序來(lái)解決。 （四）校核步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩1. 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J（kg·cm2)可由下式計(jì)算： 式中 JM步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg·cm2）； J1、J2齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg·cm2）； Js 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg

20、83;cm2）。60BYG550A混合式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM=0.24kg·cm2 J1=kg·cm2J2=kg·cm2Js=kg·cm2G=100N代入上式：=kg·cm2=0.47kg·cm22. 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在各種工況下是不同的，在測(cè)量機(jī)上主要考慮的是快速啟動(dòng)時(shí)克服轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的電機(jī)轉(zhuǎn)矩能否達(dá)到要求?？焖倏蛰d啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩： M=Mmax+Mf+M0式中 M快速空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 （N·cm)； Mmax空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩（N·cm)； M0 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加

21、摩擦轉(zhuǎn)矩（N·cm)； Mf折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩（N·cm)。其中，Mmax=J=啟動(dòng)加速時(shí)間ta=0.1s 代入上式得：Mmax=式中J 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm2）電機(jī)最大角加速度 （rad/s2)； nmax 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 （r/min) ； vmax 運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度 （mm/min)；折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：式中 導(dǎo)軌的摩擦力（N）；垂直方向的切削力（N）；G運(yùn)動(dòng)部件的總重量 （N）；導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；i齒輪降速比；傳動(dòng)鏈總效率，一般取0.70.85。上述兩項(xiàng)合計(jì)：M=Mmax+Mf=7.8+0.0077.8N·c

22、m由前可知，此時(shí)在五相五拍時(shí)=0.809，則最大靜轉(zhuǎn)矩為： Tjmax=7.8/0.809=9.64N·cm，由上表可知，初選誤差很大，校核以后所選電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩為7N·M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此處最大靜轉(zhuǎn)矩，所以電機(jī)確定選擇為：60BYG550A的五相混合式步進(jìn)電機(jī)。 第三部分 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1、 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)分析數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行，硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能的指標(biāo)。機(jī)床硬件電路由以下五部分組成：（1） 主控制器，即中央處理單元（CPU);cpu的作用，它是系統(tǒng)的核心，執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中

23、的程序，完成所要求的計(jì)算，產(chǎn)生協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)工作的各類控制信號(hào)；（2）總線，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線；（3）存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（4）接口，即I/O輸入輸出接口，是處理器與外界聯(lián)系的通路，它提供物理的連續(xù)手段，完成必要的數(shù)據(jù)格式和信息形式的轉(zhuǎn)換；（5）外圍設(shè)備，即鍵盤，顯示器及光電輸入接口。任務(wù)書要求微機(jī)部分?jǐn)U展16K程序存儲(chǔ)器，這里我們選2片2764程序存儲(chǔ)器，用于數(shù)控軟件程序，其中包括系統(tǒng)總控程序、初始化、故障處理顯示程序、z軸和c軸的運(yùn)動(dòng)伺服控制、系統(tǒng)自檢、不同工作方式運(yùn)動(dòng)規(guī)律控制等子程序，用這些的目的是為了完善和發(fā)揮計(jì)算機(jī)的硬件功能，從而使該系統(tǒng)能完成各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律

24、的控制過(guò)程，以配合測(cè)量機(jī)檢測(cè)處理數(shù)據(jù)部分的需要。任務(wù)書還要求16K×8位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，我們選2片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于數(shù)據(jù)的暫存、緩沖以及運(yùn)算結(jié)果的存放，也可用于設(shè)定標(biāo)志位。外圍設(shè)備中的輸入接口行列式鍵盤和顯示電路合在了一起，以節(jié)省IO口線。LED顯示器采用共陰極顯示器，其中在進(jìn)行鍵盤巡回掃描時(shí)，必須先關(guān)顯示，有關(guān)鍵盤和顯示器的工作必須經(jīng)過(guò)軟件的協(xié)調(diào)處理后才能達(dá)到預(yù)期的效果。2個(gè)行程限位信號(hào)（來(lái)自Z向直線運(yùn)動(dòng)單元）、2個(gè)回零開關(guān)信號(hào)（分別來(lái)自Z向直線運(yùn)動(dòng)單元和C回轉(zhuǎn)單元）及工作方式報(bào)警指示等開關(guān)量信號(hào)輸入分別分配到單片機(jī)和IO擴(kuò)展芯片8155和8255的IO口。電機(jī)控制部分z向采用五

25、相的步進(jìn)電機(jī)，c向采用2相的步進(jìn)電機(jī)，功率放大電路部分采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，采用軟環(huán)分把驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖按所需的順序供給電機(jī)各相，優(yōu)點(diǎn)控制靈活方便，缺點(diǎn)是所需要的IO接口接線數(shù)多。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，利用軟環(huán)分程序單片機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，由于步進(jìn)電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高（幾十伏），電流也較大（幾安到幾十安），如果將IO口輸出信號(hào)直接于功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常運(yùn)行，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光耦合器。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，當(dāng)輸入信號(hào)

26、加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)出紅外光，光敏晶體管受光照射后，由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過(guò)輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)傳輸。二、微機(jī)各部分控制電路的原理和特點(diǎn)(一)8031單片機(jī)的特點(diǎn)左邊是其引腳圖。 （1） 具有功能很強(qiáng)的8位中央處理單元（CPU); (2) 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MHz或12MHz)、每執(zhí)行一條指令時(shí)間為2S或 1S (3) 片內(nèi)具有128字節(jié)RAM;(4）具有21個(gè)特殊寄存器；（5）可擴(kuò)展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器； （6）具有4個(gè)IO口，32根IO口線； （7）具有2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器； （8）具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)

27、； （9）具有一個(gè)全雙功串行接口； （10）具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。從上述特性可知，一塊8031的功能幾乎相當(dāng)于一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)?？梢钥闯鲞@種芯片集成度高、功能強(qiáng)，只需要增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。（二）8031與存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的連接MCS-51系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，MCS-51系列的最小系統(tǒng)用一片8031外擴(kuò)一片EPROM就能滿足功能的要求，對(duì)于復(fù)雜 的應(yīng)用場(chǎng)合，可利用MCS-51的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。ROM2764引腳圖 8031單片機(jī)共有P0、P1、P2、P3四個(gè)8位口（如上圖），32根I/O口線，其中

28、P0.0P0.7（AD0AD7）是IO端口0的引腳，端口0是一個(gè)8位漏極開路的雙向IO端口，在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用低8位地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口（在此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效）。P2.0P2.7是端口2的引腳，端口2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址A8A15。因此，8031的程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64K（）字節(jié)，8031片內(nèi)不帶ROM，用作程序存儲(chǔ)器的器件是擴(kuò)展的EPROM，ROM空間是單片機(jī)用于存放代碼和表格數(shù)據(jù)。74LS37374 1.外部程序存儲(chǔ)器工作原理CPU由外部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)，16位地址的低8位PCL由P0口輸出，高8位PCH由P

29、2口輸出，指令由P0口輸入，P0口作為分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器時(shí)，P2口專用于輸出高8位地址，P2口具有輸出鎖存功能，可直接接至外部存儲(chǔ)器的地址端，無(wú)需再加鎖存。P0口作為分時(shí)復(fù)用的雙向總線，輸出低8位的內(nèi)容，輸入指令。在這種情況下，每一個(gè)機(jī)器周期中,允許地址鎖存信 號(hào)ALE兩次有效，在ALE由高變低時(shí)，有效地址PCL出現(xiàn)在P0總線上，低8位地址鎖存器（外擴(kuò)的）應(yīng)在此時(shí)將低位地址鎖存起來(lái)，同時(shí)也是每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，用于選通外部程序存儲(chǔ)器，使指令送到P0總線上，由CPU取入。其中是8031的控制線，是地址鎖存使能信號(hào)，作為地址鎖存允許時(shí)高電平有效，就是由于口是分時(shí)傳送數(shù)據(jù)和

30、低8位地址，故訪問(wèn)外不存儲(chǔ)器時(shí)，信號(hào)鎖存低位地址，與地址鎖存芯片的引腳G相連，當(dāng)G=“1”，74LS373輸出端0Q7Q與輸入端07D相同，當(dāng)G為下降沿 “ ”時(shí) ，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。373的引腳是使能端，接地即可?？刂凭€為程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外不程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。還有8031的接地，表示CPU執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令。我們選的2764EPROM（如圖）要工作在上述的方式下，接線必須正確，要把2764的使能端于8031的相接，還要把VPP編程電壓端，PGM 編程控制端接高電平，使2764的 存儲(chǔ)器內(nèi)容從數(shù)據(jù)端輸出，即處于Dout狀態(tài)。數(shù)據(jù)線在連接時(shí)，存儲(chǔ)器2764的8位數(shù)據(jù)

31、線D0D7與8031芯片的P0口P0.0P0.7直連，單片機(jī)規(guī)定的指令碼和數(shù)據(jù)都是由P0口讀入，以讀出存儲(chǔ)器中的內(nèi)容。2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理根據(jù)任務(wù)書的要求需要擴(kuò)展16K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，我們選兩片6264，每片8K。它與8031的連接與2764的大致相同，需要13根地址線A0A12，分別用到P0口的8位和P2口的低5位，依然要用到74LS373鎖存地址，接法與上述相同。數(shù)據(jù)線也是接到P0口。不同的是控制線的接法，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能讀能寫，RAM讀輸入信號(hào)與8031芯片的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)（P3.7）引腳相接，這里用到P3口的第二功能，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；RAM

32、的寫輸入信號(hào) 與8031芯片外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)（P3.6）相接，同樣是使用了管腳的第二功能。3.譯碼電路原理8031單片機(jī)允許擴(kuò)展64KB程序存儲(chǔ)器和64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（包括IO芯片），這樣就需要擴(kuò)展多個(gè)外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片，并且程序存儲(chǔ)器個(gè)芯片之間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各芯片之間（包括IO芯片）地址互相不重疊，以使單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器是，避免發(fā)生沖突。當(dāng)8031數(shù)據(jù)總線分時(shí)地與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首先要進(jìn)行片選（指選中某一個(gè)芯片），而當(dāng)片內(nèi)有多字節(jié)單元時(shí)，還要進(jìn)行片內(nèi)地址的選擇。MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則(1)程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址程序存

33、儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可以重疊使用，都是從0000HFFFFH。這是因?yàn)?031地址總線寬度為16位，可直接尋址的范圍只有64KB。這樣編址方法也給編程帶來(lái)方便，不必考慮地址重復(fù)，靠片選信號(hào)和控制信號(hào)：區(qū)分訪問(wèn)的對(duì)象。（2）外圍IO芯片與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址外圍IO芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元，而且使用隨機(jī)存儲(chǔ)器的讀寫控制信號(hào)與讀寫指令。（3）CPU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址編碼 CPU P2口提供高八位地址，P0口經(jīng)外部地址鎖存器后提供低8位地址。地址譯碼的方法有線選法和全地址譯碼兩種方法。（1）線選法利用單片機(jī)地址總線高位中的一根線（一般是P2口中的某根線）作為選擇某一片存儲(chǔ)器（或IO口）

34、芯片的片選信號(hào)。只要該地址線位低電平，就選中該片。這種方法常用于規(guī)模較小的系統(tǒng)，即擴(kuò)展的芯片不是太多的情況。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要地址譯碼器，可節(jié)省硬件，減少成本。缺點(diǎn)是可尋址的芯片數(shù)目受到很大的限制，而且地址空間 也是不連續(xù)的，地址空間沒(méi)有充分利用。（2）全地址譯碼對(duì)于容量較大的系統(tǒng)，擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線時(shí)，就需要用這種全地址譯碼的方法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。因?yàn)檫@種地址編碼的方法，除了片內(nèi)地址線以外，剩余的高位地址線全部參加譯碼，故稱為全地址譯碼。通常采用38譯碼器（74LS138）左圖

35、，輸入端占用3根最高位地址線，剩余的13根線低位地址線可作為片內(nèi)地址線。74LS138譯碼器的8根輸出線分別對(duì)應(yīng)8個(gè)8K字節(jié)的地址空間，正好是64K。上面分析了2764、6264數(shù)據(jù)線、控制線、地址線的連接，沒(méi)有對(duì)片選信號(hào)線進(jìn)行分析，接下來(lái)著重分析它們幾個(gè)地址空間的分配。第一片2764的片選端接3-8譯碼器的端對(duì)應(yīng)輸入端A、B、C為000，因此片內(nèi)地址為000×××××××××××××，即從0000H1FFFH，總共8K空間。第二片2764的片選端接38譯碼器的端對(duì)

36、應(yīng)輸入端A、B、C為001，因此片內(nèi)地址位001×××××××××××××，即從2000H3FFFH。兩片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264與兩片程序存儲(chǔ)器2764共用譯碼器的和端，它們的地址也分別為0000H1FFFH和2000H3FFFH。其中6264的片選需要把接譯碼器的輸出端，CS2接高電平，才能選中6264。 譯碼器 74LS138有三個(gè)使能端，其中2個(gè)為低電平使能，另一個(gè)G1為高電平使能。只有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無(wú)效狀態(tài)。在這里我們

37、想強(qiáng)調(diào)一下，剛啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)是如何找到第一條指令工作起來(lái)的。單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC清零PC=0000H，所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的，P1給出低8位，P2.0P2.4給出高8位的前5位，譯碼器的三個(gè)輸入端為000，選通，即選中第一片2764中的第一個(gè)單元，取出其內(nèi)容，從輸出端D0D7輸出到單片機(jī)的P1口，然后就按照程序的規(guī)定依次進(jìn)行。（三）人機(jī)交互部分接口電路 根據(jù)任務(wù)書要求，人機(jī)交互部分的輸入接口采用4行8列的行列式鍵盤，輸出接口采用8位8段LED數(shù)碼管。8031單片機(jī)共有四個(gè)8位并行IO口，但可供給用戶使用的只有P1口和部分P3口，因此在大部分的應(yīng)用系統(tǒng)中都需要擴(kuò)展IO口

38、芯片。這里我 們采用常用的外圍接口芯片8155來(lái)控制鍵盤和顯示接口。8155是可編程的RAM/IO擴(kuò)展接口電路，有256個(gè)RAM單元、2個(gè)8位口、一個(gè)6位口、一個(gè)14位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。其中IO/是8155內(nèi)部RAM和I/O口的選擇線，IO/0，低電平時(shí)選擇片內(nèi)RAM，7上的地址信息為8155中的RAM單元地址，當(dāng)，高電平時(shí)7上的地址信息位IO口地址，它利用的下降沿將此信息 鎖存到片內(nèi)鎖存器中。1.8155與鍵盤和數(shù)碼管的連接 8155與鍵盤和數(shù)碼管的連接 這樣安排的：8155芯片PA0PA7作為顯示器段選信號(hào)輸出，即字型數(shù)據(jù)控制端，PB0PB7是顯示器的位顯信號(hào)輸出，PC0PC3是鍵盤掃描輸入

39、。8155芯片的IO/引腳接8031芯片的P2.0，因?yàn)槭褂?155的I/O口故為高電平。8155的地址分配是這樣的，片選信號(hào)接譯碼器輸出端，對(duì)應(yīng)的輸入端A、B、C位100，還用到P2.0用于選擇RAM單元地址和IO口地址，片內(nèi)256個(gè)單元用做低8位地址線，未用到地址線設(shè)為1狀態(tài)，因此8155片內(nèi)RAM的地址為××××××××，即9E00H9EFFH。IO口地址需要分配6個(gè)，它們分別是A、B、C三個(gè)IO口，命令狀態(tài)寄存器、定時(shí)器低8位、定時(shí)器高8位，其中8155IO口工作方式選擇通過(guò)對(duì)8155內(nèi)部命令寄存器（命令口

40、）設(shè)定命令控制字實(shí)現(xiàn)，這是它的作用。8155的定時(shí)功能是芯片內(nèi)有一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，可對(duì)輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，外部有兩個(gè)定時(shí)器引腳TIMERIN和，TIMERIN為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，由外部輸入時(shí)鐘脈沖，為定時(shí)輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形。對(duì)定時(shí)器編程時(shí)，首先將計(jì)數(shù)常數(shù)級(jí)定時(shí)器方式送入定時(shí)器口（定時(shí)器低位及高6位，定時(shí)器方式M）04H，05H。計(jì)數(shù)常數(shù) 在0023FFFH之間。計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止有命令寄存器的最高兩位TM2和TM1決定。8155定時(shí)器格式:T7T6T5T4T3T2T1T0 (04H)M2M1T13T12T11T10T9T8 (05H) 8155命令寄存器格式TM2TM1IEBIEA

41、PC2PC1PBPA 因此這6個(gè)口的地址應(yīng)為11×××即9FF8H9FFDH,六個(gè)單元。2.鍵盤顯示接口電路工作原理（1）顯示器工作原理數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED顯示器和LCD。對(duì)于LED顯示器，通常它是由八個(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)比畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。有兩種類型，共陰極和共陽(yáng)極，我們這里采用共陰極的。如果加到各段陽(yáng)極上的代碼不同，則顯示器就會(huì)顯示不同的字符和數(shù)字，這個(gè)代碼稱為段碼，選擇字型稱為段選。通常顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位，對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔一

42、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)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比列關(guān)系有關(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。這就是顯示器的掃描過(guò)程。計(jì)算機(jī)以人眼不能分辨的速度輪流對(duì)各字位線輸出低電平，即可在各位上顯示出不同的字符和數(shù)字，從而實(shí)現(xiàn)掃描顯示，這就稱作位選。它的優(yōu)點(diǎn)是占得IO口少。另一種是靜態(tài)顯示，就是同時(shí)把要顯示的顯示出來(lái)，他占得IO多，但亮度大。 （2）鍵盤接口原理鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入設(shè)備。其工作原理是:測(cè)試信號(hào) +5V 控制信號(hào)控制信號(hào)=“0”則開放，可對(duì)鍵識(shí)別：當(dāng)鍵松開，測(cè)試信號(hào)=“1”；當(dāng)鍵閉合，測(cè)試信號(hào)=“0”?？刂菩盘?hào)=“1”

43、，禁止，不能對(duì)鍵進(jìn)行識(shí)別。在實(shí)際使用時(shí)，常常把鍵盤和顯示電路做在一起，以節(jié)省IO線。在進(jìn)行鍵盤巡回掃描時(shí)，必須先關(guān)顯示，有關(guān)鍵盤和顯示器的工作必須經(jīng)過(guò)軟件的協(xié)調(diào)處理后才能達(dá)到預(yù)期的效果。在我們的電路中，8155的PC0PC3作為輸入口來(lái)接受測(cè)試信號(hào)，PB0PB7作為輸出口來(lái)掃描8位列線，顯示器的段選（字型數(shù)據(jù)控制）由8155的PA口擔(dān)任，是輸出口?？梢圆捎弥袛嗟姆绞絹?lái)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，PB口開始前全部置0，處于待掃描狀態(tài)，當(dāng)有任意的一個(gè)鍵按下時(shí)，PC口檢測(cè)到變化，便開始逐行逐列的檢測(cè)，檢查到那個(gè)就有相應(yīng)的動(dòng)作，如果需要顯示，則進(jìn)入顯示子程序進(jìn)行，鍵盤和顯示獨(dú)立工作，在程序的協(xié)調(diào)下互不干涉。（四）

44、步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路1.步進(jìn)電機(jī)控制原理（1）步進(jìn)電機(jī)分類通常在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī)。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)按工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式、混合式步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制原理圖（2）軟環(huán)分原理及源程序 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖需要按所需要的順序供給電機(jī)各相，脈沖分配器就是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各相脈沖通電順序的。脈沖分配器又叫環(huán)形分配器，有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種。任務(wù)書的要求用軟環(huán)分，加上前面的選型，五相五拍軟件環(huán)形分

45、配器在電路上不需要環(huán)形分配專用芯片，采用查表法進(jìn)行脈沖分配，也就是在微處理器中專門安排一個(gè)輸出指針寄存器作為步進(jìn)電機(jī)的控制寄存器，初始化是使指針指向分配表的表首。步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組都與這個(gè)寄存器中某一指定位相相對(duì)應(yīng)。寄存器中這一位為“0",對(duì)應(yīng)著相應(yīng)繞組的通電狀態(tài)；這一位為"1",對(duì)應(yīng)著相應(yīng)繞組的斷電狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)需要正向運(yùn)行一步時(shí)，指針下移一行，同時(shí)輸出該行的狀態(tài)，當(dāng)指針超出分配表表尾時(shí)自動(dòng)回到表首；步進(jìn)電機(jī)反向運(yùn)行時(shí)，指針上移一行，并輸出該行的脈沖值，當(dāng)指針超出表首時(shí)又自動(dòng)回到表尾。脈沖分配子程序框圖如下。這種情況下，在電路上步進(jìn)電機(jī)的每一繞組需和一個(gè)IO接

46、口相連（經(jīng)光隔離電路），故占用的IO接口數(shù)量較多。由于我們這里是采用五相五拍的控制方式，相對(duì)比較簡(jiǎn)單。電動(dòng)機(jī)脈沖分配程序NY正向運(yùn)轉(zhuǎn)？N指針小于表首地址？Y指針減1指針加1指針修改到表尾N指針大于表尾地址？Y輸出信號(hào)值8255A的PA口指針修改到表首返回具體分析如下： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組通電順序表電動(dòng)機(jī)繞組通電順序地址指針代碼ABCDEMOTB+110FH01111MOTB+2217H10111MOTB+331BH11011MOTB+441DH11101MOTB+551EH11110正反轉(zhuǎn)時(shí)的繞組通電順序（五相五拍） ABCDE EDCBA設(shè)R6為Z向電動(dòng)機(jī)的指針寄存器，正常情況下R6的取值應(yīng)在1

47、5之間。則Z向電動(dòng)機(jī)脈沖分配的具體程序如下：ZHENG: INC R6; Z向電機(jī)正走一步（若DEC R6，則反轉(zhuǎn)一步）OTZ: CJNE R6 ,#06H , AA0 MOV R6,#01H; 指針超出分配表的表尾（R6=#06H）時(shí)，自動(dòng)回到表首 （R6=#01H) JMP AA1AA0: CJNE R6,#00H,AA1 MOV R6,#05H; 指針超出分配表的表首（R6=#00H)時(shí)，自動(dòng)回到表尾 (R6=#05H)AA1: MOV DPTR,#MOTB; 十六位數(shù)據(jù)指針指向脈沖分配表的首地址 MOV A,R6; Z向指針?biāo)徒oA MOVC A,A+DPTR;查表取出Z向電動(dòng)機(jī)繞組通電

48、狀態(tài)，存于A MOV DPTR,#5FFDH; 8255A的PA口地址 MOVX DPTR,A; 輸出電動(dòng)機(jī)繞組通電狀態(tài)至8255A的PA口 RET ；循環(huán)執(zhí)行 MOTB: DB FFH ;不用 DB 0FH ；A相通電 DB 17H ；B相通電 DB 1BH ；C相通電DB 1DH ；D相通電 DB 1EH ；E相通電 （3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的選擇 為使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定功率，需要有足夠功率提供給電動(dòng)機(jī)，因此需要功率放大環(huán)節(jié)，以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了提高步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性，必須改善電流波形，使電流前后沿更抖些，避免在高頻時(shí)，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)各相繞組電流幾乎同時(shí)存在，使步進(jìn)

49、帶負(fù)載能力下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)失步。電機(jī)常采用電阻法、雙電源法，而任務(wù)書上要求的高低壓驅(qū)動(dòng)，就是雙電源法中實(shí)用電路，也是為改善電流波形。2.步進(jìn)電機(jī)控制電路的接線(1)地址的分配任務(wù)書上要求，電機(jī)控制部分采用軟環(huán)分和高低壓驅(qū)動(dòng)電路，我們這里用8255接口芯片來(lái)達(dá)到此目的。8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口，分別是PA、PB、PC、其中PC口又分為高4位（PC7PC4）和低4位（PC3PC0），它們都可以通過(guò)軟件編程來(lái)改變I/O口的工作方式。 8255的片選端接譯碼器的，對(duì)應(yīng)的輸入端A、B、C為010，這個(gè)芯片需要分配4個(gè)地址，以分別對(duì)應(yīng)A口B口C口

50、和控制口，8255工作方式的設(shè)定是通過(guò)向8255控制口寫入方式選擇控制字實(shí)現(xiàn)，方式0基本的輸入輸出方式、方式1應(yīng)答式輸入輸出工作方式、方式2應(yīng)答式雙向輸入輸出工作方式三種。此外C口還有位操作功能，通過(guò)編程對(duì)8255送入置位/復(fù)位控制字，可對(duì)C口各位單獨(dú)置位/復(fù)位，從而可以方便地將端口I/O端線作為選通及控制應(yīng)答信號(hào)使用。在方式1和方式2下，C口各位作為聯(lián)絡(luò)和中斷請(qǐng)求信號(hào)線使用。地址線A0、A1接鎖存器373的Q0、Q1用地址線的最低兩位，其他沒(méi)用到的地址線設(shè)為1狀態(tài)，因此8255對(duì)應(yīng)的地址編碼是111××即從5FFCH5FFFH。8255的讀寫管腳WR、RD分別接8031的

51、讀寫管腳。數(shù)據(jù)線D0D7接8031的P1口，以進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。（2）接線配置 Z向步進(jìn)電機(jī)是五相電機(jī)，直接利用8255的PA口的5個(gè)管腳，接5路光電隔離電路，再到驅(qū)動(dòng)電路，知道步進(jìn)電機(jī)的各相。C向電機(jī)是二相電機(jī)，利用8255的PB口的兩個(gè)管腳，接兩路光電隔離電路，驅(qū)動(dòng)電路，到達(dá)步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)相線。 （五）開關(guān)量的控制及輔助電路 我們的這個(gè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)，鍵盤控制顯示，行程控制，報(bào)警顯示，轉(zhuǎn)換各種工作方式，手動(dòng)，自動(dòng)編輯等。 行程控制用到8031的P3.0P3.3，分別為X，X，Z，Z，越界報(bào)警顯示用到8155的PC4和PC5，工作方式編輯、手動(dòng)、自動(dòng)、單步運(yùn)行用到PC0PC3，手動(dòng)調(diào)節(jié)X，X，Y，Y用到8255的PC4PC7；啟動(dòng)、停止、回零、空運(yùn)用到8255的PB4PB7；當(dāng)車螺紋時(shí)，主軸光電編碼器向8031T0（P3.4）發(fā)出進(jìn)給脈沖用以