課程設(shè)計---z3040鉆床工作臺y向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)2</b></p><p>　　二、總體方案確定2</p><p>　　1.機械傳動部件的選擇2</p><p>　　2.控制系統(tǒng)的設(shè)計3</p><p>　　三、機械傳動部件的

2、計算與選型4</p><p>　　1.導(dǎo)軌上移動部件的重量估算4</p><p>　　2.切削力的計算4</p><p>　　3.直線滾動導(dǎo)軌副的計算與類型5</p><p>　　4.滾珠絲桿螺母副的計算與選型6</p><p>　　5.步進(jìn)電動機減速箱的選用12</p><p>　

3、　6.步進(jìn)電動機的計算與選型12</p><p>　　四、繪制進(jìn)給傳動機構(gòu)的裝配圖19</p><p>　　五、控制系統(tǒng)的設(shè)計20</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的原理框圖20</p><p><b>　?。?）簡介20</b></p><p><b>　?。?）應(yīng)用24

4、</b></p><p>　　六、步進(jìn)電動機驅(qū)動電源的選用27</p><p><b>　　七、附圖28</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　

5、　題目：Z3040鉆床工作臺Y向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　任務(wù)：設(shè)計一種供Z3040鉆床使用的數(shù)控鉆臺</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　鉆頭最大直徑d=40mm;</p><p>　　加工材料為灰鑄鐵190HBW；</p><p>　　Y方向的脈沖當(dāng)

6、量δ=0.005mm/step；</p><p>　　Y方向的定位精度為±0.01mm；</p><p>　　工作臺面尺寸為400mm×360mm；</p><p>　　工作臺空載最快移動速度 2000mm/min；</p><p>　　加工時最快進(jìn)給移動速度2000mm/min；</p><p>

7、<b>　　二、總體方案確定</b></p><p>　　1.機械傳動部件的選擇</p><p>　　導(dǎo)軌副的選用：要設(shè)計的工作臺是與Z3040鉆床配套使用的，因此，選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點。</p><p>　　絲杠螺母副的選用：伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運

8、動，要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量和 ±0.01mm的定位精度，滑動絲杠副無能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到?；瑒咏z杠副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預(yù)緊后可消除反向間隙。</p><p>　　減速裝置的選用：選擇了步進(jìn)電動機和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運動部件折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機構(gòu)。為此，決定采用無間

9、隙齒輪傳動減速箱。</p><p>　　伺服電動機的選用：任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級，空載最快移動速度也只有3000mm/min。因此，本設(shè)計不必采用高檔次的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動機，如混合式步進(jìn)電動機，以降低成本，提高性價比。</p><p>　　步進(jìn)電動機的控制方式：由于任務(wù)書所給精度對于步進(jìn)

10、電動機還可應(yīng)付，且此工作臺僅要求單坐標(biāo)定位，故選用開環(huán)控制。</p><p><b>　　2.控制系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　對于步進(jìn)電動機的開環(huán)控制，選用8035作為控制系統(tǒng)的CPU，可滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。</p><p>　　要設(shè)計一臺完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要進(jìn)行存儲器的選擇、接口擴展、輸入/輸出接口電路的

11、設(shè)計、隔離電路、報警電路、運行指示電路等。</p><p>　　選擇合適的驅(qū)動電源，與步進(jìn)電動機配套使用。</p><p>　　三、機械傳動部件的計算與選型</p><p>　　1.導(dǎo)軌上移動部件的重量估算</p><p>　　按照下導(dǎo)軌上面移動部件的重量來進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺、上層電動機、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副、導(dǎo)

12、軌座等，估計重量約為1000N。</p><p><b>　　2.切削力的計算</b></p><p>　　采用硬質(zhì)合金鉆頭，工件材料為灰鑄鐵190HBW。鉆孔時軸向力Ff的計算公式為：</p><p>　　今選擇鉆頭直徑為d=40mm，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.17mm/r。由表3-8查得=410，=1.2，=0.75，=1，由上式求得切削力軸向力：

13、</p><p><b>　　≈9080N</b></p><p><b>　　對于麻花鉆鉆削加工</b></p><p>　　3.直線滾動導(dǎo)軌副的計算與類型</p><p>　　滑塊承受工作載荷的計算及導(dǎo)軌型號的選?。汗ぷ鬏d荷是影響直線滾動導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計中的工作臺為水平布置，采用

14、雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺面的工作載荷全部由一個滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向載荷為: </p><p>　　其中，移動部件重量G=1000N，外加載荷F==273N，代入上式，得最大工作載荷=523N=0.523kN。</p><p>　　查表3—41[1]，根據(jù)工作載荷=0.523kN，初選直線滾動導(dǎo)軌副的型號為KL系列的JSA—LG15型，其額定動

15、載荷，額定載荷。</p><p>　　任務(wù)書規(guī)定工作臺面尺寸為400mm×360mm，加工范圍為210mm×210mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表 3—35[1]，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長度為700mm。</p><p>　　距離額定壽命L的計算：上述選取的KL系列JSA—LG15型導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作速度較低，載荷不大。查表3—36~

16、3—40[1]，分別取硬度系數(shù)、溫度系數(shù)、接觸系數(shù)、精度系數(shù)、載荷系數(shù)，代入下式，得距離壽命：</p><p>　　遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。</p><p>　　4.滾珠絲桿螺母副的計算與選型</p><p><b>　　最大工作載荷的計算</b></p><p>　　已知移動部件總重量G=1000

17、N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計算，查表3—29[1]，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)。按下式計算滾珠絲桿副的最大工作載荷：</p><p>　　考慮工作臺在移動過程中只受G影響</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　考慮工作臺在靜止加工時只受影響</p><p><b

18、>　　故 </b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　最大動載荷的計算</b></p><p>　　最快進(jìn)給速度400mm/min</p><p>　　初選絲杠導(dǎo)程，則此時絲杠轉(zhuǎn)速</p><p>　　取滾珠絲

19、桿的使用壽命T=15000h，代入下式</p><p>　　的絲杠壽命系數(shù)(單位為：r)</p><p>　　查表3—30[1]，取載荷系數(shù)，滾道硬度為60HRC時，取硬度系數(shù)，代入下式</p><p><b>　　得最大動載荷：</b></p><p><b>　　初選型號：</b></p&

20、gt;<p>　　根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3—31[1]，選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的GD系列 2505—4型滾珠絲桿副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母墊片預(yù)緊式，其參數(shù)如下：</p><p><b>　　公稱直徑</b></p><p><b>　　導(dǎo)程</b></p><p>　　

21、循環(huán)滾珠為4圈×2列</p><p><b>　　精度等級 5級</b></p><p>　　額定動載荷 28759N</p><p><b>　　故,滿足要求。</b></p><p>　?。?）傳動效率的計算：</p><p>　　將公稱直徑，導(dǎo)程，代入

22、</p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　將摩擦角，代入</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　（5）剛度的驗算：</b></p><p>　　滾珠絲桿副的支承采用“

23、單推—單推”的方式，絲杠的兩端各采用一對推力角接觸球軸承，面對面，左右支承的距離約為a=680mm，鋼的彈性模量。查表3—31[1]，得</p><p><b>　　滾珠直徑</b></p><p><b>　　絲杠底徑</b></p><p><b>　　絲杠截面積</b></p>&

24、lt;p>　　絲杠在工作載荷作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量</p><p><b>　　根據(jù)，得</b></p><p><b>　　單圈滾珠數(shù)Z=22</b></p><p><b>　　滾珠總數(shù)量</b></p><p>　　絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力</p>

25、<p><b>　　代入</b></p><p>　　因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實際變形量可減小一半，取。</p><p><b>　　總</b></p><p>　　由表3—27知，5級精度絲杠有效行程在630~800mm時，行程偏差允許達(dá)到，可見絲杠剛度不足。</p><

26、;p><b>　　（6）重選絲杠型號</b></p><p>　　仍選GD系列的3205—3型滾珠絲桿副。其</p><p><b>　　公稱直徑</b></p><p><b>　　導(dǎo)程</b></p><p><b>　　滾珠直徑</b><

27、/p><p><b>　　絲杠底徑</b></p><p>　　圈數(shù)×列數(shù) 3×2</p><p>　　精度等級 5級</p><p>　　額定動載荷滿足要求。</p><p><b>　　同理</b></p><p>

28、<b>　　傳動效率</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　?。?）壓桿穩(wěn)定性校核：</p><p><b>　　根據(jù)下式</b></p><p>　　計算失穩(wěn)時的臨界載荷。查表3—34[1]，取支承系數(shù)，絲杠底徑，截面慣性矩</p&g

29、t;<p>　　壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值a=680mm。代入上式，得</p><p>　　遠(yuǎn)大于工作載荷，故絲杠不會失穩(wěn)。</p><p>　　綜上所述，初選的滾珠絲桿副滿足使用要求。</p><p>　?。?）滾珠絲桿副主要尺寸列表：</p><p>　　主要尺寸

30、 計算結(jié)果</p><p>　　公稱直徑 32</p><p>　　基本導(dǎo)程 5</p><p>　　滾珠直徑 3.175</p><p>　　螺旋升角 </p><p>

31、　　絲杠外徑 31.2</p><p>　　絲杠底徑 28.2</p><p>　　螺母大經(jīng)D 82</p><p>　　螺母小徑 50</p><p>　　螺母長度L

32、 82</p><p>　　絲杠長度S <700</p><p>　　油杯 M6</p><p>　　5.步進(jìn)電動機減速箱的選用</p><p>　　為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求，增大步進(jìn)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，同時也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量折算到電

33、動機轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，今在步進(jìn)電動機的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。采用一級減速，步進(jìn)電動機的輸出軸與小齒輪聯(lián)結(jié)，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯齒法消除間隙。</p><p>　　已知工作臺的脈沖當(dāng)量，滾珠絲桿的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電動機的齒距角。傳動比的計算：</p><p>　　本設(shè)計中選用常州市新月電機有限公司生產(chǎn)的JBF—3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1

34、mm，齒數(shù)比為75／36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，齒表面硬度達(dá)55HRC。減速箱中心距為，小齒輪厚度為20mm ，雙片大齒輪厚度均為10mm。小齒輪直徑為，大齒輪直徑為。</p><p>　　6.步進(jìn)電動機的計算與選型</p><p>　?。?）加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱直徑</p><p><

35、b>　　滾珠絲桿總長</b></p><p><b>　　基本導(dǎo)程</b></p><p><b>　　材料密度</b></p><p>　　移動部件總重力G=1000N</p><p><b>　　小齒輪寬度</b></p><p>

36、<b>　　小齒輪直徑</b></p><p><b>　　大齒輪寬度</b></p><p><b>　　大齒輪直徑</b></p><p><b>　　傳動比</b></p><p>　　得滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　

37、　托板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p><b>　　大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量</b></p><p>　　初選步進(jìn)電動機型號為90BYG2602，為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動時步距角為，從表4-5[1]查得該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。</p&g

38、t;<p>　　則加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：</p><p>　　（2）計算加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 分快速空載起動和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計算。</p><p>　　1）快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式（4-8）[1]可知，包括三部分：一部分是快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動部件運動是折算到電動機轉(zhuǎn)軸

39、上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式（4-12）[1]可知，相對于和很小，可以忽略不計。則有：</p><p>　　根據(jù)式（4-9）[1]，考慮傳動鏈的總效率，計算快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p&

40、gt;　　式中 ——對應(yīng)空載最快移動速度的步進(jìn)電動機最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min；</p><p>　　——步進(jìn)電動機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時間，單位為s.</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　（6-15）</b></p><p>　　式中 ——空載最快移動

41、速度，任務(wù)書指定為3000mm/min；</p><p>　　——步進(jìn)電動機步距角，預(yù)選電動機為；</p><p>　　——脈沖當(dāng)量，本設(shè)計。</p><p>　　將上式各值代入式（6-15）[1],算得。</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電動機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時間，傳動鏈總效率。則由式（6-14）[1]求的：</p><

42、p>　　由式（4-10）[1]可知，移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　式中 ——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動導(dǎo)軌取0.005；</p><p>　　——垂直方向的切削力，空載時取0；</p><p>　　——傳動鏈總效率。取0.7.</p><p>　　則由式（6-16）[1]，得：</p>

43、<p>　　最后由式（6-16）[1],求得快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由式（4-13）[1]可知，包括三部分：一部分是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動部件運動是折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對于和很小，可以忽略不計。則有：</p

44、><p>　　其中，由式（4-14）[1]計算。已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷，則有：</p><p>　　再由式（4-10）[1]計算垂直方向承受最大工作負(fù)載（）情況下，移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　最后由式（6-18）[1]，求的最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　經(jīng)過

45、上述計算后，得到加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：</p><p>　　（3）步進(jìn)電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進(jìn)電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：</p><p>　　上述初選的步進(jìn)電動機型號為90BY

46、G2602，由表4-5[1]查得該型號電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩。顯然，不滿足要求。</p><p>　?。?）重選步進(jìn)電動機</p><p>　　選步進(jìn)電動機型號為110BYG2602，為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動時步距角為，從表4-5[1]查得該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。</p><p>　　則加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：</p>

47、;<p>　　快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩仍為：</p><p>　　則快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍為：</p><p>　　得到加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：&l

48、t;/p><p>　　仍取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：</p><p>　　上述選定的步進(jìn)電動機型號為110BYG2602，由表4-5[1]查得該型號電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩。顯然，滿足要求。</p><p>　?。?）步進(jìn)電動機的性能校核</p><p>　　1）最快工進(jìn)速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺最快工進(jìn)速度，

49、脈沖當(dāng)量，由式，從110BYG2602電動機的運行頻率特性表4-7[1]中可以查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　2）最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作最快空載移動速度，由式，從表4-7[1]查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載起動式的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　3）最快空載移動時的電動機運行

50、頻率校核 與最快空載移動速度對應(yīng)的電動機運行頻率為，查表4-5[1]可知110BYG2602電動機的空載運行頻率可達(dá)20000Hz，可見滿足要求。</p><p>　　4）起動頻率的計算 已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，電動機轉(zhuǎn)軸不帶負(fù)荷負(fù)載時的空載起動頻率（查表4-5[1]），則由式可以求出步進(jìn)克服慣性負(fù)載的起動頻率：</p><p>　　上式說明，要想保證步

51、進(jìn)電動機起動時不失步，任何時侯的起動頻率都必須小于1217Hz。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計工作臺的Y向進(jìn)給步進(jìn)電動機選用110BYG2602型號的完全滿足設(shè)計要求。</p><p>　　四、繪制進(jìn)給傳動機構(gòu)的裝配圖</p><p>　　在完成滾珠絲杠螺母副，減速箱和步進(jìn)電動機的計算、選型后，就可以繪制進(jìn)給傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)配圖了。在繪制裝配圖式，需要考慮以下問

52、題：</p><p>　　1.根據(jù)載荷特點和支承形式，確定絲兩端軸承的型號，軸承的結(jié)構(gòu)，以及軸承的預(yù)緊和調(diào)試方式。</p><p>　　2.考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。</p><p>　　3.考慮密封、防護(hù)、潤滑以及安全機構(gòu)等問題。</p><p>　　4.在進(jìn)行各零件設(shè)計時，應(yīng)注意裝配的工藝性、考慮裝配的順序，保證安裝，調(diào)試和拆

53、卸的方便。</p><p>　　5.注意繪制裝配圖時的一些基本要求。</p><p>　　6Y向進(jìn)給傳動機構(gòu)的裝配圖，見附圖3。</p><p><b>　　五、控制系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　CPU選用8031擴展了一片EPROM芯片27

54、64用作程序存儲器，存放系統(tǒng)底層程序；擴展 了一片SRAM芯片6264用作數(shù)據(jù)存儲器，存放用戶程序；鍵盤與LED顯示采用8155來管理；輸入輸出接口的擴展選用了并行接口8255芯片。</p><p><b>　?。?）簡介</b></p><p>　　1）8031：包含一個8位CPU，128字節(jié)的RAM，兩個16位的定時器，四個8位并行口，一個全雙功能串行口，可擴展的

55、外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量含64K字節(jié)，具有5個中斷源并配有兩個優(yōu)先級，還有21個特殊功能寄存器。他是一個有40根引腳的雙列直插式器件。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　V編程和正常操作的電源電壓端，電壓為+5V；V：地電平。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，既是數(shù)據(jù)線，又是低8位地址

56、線，分時使用。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，可供用戶使用的接口。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，系統(tǒng)外部存儲器擴展時，作高8位地址線使用，系統(tǒng)擴展時，也可供用戶使用。</p><p>　　P口：8位雙向I/O口，是一個雙功能口；第一個功能和P一樣可以作為通用I/O口，工作于第二功能時，各端口定義如下：</p><p&

57、gt;　　P-RXD，串行輸入 ； P-TXD，串行輸出；</p><p>　　P-,外部中斷輸入； P-，外部中斷輸入；</p><p>　　P-T，定時器O外輸入端； P-T，定時器1外輸入端；</p><p>　　P-,寫信號； P-,讀信號；</p><p>　　ALE/PROG:訪問外

58、部存儲器時，，用于鎖定地址低8位字節(jié)的地址鎖存允許輸出。ALE提供一個定時信號，在與外部存儲器存取數(shù)據(jù)時，把P口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的鎖存器中。</p><p>　　PSEN：程序存儲器允許輸出，是外部程序存儲器的讀選信號。</p><p>　　/V:為高電平時，CPU執(zhí)行程序內(nèi)部程序存儲器的指令。為低電平時CPU執(zhí)行外部程序存儲器指令。使用8031單片機必須接地。</p>

59、<p>　　XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入，使用外部時必須接地；</p><p>　　XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出，使用外部振蕩器時，接受外部震蕩信號；</p><p>　　R/VDP：復(fù)位控制，在震蕩運行時，使RST引腳至少保持；兩個機器周期為高電平時，可實現(xiàn)復(fù)位操作。VPD引腳是掉電電路輸入口。</p><p>　　2）2764：程序存儲

60、器 容量為8KB</p><p>　　A-A：地址輸入線，共13根；</p><p>　　D-D: 數(shù)據(jù)輸出線，共8根；</p><p>　?。浩x線，低電平有效；</p><p>　?。簲?shù)據(jù)輸出選通線，低電平有效；</p><p><b>　　:編程脈沖輸入線；</b></p>&

61、lt;p><b>　　V：編程電源；</b></p><p>　　進(jìn)行片內(nèi)存儲單元的選擇，先把A-A引腳與地址鎖存器8位地址對應(yīng)連接，剩下的高位地址A-A與P口的P-P相連。這樣2764芯片內(nèi)存儲單元的選擇問題就解決了。</p><p>　　3）6234：數(shù)據(jù)存儲器，容量為8K字節(jié)</p><p>　　A-A:地址輸入線，共13根；<

62、;/p><p>　　IO-IO:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，共8根 ；</p><p>　　、:片選信號端，選通時是低電平，是高電平；</p><p>　　:選通信號輸入線，低電平有效；</p><p>　　:寫選通信號輸入線，低電平有效；</p><p><b>　　V：+5V電源；</b></p>

63、<p><b>　　GND：地電平；</b></p><p>　　（CS）：高電平有效，可用于掉電保護(hù)；</p><p>　　4）74LS373：地址鎖存器單片機規(guī)定P口提供低8位地址線。同時又要作為數(shù)據(jù)線，所以P是一個分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)通道。為了把地址信息分離出來保存，，提供外接存儲器的低8位地址信息，Q-Q是輸出端，CE是片選端，選通端G與80

64、31單片機的地址鎖存信號ALE連接， 當(dāng)選通端G=1時，74LS373的輸出端與輸入端相通，當(dāng)G端從高電平返回低電平時，輸入信息就被鎖存入Q-Q中。</p><p>　　5) 74SL138 3-8譯碼器即對三個輸入信號進(jìn)行譯碼，得到8個輸出狀態(tài)；G、和為使能端或譯碼允許端，當(dāng)G=1時，==0時，該譯碼器可以譯碼，CBA為譯碼選擇端，即譯碼信號輸入。-為譯碼輸出信號，低電平有效。輸入端占用8031單片機的P-P三

65、根高位地址線，剩余13根地址線用作數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)地址線。74LS138每一個輸出端可接一個外部芯片的片選端實現(xiàn)分時片選控制，因此一個74LS138的8根輸出端可以連接8個8K字節(jié)地址空間。</p><p>　　6) 8255：是可編程通用并行接口芯片，具有40個引腳，雙列直插封裝，由+5V供電，ABC三個口線共24根，與外設(shè)相連，而8位的數(shù)據(jù)線D- D與P口連接，是雙向三態(tài)，在內(nèi)部經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖電路后和各組控制寄

66、存器及個端口數(shù)據(jù)寄存器連接。</p><p>　　為片選信號，由地址譯碼器產(chǎn)生，低電平有效。地址信號A、A由8255內(nèi)部譯碼生成四個口地址分別對應(yīng)A、B、C三個獨立的數(shù)據(jù)端口及一個公共控制端口。兩個低電平有效的信號和決定了CPU;當(dāng)=0時，由CPU寫入8255.RESET為復(fù)位信號，高電平有效。復(fù)位后，控制存儲器的內(nèi)容被撤除，A、B、C三個端口全置成輸入方式且鎖存器也全清零。</p><p&g

67、t;　　方式選擇開關(guān)通過接口芯片8255與8031單片機連接，選擇開關(guān)動片接地，選擇開關(guān)的固定片接到并行PA口，將PA口設(shè)置成輸入方式PA的8個接口經(jīng)上拉電阻接+5V，故為高電平。若某個接口被選中，則被選中的接口經(jīng)動片接地變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　?。?）應(yīng)用</b></p><p><b>　　1) 方式選擇開關(guān)</b></

68、p><p>　　方式選擇開關(guān)是一單刀6擲的波段開關(guān)，提供選擇的方式有編輯、空運行、自動、手動、通信和單段，總共6種功能。</p><p>　　方式選擇開關(guān)通過接口芯片8255與8031單片機連接，如圖[3]所示.選擇開關(guān)動片接地,選擇開關(guān)的動定片接到并行PC 口，將PC口設(shè)為輸入方式。PC的6個接口經(jīng)上位電阻接+5V，故為高電平。若</p><p>　　控制面板方式選擇

69、開關(guān)控制電路</p><p>　　某個接口被選中，則被選中的接口經(jīng)動片接地，變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　2）鍵盤接口設(shè)計</b></p><p>　　鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)常用的人機對話的外圍設(shè)備，鍵盤可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計算機運行時的狀態(tài)數(shù)據(jù)。</p><p>　　鍵盤和顯示器接口電路使用

70、8155接口芯片，鍵盤接口電路8155和8031可以直接連接。因電路中的8155只作為并行接口使用，不使用內(nèi)部存儲器，故IO/M引腳直接經(jīng)電阻R接高電平。8155與鍵盤的連接如圖[4]鍵盤排成5行8列矩陣，共40個鍵。PC0～PC4是5根行線，PB0～PB7是8根列線，在列線與行線的交叉點上安裝有按鍵PB口的8根列線按一定時間隔輪流輸出低電平。當(dāng)掃描到莫一列線上時，若無按鍵按下，則行線都是高電平；若有一鍵按下時，交叉點上對應(yīng)的行線變?yōu)榈?/p>

71、電平。這個低電平信號被計算機捕獲后，根據(jù)此鍵對應(yīng)的行線和列線的位置，計算機可以判斷鍵值，完成一次輸入掃描工作。</p><p><b>　　鍵盤電路</b></p><p><b>　　3）光電耦合電路</b></p><p>　　如圖所示，其輸出端由+12V電源供電，輸出端由+5V電源供電，且兩端電源不共地，這樣就達(dá)到了

72、隔離的效果。圖中的限位開關(guān)斷開時，發(fā)光二極管無正向?qū)娏?；不發(fā)光，輸出端的晶體管截止，輸出信號為高電平；限位開關(guān)閉合時，輸出端構(gòu)成回路，二極管有正向?qū)娏?，開始發(fā)光，光敏晶體管的基極獲得電流，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，輸出信號被拉低，于是8255的PC0引腳變?yōu)榈碗娖?，CPU讀取后判斷限位信號有效。</p><p><b>　　光電藕合電路</b></p><p>&l

73、t;b>　　4）輔助電路</b></p><p>　　為了防止機床行程越界，所以在機床上裝有行程控制開關(guān)。為了防止意外，裝有急停按鈕。由于這些開關(guān)都安裝在機床上，距控制箱較近容易產(chǎn)生電氣干擾，為了避免這種情況的發(fā)生，在電路和接口之間實行光電隔離，為了報警，還設(shè)有報警電路。當(dāng)綠色的發(fā)光二極管亮?xí)r表示工作正常，當(dāng)紅色的發(fā)光二極管亮?xí)r表示工作臺已到極限位置。</p><p>　

74、　六、步進(jìn)電動機驅(qū)動電源的選用</p><p>　　Y向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計選用110BYG2602型號步進(jìn)電動機，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司。查表4-14[1]，選擇與之配套的驅(qū)動電源為BD28Nc型，輸入電壓110VAC，相電流4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動電源與控制器的接線方式</p><p><b>　　七、附圖</b></p><p>　　

75、附圖一 統(tǒng)組成框圖</p><p>　　附圖二 傳動鏈圖</p><p>　　附圖三 Y方向進(jìn)個系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　附圖四 Y方向進(jìn)給系統(tǒng)電氣控制原理圖</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]尹志強，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.

76、北京：械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[2]張建民，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[3]吳宗澤，羅圣國，機械設(shè)計課程設(shè)計手冊，北京：高等教育出版社，1992</p><p>　　[4]華楚生，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，重慶：重慶大學(xué)出版社，2000</p><p><b>　　[5]普通