2196 XA6132控制部分的數(shù)控化改造

2196 XA6132控制部分的數(shù)控化改造,xa6132,控制,節(jié)制,部分,部份,數(shù)控,改造 I摘要此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)任務(wù)是將一臺(tái) XA6132 普通升降臺(tái)臥式銑床，改造成三坐標(biāo)數(shù)控銑床。采用滾珠絲杠作為傳動(dòng)裝置。共有三根絲杠分別在縱向，橫向工作臺(tái)和垂直向升降臺(tái)上。驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電機(jī)。微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由 CPU、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路和 I/O 接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。數(shù)控系統(tǒng)的核心是微機(jī)，其它裝置均在微機(jī)的控制下進(jìn)行工作。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)微機(jī)的要求是多方面的，但主要指標(biāo)是字長(zhǎng)和速度，字長(zhǎng)不僅影響系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且影響加工的精度和運(yùn)算精度。本設(shè)計(jì)采用的是MCS—51 機(jī)，并擴(kuò)展 2 片 2764 芯片，1 片 6264 芯片，3 片 8155 可編程并行 I/O等組成的控制系統(tǒng)。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的的工作和時(shí)間的限制，機(jī)械部分主要解剖三個(gè)坐標(biāo)軸，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零件和參數(shù)的選擇，部分計(jì)算過程；電氣和微機(jī)部分主要有硬件原理圖和程序框圖，以及部分程序段，共計(jì)五張 A0 圖。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我熟悉了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的基本過程，并把各門所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通形成一個(gè)有機(jī)的整體，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)我也深深的體會(huì)到了不足之處，準(zhǔn)備在今后的工作中不斷學(xué)習(xí)，不斷實(shí)踐。關(guān)鍵詞：XA6132 普通升降臺(tái)臥式銑床，數(shù)控，改造IIAbstractIn this time graduation design, the design mission is to reform a set of XA6132 common working panel lifter lying type miller into the three coordinate number controlling miller，adopting the ball guide screw as the transmission device .There are three silk bar different totally at lengthways, horizontal work pedestal and perpendicularity to ascend and descend on the stage. The driving component is the stepping electrical engineering. The tiny machine number controls the system from the CPU, save to expand the electric circuit and I/ O connects a people's electric circuit, servo electrical engineering to drive the electric circuit etc. several parts constitute. The number controls the core of the system is a tiny machine, the other equips to all carry on the work under the control of the tiny machine. The tiny machine use is directly related in the function and systems of the system. The number controls the request of system to tiny machine is various, but the main index sign is a word to grow and speed, the word is long not only affect the system biggest to process the size, and the accuracy that influence process and operation accuracy. What this design adoption is machines MCS-51s, and expand 2 slices of 2764 chips, a slice of 6264 chips, 3 slices of 8155 programmable proceed together to constitute the control system .Because the work of graduation project and restriction of time, the mechanical part dissects three coordinate axes mainly, finishes mechanical structural design, the choices of the part and parameter, some computational processes; Electric and the computer part have principle pictures of hardware and procedure block diagram , and some procedure sections mainly, it is five A0 picture altogether.In this time graduation design, I acquainted with the machine electricity integral whole to turn the basic process of design, and integrate the knowledge that each one learn to become an organic whole, is a later design work to beat to descend the good foundation, I also realized the place of the shortage deeply at the same time, preparing to study continuously in the work of the aftertime, practicing continuously.Keywords: The XA6132 universal knee-type milling machine, the number control, reform.III目錄摘要 .................................................................IAbstract............................................................II目錄 ...............................................................III第一章 緒論 .........................................................11.1 數(shù)控機(jī)床改造的意義 ...........................................11.2 國(guó)內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床的比較 .......................................11.3 數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) ...........................................21.3.1　 繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 ..................21.3.2　 向高速化和高精度化發(fā)展 .................................21.3.3　 向智能化方向發(fā)展 .......................................2第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案的確定 ......................................42.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .....................................................42.2 總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ...........................................42.2.1 伺服驅(qū)動(dòng) ................................................42.2.2 數(shù)控裝置 ................................................52.2.3 系統(tǒng)功能 ................................................52.2.4 采用環(huán)形分配器 ..........................................52.2.5 采用滾珠絲杠螺母副 ......................................5第三章 伺服系統(tǒng)機(jī) 械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................63.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 .............................................63.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選型 .............................63.2.1 縱向絲杠的選擇 ..........................................73.2.2 橫向絲杠的選擇 ..........................................93.2.3 垂直向絲杠的選擇 .......................................123.3 傳動(dòng)效率計(jì)算 .................................................143.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 ..............................................153.4.1 縱向絲杠傳動(dòng)比 .........................................153.4.2 橫向絲杠的傳動(dòng)比 .......................................153.4.3 垂直絲杠的傳動(dòng)比 .......................................163.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 ........................................163.5.1 縱向絲杠步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 .................................163.5.2 橫向絲杠步進(jìn)電機(jī)計(jì)算 ...................................193.5.3 垂直向絲杠步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 ...............................22第四章 數(shù)控系統(tǒng)各部件的結(jié)構(gòu)及其工作原理 .............................24IV4.1 主控器 .......................................................244.2 選擇芯片 .....................................................264.3 地址分配器及譯碼 .............................................264.4 接口電路及輔助電路具體設(shè)計(jì) ...................................27專題部分：控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) ......................................32第五章 綠色設(shè)計(jì)及環(huán)保分析 ...........................................40致謝 ................................................................41參考文獻(xiàn) ............................................................42外文資料翻譯 ........................................................431第一章 緒論1.1 數(shù)控機(jī)床改造的意義企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無(wú)檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01mm 至0.02mm，已能滿足 C620 車床改造后加工零件的精度要求。普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的改造目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠，以盡可能低的故障率運(yùn)轉(zhuǎn)。普通車床應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。1.2 國(guó)內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床的比較傳統(tǒng)機(jī)床在我國(guó)占有比例相當(dāng)大，　我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近 10 年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.6～0.8 萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。我國(guó)機(jī)床役齡 10 年以上的占 60%以上；10 年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到 20%，F(xiàn)MC/FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60%以上） ?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)2際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。但廢棄傳統(tǒng)機(jī)床大量引進(jìn)數(shù)控機(jī)床對(duì)企業(yè)來(lái)說是一筆巨大的負(fù)擔(dān)，利用現(xiàn)有設(shè)備，提升傳統(tǒng)制造業(yè)的科技含量，是適合我國(guó)國(guó)情的一條道路，它不僅完成企業(yè)設(shè)備的更新?lián)Q代，而且也有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國(guó)、日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton 機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US 設(shè)備公司等。美國(guó)得寶公司已在中國(guó)開辦公司。在日本，機(jī)床改造造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大畏工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。1.3 數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)1.3.1　繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。1.3.2　向高速化和高精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要1.3.3　向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改3進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。（2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)（4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。4第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案的確定2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算此部分為機(jī)械部分，它包括脈沖當(dāng)量的確定；滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型；進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算；步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用；設(shè)計(jì)并繪制總裝配圖，其中包括橫向，縱向工作臺(tái)和垂直向升降臺(tái)。（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)此部分包括設(shè)計(jì)并繪制控制系統(tǒng)線路圖，編寫直線差補(bǔ)程序和圓弧差補(bǔ)程序。2.2 總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬訂應(yīng)包括以下內(nèi)容：伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式的確定，控制芯片的選擇等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出幾個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析，比較和論證，最后選出一個(gè)合理的總體方案。2.2.1 伺服驅(qū)動(dòng)在我過設(shè)備數(shù)控化改造的一段時(shí)間里，較多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī),它利用通電激磁繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩，將脈沖電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移的電機(jī)執(zhí)行元件。當(dāng)激磁繞組按一定規(guī)律獲得分配脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度與輸入的脈沖個(gè)數(shù)具有較嚴(yán)格的比例關(guān)系，而且轉(zhuǎn)動(dòng)與輸入脈沖在時(shí)間上同步，因此可以利用這些特點(diǎn)控制運(yùn)動(dòng)的速度和位移量。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電氣控制和驅(qū)動(dòng)電路也簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，價(jià)格便宜，設(shè)計(jì)制造較簡(jiǎn)單，容易調(diào)試，使用維修方便。位移精度較好，對(duì)各種干擾因素不敏感，結(jié)構(gòu)誤差不會(huì)累積。另外，電機(jī)時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快。但步進(jìn)電機(jī)也有缺點(diǎn)，主要是容易丟步，啟動(dòng)頻率低，工作效率也不夠高，低頻時(shí)振動(dòng)大，可能造成失誤，因此步進(jìn)電機(jī)多用于負(fù)載較小，負(fù)載變化不大或要求不太高的經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易型數(shù)控設(shè)備中。綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)52.2.2 數(shù)控裝置微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由 CPU、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路和 I/O 接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。數(shù)控系統(tǒng)的核心是微機(jī)，其它裝置均在微機(jī)的控制下進(jìn)行工作。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)微機(jī)的要求是多方面的，但主要指標(biāo)是字長(zhǎng)和速度，字長(zhǎng)不僅影響系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且影響加工的精度和運(yùn)算精度。本設(shè)計(jì)采用的是 MCS—51 機(jī)，并擴(kuò)展 2 片 2764 芯片，1 片 6264 芯片，3片 8155 可編程并行 I/O 等組成的控制系統(tǒng)。2.2.3 系統(tǒng)功能（1）橫向，縱向，垂直方向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)。（2）行程控制（3）鍵盤控制（4）功能：報(bào)警電路，復(fù)位電路，隔離電路，功放電路等。2.2.4 采用環(huán)形分配器本系統(tǒng)采用軟件環(huán)形分配器。由于銑床三個(gè)方向的三步進(jìn)電機(jī)均為三相，所以直接與 8155（2）的 PA 口再加上 8155（1）的 PA 口相接就可以了，經(jīng)光電耦合電路，功放電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)。2.2.5 采用滾珠絲杠螺母副采用滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)結(jié)構(gòu),具有精度高,效率高,壽命長(zhǎng),低能耗,摩擦系數(shù)小,較高緊湊,通用性強(qiáng)等特點(diǎn).6第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量銑床脈沖當(dāng)量應(yīng)選 0.01mm/脈沖3.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選型最大回轉(zhuǎn)直徑：工作臺(tái)寬 320mm電機(jī)功率 P：7.5KW縱向快進(jìn)速度：2.3m/min橫向快進(jìn)速度：1.2m/min垂向快進(jìn)速度：0.77m/min縱向切削數(shù)據(jù)：0.06m/min橫向切削速度：0.06m/min垂向切削速度：0.06m/min定位精度：0.015mm縱向移動(dòng)部件重量：220kg橫向移動(dòng)部件重量：450kg垂向移動(dòng)部件重量：1000kg加速時(shí)間：30ms機(jī)床效率：0.8機(jī)動(dòng)范圍：680mm/240mm/300mm工藝數(shù)據(jù)：工件加工余量----最大銑削寬度： ，最大銑削深度：刀具數(shù)據(jù)--------高速鋼圓柱銑刀，直徑 32-40mm，刀齒書 3-4工藝數(shù)據(jù)--------主軸轉(zhuǎn)速 150-190rpm;40-60mm/min;每齒切厚 0.05-0.2mm 取 0.1mm。根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)高速鋼圓柱銑刀，以工件為碳鋼計(jì)算=9.81 ZZFFZC0.86ea.72fp0.86d?7=68.2， =7， =0.1， =40,Z=4, =32FZC0deafpa0d3.2.1 縱向絲杠的選擇（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力 m在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工中平均銑削條件為準(zhǔn)， =9.81 Z =5528（N ） (4-ZFFZC0.86ea.72fp0.86d?1)=1.1 ; =0.25 ; =0.375 HPZVZ0PZF=1.1 =6081N;F=0.25 =1382N;VZ=0.375 =2073N；0P得 NPFNPFZYVHX 2073;0;158322 ????導(dǎo)軌類型為燕尾導(dǎo)軌= 1.4×1558+0.2(2073+2×0+2200) = 3.0358 '()mXZYFkfG??(KN) (4-2)式中：—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) 0.2'f—移動(dòng)部件重量 = 2200 NGG（2）計(jì)算最大負(fù)載 C選用滾珠絲杠副的 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)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠所能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，計(jì)算如下：C = × (4-3)3LmwFf?8L = 610Tn?n = 0vs式中： L 0 — 滾珠絲杠導(dǎo)程 L 0 = 6 mm— 最大切削力下的進(jìn)給速度 = 0.03m/mins vsT — 使用壽命 對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 T = 15000 h— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) = 1.0～1.2，此處取 = 1.0wf wf wfL — 壽命 ， 以 轉(zhuǎn)為單位。610∴ n = = = 5r/min01vs?.3L = = = 4.56T6510?C = × = ×1.0w×3035.8 =5012N=5.012kN3mwFf34.（3）滾珠絲杠副螺母的選型查閱《精密滾珠絲杠副》可采用 BNF4006-5 型外循環(huán)插管式，導(dǎo)管埋入式法蘭型螺母。此螺母為單螺母絲杠副，額定動(dòng)載荷為 = 27.7KNaC（4）剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。因此選用絲杠時(shí)應(yīng)考慮絲杠的軸向剛度。絲杠的拉伸或壓縮變形量 在總的變形量中1?占很大的比重，所以要計(jì)算 是否滿足要求： （不預(yù)緊）1?13??總計(jì)算如下：在工作負(fù)載 的作用下引起導(dǎo)程 的變化量 ：mF0L?= (4-4)?FEm?9式中： — 在工作負(fù)載 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（mm）L?mF— 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（N）mF— 滾珠絲桿導(dǎo)程（mm）0— 材料彈性模量，對(duì)于鋼 = 20.6 N/mmEE410?2— 滾珠絲杠橫截面積 （按內(nèi)徑確定） （mm ）F 2= 3035.8N = 6mm = 20.6 N/mmm0L4= = =1256mm2d???????24???????2∴ = = = mmL?FEm01560.28344107.??滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的變形量 :?= = = 0.0117 mm1?L?010674.??∴ 剛度 = 3×0.0117 = 0.0351 mm > 0.015 (定位精度)13??總因此，絲杠需預(yù)緊。（5）穩(wěn)定性校核無(wú)需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。3.2.2 橫向絲杠的選擇（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工中平均銑削條件為準(zhǔn)，=9.81 Z =5528（N ）ZFFZC0.86ea.72fp0.86d?=1.1 ;HP10=0.25 ;VPZF=0.3750得 NPFNPZYVHX 2073;0;158322 ????導(dǎo)軌類型為矩形導(dǎo)軌。= 1.21965(KN)'()mXZYFkfFG式中：—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) 0.15'f—移動(dòng)部件重量 = 4500 NG（2）計(jì)算最大負(fù)載 C選用滾珠絲杠副的 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)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠所能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，計(jì)算如下：C = ×3LmwFf?L = 610Tnn = 0vs式中： L 0 — 滾珠絲杠導(dǎo)程 L 0 = 6 mm— 最大切削力下的進(jìn)給速度 = 0.03m/mins vsT — 使用壽命 對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 T = 15000 h— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) = 1.0～1.2，此處取 = 1.0wf wf wfL — 壽命 ， 以 轉(zhuǎn)為單位。610∴ n = = = 5r/min01vs?.311L = = = 4.5610Tn?6510C = × = ×1.0w×1219.653mwFf34.= 2014 N=2.014kN（3）滾珠絲杠副螺母的選型查閱《精密滾珠絲杠副》可采用 BNF3606-3 型外循環(huán)插管式，導(dǎo)管埋入式法蘭型螺母。此螺母為單螺母絲杠副，額定動(dòng)載荷為 = 15KNaC（4）剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。因此選用絲杠時(shí)應(yīng)考慮絲杠的軸向剛度。絲杠的拉伸或壓縮變形量 在總的變形量中1?占很大的比重，所以要計(jì)算 是否滿足要求： （不預(yù)緊）1?13??總計(jì)算如下：在工作負(fù)載 的作用下引起導(dǎo)程 的變化量 ：mF0L?= L?E?0式中： — 在工作負(fù)載 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（mm）mF— 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（N）mF— 滾珠絲桿導(dǎo)程（mm）0L— 材料彈性模量，對(duì)于鋼 = 20.6 N/mmEE410?2— 滾珠絲杠橫截面積 （按內(nèi)徑確定） （mm ）F 2= 1219.65N = 6mm = 20.6 N/mmm0L4= = =1017.4mm2d???????236???????212∴ = = mmL?FEm?0 441035.1076.29???滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的變形量 :?= = mm1?L0 03.563.4??∴ 剛度 = 3×0.003= 0.009mm <0.015 (定位精度)1??總因此，絲杠不需預(yù)緊。（5）穩(wěn)定性校核無(wú)需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。3.2.3 垂直向絲杠的選擇（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力 mF在以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按實(shí)際加工中平均銑削條件為準(zhǔn)，=9.81 Z =5528（N ）ZFFZC0.86ea.72fp0.86d?=1.1 ;HP=0.25 ;VZ=0.3750F得 NPFNPZYVHX 2073;0;158322 ????導(dǎo)軌類型為燕尾導(dǎo)軌= 5.5254 (KN)'()mXZYFkfFG式中：—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) 0.2'f—移動(dòng)部件重量 = 10000 NG（2）計(jì)算最大負(fù)載 C13選用滾珠絲杠副的 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)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠所能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，計(jì)算如下：C = ×3LmwFf?L = 610Tnn = 0vs式中： L 0 — 滾珠絲杠導(dǎo)程 L 0 = 6 mm— 最大切削力下的進(jìn)給速度 = 0.03m/mins vsT — 使用壽命 對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 T = 15000 h— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) = 1.0～1.2，此處取 = 1.0wf wf wfL — 壽命 ， 以 轉(zhuǎn)為單位。610∴ n = = = 5r/min01vs?.3L = = = 4.56T6510?C = × = ×1.0w×5525.43mwFf34.= 9122 N=9.122kN（3）滾珠絲杠副螺母的選型查閱《精密滾珠絲杠副》可采用 BNF6306-5 型外循環(huán)插管式，導(dǎo)管埋入式法蘭型螺母。此螺母為單螺母絲杠副，額定動(dòng)載荷為 = 45KNaC（4）剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。因此選用絲杠時(shí)應(yīng)考慮絲杠的軸向剛度。絲杠的拉伸或壓縮變形量 在總的變形量中1?14占很大的比重，所以要計(jì)算 是否滿足要求： （不預(yù)緊）1?13??總計(jì)算如下：在工作負(fù)載 的作用下引起導(dǎo)程 的變化量 ：mF0L?= L?E?0式中： — 在工作負(fù)載 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（mm）mF— 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力（N）mF— 滾珠絲桿導(dǎo)程（mm）0L— 材料彈性模量，對(duì)于鋼 = 20.6 N/mmEE410?2— 滾珠絲杠橫截面積 （按內(nèi)徑確定） （mm ）F 2= 5525.4N = 6mm = 20.6 N/mmm0L4= = =3116mm2d???????263???????2∴ = = mmL?FEm0 44105.3061.5???滾珠絲杠總長(zhǎng)度上的變形量 :?= = mm1?L?0 043.562.4??∴ 剛度 = 3×0.0043 = 0.0126 mm < 0.015 (定位精度)13??總因此，絲杠不需預(yù)緊。（5）穩(wěn)定性校核無(wú)需進(jìn)行穩(wěn)定性校核。153.3 傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 ηη = (4-6))tan(??r式中： η —摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f =0.003～0.004，摩擦角η 約為 ,即 0.1667°'10r — 絲杠螺旋升角 絲杠中徑 d = (d 1+d2)/2 = (19+16.7)/2 = 17.85 mmr = acrtan = arctan = 5.0977°dL?085.17??∴ η = = = 0.968)tan(??r )6.09.5tan(??3.4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算3.4.1 縱向絲杠傳動(dòng)比傳動(dòng)比 i： i = (4-7)pbL???360式中： — 脈沖當(dāng)量（mm） ， = 0.01mmp?— 基本導(dǎo)程 = 6mm0L0L— 步進(jìn)電機(jī)的步距角（初選） = 0.75b?b?i = = = p??360.75601?4根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)要求取 ： ， , 。2?Z523140Z?3.4.2 橫向絲杠的傳動(dòng)比脈沖當(dāng)量 = 0.01mmp?16基本導(dǎo)程 = 6mm0L初選步距角 = 0.75b?計(jì)算傳動(dòng)比 i = = p??360324根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)要求?。?， ; 。1Z?02因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞的功率不大，一般取模數(shù) m = 1～2，在此取 m=2。3.4.3 垂直絲杠的傳動(dòng)比脈沖當(dāng)量 = 0.01mmp?基本導(dǎo)程 = 6mm0L初選步距角 = 0.75b?計(jì)算傳動(dòng)比 i = =p??3605.201.7?根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)要求取一對(duì)錐齒輪： 4;2Z取 L 型同步帶輪，規(guī)格如下： 71?3.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用3.5.1 縱向絲杠步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算（1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： kg .cm (4-8)1z41110.7832dLJ????2∴ = ；41110.7832dLJ????260.7mkg??17齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ：2z=41110.7832dLJ????2610.7mkg???齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ：3z=41110.7832dLJ????26102.53mkg???絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=1959.4 41110.7832dLJ????2610kg???折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：212031)( JZLgGJZJS??????=4126.8kg/m 其中： — 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg .cm ）1J1z2— 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg .cm ）22— 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg .cm ）3J3z2— 主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kg .cm ）s（2）電動(dòng)力矩的計(jì)算電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩、快速進(jìn)給時(shí)所需力矩、工進(jìn)負(fù)載時(shí)所需力矩等幾部分分別計(jì)算。① 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 起M= 起M0max'f?式中： — 空載起動(dòng)時(shí)折算到電 機(jī)軸上的加速力矩18— 折算到電機(jī)軸的摩擦力矩'fM— 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸的附加力矩0電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 360maxabpvn????由技術(shù)要求得知 in/479axr起動(dòng)加速時(shí)間 =30 mst摩擦力矩：cmNtnJMa .906103.647218.1062 22mxmax ??????? ?????cNiLFf .5.)73(.2'0 ???式中: —導(dǎo)軌摩擦力 N（空起時(shí)）'0 fGF'0— 傳動(dòng)鏈總效率— 降速比 =1.25ii附加摩擦力矩： cmNiLFMP.180)(2200?????式中： — 滾珠絲杠預(yù)加載荷0p— 滾珠絲杠傳動(dòng)效率∴ = = 7.9N.m起 0max'Mf?② 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩， = 0快③ 工進(jìn)時(shí)需力矩 工=工 0??tf19式中： — 工進(jìn)時(shí)折算到電機(jī)軸上摩擦力矩（N.m）fM— 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩t從上面的計(jì)算可以看出，在 、 、 三種工況下，快速空載起動(dòng)所起M快 工需力矩最大，此項(xiàng)為初選電機(jī)的依據(jù)，從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，0.79?max/j起?86.0j?起按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出，110BC380B 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 10N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。（3）計(jì)算電機(jī)工作頻率步進(jìn)電機(jī)快速運(yùn)行 Hz6705.2160max???pqvf?最高工作頻率 Hz.psgf從電機(jī)表中查出 110BC380A 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1400Hz，運(yùn)行頻率為15000Hz3.5.2 橫向絲杠步進(jìn)電機(jī)計(jì)算（1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：1z 26124 .03.80328.7mkgLDJ???????齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：z20261241 .08.50328.7mkgLDJ???????絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 : 261241.s ????折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ???????????????????????2021?LgGJzJs=605× 60?mk?（2）電機(jī)力矩的計(jì)算①快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 =起M起 0max'Mf?最高轉(zhuǎn)速:in/25036maxa rvnbp????起動(dòng)加速時(shí)間: sta0∴ 摩擦力矩：mNtnJMa ??????? ??? 53.0103.62515062 222mxmax ??mNiLFf ?..8192'0?式中: —導(dǎo)軌摩擦力 N（空起時(shí)）'0 fGF?'0— 傳動(dòng)鏈總效率— 降速比 =1.25ii附加摩擦力矩：= =22Ncm0M)1(220???iLFP21∴ = =1.91 起M0max'f?mN?②快速進(jìn)給所需力矩 快由前面所知 <快 起③工進(jìn)所需力矩 工=工Mtf?0導(dǎo)軌摩擦力： NGfF65.129'0?∴ 0?iLt??=工MmNtf .101.0???從上面計(jì)算可以看出，在 、 、 三種工況下，快速空載起動(dòng)所需起M快 工力矩最大，此項(xiàng)為初選電機(jī)的依據(jù)，從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，0.347?max/j起?86.0j?起按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出，110BC380 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 5.5N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。從電機(jī)表中查出 110BC380 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1500Hz，運(yùn)行頻率為 15000Hz3.5.3 垂直向絲杠步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算（1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算錐齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：1z=34078.???LdJ 261029mkg???22錐齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：2z 263411047078. mkgLdJ ??????絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 263419.s ???帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 261241 05.4028.7mkgLDJ ????????帶 383帶折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：262202221103459 )06.19647(5.1)90.4(.8.mkgLgGJJZJ??? ?????? ??）（帶帶帶帶（2）電機(jī)力矩的計(jì)算由前面計(jì)算可知，在 、 、 三種工況下，快速空載起動(dòng)所需力矩起M快 工最大，所以只需計(jì)算 。起=起 0max'f?最高轉(zhuǎn)速 ： in/3260axma rvnbp????起動(dòng)加速時(shí)間： sta3?∴ 空載時(shí)導(dǎo)mNtnJMa ????????? 86.3103.062134591062 222mxmax ??軌摩擦力: =2623.2NfGF'023摩擦力矩： mNiLFMf ????5.28.02163'0??附加摩擦力矩：= =0.330)1(20?iPn?∴ = =起 0max'f?mN?69.以此項(xiàng)為初選電機(jī)的依據(jù)，從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，836.0/./ax??jM起? 86.0M/jmax?起?按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出，110BC380A 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 8N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。從電機(jī)表中查出，110BC380A 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1400Hz，運(yùn)行頻率為 15000Hz。24第四章 數(shù)控系統(tǒng)各部件的結(jié)構(gòu)及其工作原理4.1 主控器（1）主控制器及主控制芯片的選擇目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片有 8086，8088，80286，80386 以及8098，8096 等 16 位機(jī)的 CPU，在一般的數(shù)控系統(tǒng)中推薦采用 MCS—51 系列單片機(jī)作為主控制器。這里選用 MCS—51 系列中的 8031 芯片。 （2）MSC—51 系列單片機(jī)介紹① MSC—51 系列單片機(jī)的基本特征MSC—51 系列單片機(jī)主要有三種：8031，8051 和 8751。該系列產(chǎn)品是集CPU、I/0 口及部分 RAM 等為一體的功能很強(qiáng)的控制器，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，編程靈活性大，硬件資料也很豐富。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差別，可以說 8031 是沒有 ROM 的 8051，而 8751 是 EPROM 代替 ROM 的8051。工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是 8031。8031 的基本特征如下：a，具有 8 位中央處理單元（CPU） 。b，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 2μs 或者1μs。c，具有 128 字節(jié)的 RAM。d，具有 21 個(gè)特殊功能寄存器。e，可尋址 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64KB 的外部程序存儲(chǔ)器。f，具有四個(gè) I/O 口，32 根 I/O 線。g，具有兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。h，具有 5 個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)i，具有一個(gè)全雙工串行接口j，具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算從上述特性可知:一塊 8031 的功能相當(dāng)于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。②管腳功能分析及特性簡(jiǎn)介引腳功能分類表：25a. I/O 口線： ， ， ， 共四個(gè) 8 位口。0P123b. 控制線： （中斷取指令控制） ，ALE（地址鎖存控制） ， （中斷存SENEA儲(chǔ)器選擇） ，RESET（復(fù)位控制）電源及時(shí)鐘： ， ， ，cVs1XATL2應(yīng)用特性：a. I/O 口線不能都用作用戶 I/O 線，除 8051，8751 外真正可完全為用戶使用的 I/O 口線，只有 口以及部分作為第一功能使用的 口。1P3Pb. I/O 口的驅(qū)動(dòng)功能為： 口驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 門電路，而 、 只能驅(qū)動(dòng) 40 2個(gè) TTL 門電路。c. 口具有提升電阻的 8 位雙向 I/O 口，該口的每一位均可獨(dú)立的定義為3P第一 I/O 口功能或者第二 I/O 口功能。時(shí)鐘頻率：外接時(shí)鐘頻率可在 1.2～12MHz 間選取。③總線結(jié)構(gòu)a. 地址總線 AB地址總線寬度為 16 位，故其外部存儲(chǔ)器直接熏之范圍達(dá)到 64KB，16 位地址總線由 口經(jīng)地址鎖存器提供低 8 位， ～ 由 直接提供。0P8A152Pb. 數(shù)據(jù)總線 DB數(shù)據(jù)總線寬度為 8 位，由 口直接提供。0c. 控制總線 CB由 口的第二功能狀態(tài)和四根獨(dú)立的控制線 RESET， ，ALE， 組成。3P EAPSN④ 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單片機(jī)的存儲(chǔ)器包括程序存儲(chǔ)器（EPROM 或 ROM）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，它們是可以選用并可直接尋址的存儲(chǔ)器。⑤ 擴(kuò)展芯片I/O 口擴(kuò)展集成電路中有三種專用 I/O 口擴(kuò)展芯片。I/O 口擴(kuò)展復(fù)合芯片，26TTL 電路芯片，在本次設(shè)計(jì)中，除了采用 I/O 口外還能擴(kuò)展其他外圍功能電路，主要有 8155（2×8+6 并行 I/O 口，256 個(gè)靜態(tài) RAM，一個(gè) 14 位定時(shí)器） ，TTL 電路芯片，也廣泛用作 MCS-51 單片機(jī) I/O 擴(kuò)展芯片，主要有74LS373，273，374，244 等。4.2 選擇芯片（1）EPROM 的選擇芯片的型號(hào)不同，應(yīng)用參數(shù)也不同，主要有最大讀出速度，工作溫度及容量。在確定容量?jī)?nèi)選擇 EPROM 的型號(hào)，主要考慮因素是讀取速度，這是決定系統(tǒng)能否正確工作隊(duì)的前提。根據(jù) CPU 與 EPROM 的匹配要求，應(yīng)滿足 8031 能提供的讀取時(shí)間大于 EPROM 所需要的讀取時(shí)間。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮在滿足容量要求的同時(shí)盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合數(shù)。（2）RAM 的選擇選 RAM 是主要考慮因素是 RAM 的讀寫速度與 CPU 提供的讀寫時(shí)序的匹配要求，還應(yīng)滿足這樣一個(gè)關(guān)系：即 8031 所能提供的讀寫時(shí)間應(yīng)大于 RAM 所需求的讀寫時(shí)間，常用 RAM 主要有 6116 和 6264 兩種。4.3 地址分配器及譯碼（1）地址分配與一般存儲(chǔ)系統(tǒng)不同，8031 所支持的存儲(chǔ)系統(tǒng)其程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址。因此，EPROM 和 RAM 的地址分配較自由，不必考慮是否發(fā)生沖突。由于 8031 復(fù)位后從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，故程序存儲(chǔ)器地址應(yīng)從 0000H 就開始。在這里只用 EPROM，地址為 0000H-1FFFH，擴(kuò)展 RAM 與 I/O 口及外圍設(shè)備實(shí)行統(tǒng)一編址。（2）EPROM、RAM 與 8031存儲(chǔ)器與單片機(jī)的連接主要是三總線的連接，應(yīng)考慮單片機(jī)的總線驅(qū)動(dòng)能力是否夠，若不夠應(yīng)當(dāng)加以驅(qū)動(dòng)，如總線驅(qū)動(dòng)器 74LS244，74LS245 等，根據(jù)單片機(jī)8031 的驅(qū)動(dòng)特性，在本次設(shè)計(jì)中，不必加以驅(qū)動(dòng)，下面給出 EPROM，RAM 與 8031的具體連接。a. 地址總線27將 ～ 與 EPROM 的 ～ 一一對(duì)應(yīng)連接。 ～ 與 RAM 的 ～ 一0A120A120A120A12一對(duì)應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。b. 數(shù)據(jù)總線～ 分別與存儲(chǔ)器 ～ 一一對(duì)應(yīng)連接。01P70D7c. 地址總線將 ～ 與 EPROM 的 ～ 一一對(duì)應(yīng)連接。 ～ 與 RAM 的 ～ 一0A120A120A120A12一對(duì)應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。d. 數(shù)據(jù)總線～ 分別與存儲(chǔ)器 ～ 一一對(duì)應(yīng)連接。01P70D74.4 接口電路及輔助電路具體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)接口電路包括鍵盤、數(shù)碼顯示器及步進(jìn)電機(jī)接口電路，輔助電路包括復(fù)位電路及報(bào)警顯示電路。8031 單片機(jī)的口 可以作為 I/O 接口，為管理上述接口電路，還需要擴(kuò)展1P接口電路，現(xiàn)在用 8031 的 管理步進(jìn)電機(jī)，用擴(kuò)展接口管理鍵盤和顯示電路。（1）接口電路具體設(shè)計(jì)8155 的內(nèi)部 RAM 和 I/O 的選擇由引腳 IO/ 控制，當(dāng) IO/ =0 時(shí)，CPU 訪M問 RAM，ＲＡＭ的低８位編制為：００Ｈ～ＦＦＨ；IO/ ＝１時(shí)，ＣＰＵ訪問ＩＯ口，其低８位編址見教材的真值表，８１５５的工作方式選擇通過對(duì)８１５５內(nèi)部命令，寄存器通過設(shè)定控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。８１５５具有兩種基本操作，即用８１５５中的２５６字節(jié)ＲＡＭ及擴(kuò)展Ｉ／Ｏ口使用，作ＲＡＭ時(shí)與系統(tǒng)ＲＡＭ無(wú)區(qū)別；作Ｉ／Ｏ口使用時(shí)，可通過工作方式以滿足不同需要。８１５５有一個(gè)狀態(tài)寄存器，鎖存Ｉ／Ｏ口和定時(shí)器的當(dāng)前狀態(tài)，使ＣＰＵ查詢用。狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個(gè)地址，只能讀入，不能寫入。ＣＰＵ讀地址時(shí)，做狀態(tài)寄存器，讀出時(shí)是當(dāng)前Ｉ／Ｏ口和定時(shí)器的狀態(tài)，28而寫時(shí)則作為命令寄存器寫入命令。（２）輔助電路的具體設(shè)計(jì)①８０３１的時(shí)鐘電路如圖４－１時(shí)鐘電路圖。單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式是利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 ， 引腳上1XTAL2外接定時(shí)元件。采用外部時(shí)鐘方式，可把 直接接地， 接外部時(shí)1鐘源。圖 4-1 時(shí)鐘電路圖②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)鐘電路工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)１０ｍｓ以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機(jī)便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。圖４－２所示為電自動(dòng)復(fù)位與按鈕復(fù)位的組合，在上電瞬間 電路充電，ＲＥＳＥＴ引腳出現(xiàn)正脈沖，只要電路充電，ＲＥＳＥＴ端RC保持１０ｍｓ以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。圖 4-2 復(fù)位電路圖③光電隔離電路29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。由于步進(jìn)電機(jī)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Ｉ／Ｏ口輸出的信號(hào)直接與功率放大器相聯(lián)，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電耦合器。如圖４－３所示。圖 4-3 光電隔離電路光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)輸入信號(hào)加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通激發(fā)出紅外光，光敏三極管受光照射后，由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)傳輸。輸入端與輸出端在電氣上完全隔離。④功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出的信號(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)。設(shè)計(jì)時(shí)根