plc畢業(yè)設(shè)計(jì)--機(jī)床ck6163的數(shù)控化改造

1、<p>　　1 機(jī)床數(shù)控化設(shè)計(jì)概述</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)床CK6163的數(shù)控化改造，要求是：</p><p>　　1）進(jìn)給兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，采用單片機(jī)的半閉環(huán)控制；</p><p>　　2）脈沖當(dāng)量：縱向（X）0.01mm/步，橫向（Y）0.005mm/步；</p><p>　　3）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)，

2、圓弧插補(bǔ)；</p><p>　　4）電動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位數(shù)為4；</p><p>　　5）其它要求：要能實(shí)現(xiàn)螺紋加工。</p><p>　　1．1 伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　對(duì)于機(jī)床的數(shù)控化改造，有開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種。開(kāi)環(huán)控制是沒(méi)有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易維修。缺點(diǎn)是精度低

3、、對(duì)環(huán)境變化和外界干擾十分敏感。閉環(huán)系統(tǒng)是在工業(yè)與國(guó)防領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛。閉環(huán)系統(tǒng)較開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，例如精度高、動(dòng)態(tài)性能好、對(duì)環(huán)境變化靈敏度低，以及抗干擾能力強(qiáng)等。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴，不容易維修。而閉環(huán)系統(tǒng)雖然可以獲得十分良好的控制精度。但是，受機(jī)械傳動(dòng)件的非線性影響嚴(yán)重，只有在要求高精度的場(chǎng)合，才采用閉環(huán)控制。因?yàn)楦鞣N部影響定位精度的因素都可以得到補(bǔ)償。一般的，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用型的數(shù)控機(jī)床則采用半閉環(huán)控制。顯然，半

4、閉環(huán)控制比全閉環(huán)控制容易實(shí)現(xiàn)，可節(jié)省投資。因此，本課題改造采用半閉環(huán)控制。對(duì)于本系統(tǒng)改造，閉環(huán)與半閉環(huán)的區(qū)別在于位置反饋傳感器的安裝位置。如安裝在滾珠絲杠上為間接測(cè)量；安裝在工作臺(tái)上為直接測(cè)量。位置控制環(huán)內(nèi)僅包含絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度及部分間隙，所以穩(wěn)定性不是問(wèn)題。因此半閉環(huán)控制系統(tǒng)可避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非線形（如齒隙、齒輪摩擦、非剛性等）引起系統(tǒng)產(chǎn)生極限環(huán)和爬行震蕩。但絲杠與螺母之間的滯后得不到補(bǔ)償，所以定位精度比閉環(huán)低。如圖1.</p>

5、<p>　　圖 1.1 半閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　1．2 運(yùn)動(dòng)方式的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。如果要求工作臺(tái)或刀具沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有確定的函數(shù)關(guān)系，即連續(xù)控制系統(tǒng)應(yīng)具備控制刀具以給定速率沿加工路徑運(yùn)動(dòng)的功能。具備這種控制能力的數(shù)控機(jī)床可以加工各種外形輪廓復(fù)雜的零件。因此，本機(jī)床的數(shù)控化改造后具有在

6、點(diǎn)位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中才具有的軌跡計(jì)算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點(diǎn)位系統(tǒng)的功能。</p><p>　　1．3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定</p><p>　　為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及適宜阻尼比的要求。設(shè)計(jì)中需要考慮了以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1）盡量采用低摩擦的

7、傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用了滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等</p><p>　　2）盡量消除傳動(dòng)間隙。例如采用消除齒輪等。</p><p>　　3）提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。</p><p>　　1．4 計(jì)算機(jī)的選擇</p><

8、;p>　　根據(jù)機(jī)床要求,采用16位微機(jī).由于MCS-96系列單片機(jī)具有集成度高,可靠性好功能強(qiáng)速度快、抗干擾功能強(qiáng)等特點(diǎn)，采用了MCS-96系列的8098單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、直流伺服電機(jī)功率放大電路及光電編碼器反饋電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。</p>

9、;<p>　　2 機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，除要求具有較高的精度之外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，就是說(shuō)響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件，以及檢測(cè)傳感器部件等部分組成。這里所說(shuō)的機(jī)械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件以及連桿

10、機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成。為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性，盡量做到無(wú)間隙、低摩擦、低慣量、高精度、高諧振頻率、適當(dāng)阻尼等要求。</p><p>　　2．1 滾珠絲杠螺母副</p><p>　　圖 2.2 滾珠絲杠螺母副</p><p>　　普通的螺旋傳動(dòng)廣泛地用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)。由于螺桿與螺母之間

11、為滑動(dòng)摩擦，在磨損和精度方面不能滿足一些高精度機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求。滾珠絲杠螺母副則是為了克服普通螺旋等方面的缺點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它用滾動(dòng)摩擦螺旋取代了滑動(dòng)螺旋摩擦，具有磨損小、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、精度高、溫度低等優(yōu)點(diǎn)。它具有的運(yùn)動(dòng)摩擦小、便于消除傳動(dòng)間隙的突出優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)性能的改善大有益處。但是，它不能自鎖，用于升降傳動(dòng)時(shí)需要加鎖緊裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。在絲杠和螺母上先加工出弧形螺旋槽，再將兩者套裝在

12、一起形成螺旋滾道，在螺旋滾道中裝滿滾珠。當(dāng)絲杠螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者發(fā)生相對(duì)軸向移動(dòng)，而滾珠在閉合回路中形成滾珠鏈的反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，以此將普通螺旋傳動(dòng)的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用內(nèi)循環(huán)式。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。</p>

13、<p>　　2.1.2 間隙消除及預(yù)緊</p><p>　　滾珠絲杠螺母副廣泛用于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，如果傳動(dòng)存在間隙非線性，將使控制性能變差，故一般要采取措施消除間隙并適當(dāng)預(yù)緊。本設(shè)計(jì)中采用雙螺母螺紋式。通過(guò)擰緊圓螺母達(dá)到消除間隙和預(yù)緊的目的。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但較難控制，容易松動(dòng)，準(zhǔn)確性和可靠性均較差。</p><p><b>　　2．2 軸系</b&g

14、t;</p><p>　　軸系是由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動(dòng)部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩、及傳遞精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它直接承受外力（力矩）。對(duì)于中間傳動(dòng)軸系一般要求不高。對(duì)于完成主要作用的主軸軸系的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形及抗震性等要求較高。</p><p>　　2.2.1.1 齒輪的特點(diǎn)</p><p>　　齒輪傳動(dòng)部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。齒輪傳

15、動(dòng)是目前機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛、最重要的一種傳動(dòng)。它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1、傳動(dòng)平穩(wěn)，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。</p><p>　　2、齒輪傳動(dòng)的功率和圓周速度的范圍較大。</p><p>　　3、齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，效率高。</p><p>　　4、承載能力強(qiáng)，使用壽命

16、長(zhǎng)。</p><p>　　缺點(diǎn)是制造和安裝精度要求高，因此，成本比較大。</p><p>　　2.2.1.2 齒輪的最佳速比分配條件</p><p>　　齒輪系常用于機(jī)電伺服系統(tǒng)的減速增矩。在本數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的齒輪箱中，有四個(gè)齒輪。設(shè)齒輪傳動(dòng)比第一級(jí)為i1，第二級(jí)為i2。當(dāng)i2近似等于i1*i2/1.414時(shí)為最佳速比分配條件。該條件也近似使用于多

17、級(jí)減速裝置。一般，齒輪傳動(dòng)級(jí)數(shù)增加，齒輪傳動(dòng)的總慣量就減少。但傳動(dòng)效率要降低，齒隙和摩擦的來(lái)源也隨之增加。因此應(yīng)在傳動(dòng)級(jí)數(shù)和</p><p>　　傳動(dòng)比的分配方面綜合權(quán)衡。</p><p>　　2.2.1.3 齒輪間隙的消除</p><p>　　齒輪的間隙是全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中影響系統(tǒng)穩(wěn)定的主要非線性因素之一。消除齒輪間隙分剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。對(duì)于帶錐度齒輪法結(jié)

18、構(gòu)中，是將帶錐度的齒輪軸向移動(dòng)直至消除齒輪副間隙為止。</p><p><b>　　2.2.2 軸承</b></p><p>　　軸承是用來(lái)支承軸的專門部件，在保持軸的旋轉(zhuǎn)精度的同時(shí)，減少轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承之間的摩擦與磨損。軸承分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化系列化，有向心、推力軸承、向心軸承和推力軸承。共十種類型。</p><

19、p>　　本設(shè)計(jì)中采用了深溝球軸承和推力軸承。對(duì)于軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸球軸承。前者一般不能承受軸向力，且間隙不能調(diào)整，常用于旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不高的場(chǎng)合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷，并且可以通過(guò)內(nèi)外圈之間的相對(duì)位移來(lái)調(diào)整其間隙之大小。輕載時(shí)應(yīng)用廣泛。推力軸承：51000系列（單向）推力球軸承，其軸向承載能力很強(qiáng)，支承剛度很大，但極限轉(zhuǎn)速較低，運(yùn)動(dòng)噪聲較大。</p><p>　　2.2

20、.3 提高軸系性能的措施</p><p>　　1)、提高軸系的旋轉(zhuǎn)精度</p><p>　　a）提高軸頸與架體（或箱體）支承的加工精度；</p><p>　　b）用選配法提高軸承裝配與預(yù)緊精度；</p><p>　　c）軸系組件裝配后對(duì)輸出軸的外徑、端面及內(nèi)孔通過(guò)互為基準(zhǔn)進(jìn)行精加工。</p>&

21、lt;p>　　2)、提高組件的抗振性</p><p>　　a）提高軸系組件的固有振動(dòng)頻率、剛度和阻尼；</p><p>　　b）消除和減少?gòu)?qiáng)迫振動(dòng)振源的干擾作用；</p><p>　　c）采用吸振、隔振和消振裝置。</p><p><b>　　2．3 導(dǎo)軌</b></p>

22、<p>　　導(dǎo)向支承部件的作用是支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。這樣的部件通常被稱為導(dǎo)軌副，簡(jiǎn)稱導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。機(jī)電一體化對(duì)導(dǎo)軌副的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。</p><p>　　2.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　目前，滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)

23、用非常廣泛，因?yàn)槠淠Σ料禂?shù)小，f=0.0025~0.005動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，且?guī)缀醪皇苓\(yùn)動(dòng)速度變化的影響，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，所需驅(qū)動(dòng)功率??；摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持良好；低速運(yùn)行時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高。它的缺點(diǎn)是：導(dǎo)軌面與滾動(dòng)體是點(diǎn)接觸或面接觸，所以抗振性差，接觸應(yīng)力大對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動(dòng)體的尺寸精度要求高，若滾動(dòng)體的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高低，會(huì)使運(yùn)動(dòng)部件傾斜，產(chǎn)生振動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)精度；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難

24、，本較高；對(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。</p><p>　　2.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊方式</p><p>　　滾動(dòng)導(dǎo)軌經(jīng)過(guò)預(yù)緊，可以顯著地提高其精度。通常經(jīng)過(guò)預(yù)緊的導(dǎo)輪的剛度可以比沒(méi)有預(yù)緊的高三倍左右。因此，對(duì)于顛覆力矩較大，或要求接觸剛度或移動(dòng)精度較高的導(dǎo)軌均應(yīng)進(jìn)行預(yù)緊。但預(yù)緊力應(yīng)適當(dāng)，預(yù)緊力過(guò)大會(huì)使?fàn)恳︼@著增加。常用的預(yù)緊方法有兩種：采用過(guò)益配合或采用調(diào)整元件。<

25、/p><p><b>　　2. 4 機(jī)座</b></p><p>　　機(jī)座或機(jī)架是支承其它零件的基礎(chǔ)部件。它既能承受其它零件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。機(jī)座多采用鑄件，機(jī)架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。其基本特點(diǎn)是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工多面，幾何精度和相對(duì)精度要求較高。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了機(jī)床的總體精度，機(jī)架或機(jī)座的變形和振動(dòng)將直接影響機(jī)床的質(zhì)量

26、和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故要滿足其剛度和抗振性等。</p><p>　　2. 5 機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　將一臺(tái)CK6163普通車床改造成微機(jī)數(shù)控，采用MCS-96系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，直流伺服電機(jī)半閉環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</p><p>　　加工最大直徑： 在床面上 500mm</p&

27、gt;<p>　　在床鞍上 280mm</p><p>　　加工最大長(zhǎng)度： 1000mm</p><p>　　溜板及刀架重力： 縱向 800N</p><p>　　橫向 1100N</p><p>　　刀架快速速度： 縱向

28、1.2m/min</p><p>　　橫向 0.6m/min</p><p>　　最大進(jìn)給速度： 縱向 0.3m/min</p><p>　　橫向 0.6m/min</p><p>　　主電機(jī)功率： 11KW</p>

29、<p>　　啟動(dòng)加速時(shí)間： 30ms</p><p>　　機(jī)床定位精度： 0.015mm</p><p>　　2.5.1 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量</p><p>　　縱向：0.01mm/步；橫向：0.005mm/步（半徑）</p><p>　　2.5.2 計(jì)算切削力</p>

30、<p>　　1） 縱車外圓</p><p>　　主切削力Fz（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算： Fz=0.067Dmax=0.67*500=7491N</p><p>　　按切削力各分力比例： Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.4 Fx=7491*0.

31、25=1873N Fy=7491*0.4=2996N</p><p><b>　　2） 橫切端面</b></p><p>　　主切削力Fz1（N）可取縱切的1/2。 Fz1=Fz/2=3745N</p><p&

32、gt;　　此時(shí)走刀抗力為Fy1（N），吃刀抗力Fx1（N）。仍按上述比例粗略計(jì)算： Fz1：Fy1：Fx1=1：0.25：0.4 Fy1=3745*0.25=936N

33、 Fx1=3745*0.4=1497N</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型</p><p>　　計(jì)算進(jìn)給率引力Fm（N）</p><p>　　縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 Fm=K*Fx+f（Fz+G） (2.1)</p><p>　　=1

34、.15*1873+0.16（7491+800）=3529N</p><p>　　式中 K——考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15</p><p>　　f——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)： 0.15~0.18</p><p>　　G——溜板及刀架重力： G=800N。</p><p>　　2) 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載

35、C (2.2)</p><p>　　C= *fw*Fm</p><p>　　L=60*n*T/1000000</p><p>　　n=1000*Vs/L0</p><p>　　式中 L0——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選L0=10mm；

36、</p><p>　　Vs——最大切削力下的進(jìn)給速度，此處Vs=0.6m/min；</p><p>　　T——使用壽命，按15000h；</p><p>　　fw——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw=1.2~1.5；</p><p>　　L——壽命、以1000000轉(zhuǎn)為1單位；</p><p>　　n=

37、1000*0.6*0.5/10=30r/min</p><p>　　L=60*30*15000/1000000=27</p><p><b>　　C=14251N</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母副的選型</p><p>　　查閱相關(guān)資料，可采用KGT-N32×10-RH內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲

38、杠,外徑32mm，導(dǎo)程10mm，額定動(dòng)負(fù)載C=33400N，剛度為K=810N/um,精度等級(jí)選為3級(jí)。</p><p><b>　　傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p><p>　　η=tgγ/tg（γ+Ф） (2.3)</p><p>　　式中 γ ——螺旋升角，NL45

39、06γ=2º26`</p><p>　　Ф——摩擦角取10`滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003~0.004</p><p>　　η=tgγ/tg（γ+Ф）=tg2º26`/tg（2º26`+10`）=0.93</p><p><b>　　5) 剛度驗(yàn)算</b></p><p>

40、　　如圖2.2是縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖。最大牽引力3528N。支承間距L=1000mm, 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。</p><p>　　圖 2.3 進(jìn)給滾珠絲杠支承方式</p><p>　　a) 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1</p><p>　　查相關(guān)資料，根據(jù)Pm=3528N，D0=45mm，查出δl/L=0.000013，

41、可算出:</p><p>　　δ1=1500*δl/L=0.02</p><p>　　由于兩端均采用向心推力軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量δ`1（mm）為：δ`1=δ1/4=0.005</p><p>　　滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2</p><p>　　查相關(guān)資料N系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道

42、接觸變形量δ2：</p><p>　　δQ=5.8um</p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊，δ2=δQ/2=5.8/2=2.9um</p><p>　　支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形δ3</p><p>　　采用8107推力球軸承，d1=30，滾動(dòng)體直徑dQ=6.35mm，滾動(dòng)體數(shù)量Z=15 δc=0.0024 F

43、`m*F`m/dQ*Z*Z=0.0094</p><p>　　因施加了預(yù)緊力，故δ3=δc/2=0.0094/2=0.0047</p><p>　　綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：</p><p>　　δ=δ1+δ2+δ3=0.005+0.0029+0.0047=0.0081〈0.015</p><p><b

44、>　　滿足定位精度。</b></p><p>　　6) 滾珠絲杠兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p><b>　　確定齒輪傳動(dòng)比</b></p><p>　　原來(lái)機(jī)床的傳動(dòng)齒輪已消除間隙，為減小傳動(dòng)誤差，增加可靠性，齒輪箱和齒輪在原有的基礎(chǔ)上去掉一級(jí)齒輪副，采用一級(jí)減速。</p>&

45、lt;p>　　本次半閉環(huán)光電編碼器選用分辨率為1000 line/r，橫向脈沖當(dāng)量為0.01mm，滾珠絲杠螺距為10mm，則齒輪傳動(dòng)比：</p><p><b>　　i= =1</b></p><p>　　即，縱向傳動(dòng)可以不用減速機(jī)構(gòu)，讓電機(jī)直接連接滾珠絲杠。</p><p><b>　　直流伺服電機(jī)的選擇</b>&

46、lt;/p><p>　　1） 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算</p><p>　　折算到縱向伺服電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算：</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　式中 ——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm）</p><p>　　W——縱向移動(dòng)部件得重力（800N）&l

47、t;/p><p>　　δ——估算參數(shù)(0.01)</p><p>　　θ——步距角（0.36）</p><p>　　=(800/9.8)(（180×0.01）/(3.14×0.36)) =2.0698Kg.cm</p><p>　　負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理，電

48、動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　=3.28N.m (2.5)</p><p>　　若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　取安全系數(shù)為0.3 ，則3.28/0.3=10.9N.m</p><p>　　因數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)應(yīng)滿足快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T的要求&

49、lt;/p><p><b>　　=++</b></p><p>　　式中為空載快速啟動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩（N.m）</p><p>　　為克服摩擦力所需的轉(zhuǎn)矩（N.m）</p><p>　　為絲杠預(yù)緊所引起的折算到電機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（N.m）</p><p>　　當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速：</p

50、><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　=（1200×1）/10=120r/min</p><p><b>　　有動(dòng)力學(xué)可知：</b></p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　式中 ε為角加速度，

51、計(jì)算公式為ε= (2.9)</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　==2.07×0.0001×（3.14×120）/(30×0.03)=0.087 N.m</p><p>　　=

52、 (2.10)</p><p>　　=(800×0.16×10×0.001)/(2×3.14×0.93×0.98×1)=5.01 N.m</p><p>　　= (2.11)</p><

53、p>　　=(0.33×7491×10×0.001)/ (2×3.14×0.93×0.98×1)=4.3 N.m</p><p>　　=++=4.3+5.01+0.087=9.4 N.m</p><p>　　根據(jù)計(jì)算綜合考慮，選擇直流電機(jī)的型號(hào)為： 140ZW-02 ,額定轉(zhuǎn)矩11N.m </p>&

54、lt;p>　　橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　已知條件：橫向工作臺(tái)重力W=1100N,時(shí)間常數(shù)t=25ms，由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，估計(jì)算過(guò)程略。</p><p>　　選擇滾珠絲杠的型號(hào)： KGT-N32×20-RH 直流電機(jī)型號(hào)為 140ZW-02,額定轉(zhuǎn)矩12.5N.m.</p><p>　　3 微機(jī)數(shù)

55、控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3. 1 單片微機(jī)設(shè)計(jì)概述</p><p>　　8098是Intel公司于1988年一季度推出的準(zhǔn)16位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位），它與MCS-96系列中的其他芯片相比具有性能高，功能全，售價(jià)低廉，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在我國(guó)推廣使用。</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</

56、p><p>　　圖 3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明：</p><p>　　用戶根據(jù)零件圖紙，按照規(guī)定的格式，編制出若干零件加工程序，然后通過(guò)鍵盤把程序輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在管理程序的控制下，通過(guò)專用控制程序（數(shù)控軟件）把用戶加工程序（應(yīng)用軟件）轉(zhuǎn)化成一定數(shù)量（位移）和頻率（速度）的脈沖型信號(hào)。這些指令經(jīng)過(guò)擴(kuò)展的I/O口和光電隔離，在經(jīng)過(guò)

57、功率放大，然后驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流伺服電機(jī)，帶動(dòng)工作臺(tái)和刀架完成縱、橫兩個(gè)方向的進(jìn)給，使車刀走出直線或圓弧等軌跡。工作臺(tái)的位移量通過(guò)編碼器檢測(cè)出來(lái)反饋回計(jì)算機(jī)形成閉環(huán)。刀架上可裝四把刀，當(dāng)需要換刀時(shí)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使刀架電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀架換位。主軸脈沖編碼器是用來(lái)車削螺紋的。它把主軸旋轉(zhuǎn)的角位移以脈沖的形式輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件控制使車刀的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)保持正確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。主軸脈沖編碼器的進(jìn)給脈沖用

58、來(lái)控制車刀的進(jìn)給量，以保證工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀架移動(dòng)一個(gè)螺紋導(dǎo)程；零位脈沖用來(lái)控制車刀切入工件的起始位置，保證多次走刀螺紋時(shí)不亂牙。</p><p>　　在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素：</p><p>　　1)、時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度。</p><p>　　2)、可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（包括ROM和RAM）的容量。

59、</p><p>　　3)、指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性。</p><p>　　4)、I/O口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力。</p><p>　　此外還考慮到了系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等要求。</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求使用16位單片機(jī)，因此選擇Intel 8098

60、單片機(jī)。</p><p>　　3.1.2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。</p><p>　　在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，考慮到了CPU與EPROM時(shí)序的匹配，最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)芯片的容量等問(wèn)題。</p><p>　　在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中包括地

61、址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　I/O口即輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì) </p><p>　　包括接口芯片的選用，直流伺服電機(jī)控制電路，鍵盤顯示電路和其它輔助電路（如復(fù)位電路，越界報(bào)警電路等）。</p><p>　　3. 2 8098單片機(jī)的基本特性</p><p>　　MCS-96系列單片機(jī)的集成度很高，是集片內(nèi)存儲(chǔ)

62、器、片內(nèi)輸入/輸出部件和CPU于一體的準(zhǔn)16位優(yōu)良單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.1 8098單片機(jī)的基本特性</p><p>　　1) 準(zhǔn)16位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位）;</p><p>　　2) 高性能的16位CPU寄存器算術(shù)邏輯單元（RALU），232字節(jié)寄存器陣列；</p><p>　　3）

63、高速輸入/輸出（HSI/HSO）;</p><p>　　4) 帶有采樣/保持（S/H）電路的4通道10位A/D轉(zhuǎn)換器；</p><p>　　5) 中斷控制器和等待狀態(tài)產(chǎn)生邏輯；</p><p>　　6） 一個(gè)同步/異步串行口；</p><p>　　7） 兩個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器；</p><p>　　8） 一個(gè)

64、可供D/A轉(zhuǎn)換器使用的脈寬調(diào)制（PWM）輸出；</p><p>　　9） 片內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘發(fā)生器；</p><p>　　3.2.2 8098芯片引腳及其功能</p><p>　　8098芯片具有48引腳，如下圖所示：</p><p>　　圖 3.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　引腳功能定義表：&l

65、t;/b></p><p>　　表3.1 8098引腳功能表</p><p>　　3. 3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在對(duì)機(jī)床的數(shù)控化改造過(guò)程中，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，遇到了存儲(chǔ)器的擴(kuò)展問(wèn)題，單片機(jī)的內(nèi)部雖然設(shè)置了一定容量的存儲(chǔ)器，但是這種存儲(chǔ)器的容量較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)際需要，因此需要從外部進(jìn)行擴(kuò)展，配置外部存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

66、器，同時(shí)還需要對(duì)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行擴(kuò)展，這就需要配置一定的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，這樣才能滿足系統(tǒng)的工作需要。</p><p>　　在設(shè)計(jì)擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，要從下面幾點(diǎn)進(jìn)行考慮。</p><p>　　1) 系統(tǒng)對(duì)外部存儲(chǔ)器需求的種類和容量.系統(tǒng)是否需要EPROM，RAM及EEPROM。所需的容量是多少。</p><p>　　2) 8098尋址空間為64K字節(jié)．應(yīng)對(duì)其片外的

67、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及I／O空間進(jìn)行統(tǒng)一編址。</p><p>　　3) 時(shí)序分析與連線．根據(jù)所選用存儲(chǔ)器的特性、工作方式參數(shù)及時(shí)序的要求來(lái)確定與8098的接口如何連接。</p><p>　　8098單片機(jī)使用16位多路復(fù)用地址和8位數(shù)據(jù)總線，此外配合總線口進(jìn)行總線存取操作的還有引腳RD、WR、ALE／ADV、READY、EA等控制信號(hào)。使用這些信號(hào)與一些常規(guī)接口芯片連行擴(kuò)展很容易構(gòu)成較

68、大規(guī)棋的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　3.3.1.1 2764EPROM</p><p>　　圖3.2為2764的引腳圖：</p><p>　　圖 3.2 2764芯片引腳圖</p><p>　　各引腳功能如 表3.2</p><p>　　表

69、3.2 2764引腳功能表</p><p>　　2764一般可有三種工作方式應(yīng)用干8098系統(tǒng)之中，值得注意的是這三種工作方式的所有輸入／輸出與CMOS和TTL電平兼容。</p><p>　　１）　讀工作方式：一般說(shuō)來(lái)．EPROM在地址線穩(wěn)定后．使用兩個(gè)引腳(片選腳CE．輸出允許OE)控制讀取數(shù)據(jù)。片選腳(CE)是電源控制，用于設(shè)備選擇；輸出允許腳(OE)是輸出控制，用于選擇輸出引腳中有

70、數(shù)據(jù)輸出還是高阻狀態(tài)。假設(shè)地址線(A0～A16)穩(wěn)定不變，片選腳(CE)與輸出允許腳(OE)都為低時(shí)．經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲后．該地址的數(shù)據(jù)就會(huì)被讀到數(shù)據(jù)口1(DO—D7)。</p><p>　?。玻【S持工作方式：當(dāng)片選信號(hào)(CE)為高電平時(shí)，芯片進(jìn)入維持工作方式，這樣可以減步芯片的功耗，一般在1mW以下．這時(shí)數(shù)據(jù)口輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)．</p><p>　　３）　輸出禁止工作方式：當(dāng)輸出允許信號(hào)

71、(OE)為高電平時(shí)，芯片進(jìn)入輸出禁止工作方。</p><p>　　市場(chǎng)上購(gòu)買的EPROM，在其出廠前所有存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)均為1，用戶可通過(guò)相應(yīng)的EPROM寫入裝置(如8088開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、ALL03＋等)，將應(yīng)用程序編程到芯片中在系統(tǒng)中使用．如果應(yīng)用程序需要改寫．可將EPROM芯片在紫外線(光強(qiáng)度為15000uW／cm2)光下照射其窗口約20分鐘，存儲(chǔ)單元各位數(shù)據(jù)會(huì)被最新置1，然后就可再次使用。</p>

72、<p>　　3.3.1.2 地址鎖存器</p><p>　　由于MCS-96單片機(jī)的P3口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)必須利用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離開(kāi)來(lái)。 通常，地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373或8282，地址鎖存信號(hào)為ALE。本系統(tǒng)用的是74LS373，它的鎖存控制端LE可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在AL

73、E下降沿進(jìn)行地址鎖存。74LS373芯片如圖3.3</p><p>　　圖 3.3 73LS373芯片引腳</p><p>　　373的輸出端O0-O7可直接與總線相連。 </p><p>　　當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0~O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0-O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作

74、不受影響。 </p><p>　　當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在</p><p>　　已建立的數(shù)據(jù)電平。 </p><p>　　當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。</p><p><b>　　引出端符號(hào)： </b></p>

75、<p>　　D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端 </p><p>　　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） </p><p>　　LE 鎖存允許端 </p><p>　　O0-O7 輸出端</p><p>　　3.3.1.3 譯碼電路</p><p>　　8098單片機(jī)允許擴(kuò)展64K數(shù)

76、據(jù)存儲(chǔ)器（包括I/O口芯片），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，并且使程序存儲(chǔ)器各芯片之間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各芯片之間（包括I/O口芯片）地址互相不重疊，以使單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，避免發(fā)生沖突。當(dāng)8098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)地址選擇。</p><p>　　規(guī)則如下：<

77、/p><p>　　1）程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址。它們的地址可以重疊使用?？科x信號(hào)和控制信號(hào)：ALE、RD和WD區(qū)分訪問(wèn)對(duì)象。</p><p>　　2）外圍I/O芯片與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。外圍I/O芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫控制信號(hào)與讀/寫指令。</p><p>　　3）CPU訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器地址編碼CPU P4口提供高

78、8位地址（A8-A15），P3口經(jīng)外部地址鎖存器后提供低8位地址（A0-A7）。</p><p>　　地址譯碼的方法有兩種：線選法和全地址譯碼。</p><p>　　線選法：即把單獨(dú)的地址線（通常是P2口的某一根線）直接接到外圍芯片的片選端上,只要該地址線為低電平，就選中該芯片。若系統(tǒng)只擴(kuò)展少量的RAM和I/O接口芯片，可采用線選法。譯碼中未用到的地址位可設(shè)成“1

79、”或“0”。</p><p>　　全地址譯碼法：將低位地址線作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼，譯出的信號(hào)作為片選線。通常用于擴(kuò)展容量較大的系統(tǒng)。常用譯碼芯片是74LS138。</p><p>　　74LS138芯片如圖3.4 圖 3.4 74LS138芯片</p><p>　　表3.3 74LS138功能表

80、</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。最常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有6116(ZK×8)、6264(8K×8)兩種。</p><p>　　6264是：8K×8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，采甩CMOS工藝制造，單 +5V電源。額定功耗200mW，典型存取時(shí)間

81、為200ns，為28PIN雙列直插式(DIP)封裝，其引腳定義如圖3. 5所示，其引腳功能見(jiàn)表３.３。芯片功能表見(jiàn)表3.3</p><p>　　圖３. 5　６２６４引腳定義</p><p>　　表3.4 6264引腳功能表</p><p>　　由表3.3可以看出．6264芯片可由面?zhèn)€片選腳(CSl、CS2)、輸出允許(OE)、寫允許(WE)和地址線來(lái)控制寫入和讀出

82、數(shù)據(jù)。常用的幾種方法如下：</p><p>　　片選(CSl)控制方式</p><p>　　將地址線與8098單片機(jī)地址線相連，輸出允許(OE)、寫允許(WE)與8098的讀(RD),寫(WD)信號(hào)相連。片選(CS2)接高電平。地址譯碼線與片選(CS1)相連．其為低電平有效。在低電平持續(xù)一段時(shí)間后(如6264—200為200ns，)．該地址單元的數(shù)據(jù)就會(huì)被讀出或?qū)?shù)據(jù)口上的數(shù)據(jù)寫入該地址單

83、元。</p><p>　　片選(CS2)控制方式</p><p>　　這種工作方式與片選(CS1)控制方式基本相同，所不同的是片選(CS1)接低電平，片選(CS2)與地址譯碼線相連，其為高電平有效。</p><p>　　片選(CS1、CS2)組合控制方式</p><p>　　這種方法與前兩種方法所不同的是：可分別使用片選(CS1、CS2)進(jìn)行

84、譯碼，使得在無(wú)總線競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生時(shí)，線路連接有更大的靈活性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用片選(CSl)控制方式</p><p>　　3.3.3 EEPROM存儲(chǔ)器</p><p>　　EEPROM是一種電擦除電可編程的只讀存儲(chǔ)器。可作為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用，其主要優(yōu)點(diǎn)是能在應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行在線改寫．并能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。其有并行EEPROM和串行EEPROM

85、兩種類型，具體有如下特點(diǎn):</p><p>　　1) 采用+5V擦除的EEPROM后，通常不須設(shè)置單獨(dú)的擦除操作，可在寫入的過(guò)程中自動(dòng)擦除快速的擦除時(shí)間為200us，最長(zhǎng)的約需lOms左右，所以在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)首先查閱有關(guān)的手冊(cè)，確定擦除時(shí)間，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)確保有足夠的寫入時(shí)間。</p><p>　　2） 在采用并行EEPROM時(shí)，EEPROM可作為程序存儲(chǔ)器，按照EPROM的連接方法編址

86、，如果作為散據(jù)存儲(chǔ)器，則按照靜態(tài)RAM連接方法編址。</p><p>　　3） 在串行EEPROM芯片中，地址與數(shù)據(jù)的傳送方式都是串行方式，它們體積小，電路連接簡(jiǎn)單(兩線傳送或三線傳送)，價(jià)格低廉，不占用地址總線與數(shù)據(jù)總線，但是，數(shù)據(jù)傳送速率低。</p><p>　　常用的并行EEPROM型號(hào)有：28C16A(2K×8)，28Cl7A(2K×8)．28C64A(8K&#

87、215;8)等，本設(shè)計(jì)采用28C64A，其引腳定義見(jiàn)圖3.6、工作方式如表3.4所示</p><p>　　圖３. 6　2864引腳定義</p><p>　　表3.5 2864引腳功能表</p><p>　　2864與8098的接法與6264（RAM）與8098的接法基本相同，只不過(guò)2864只有一個(gè)片選端CE，它與74LS138的Y5輸出端相連。</p>

88、<p>　　3.4 I/O接口電路</p><p>　　8255A可編程I／O口及擴(kuò)展</p><p>　　在8098單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)其I／0口的使用應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合而確定。對(duì)于簡(jiǎn)單外設(shè)的輸入輸出，可使用I／0接口直接檢測(cè)／控制。但對(duì)比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)本身提供的I／O口顯然不夠使用．因此需要在單片機(jī)上擴(kuò)展I／0口來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求。最常用的并行接口芯片為8

89、255A。8255A是可編程的并行I／O接口芯片，它可用程序來(lái)改變功能，通用性強(qiáng)。使用靈活，通過(guò)它可直接將單片機(jī)總線接向外設(shè)。</p><p>　　3.4.1 8255A的結(jié)構(gòu)</p><p>　　8255A的原理如圖3.7所示．它有兩個(gè)8位并行端口PA和PB。還有兩個(gè)4位并行端口：PC的高4位和PC的低4位．每個(gè)端口均能通過(guò)控制寄存器編程確定為全部輸入或全部輸出，也可確定為指定的功能。

90、它的管腳采用40線雙列直播式封裝．內(nèi)部原理如圖3.7所示，引腳圖如圖3.8, 引腳功能見(jiàn)表3.6。</p><p>　　圖３. 7　8255A的原理圖</p><p>　　1）數(shù)據(jù)端口PA、PB、PC</p><p>　　8255A有三個(gè)8位并行口PA、PB、PC，它們都可以選擇為輸入或輸出工作方式，但在功能和結(jié)構(gòu)上有些差異。</p><p>

91、;　　PA口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器，一十8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　PB口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入輸出鎖存緩沖器．一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　PC口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器．一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入沒(méi)有鎖存)。</p><p>　　PA口和PB口可作為輸入輸出口．而PC口除了可作為輸入輸出口外，還可作為PA口、PP

92、,口狀態(tài)控制信號(hào)．</p><p>　　2） A組和B組控制電路</p><p>　　這是兩組根據(jù)8098命令控制8255A工作方式的控制電路。此外．還可根據(jù)8098的命令對(duì)PC口的每一位實(shí)現(xiàn)按位“復(fù)位”或“置位”。</p><p>　　A組控制PA口和PC4～PC7；</p><p>　　B組控制PB口和PC0～PC3。</p>

93、<p>　　圖３. 8　8255A引腳圖</p><p>　　3） 數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，它是8255A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口輸入輸出的數(shù)據(jù)、輸出指令以及CPU發(fā)出的控制字都是通過(guò)這十緩沖器傳送的。</p><p>　　4） 讀寫和控制羅輯</p><p>　　A0、A1和CS為8255A的口選擇信號(hào)和片選信號(hào)，RD及WR為對(duì)8255A

94、的讀寫控制信號(hào)。這些信號(hào)分別和8098單片機(jī)的地址線和讀寫信號(hào)線相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)8255A的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。這些控制信號(hào)的組合可以實(shí)現(xiàn)8098單片機(jī)對(duì)8255A的PA口、PB口、PC口和控制信號(hào)的尋址，見(jiàn)表3.6．</p><p><b>　　5） RESET</b></p><p>　　復(fù)位信號(hào)：高電平有效，置8255A于基本操作狀態(tài)，PA口、PB口及PC口均為輸

95、入方式。</p><p>　　表3.6 8255A端口選擇</p><p>　　3.4.2 8255A工作方式的選擇</p><p>　　8255A有三種基本的工作方式．</p><p>　　1) 方式0，基本輸入輸出方式。</p><p>　　2) 方式1 ，選通輸入輸出方式。</p><p

96、>　　3) 方式2，雙向傳送。</p><p>　　其工作方式的選擇由8098輸出的方式控制字來(lái)決定。</p><p>　　1） 方式選擇控制字</p><p>　　8255A工作方式的選擇由8098寫入一個(gè)控制字到8255A的控制寄存器來(lái)確定，方式控制字格式如圖3.9所示。</p><p>　　在方式選擇控制字中，D7=l是其特征標(biāo)志

97、位。這時(shí)，A組可選擇三種工作方式，方式0、方式1及方式2。而B組只能選擇方式0或方式1 。</p><p>　　若8255A編程A 口為方式0輸入，B 口為方式1輸出。PC7-PC4為輸出，PC3-PCO為輸入，則其程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　LDB AL，#95H ;取控制字</p><p>　　LD BX，#19BH ;取控制口地址</p>

98、;<p>　　STB AL，[BX] ;送控制宇</p><p>　　2） 端口C置位／復(fù)位控制字</p><p>　　在向控制寄存器寫入控制字時(shí)．如果D7=0，則是對(duì)端口C置位／復(fù)位的控制字，此時(shí)，由控制字的D3～D1指明對(duì)端口C的哪一位進(jìn)行操作，而D0位則指明對(duì)端口的操作是置位(DO=1)還是復(fù)位(D0=0)．D6～D4為任意值，不影響操作，這一功能可使8255A作

99、為位控接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的接位控制。</p><p>　　圖３. 9 8255A方式選擇控制字</p><p>　　例如：要使端口C的PC7=1，則控制字為OFH，而要使PC3=0，則控制字為06H。</p><p>　　設(shè)8255A的控制端口地址為19BH．其程序如下：</p><p>　　LDB AL，#0FH ；設(shè)置PC7=1的控

100、制字</p><p>　　LB BX．#19BH ；取控制口地址</p><p>　　STB AL，[BX] ；置PC7=l</p><p>　　LDB AL，．#06H ；設(shè)置PC3=0的控制字</p><p>　　STB AL，[BX] ;置PC3=0</p><p>　　3.4.3 825

101、5A 的工作方式</p><p>　　1) 方式0——基本輸入／輸出方式</p><p>　　在這種方式中．三個(gè)數(shù)據(jù)端口A、B、C(C分為兩個(gè)4位)通過(guò)方式選擇控制字可任意選擇其為輸人口或輸出口，且同一組的兩個(gè)端口也可分別定義為輸入口或輸出口，例如：A組的端口A定義為輸入口，而端口C的PC7～PC4則可定義為輸出口。</p><p>　　方式0的主要特點(diǎn)是：<

102、;/p><p>　　其有兩個(gè)8位端口A、B及兩個(gè)4位端口(端口C)，任一個(gè)端口可以作為輸入或輸出端口，各端口之間沒(méi)有規(guī)定必然的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。</p><p>　　方式O主要用于同步傳進(jìn)數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，這時(shí)．8098A 和外設(shè)都互相了解對(duì)方的工作狀態(tài)，不需要應(yīng)答信號(hào)．三個(gè)數(shù)據(jù)端口可實(shí)現(xiàn)三個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　2) 方式l——選通輸入／輸出方式</p>

103、;<p>　　在這種方式中，端口A和端口B要進(jìn)行輸入／輸出傳送時(shí)，必須利用端口C提供的選通信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)，而這些信號(hào)與端口C有著固定對(duì)應(yīng)關(guān)系，不可改變。</p><p>　　方式1的主要特點(diǎn)是：</p><p>　　１）　兩個(gè)8位數(shù)據(jù)輸人／輸出端口A、B在端口C的配合下工作。</p><p>　?。玻《丝贑中的3位用于端口A的輸入／輸出控制。3位用于

104、端口B的輸入／輸出控制，井提供中斷邏輯。</p><p>　?。常∪糁挥幸粋€(gè)數(shù)據(jù)端口工作于方式l，則另一個(gè)數(shù)據(jù)端口及端口C剩下的5位可工作于方式O；若兩個(gè)數(shù)據(jù)端口都工作于方式1，則端口C剩下的兩位可由程序指定作為輸入或輸出，也可進(jìn)行置位／復(fù)位操作。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，一片8255的PA口設(shè)定為輸入口，PA0-PA5信號(hào)來(lái)自面板六個(gè)琴鍵開(kāi)關(guān)：PA1-空運(yùn)行是驗(yàn)證程序用的；PA2

105、-自動(dòng)運(yùn)行用于加工；PA3-手動(dòng)速度有兩檔，用于點(diǎn)動(dòng)；PA4-回零是指刀架回零,PA0是編輯。同時(shí)PC0-PC3設(shè)定為輸出口，當(dāng)需要自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀時(shí)，由8155的PC0-PC3發(fā)出刀位信號(hào)，控制刀位電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)指定的刀位，刀架夾緊后，發(fā)出換刀回答信號(hào)，經(jīng)8155的PB5輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開(kāi)始進(jìn)給。PB0-PB6設(shè)定為輸入口，設(shè)有啟動(dòng)、暫停、單段、連續(xù)、急停等方式。PB5作為刀架電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換刀回答信號(hào)。PB6作為車削螺紋時(shí)的零位螺紋

106、信號(hào)。PC4接報(bào)警顯示。端口定義如圖3.10：</p><p>　　在本控制系統(tǒng)中，另一片8255的PA口設(shè)定為輸出口，輸出八路PWM調(diào)制波，經(jīng)光電隔離電路、功率放大電路，驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)元件GTR，使GTR實(shí)現(xiàn)快速通斷，無(wú)論何時(shí)，一相的4個(gè)GTR只有兩個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)，另外兩個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)，然后驅(qū)動(dòng)X，Z向的直流電機(jī)。PB口設(shè)定為輸入口：8098的P1.0-P1.7作為顯示器的段選信號(hào),PC0-PC5是輸出顯示器的位

107、選信號(hào),PB0-PB3四根線是鍵盤掃描輸入，PB4-PB7是兩個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)。對(duì)于PA口，PA3作為X向電機(jī)的選擇信號(hào)，PA7作為Z向電機(jī)的選擇信號(hào)。</p><p>　　3.4．4 顯示器的工作原理</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器）這里主要介紹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

108、應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖3.10。發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。當(dāng)顯示數(shù)字0時(shí)，只要a、b、c、d、e、f段亮，g不亮，即a、b、c、d、e、</p><p>　　圖３. 9 8255A 功能信號(hào)</p><p>　　f段的陽(yáng)極加上高電平“1”，g段的陽(yáng)極加上低電平“0”，公共陰極接低電平“0”，七

109、段顯示器則顯示“0”，如果加到各段陽(yáng)極上的代碼，則顯示器將會(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。</p><p>　　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)間的比例有關(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

110、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。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是使用存儲(chǔ)空間擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)LED，它使用兩片74LS373鎖存器動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)6塊LED數(shù)碼管。6塊數(shù)碼管相同數(shù)據(jù)段的輸入端相連并接到74LS373的輸出端上．另一片74LS373的6路輸出分別與6塊數(shù)碼管的選通端相連來(lái)控制由哪塊數(shù)碼管顯示。程序設(shè)置6個(gè)連續(xù)RAM中存放相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)．其后6個(gè)連續(xù)

111、內(nèi)存中存放顯示控制數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖３.10 7段LED顯示塊</p><p>　　3.4．5 鍵盤接口原理</p><p>　　鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是最簡(jiǎn)單的單片微機(jī)輸入設(shè)備。其工作原理如圖3.11：</p><p>　　圖中控制信號(hào)=“０”則開(kāi)放，可對(duì)鍵識(shí)別：</p><p>　　當(dāng)

112、鍵松開(kāi)，測(cè)試信號(hào)＝“１”</p><p>　　鍵閉合，測(cè)試信號(hào)＝“０”</p><p>　　控制信號(hào)＝“１”，禁止，不能對(duì)鍵進(jìn)行識(shí)別．</p><p>　　圖所示為４Ｘ４鍵盤結(jié)構(gòu)，圖中行線通過(guò)電阻接＋５Ｖ，當(dāng)鍵盤上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線斷開(kāi)，行線Ｘ０-Ｘ３（測(cè)試信號(hào)）都成高電平。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的行

113、線和列線短路。Y0-Y3相當(dāng)于控制信號(hào)。</p><p>　　由附圖所示，鍵盤為4X8鍵。鍵盤的列線用8255的PC口（PC0-PC7），是輸出口。鍵盤的行線由8255B口（PB0-PB3）擔(dān)任，是輸入口，鍵盤用8255的PC口進(jìn)行控制，對(duì)進(jìn)行鍵盤巡回掃描。</p><p>　　圖3.11 鍵盤控制原理圖</p><p>　　3.5 直流伺服電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)<

114、;/p><p>　　直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相對(duì)功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　3.5．1 直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類</p><p>　　直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類：直流伺服電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為電磁式和永磁式兩種。電磁式的磁場(chǎng)由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生；永磁式的磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)