畢業(yè)論文定稿-二坐標數(shù)控工作臺設(shè)計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763寧波大學(xué)科技學(xué)院理工分院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機電模塊課程設(shè)計設(shè)計題目 二坐標數(shù)控工作臺設(shè)計專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化姓 名 胡宏達學(xué) 號 084173914班 級 08 機械 1 班指導(dǎo)教師 胡利永學(xué) 期 2011～2012 學(xué)年第二學(xué)期設(shè)計時間 2012、02、17～2012、03、09內(nèi)附資料1、課程設(shè)計說明書一份（含設(shè)計任務(wù)書） ；2、二坐標數(shù)控工作臺裝配圖一張（A0） ；3、二坐標數(shù)控工作臺電氣控制原理圖一張（A1） ；4、計算說明書草稿一份。成 績2012、03原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763目錄一、機電專業(yè)課程設(shè)計目的 1二、機電專業(yè)課程設(shè)計的任務(wù)和要求 1三、X 軸方案及參數(shù)計算 .21． 方案擬定 .22. X 軸步進電機參數(shù)確定及選擇 .33、X 軸圓柱斜齒輪傳動設(shè)計 64．幾何尺寸計算 10四、X 軸機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計計算 101.X 軸滾珠絲杠設(shè)計計算 .102.X 軸滾動導(dǎo)軌設(shè)計計算 .13五、Y 軸方案及參數(shù) 計算 141.Y 軸步進電機參數(shù)確定及選擇 .142.Y 軸聯(lián)軸器選擇 .17六、Y 軸機械結(jié)構(gòu)總 體設(shè)計計算 171.Y 軸滾珠絲杠設(shè)計計算 .172.Y 軸滾動導(dǎo)軌設(shè)計計算 .20七、繪制裝配圖 .21八、電氣原理圖設(shè)計 221.典型數(shù)控工作臺電氣原理圖的說明 .22九、參考文獻： .25原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763一、機電專業(yè)課程設(shè)計目的本課程設(shè)計是學(xué)生在完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，所進行的機電一體化設(shè)備設(shè)計的綜合性訓(xùn)練。通過該環(huán)節(jié)達到下列目的：（1）鞏固和加深專業(yè)課所學(xué)的理論知識；（2）培養(yǎng)理論聯(lián)系實際，解決工程技術(shù)問題的動手能力；（3）進行機電一體化設(shè)備設(shè)計的基本功訓(xùn)練，包括以下 10 方面基本功：1）查閱文獻資料；2)分析與選擇設(shè)計方案；3）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；4）電氣控制原理設(shè)計；5）機電綜合分析；6）繪工程圖；7）運動計算和精度計算；9）撰寫設(shè)計說明書；10）貫徹設(shè)計標準。二、機電專業(yè)課程設(shè)計的任務(wù)和要求在規(guī)定時間內(nèi)，按設(shè)計任務(wù)書給定的原始數(shù)據(jù)，在教師指導(dǎo)下，獨立完成二坐標數(shù)控工作臺設(shè)計工作。原始數(shù)據(jù)包括①典型工況下，工作臺速度、進給抗力及臺面上工作物重量；②工作臺定位精度、臺面尺寸和行程。設(shè)計具體要求完成以下工作：（1）工作臺裝配圖一張（0 號） （2）控制電器圖一張（1 號） （3）設(shè)計說明書一份（10～20 頁 ） 所有圖樣均采用 CAD 繪制打印，設(shè)計說明書按規(guī)定撰寫。三、X 軸方案及參數(shù)計算1． 方案擬定方案擬定即確定工作臺傳動的形式和控制方式及主要部件或器件的原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763類型。（1）驅(qū)動控制方式 由給定的工作臺精度要求較低，為簡化結(jié)構(gòu)，故采用單片機控制的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。主要由步進電機、單片機驅(qū)動控制電路、滾珠絲杠副組成。（2）傳動形式確定工作臺 X 方向和 Y 方向兩個坐標分別采用步進電機單獨驅(qū)動。工作臺 X 方向采用一級齒輪傳動方式，可以通過降速擴大轉(zhuǎn)矩輸出，匹配進給系統(tǒng)慣量，獲得要求的輸出機械特性，同時減小脈沖當量。工作臺 Y 方向采用直接傳動方式，電機通過剛性聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)結(jié)。結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。絲杠轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出完全與電機的輸出特性一致。2. X 軸步進電機參數(shù)確定及選擇X 參數(shù)選定與計算vx=2.0 m/min=0.033m/s，F(xiàn) x=120 N，P x=Fxvx=3.96W1）脈沖當量選擇初選五相電機，按五相十拍工作時，步矩角 α=0.36°,初定脈沖當量 δ=0.004mm/p,絲杠導(dǎo)程 tsP=5 mm,中間齒輪傳動比 i 為: i=(αt sP)／(360δ)=0.36×5／(360×0.004)=1.25由 i 確定齒輪齒數(shù)為 Z1=24,Z2=30；模數(shù) m=2mm，齒寬B1=16mm,B2=15mm(計算過程見 4)原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397632)等效傳動慣量計算(不計傳動效率)小齒輪轉(zhuǎn)動慣量 Jg1=(πd 14b1ρ)／32={[π(4.978) 4×1.6×7.85×10-3]／32}kg.m 2 =0.76×10-4 kg.m2式中：鋼密度 ρ=7.85×10 -3 kg/cm3同理,大齒輪轉(zhuǎn)動慣量 J g2=1.7×10-4 kg.m2 由書表 3-13 初選滾珠絲杠 CDM2005-2.5 得到 d0=20 mm l=490 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js=(πd 04lρ)／32={[π(2) 4×49×7.85×10-3]／32}×10 -4 kg.m2 =0.6×10-4 kg.m2拖板及工作物重折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量,拖板及工作物重之和約為 10+2=12kgJw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2 =12×(5×10-3／2π) 2÷(1.25)2kg.m2 =4.86×10-6 kg.m2因此,折算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 JeJe= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2 =76×10-6 +4.86×10-6 +(170×10-6 +60×10-6) ÷(1.25)2 =2.2806×10-4 kg.m2 3)等效負載轉(zhuǎn)矩計算(以下為折算到電機軸的轉(zhuǎn)矩)由書式(4-7)~(4-9)可知:Mt=[(Fx+μF y) tsP]/(2πηi)原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763= [(120+0.06×120) × 0.005]/(2π×0.8×1.25)=0.101N.mMf= (Ff tsP)/(2πηi)= (μW t sP)/(2πηi)=(0.06×13×9.8×0.005)/ (2π×0.8×1.25 )=0.00609N.m上述式中 η 為絲杠預(yù)緊時的傳動效率取 η=0.8，μ 為摩擦系數(shù)取0.06 nmax=（V max /δ）×(α/360°)=250 r/min 取起動加速時間tα =0.03 s初選電動機型號 90BF006 ,其最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax=2.156N·m,轉(zhuǎn)動慣量 Jm=2.257×10-4 kg·m2, fm=2400Hz. 故 M0=(Fp0tsp)÷(2πη i) ×(1-η 02)= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η 02) =[(1/3) ×120×0.005]÷(2π×0.8×1.25) ×[1-(0.9) 2]=0.0061 N.m式中 F p0 — 滾珠絲杠預(yù)加負荷 ,一般取 Fx/3Fx — 進給牽引力 (N)η 0 — 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,取 0.9J =( Je +Jm)= 2.2806×10-4 kg．m 2+2.257×10-4 kg.m2=4.537×10-4 kg.m2原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763Mα =( Je +Jm)( 2πn max)/(60tα )=4.537×10-4 ×(2π×250)÷(60×0.03) =0.3957N.mMq = Mαmax + Mf+ M0=0.3962+0.00609+0.0061=0.40839N.mMc = Mt+ Mf+ M0=0.101+0.00609+0.0061=0.11319 N.mMk= Mf+ M0=0.01219N.m從計算可知, M q 最大,作為初選電動機的依據(jù).Mq/ Mjmax=0.189 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進電機動態(tài)特性校驗Je /Jm=2.2806/2.257=1.01 f Lfc=V1max/(60δ)=200/(60×0.004)=833={2Kt×T1×（u＋1）×(Z HZE)2/[Φ d×ε a×u×[σ H]2]}(1/3)（1）.試選 Kt=1.6, (由[1]表 10-6)得材料彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa 1/2（2）.(由[1]圖 10-30 得)選取區(qū)域系數(shù) ZH=2.433,(由[1]表 10-7)選取齒寬系數(shù) Φ d＝0.3，（3）.（由[1]圖 10-26）查得 ε a1＝0.78，ε a2 ＝0. 8，則ε a＝ε a1+ε a2 ＝1.58（4）.應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取 j=1 已知 V=1.0m/min，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 P=5mm，則nmax=(vmax/δ) ×(α/360 °)=(1000/0.004) ×(0.36/360)=250 r/min所以 N 1=60njLh=60×250×1×(2×8×300×15)＝1.08×10 9 N2=N1/i=1.08×109/1.25＝8.64×10 8(5).（由[1]圖 10-19）查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.86，K HN2=0.87(6).（由[1]圖 10-21d）查得小齒輪接觸疲勞強度極限 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763σ Hlim1=600MPa大齒輪的接觸疲勞強度極限σ Hlim2=550MPa(7).計算疲勞強度許用應(yīng)力，取安全系數(shù) S=1 [σ H]1＝K HN1×σ Hlim1/S=0.86×600/1＝516MPa[σ H]2＝K HN2×σ Hlim2/S=0.87×550/1＝478.5Mpa[σ H]= （[σ H]1+[σ H]2）/2 =497.25Mpa(8).計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=9.55×106Px/nx=77.9N.mmb） 、計算（1）.試算小齒輪分度圓直徑d1t={2Kt×T1×（u＋1）×(Z HZE)2/[Φ d×ε a×u×[σ H]2]}(1/3)={2×1.6×77.9×2.25/（0.3×1.58×1.25）×（2.433×189.8/494.25） 2}}（1/3 ）＝ 9.38mm（2).計算圓周速度 v=лd 1tn1/(60×1000)＝0.123 m/s（3).計算齒寬 b 及模數(shù) mnt, b=Φ dd1t=0.3×9.38＝2.81mmmnt=d1tcosβ/Z 1=9.38×cos14°/24=0.38mm h=2.25mnt=2.25×0.38mm = 0.855mm b/h=2.81/0.855=3.3（4).計算縱向重合度ε β ＝0.318×Φ d×Z1×tanβ=0.318×0.3×24×tan14°=0.57原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763（5).計算載荷系數(shù) K，查[1]表 10-2，得使用系數(shù) KA=1.25,根據(jù)v=0.123 m/s ,7 級精度，由書圖 10-8 查得動載系數(shù) Kv=1.01,（由書表 10-4）查得 KHβ 的計算公式：K Hβ =1.12+0.18(1+0.67Φ d2)Φ d2+0.23×10-3×b =1.14由 b/h=3.3,(由書圖 10-13)查得 KFβ =1.08, 由（[1]表 10-3）查得 KHα =KFα =1.2,故載荷系數(shù)K=kAKvKHα KHβ =1.25×1.01×1.2×1.08＝1.6362（6）.按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d1=d1t(K/Kt)(1/3)=9.38×（1.6362/1.6） （1/3） =9.45mm（7).計算模數(shù) mn=d1×cosβ/Z 1=9.45×cos14°/24=0.382mm 3） 、a).按齒輪彎曲強度設(shè)計mn={(2Kt1Yβ cos2β/Φ dZ12ε α )×(YFα YSα /[σ F])}(1/3)（1）.計算載荷系數(shù)，K=KA×Kv×KFα ×KFβ =1.25×1.01×1.2×1.04=1.6263（2）.根據(jù)縱向重合度 ε β =0.57，由（[1]圖 10-28）查得螺旋角影響系數(shù) Yβ =0.87（3）.計算當量齒數(shù) Zv1=Z1/cos3β=24/cos 314°=26.27Zv2=Z2/cos3β=30/cos 314°=32.8（4）.由（[1]表 10-5）查出,YFa1=2.592,YSa1=1.596,YFa2=2.49,YSa2=1.629,因為（書圖 10-20c）小齒輪彎曲極限強度 σ FE1=500MPa,大齒輪原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763σ FE2＝380MPa,（書圖 10-18）得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.85 KFN2=0.88,取安全系數(shù) S=1.1[σ F]1＝K FN1×σ FE1/S=386.36MPa[σ F]2＝K FN2×σ FE1/S=304MPa（5）.計算大、小齒輪 YFa1 YSa1/[σ F]1 、Y Fa2 YSa2/[σ F]2并加以比較YFa1 YSa1/[σ F]1=2.592×1.596/386.36=0.0107YFa2 YSa2/[σ F]2=2.49×1.629/304＝0.013 取大齒輪數(shù)據(jù)b).設(shè)計計算mn={(2Kt1Yβ cos2β/Φ dZ12ε α )×(YFα YSα /[σ F])}(1/3)={2×1.6263×77.9×0.0133×(cos14°)2/（0.3×24 2×1.58）} （1/3）=0.23mm 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算得法面模數(shù) mn大于齒根彎曲疲勞強度計算得法面模數(shù)，取 mn＝2 mm，已可滿足彎曲強度，但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度計算得的分度圓直徑 d1=48mm ,來計算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有Z1=d1cosβ/m n=48×cos14°/2＝23.28，取 Z1＝24，則Z2＝i×Z 1=1.25×24＝304．幾何尺寸計算（1）.中心距 a=(Z 1+Z2)mn/(2×cosβ)=(24+30)×2/（2×cos14°）原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763＝55.65 mm 所以圓整為 56 mm（2）.按圓整后的中心距修正螺旋角 β＝arccos[(Z 1+Z2)mn/2a]=arccos[(24+30) ×2/(2×56) =15.395°, 因 β 值改變不多，故參數(shù) ε α 、K β 、Z H等不必修正（3）.計算大、小齒輪分度圓直徑d1=Z1mn/cosβ=24×2/cos15.359°=49.78 mmd2=Z2mn/cosβ=30×2/cos15.359° =62.22 mm（4）.計算齒輪寬度 b=Φ dd1=0.3×49.78＝14.934mm 所以取B2=15mm,為易于補償齒輪軸向位置誤差，應(yīng)使小齒輪寬度大于大齒輪寬度，所以小齒輪約為 B1=16mm四、X 軸機械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計計算1.X 軸滾珠絲杠設(shè)計計算1）滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型（1）.滾珠循環(huán)方式由書表 5-1 查得,選擇外循環(huán)插管式（2）.軸向間隙預(yù)緊方式預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動精度.由[3]表 5-2 查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列由[3]表 5-3 查得,采用絲杠直徑 20mm,導(dǎo)程為 5mm30 滾珠絲杠精度等級確定原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763（1）.絲杠有效行程 由[3]表 5-4 查得 le=20 mm導(dǎo)軌總長 Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長 Lv =350-20=330mm（2）.精度等級 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差 ep=0.01/300×350×103=11.7 查書表 5-5 得 精度等級為 T34）滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動,其次才是徑向約束。由書表 5-6 查得,采用一端固定一端游動(F-S)支承形式.5）滾珠絲杠副的選擇高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動負荷 Cα ≥C αj 選擇滾珠絲杠副Cαj =[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3式中 C αj --滾珠絲杠副的計算軸向動負荷(N)Fe--絲杠軸向當量負荷(N)，取進給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06×120)/2=63.6Nne--絲杠當量轉(zhuǎn)速(r/min). n e=250r/min.Lh--絲杠工作壽命(h). 查考[3]表 5-7 得 Lh=15000 h.ft--溫度系數(shù). 查[3]表 5-8,得 ft=0.70.fa--精度系數(shù). 查[3]表 5-9 得 fa=1.0fw--負載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表 5-10 得 fw=0.95fh--硬度系數(shù).查[2]表 5-11 得 fh=1.0原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763fk--可靠性系數(shù).查[2]表 5-12 得 fk=0.21.計算得 Caj=2.5N6）滾珠絲杠副校核（1）.臨界壓縮負荷 對于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進行壓杠穩(wěn)定性校核計算.不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負荷稱為臨界壓縮負荷,用 Fn 表示Fn=3.4×1010(f1d24)÷(L02) ×K1式中 L 0–--最長受壓長度.取 400 mmf1--絲杠支承方式系數(shù), F-S 取 2d2--絲杠螺紋底徑,查[4]3-32 取 17.6 mmk1 安全系數(shù)，取 1/3Fn=13593NFmax（2）.臨界轉(zhuǎn)速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f 2--絲杠支承方式系數(shù),F-S 取 3.927. Lc --臨時轉(zhuǎn)速計算長度 . Lc =0.5m. d2--絲杠螺紋底徑,取17.6mmncr= 10758.9r/min nmax取,同時驗算絲杠另一個臨界值d0n=20×833=7500 f Lfc=v1max/(60δ)=100/(60×0.004)=417Fmax（2）臨界轉(zhuǎn)速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f 2--絲杠支承方式系數(shù),F-S 取 3.927. Lc --臨時轉(zhuǎn)速計算長度 . Lc =0.31m. d2--絲杠螺紋底徑,取 0.0176 m原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763ncr=27989 r/min nmax取,同時驗算絲杠另一個臨界值d0n=20×250=500070000（3）軸承選擇校核由[1]表 6-1 選擇深溝球軸承 6201由[1]表 6-6 選角接觸球軸承 7001C.校核(略)（4）定位精度驗算(略)7) 滾動導(dǎo)軌副的防護（1）滾珠絲杠副的防護裝置 采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管.（2）滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動而產(chǎn)生附加阻力.（3）滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑用鋰基潤滑劑.2.Y 軸滾動導(dǎo)軌設(shè)計計算導(dǎo)軌的功用是使運動部件沿一定的軌跡運動,并承受運動部件上的載荷,即起導(dǎo)向和承載作用,導(dǎo)軌副中,運動的一方稱作運動導(dǎo)軌,與機械的運動部件聯(lián)結(jié),不動的一方稱作支承導(dǎo)軌,與機械的支承部件聯(lián)結(jié).支承部件用以支承和約束運動導(dǎo)軌,使之按功能要求作正確的運動.(1)選日本 NSK 滾動導(dǎo)軌,E 級精度.查得,f h=1 ft=1 fc=0.81 fα =1 fw=1 (2)壽命按每年工作 300 天,每天兩班,每班 8h,開機率 0.8 計,額定壽命原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763為:Lh=10×300×2×8×0.8=38400 h,每分鐘往復(fù)次數(shù) nz=8L=(2lsnz60Lh)/(103)=(2×0.294×8×60×38400)/ (103)=10838計算四滑塊的載荷,工作臺及其物重約為 130NP=130÷4=32.5N計算需要的動載荷 CαCα =( fwP)÷(fh ft fc fα )×(L/50)1/3=241N由[3]表 3-20 中選用 LY15AL 直線滾動導(dǎo)軌副,其 Cα =606N C0α =745N(3) 滾動導(dǎo)軌間隙調(diào)整預(yù)緊可以明顯提高滾動導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時,滾動體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量.(4) 潤滑與防護潤滑:采用脂潤滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵.防護裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命.防護方式用蓋板式.七、繪制裝配圖1.標注裝配圖尺寸、配合與精度等級。包括特性尺寸、最大體形尺寸、安裝尺寸和主要零件的配合尺寸。2.寫出工作臺的技術(shù)特征。3.編寫技術(shù)要求。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397634.對所有零件進行編號。5.列出零件明細表及標題欄。6 檢查裝配圖。八、電氣原理圖設(shè)計1.典型數(shù)控工作臺電氣原理圖的說明單片機是把微型計算機的主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機,因而可以把它看成是一個不帶外部設(shè)備的微型計算機。不同系列的單片機共同的特點是：控制功能強；體積?。还牡?；成本低。由于上述優(yōu)越性能，單片機已在工業(yè)、民用、軍用等工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，它在很大程度上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方法。在軟件和擴展接口支持下，單片機可以代替以往由模擬和數(shù)字電路實現(xiàn)的系統(tǒng)。如電氣原理圖所示的就是通過單片機及其外圍接口實現(xiàn)的二坐標數(shù)控工作臺電氣原理圖。它由 8031 型單片機、數(shù)據(jù)鎖存器74LS373、存儲器 EPROM2764、RAM6264 、地址譯碼器 74LS138、并行 I/O 接口 8255 等集成電路構(gòu)成。下面分別說明它們在整個控制部分中的功能、用法及其選擇原則。1）單片機的選擇設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)，首先要設(shè)計其核心的單片機系統(tǒng)。從一開始就有一個單片機芯片選型問題。面對不同字長，如 4 位、8 位、16 位，各具特色的單片機芯片如何進行選擇。首先要滿足所設(shè)計系原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763統(tǒng)的功能和性能要求；其次要選擇價格較低的芯片，不要盲目追求過多功能和過高性能；另外要選擇那些在國內(nèi)有成熟的開發(fā)系統(tǒng)和穩(wěn)定的供貨來源。如采用流行普遍使用的芯片，資料豐富，能有效地縮短開發(fā)周期。本課程設(shè)計目的是設(shè)計一種經(jīng)濟型的二坐標數(shù)控工作臺，其功能比較簡單，成本低。因而這里選用 MCS-51 系列的 8031 單片機作為CPU，它具有良好的性能價格比，且易擴展。2）外部程序存儲器的擴展MCS-51 的程序存儲器空間為 64K 字節(jié)。對于片內(nèi)無 ROM 的單片機（如 8031） ，或當單片機內(nèi)部程序存儲器容量不夠時，進行程序存儲器的擴展是必不可缺的。半導(dǎo)體存儲器EPROM、EEPROM 、 ROM 等在原理上都可用作單片機的外部程序存儲器。由于 EPROM 價格低廉，性能可靠，所以單片機外部擴展的程序存儲器一般為 EPROM 芯片（紫外線可擦除、電可編程的只讀存儲器） ，掉電后信息不會丟失。在選擇外部程序存儲器電路時，應(yīng)注意電路的讀取時間能否與 MCS-51 的 PESN 信號匹配。其片選端接地。由于本設(shè)計程序容量不大，因而選用 2764 作為外部程序存儲器。3）外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展對大多數(shù)控制性應(yīng)用場合，MCS-51 系列單片機內(nèi)部 RAM 已能滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲的要求。對需要較大容量數(shù)據(jù)緩沖器的應(yīng)用系原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763統(tǒng)，就需要在單片機的外部擴展數(shù)據(jù)存儲器。在電氣原理圖中根據(jù)設(shè)計功能要求選用一片 6264 作為外部數(shù)據(jù)存儲器。圖中其高 5 位地址線 A8～A12 由 8031 的 P2.0~P2.4 口線提供，低 8 位地址線 A0~A7 接地址鎖存器 74LS373 輸出端。讀、寫控制信號分別接 8031 的 RD、WE。其片選信號通過地址譯碼法進行選通。4）I/O 口擴展電路本課程設(shè)計因采用步進電機作為驅(qū)動裝置。為了降低成本，特采用可編程外圍并行接口芯片 8255。使其不僅完成驅(qū)動步進電機的功能，同時完成與鍵盤/顯示器的接口操作功能。5）顯示器接口設(shè)計電氣原理圖中，由 10 片共陽極 LED 顯示塊拼成 10 位 LED 顯示器。為了簡化硬件電路，采用動態(tài)顯示方式。即所有位的段選線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，由 8031 的 P1.0~P1.7 口來控制 LED 顯示器的段碼，而各位的位選線分別由相應(yīng)的 I/O 口線控制。即PC0~PC7、PB6~PB7 共 10 個 I/O 口線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。為了保證各位 LED 能夠顯示出本位相應(yīng)的顯示字符，而不出現(xiàn)閃爍，導(dǎo)致人眼看不清，必須根據(jù)人眼視覺暫留現(xiàn)象，選擇一個合適的掃描頻率。圖中選用 74LS07 進行同相驅(qū)動。6）鍵盤接口電路設(shè)計鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。電氣原理圖中采用矩陣式鍵盤接口，鍵盤接口電路通過 8255（U5）的 PA0~PA3 和原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763PC0~PC7、PB6~PB7 構(gòu)成行、列線。按照逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)（即掃描）來確定閉合鍵的位置。7）步進電機的接口電路設(shè)計對于本課程設(shè)計中選用的步進電機，為五相，無論它工作在什么方式，都需要五路控制電路，并且每一路對應(yīng)于步進電機的一相。而每一路控制電路的結(jié)構(gòu)是一樣的。電氣原理圖中通過 8255（U5）的 PB0~PB4 分別控制 X 方向步進電機的五相。對于 Y 軸步進電機通過 8255（U6 ）的 PC0~PC4 分別控制 Y 方向步進電機的五相。8）其他（1）電源 整個系統(tǒng)的供電部分由[3]圖 4-11 提供。（2）限位開關(guān)及其反饋信號檢測選擇限位開關(guān)時可根據(jù)額定電壓、額定電流、開啟頻率、觸點數(shù)等參數(shù)進行。選擇行程開關(guān)，安裝于導(dǎo)軌的兩端。其作用是控制信號的通斷，然后由單片機系統(tǒng)檢測該信號的有無，實現(xiàn)控制電機的換向與否的目的。原理圖中通過 8255（U5）的 PA4~PA7 口檢測步進電機是否到位，從而采取相應(yīng)的控制措施。九、參考文獻：[1] 濮良貴主編. 機械設(shè)計.第七版.北京：高等教育出版社,2001[2] 吳宗澤主編. 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 .第二版.北京. 高等教育出版社.1999原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763[3] 樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書[4] 尹志強等編著.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京.機械工業(yè)出版社,2007.5