數(shù)控車(chē)床X-Z軸工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制電路設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第一章 滾珠絲杠副的選擇1.1 滾珠絲杠副的特點(diǎn)1.傳動(dòng)效率高 效率高達(dá)90%95%,耗費(fèi)的能量?jī)H為滑動(dòng)絲杠的1/3。 2.運(yùn)動(dòng)具有可逆性 即可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng),又可將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),且逆?zhèn)鲃?dòng)效率幾乎與正傳動(dòng)效率相同。3.系統(tǒng)剛度好 通過(guò)給螺母組件內(nèi)施加預(yù)壓來(lái)獲得較高的系統(tǒng)剛度,可滿(mǎn)足各種機(jī)械傳動(dòng)要求,無(wú)爬行現(xiàn)象,始終保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和靈敏性。4.傳動(dòng)精度高 經(jīng)過(guò)淬硬并精磨螺紋滾道后的滾珠絲杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,絲桿副工作時(shí)溫升和熱變形

2、小,容易獲得較高的傳動(dòng)精度。5.使用壽命長(zhǎng) 滾珠是在淬硬的滾道上作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),磨損極小,長(zhǎng)期使用后仍能保持其精度,因而壽命長(zhǎng),且具有很高的可靠性。其壽命一般比滑動(dòng)絲杠高56倍。6.不能自鎖 特別是垂直安裝的絲杠，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母將在重力作用下下滑，故常需設(shè)置制動(dòng)裝置。7.制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。由于滾珠絲杠副獨(dú)特的性能而受到極高的評(píng)價(jià),因而已成為數(shù)控機(jī)床,精密機(jī)械,各種省力機(jī)械設(shè)備及各種機(jī)電一體化產(chǎn)品中不可缺少的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。1.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算最大快速進(jìn)給速度6m/min,最大加工速度2.5m/min。設(shè)導(dǎo)程p=5，則 摩擦當(dāng)量，則假設(shè)機(jī)

3、床加工工件時(shí)間占用使用時(shí)間的90%，快速進(jìn)給占用10%則根據(jù)得在式中為溫度系數(shù)，查表1-1得1；為硬度系數(shù)，查表1-2得 1.0；為精度系數(shù)，查表1-3得1.0（絲杠精度為13級(jí)）；為負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)，查表1-4得1.3；為可靠性系數(shù)，查表1-5得0.53（可靠性為90%）。表1-1溫度系數(shù)工作溫度175表1-2 硬度系數(shù)硬度（HRC）5552.55047.54540動(dòng)負(fù)荷硬度影響系數(shù)1.01.111.351.561.922.43.85靜負(fù)荷硬度影響系數(shù)1.01.111.401.672.12.654.5表1-3精度系數(shù)精度等級(jí)1、2、34、57101.00.90.80.7表1-4 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)負(fù)荷

4、性質(zhì)無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動(dòng)運(yùn)動(dòng)11.21.21.51.52.5表1-5 可靠性系數(shù)可靠度(%)9095969798991.000.620.53.44.330.21根據(jù)選擇滾珠絲杠副 假設(shè)選用FC1型號(hào),按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca 等于或稍大于的原則,查表2-9選以下型號(hào)規(guī)格FC1-6308-3 Ca=29715公稱(chēng)直徑 導(dǎo)程P=8mm 螺旋角 滾珠直徑按FC1-6308-3的相關(guān)尺寸計(jì)算滾道半徑 R=0.52=0.523.175=1.651mm偏心距絲杠內(nèi)徑穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許

5、安全系數(shù)。絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱(chēng)為臨界載荷其中 E=206Gpa L=0.3m 取 則安全系數(shù)查表2-10 S=2.5-3.3 SS 絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。（2）高速長(zhǎng)絲杠工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速-臨界轉(zhuǎn)速,要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速 所以絲杠不會(huì)發(fā)生共振。（3）此外滾珠絲杠副還受值的限制,通常要求剛度驗(yàn)算滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T(Nm)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為式中,A為絲杠截面積,A=為絲杠的極慣性矩, G為絲杠切變模量,對(duì)鋼G=83.3GP a;T(Nm)為轉(zhuǎn)矩。式中, 為摩擦角,其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)； 為平均工作載荷.取摩擦系數(shù)為,則得按

6、最不利的情況取(F=)則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差小于其傳動(dòng)精度的1/2，即該絲杠的滿(mǎn)足上式,所以其剛度可滿(mǎn)足要求。效率驗(yàn)算要求在90%-95%之間,所以該絲杠副合格。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證,FC1-6308-3各項(xiàng)性能均符合題目要求,可選用。第二章 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1 導(dǎo)軌的功用機(jī)電一體化產(chǎn)品要求其機(jī)械系統(tǒng)的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須得到安全的支承，并能準(zhǔn)確的完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)任務(wù)就由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)完成。機(jī)電一體化產(chǎn)品的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌，其作用是支承和導(dǎo)向。2.2 滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌的選擇程序在設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌時(shí)，除應(yīng)對(duì)其使用條件，包括工作載荷、精度要求、速度、工作行程

7、、預(yù)期工作壽命進(jìn)行研究外，還須對(duì)其剛度、摩擦特性及誤差平均、阻尼特性等綜合考慮，從而達(dá)到正確合理的選用，以滿(mǎn)足主機(jī)技術(shù)性能的要求。2.3 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)支承系統(tǒng)負(fù)荷的計(jì)算直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)支承系統(tǒng)的負(fù)荷與導(dǎo)軌配置形式(水平、豎直、傾斜等),移動(dòng)件的重心和力作用點(diǎn)的位置,導(dǎo)軌上移動(dòng)件牽引力作用點(diǎn)的位置,啟動(dòng)及停止時(shí)的慣性力以及切削力等有關(guān)。本設(shè)計(jì)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌安裝形式為水平,采用臥式導(dǎo)軌、滑塊座移動(dòng)。 圖2.1 導(dǎo)軌導(dǎo)軌的選擇 由機(jī)床設(shè)計(jì)要求可知對(duì)該導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的基本要求為:作用在滑座上的載荷F=2800N，滑座個(gè)數(shù)，有效行程500 x300每分鐘往復(fù)次數(shù)為4，用于輕型機(jī)床的工作臺(tái)。 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命=4

8、0000小時(shí)表2-1 硬度系數(shù)滾道表面硬度HRC6058555350451.00.980.900.710.540.38表2-2 溫度系數(shù)工作溫度/1001.001001500.901502000.732002500.61表2-3 接觸系數(shù)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)11.0020.8130.7240.6650.61表2-4負(fù)荷系數(shù)工作條件無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。速度小于15m/min11.5無(wú)明顯沖擊或震動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。速度小于60m/min1.52無(wú)外部沖擊或震動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。速度大于60m/min22.5計(jì)算額定動(dòng)載荷滑座的運(yùn)動(dòng)速度最大為5m/min15m/min，工作溫度在100以下，

9、導(dǎo)軌滾道硬度為60HRC，無(wú)明顯沖擊和振動(dòng)，每根導(dǎo)軌上滑塊配置數(shù)為2。由 得：因滑塊座M=4,所以每根導(dǎo)軌上2個(gè)，由表2-12-4確定， , , 則由式得 其中 選用的是漢江機(jī)床廠的HJG-D系列滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌,查其產(chǎn)品手冊(cè)知, HJG-D型號(hào)的導(dǎo)軌的Ca值為17500N,能滿(mǎn)足40000h的使用要求,所以可選用.第三章 步進(jìn)電機(jī)的選擇3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理如圖3.1所示，其中步進(jìn)電機(jī)的定子上有6個(gè)齒，其上分別纏有、三相繞組,構(gòu)成三對(duì)磁極,轉(zhuǎn)子上則均勻分布著4個(gè)齒。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用直流供電。當(dāng)、三相繞組輪流通電時(shí)，通過(guò)電磁力吸引步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。圖3.13

10、.2步進(jìn)電機(jī)的選型、步進(jìn)電機(jī)的步距角取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)步距角。、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T(mén)，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)載力做功有如下關(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，且，所以式中： 移動(dòng)部件負(fù)載（N）；G移動(dòng)部件重量（N）； 與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N）； 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad）；T電機(jī)軸負(fù)載力矩（）本例中，?。ù慊痄摑L珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），為絲杠牽引力，?？紤]到重力影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取，所以若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩取安全系數(shù)為0.3，則 對(duì)

11、于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī) 、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率查表選用兩個(gè)45BF005-型步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3-1。表3-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型 號(hào)主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸重量步距角最 大靜轉(zhuǎn)距最高空載啟動(dòng)頻率()相數(shù)電壓電流外徑長(zhǎng)度軸徑45BF005-1519.630003272.545584113.2.1、確定齒輪傳動(dòng)比因步進(jìn)電機(jī)步距角，滾珠絲杠螺距 ，要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比選 ， 。3.2.2、確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸因傳遞的扭距較小，取模數(shù)，齒輪有關(guān)尺寸見(jiàn)表3-2。3.2.3、步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算表3-2 齒輪尺寸 1728171914.55 2

12、83025.5517.5根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得式中： 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（）； 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；M移動(dòng)部件質(zhì)量（）。對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算式中：D圓柱零件直徑（cm）；L零件長(zhǎng)度（cm）。所以電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則因?yàn)?，所以慣性匹配比較符合要求。第四章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類(lèi)型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺(tái)沿各坐標(biāo)軸的

13、運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。伺服系統(tǒng)的選擇開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。.考慮到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性?xún)r(jià)比高?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。

14、顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。XZ工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副，從而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動(dòng)。系統(tǒng)總體框圖如下:計(jì)算機(jī)光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)X向工作臺(tái)光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)Z向工作臺(tái)第五章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1確定硬件電路的總體方案。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：主控制器。即中央處理單

15、元CPU總線(xiàn)。包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)，地址總線(xiàn)，控制總線(xiàn)。存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲(chǔ)器RAMROM外設(shè)：鍵盤(pán)，顯示器，打印機(jī)，磁盤(pán)機(jī)，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號(hào)變換控制對(duì)象5.2主控制器的選擇系列單片機(jī)是集中，端口及部分等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開(kāi)發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用芯片作為主控芯片。5.3存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用芯片。其型號(hào)有

16、：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要考慮與時(shí)序的匹配。所能讀取的時(shí)間必須大于所要求的讀取時(shí)間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲(chǔ)器容量等因素。在滿(mǎn)足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡(jiǎn)化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)規(guī)定0口提供為位地址線(xiàn)，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線(xiàn)使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來(lái)保存，以便為外接存儲(chǔ)器提高低位的地址信息，一般采用芯片作為地址鎖存器，并由發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。

17、由以上分析，采用EPROM芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下所示： A12 A8 2764A7A0 D7 D0 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 譯碼電路G74LS372擴(kuò)展2764電路框(）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于內(nèi)部只有字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本次設(shè)計(jì)選用芯片作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示： P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0譯碼電路G74LS372擴(kuò)展6264電路框圖(）譯碼電路在單

18、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過(guò)總線(xiàn)與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€(xiàn)選法和全地址譯碼法。線(xiàn)選法是把單獨(dú)的地址線(xiàn)接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線(xiàn)為低電平，就選中該芯片。線(xiàn)選法的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它所用片選線(xiàn)都是高位地址線(xiàn)，它們的權(quán)值較大，地址空間沒(méi)有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對(duì)于和容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線(xiàn)的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址線(xiàn)進(jìn)行譯碼，譯碼器輸

19、出的地址選擇線(xiàn)用作片選線(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)起程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址。該設(shè)計(jì)選用程序存儲(chǔ)器2764和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264組成8031單片機(jī)的外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，單片機(jī)外存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如下：（5）擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(a).通用可編程接口芯片單片機(jī)共有個(gè)位并行接口，但供用戶(hù)使用的只有1口及部分3 口線(xiàn)。因此要進(jìn)行口的擴(kuò)展。與微機(jī)接口較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤(pán)，顯示器接口電路鍵盤(pán)，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的

20、動(dòng)態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤(pán)，即用口線(xiàn)組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有和。下圖所示為采用接口管理的鍵盤(pán)，顯示器電路。它有鍵和位顯示器組成。為了簡(jiǎn)化秒電路，鍵盤(pán)的列線(xiàn)及顯示器的字位控制共用一個(gè)口，即共用的P口進(jìn)行控制，鍵盤(pán)的行線(xiàn)由口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤(pán)顯示器接口電路如下所示：5.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（1）脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來(lái)的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用集成脈沖

21、分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線(xiàn)路圖如下：（2）光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線(xiàn)圖如下：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計(jì)選用功率放大器。5.5其它輔助電路設(shè)計(jì)（）的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方

22、式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下圖所示。晶體可以在.之間任意選擇，耦合電容在pF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。8031XTAL1XTAL2時(shí)鐘電路（）復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在引腳上出現(xiàn)ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后便從單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與復(fù)位要求一致時(shí)，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用z時(shí)，復(fù)位電路中取，取，取。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示：（）越界報(bào)警電路為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位

23、置安裝限位開(kāi)關(guān)。利用光電耦合電路，將行程開(kāi)關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至的口1.0。當(dāng)任何一個(gè)行程開(kāi)關(guān)被壓下的時(shí)候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平?？衫密浖O(shè)計(jì)成查詢(xún)的方法隨時(shí)檢查有無(wú)越界信號(hào)。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至的外部中斷引腳（或），采用中斷方式檢查越界信號(hào)。越界報(bào)警電路如下圖所示5.6機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)選用系列的作為主控制器。擴(kuò)展存儲(chǔ)電路為一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為。的片選控制端直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H開(kāi)始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的

24、片選端由譯碼器（74LS138）的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為4000。系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155。8155的片選端接至譯碼器（74LS138）的Y4的輸出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號(hào)分別為8000H及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H80FFH。8155的A口為控制工作抬X，Y向電機(jī)的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤(pán)與顯示器設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口擔(dān)任鍵盤(pán)的列線(xiàn)及顯示器的掃描控制；PB口的PB0PB3為鍵盤(pán)的行線(xiàn)。8031

25、的P1口為顯示器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6共24個(gè)行列式鍵盤(pán)和6位8段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口和字位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。PB口剩余的I/O線(xiàn)PB4PB7分別作為工作臺(tái)+X，+Y，-X，-Y四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。在軟件設(shè)計(jì)上8155的PA口，PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測(cè)PB4PB7的電平，當(dāng)某I/O線(xiàn)為0時(shí)，應(yīng)立即停止X，Y向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)?？?結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是以畢業(yè)設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備，是為了更好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)打好一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是我

26、們對(duì)數(shù)控沖車(chē)床有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)工作有很好的幫助。歷程4周的課題設(shè)計(jì),在老師和自己共同努力下,完成了預(yù)期的工作。在這個(gè)過(guò)程中遇到很多困難，但是通過(guò)查閱資料，最終解決了問(wèn)題，提高了我們解決問(wèn)題的能力。在查閱相關(guān)的數(shù)控機(jī)床資料，類(lèi)比同類(lèi)機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及漢江機(jī)床廠提供的相關(guān)零部件資料的基礎(chǔ)上，用UG進(jìn)行零件的繪制整體的裝配，用AutoCAD進(jìn)行總裝圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)要求完成了畢業(yè)論文書(shū)寫(xiě)內(nèi)容。對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程有了深刻的了解和認(rèn)識(shí)。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我們的綜合運(yùn)用能力進(jìn)一步加強(qiáng),把大學(xué)四年來(lái)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐很好的結(jié)合起來(lái)，從方案確定到選型、校核、畫(huà)圖等一系列都在很大程度上開(kāi)發(fā)了我們的設(shè)計(jì)思維和應(yīng)用能力。當(dāng)然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們也認(rèn)識(shí)到自身的不足之處。雖然在設(shè)計(jì)中能夠認(rèn)真獨(dú)立地思考、分析問(wèn)題。但知識(shí)面不夠廣泛以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)欠缺等諸多因素,造成設(shè)計(jì)中很多疏漏的地方以及大多方案都停留在已有基礎(chǔ)上,創(chuàng)新很少。而且在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面做得很少，可以說(shuō)整個(gè)設(shè)計(jì)很粗糙，當(dāng)然我會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)生產(chǎn)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取做得更好，敬請(qǐng)?jiān)彵敬卧O(shè)計(jì)中的不足之處。參考資料1 高鐘毓機(jī)電控制工程北京：清華大學(xué)出版社，20022 劉助柏知識(shí)創(chuàng)新