第1頁共97頁一、總體方案設計機床工業(yè)是機器制造業(yè)的重要部門，肩負著為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學技術(shù)和國防現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務，是使現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)具有高生產(chǎn)率和先進的技術(shù)經(jīng)濟指標的保證。設計機床的目標就是選用技術(shù)先進。經(jīng)濟效果顯著的最佳可行方案，以獲得高的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，從事機床設計的人員，應不斷地把經(jīng)過實踐檢驗的新理論、新技術(shù)、新方法應用到設計中，做到既要技術(shù)先進、經(jīng)濟效益好、效率高。要不斷的吸收國外的成功經(jīng)驗，做到既要符合我國國情，又要趕超國際水平。要不斷的開拓創(chuàng)新，設計和制造出更多的生產(chǎn)率高、靜態(tài)動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維修容易、造型美觀、耗能少、成本低的現(xiàn)代化機床。設計本著以上原則進行，盡量向低成本、高效率、簡化操作、符合人機工程的方向考慮。（一）、主傳動的組成部分主傳動由動力源、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺等）部分組成。主傳動系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳動鏈。主傳動包括動力源（電動機）、變速裝置、定比傳動機構(gòu)、主軸組件、操縱機構(gòu)等十部分組成。1、動力源電動機或液壓馬達，它給執(zhí)行件提供動力，并使其獲得一定的運動速度和方向。2、定比傳動機構(gòu)具有固定傳動比的傳動機構(gòu)，用來實現(xiàn)降速、升速或運動聯(lián)接，本設計中采用齒輪和帶傳動。3、變速裝置傳遞動力、運動以及變換運動速度的裝置，本設計中采用兩個滑移齒輪變速組和一個背輪機構(gòu)使主軸獲得18級轉(zhuǎn)速。4、主軸組件機床的執(zhí)行件之一，它由主軸支承和安裝在主軸上的傳動件等組成，第2頁共97頁5、開停裝置用來實現(xiàn)機床的啟動和停止的機構(gòu)，本設計中采用直接開停電動機來實現(xiàn)主軸的啟動和停止。6、制動裝置用來控制主軸迅速停止轉(zhuǎn)動的裝置，以減少輔助時間。本設計中采用電磁式制動器。7、換向裝置用來變換機床主軸的旋轉(zhuǎn)方向的裝置。本設計中采用電動機直接換向。8、操縱機構(gòu)控制機床主軸的開停、換向、變速及制動的機構(gòu)。本設計中，開停、換向和制動采用電控制；變速采用液壓控制。9、潤滑與密封為了保證主傳動的正常工作和良好的使用壽命，必須有良好的潤滑裝置和可靠的密封裝置。本設計中采用箱外循環(huán)強制潤滑，主軸組件采用迷宮式密封。10、箱體上述個機構(gòu)和裝置都裝在箱體中，并應保證其相互位置的準確性。本設計中采用灰鐵鑄造箱體。11、刀架數(shù)控機床中為了實現(xiàn)對刀架的自動控制，采用制動轉(zhuǎn)位刀架。（二）、機床主要部件及其運動方式的選定主運動的實現(xiàn)根據(jù)設計要求，本設計采用分離式主傳動系統(tǒng)，包括變速箱、主軸箱兩部分。其中，變速箱與電動機至于機座內(nèi)，主軸箱與變速箱采用帶傳動連接。所有的變速都采用液壓操作。進給運動的實現(xiàn)本次所設計的機床進給運動均由單片機進行數(shù)字控制，因此在X、Y方向第3頁共97頁上，進給運動均采用滾珠絲杠螺母副，其動力由步進電機通過齒輪傳遞。齒輪的消隙采用偏心環(huán)調(diào)整。數(shù)字控制的實現(xiàn)采用單片機控制，各個控制按扭均安裝在控制臺上，而控制臺擺放在易操作的位置，這一點須根據(jù)實際情況而定。機床其它零部件的選擇考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟性，機床附件如油管、行程開關(guān)等，以及標準件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。（三）、機床的主要技術(shù)參數(shù)由設計任務書的要求，現(xiàn)將CJK6132經(jīng)濟型數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)及加工范圍技術(shù)參數(shù)列于下項目單位規(guī)格床身上最大回轉(zhuǎn)直徑MM320最大工件長度MM750最大切削直徑MM320最大切削長度MM750床鞍（滑板）上最大切削直徑MM250主軸前端錐孔莫氏6號錐度主軸孔徑MM350主軸轉(zhuǎn)速范圍R/MIN401800主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)18級主軸電機輸出功率（普通）KW5中心高距床身MM250距地面MM1130尾座套筒直徑MM65尾座套筒行程MM150尾座套筒錐孔錐度莫氏5號（四）、各組成部件的特性與所應達到的要求1床身第4頁共97頁機床床身采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵，內(nèi)部筋采用U形布局，床身整體剛性高?；瑒訉к壝娌捎弥蓄l淬火，淬硬層深。硬度達HRC52以上，拖板滑動面貼塑，使得進給系統(tǒng)的剛度，摩擦阻尼系數(shù)等動、靜特性都處于最佳狀態(tài)。2床頭箱結(jié)構(gòu)機床主傳動采用液壓操縱機構(gòu)，可實現(xiàn)十八級轉(zhuǎn)速。機床主軸箱內(nèi)的傳動齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動比穩(wěn)定，運轉(zhuǎn)噪音低。機床主軸為二支撐結(jié)構(gòu)，前支撐采用C級高精度軸承，潤滑油潤滑，提高了回轉(zhuǎn)精度，使機床主軸具有良好的精度和剛性。機床采用單片式電磁剎車離合器，解決主軸的剎車及離合問題，離合器安裝于床頭箱帶輪側(cè)，使床頭箱內(nèi)結(jié)構(gòu)大為簡化，便于維修。3進給系統(tǒng)機床兩軸進給系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動滾珠絲杠的典型傳動方式，在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動面處貼有TSF導軌板，滑動磨擦系數(shù)非常小，有助于提高了機床的快速響應性能及生產(chǎn)效率。在進給系統(tǒng)各滑動處及兩軸絲杠絲母處都設置了潤滑點。4刀架機床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。5尾座采用手動尾座6冷卻系統(tǒng)冷卻箱放在后床腿中。7卡盤機床標準配置為_250手動卡盤，8電氣系統(tǒng)電路的動力回路，均有過流、短路保護，機床相關(guān)動作都有相應的互鎖，以保障設備和人身安全。電氣系統(tǒng)具有自診斷功能，操作及維修人員可根據(jù)指示燈及顯示器等隨時觀察到機床各部分的運行狀態(tài)。9安全保護當機床遇到外部突然斷電或自身故障時，由控制電路的設計，機床可動進給軸，冷卻電機等如已在“啟動”狀態(tài)者，將進入“停止”狀態(tài)；如已在“停止”狀態(tài)第5頁共97頁的則不可自行進入啟動狀態(tài)，確保了機床的安全。另外由于機床計算機內(nèi)的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由電池供電保護的，所以，意外斷電或故障時，不會丟失計算機內(nèi)存儲的程序菜單。機床具有報警裝置及緊急停止按鈕，可防止各種突發(fā)故障給機床造成損壞。由于軟件的合理設計，報警可通過顯示器顯示文字及報警號，通過操作面板的指示燈指示；機床根據(jù)情況將報警的處理方式分為三類對緊急報警實行“急?！?；對一般報警實行“進給保持”；對操作錯誤只進行“提示”。第6頁共97頁二、機床主傳動設計（一）、主要技術(shù)參數(shù)的確定機床的主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機床參數(shù)中最主要的，它必須滿足以下要求A、直接反映出機床的加工能力和特性；B、決定其他基本參數(shù)值的大??；C、作為機床設計的出發(fā)點；D、作為用戶選用機床的主要依據(jù)。對于通用機床（包括專門化機床），主參數(shù)通常都以機床的最大加工尺寸表示，只有在不適用于用工件最大尺寸表示時，才采用其他尺寸或物理量。如臥式鏜床的主參數(shù)用主軸直徑，拉床用額定拉力等。為了更完整地表示出機床的工作能力和加工范圍，有時在主參數(shù)后面標出另一參數(shù)值，稱為第二主參數(shù)。如最大工件長度、最大跨度、主軸數(shù)和最大加工模數(shù)等。除主參數(shù)外，機床的主要技術(shù)參數(shù)還包括下列基本參數(shù)A、與工件尺寸有關(guān)的參數(shù)；B、與工、夾、量具標準化有關(guān)的參數(shù)；C、與機床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)；D、與機床運動特性和動力特性有關(guān)的參數(shù)。這些基本參數(shù)可以歸納為尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)三種。1尺寸參數(shù)尺寸參數(shù)是表示機床工作范圍的主要尺寸和工、夾、量具的標準化及機床結(jié)構(gòu)有關(guān)的主要參數(shù)。如普通車床橫刀架上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑，在相同中心高的情況下，這一尺寸參數(shù)既決定加工長工件的最大直徑，又決定刀架的厚度及其剛性。機床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容見下表（）。與工件主要尺寸有關(guān)的參數(shù)最大加工尺寸最大加工直徑或最大工件直徑，最大加工模數(shù)、螺旋角主軸通孔直徑最大加工長度或最大工件長度最大工件安裝尺寸。如工作臺尺寸、主軸端面至工作臺面最大距離、主軸中心線至工作臺面最大距離或立柱間距等第7頁共97頁最小工件加工尺寸。如主軸中心線至工作臺面距離、最小車削直徑、最小磨削外徑或孔徑等部件運動尺寸范圍刀架、工作臺、主軸箱、橫梁的最大行程刀架、工作臺、砂輪（導輪）箱或搖臂的最大回轉(zhuǎn)角度與工、夾、量具標準化有關(guān)的參數(shù)主軸或尾架套筒的錐孔大小工件頭架或尾架的頂尖安裝錐度刀桿斷面尺寸、刀夾最大尺寸、安裝的刀具直徑工作臺T型槽的尺寸和數(shù)目與機床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)床身或搖臂的導軌寬度花盤或圓工作臺的直徑主軸中心線或工作臺面至地面的高度機床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容機床的主參數(shù)主要決定于工件的尺寸。對于各類通用機床，已在調(diào)查研究各種工件的基礎(chǔ)上制定出了機床的參數(shù)標準，設計時應該遵照執(zhí)行。專用機床的主參數(shù)則基本上可以根據(jù)工件尺寸決定。主參數(shù)系列采用優(yōu)先數(shù)系，這樣做有如下好處（1）優(yōu)先數(shù)按等比級數(shù)分級，能在較寬的范圍內(nèi)以較少的品種，經(jīng)濟合理地滿足用戶的需要，即可把產(chǎn)品的品種規(guī)格限制在必需的最少范圍內(nèi)。（2）優(yōu)先數(shù)系具有各種不同公比的系列，因而可以滿足較密和較疏的分級要求。隨著形勢的發(fā)展，可以通過插入中間值使較疏的系列變成較密的系列，而原來的項值保留不變。在參數(shù)范圍很寬時，根據(jù)經(jīng)濟性和需要量等不同的條件，還可以分段選用最合適的基本系列（即選用不同的公比），以復合系列的形式組成最佳系列。（3）優(yōu)先數(shù)系是國際上統(tǒng)一的數(shù)值制度，有利于國際的標準化。其他尺寸參數(shù)一般根據(jù)主參數(shù)來確定。但由于機床的使用情況比較復雜，這些尺寸參數(shù)的確定還有相似分析法和圖解分析法及回歸分析法。由此可以得到CK6140數(shù)控車床的尺寸參數(shù)如下表所示參數(shù)項目單位數(shù)值床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑MM320刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑MM160主軸通孔直徑MM35第8頁共97頁主軸錐孔莫氏NQ6尾架頂尖套錐孔莫氏NQ5最大工件長度LMM750刀桿截面尺寸MM20202運動參數(shù)運動參數(shù)包括機床主運動（切削運動）的速度范圍和級數(shù)，進給量范圍和級數(shù)以及輔助運動的速度等，它是由加工表面成形運動的工藝要求所決定的。主軸極限轉(zhuǎn)速和變速范圍對于主運動為回轉(zhuǎn)運動的機床，主軸極限轉(zhuǎn)速為MIN10MINAXMAXRDVNIAXIIN式中的或不是該機床可能加工的的最小或最大直徑，而是認為是在MINDAX機床全部工藝范圍內(nèi)可以用最大切削速度來加工時的最小工件直徑和用最MAXV小切削速度來加工時的最大工件直徑，這樣才能得出合理的極限轉(zhuǎn)速值。MINV（1）極限切削速度VMAX、VMIN根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮工序種類、工藝要求、刀具和工件材料等因素。允許的切削速度極限參考值如下表所示加工條件MAXVMINV硬質(zhì)合金刀具粗加工80120硬質(zhì)合金刀具半精加工或精加工150250高速鋼刀具低速光刀存儲器芯片所要求的讀取時間4常用的存儲器芯片A、常用的程序存儲器ROM芯片及其引腳的功能EPROM芯片，典型的有2716、2732、2764、27128、這里我們選用的是EPROM2764芯片它的容量8KB8讀取時間為250MS引腳功能（28腳）下面介紹它的引腳功能電源線VCC5V、VPP編程的電源線、GEND接地數(shù)據(jù)線8條D0D7地址線13條A0A12控制線片選端線（或片選信號線，低電平有效）CE數(shù)據(jù)輸出選通信號線，低電平有效O編程冒充輸入端。只對8751有效PGMB、常用的RAM芯片及其引腳功能常用的有SRAM6116、6264這里我們選用的是6264下面介紹它的引腳功能，讀取時間為250MS，28腳雙列直接封裝的芯片電源線VCC、GND地址線13腳A0A12數(shù)據(jù)線8腳D0D74控制線第56頁共97頁片寫信號線（片選端）1CSE片寫信號線（片選端）2讀控信號線低電平有效O寫控信號線低電平有效WE5）存儲器擴展的常用芯片地址存儲器為什么要用地址存儲器P0地址/數(shù)據(jù)復用常用地址鎖存器74LS373、74LS273等芯片我們這里選用的是74LS373下面介紹74LS373鎖存器引腳功能20腳電源線VCCGND輸入輸出線輸入線D0D7輸出線Q0Q7控制線片選端線當0時鎖存輸出，當1時輸出成高阻態(tài)AOEEOEG鎖存線當G0時D0D7的信息輸入Q0Q7的低，B8為地址鎖存到鎖存器中，當G1時鎖存器輸出端（Q0Q7）狀態(tài)和輸入，端D0D7狀態(tài)相同2程序器的擴展（1）類型容量速度。MCS51芯片（8301）用晶體頻率為12HZ240MS（2）擴展的方法擴展一片，EPROM（擴展8個KB）包括地址線，控制線，數(shù)據(jù)線其中控制線包括地址鎖存ALE、片選端、輸出允許端CEOE兩片16KBEPROM第57頁共97頁3、數(shù)據(jù)存儲器的擴展數(shù)據(jù)存儲器的擴展跟地址存儲器差不多，我們需要注意下面幾點引腳的功能就可以了就可以了。在這里不詳細、1CSWEO、2介紹了。4、存儲器地址空間的分配線選法線選法尋址譯碼器選址部分譯碼法A全部譯碼法B5、I/O接口的擴展1）概述簡單I/O接口的擴展通過可編程通用I/O擴展芯片來擴展通過串行口來擴展簡單I/O口擴展我們采用總線擴展法、或不可編程芯片擴展采用普通TTL芯片擴展構(gòu)成輸出口時，接口芯片應該具有鎖存的功能構(gòu)成輸入口時，接口芯片應該具有三態(tài)緩沖和鎖存功能擴展入口的典型芯片有74LS373、244、245擴展出口的典型芯片有74LS372、27374LS245三態(tài)邏輯緩沖器，總線雙向擴展芯片1電源線VCC、GND輸入輸出線A0A7、BOB7控制線片選端，低電平有效。CE方向控制端DIR當0時、0，數(shù)據(jù)從ABI第58頁共97頁當0時、1時，數(shù)據(jù)從BACEDIR74LS244三態(tài)邏輯緩沖器總線單向擴展芯片2它的引腳有1A11A42A12A41Y11Y42Y12Y4用控制、1G21CE274LS2738D鎖存器3輸入線D0D7輸出線Q0Q7控制線CLK選通端CLR清零端P26和同時有效時，通過244輸入按鍵的數(shù)據(jù)RDP27和同時有效時，273輸出數(shù)據(jù)顯示W(wǎng)2）利用專用芯片來擴展（8155可編程多功能芯片I/O的擴展）8155引腳功能18155片內(nèi)含有256個字節(jié)RAM1個14位定時/數(shù)據(jù)器和兩個8位，一個16位可編程并行I/O口多功能通用接口芯片8155/8156都是40腳雙列直接封裝引腳功能2電源線VCC、VSS地址/數(shù)據(jù)線AD0AD7。ALE1時輸出的是地址，ALE0時或其它是數(shù)據(jù)端口線PA0PA7、PB0PB7、PC0PC5、控制線ALE地址鎖存線IO/MIO與存儲器選擇線。當IO/M為高電平時作I/O口用當IO/M為低電平時，作存儲器用（數(shù)據(jù)）片選端/CE低電平有效（8155）CE（8156）高電平有效CE第59頁共97頁讀寫線RDWRST信號傳入復位端定時TIMIN輸入TIMOUT輸出38155工作方式作片外RAMIO/M0時用做擴展I/O使用IO/M1時作定時數(shù)據(jù)器用4）8155與單片機的連接詳細情況見所畫電路圖5）8255可編程擴展并行I/O接口8255結(jié)構(gòu)特點（可編程通用并行的輸入輸出標準的借口芯片）140腳雙列直接封裝由單一的5V電源供電有三個8位并行I/O口PA、PB、PC口具有三種工作方式使用靈活方便通用性強8255引腳功能2電源線VCC、VSS、GND數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)輸入線D0D7數(shù)據(jù)輸出線PA0PA7PB0PB7數(shù)據(jù)信號線PC0PC7尋址線、A0和A1CS片選線低電平有效A0和A1地址線與對應的地址總線相連（AO/A1）8031與8255相連，這里不在重復，詳細見電路圖3（六）、鍵盤及鍵盤接口設計鍵盤可分為獨立式鍵盤、矩陣式鍵盤、撥碼式鍵盤。工作方式可分為掃描式，中斷式編程掃描式、定時掃描式1）、獨立式鍵盤及鍵盤設計按鈕相互獨立，每個按鍵個接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作1狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。它有其優(yōu)點與缺點優(yōu)點配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單第60頁共97頁缺點每個按鍵需要一口線用擴展I/O接口來搭獨立式鍵盤2采用8155或8255擴展I/O來搭接獨立式鍵盤采用TTL芯片2）、矩陣式鍵盤及鍵盤接口設計矩陣式鍵盤工作原理。由行線和列線組成1矩陣式鍵盤工作方式。掃描方式（循環(huán)掃描和定時掃描）、中斷方式2用擴展I/O接口來搭接3本設計采用矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列交叉點上。如一個44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16個按鍵的鍵盤等等。在按鍵數(shù)量較多時，矩陣鍵盤比獨立鍵盤節(jié)省了很多I/O口。按鍵設置在行、列線分別連接到按鍵開關(guān)兩端。行線通過上拉電阻接到5V上。平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，而當有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平亦為高。這一點是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列電平。所以，必須將行、列線信號配合起來并作適當?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，所以分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號將是非常直觀的。（七）、顯示器接口設計在單片機系統(tǒng)中，常用的顯示器有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED。LED顯示塊由發(fā)光二極管顯示字段組成，有7段和“米”字型之分，一片顯示塊顯示一位字符。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。由于7段LED顯示塊有7個段發(fā)光二極管，所以其字形碼為一個字節(jié)；第61頁共97頁“米”字形LED顯示塊有15段發(fā)光二極管，所以字形碼為兩個字節(jié)。由N片LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器，共有N根位選線和8N根段選線，根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。在多位LED顯示時，為了節(jié)省I/O口線，簡化電路，降低成本，一般采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式是一位一位地分別輪流點亮各位顯示器，對每位顯示器來說，每隔一段時間輪流點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關(guān)，也與點亮和熄滅時間的比例有關(guān)。這種顯示方式將七段LED顯示器的所有段選位并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，實現(xiàn)各位顯示器的分時選通。下圖是LED顯示器采用共陰極方式，6個顯示器的段選碼由8155的PB口提供，位選碼由8155的PA口提供（PA口同時也提供行列式未編碼鍵盤的列線），行列式未編碼鍵盤的行線由PC口提供。圖中設置了36個鍵。如果繼續(xù)增加PC口線，設全部PC口線（PC0PC5）用作鍵盤的行線，全部PA口線（PA0PA7）作鍵盤列線，則按鍵最多可達86個。下圖中8155的PB口掃描輸出總是只有一位為高電平，即PB口經(jīng)反相后僅有一位公共陰極為低電平，8155的PA口則輸出相應位（PB口輸出為高對應的位顯示器）的顯示數(shù)據(jù)，使該位顯示與顯示緩沖器相對應的字符，而其余各位均為熄滅，依次改變8155的PB口輸出為高的位，PB口輸出對應的顯示緩沖器的數(shù)據(jù)。第62頁共97頁123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE29MAY2004SHEETOFFILEG業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)PROTEL業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)DDBDRAWNBYABCDEFGH5V5V100851K6AD012PA021AD113PA122AD214PA223AD315PA324AD416PA425AD517PA526AD618PA627AD719PA728PB029CE8PB130RD9PB231WR10PB332IO/M7PB433ALE11PB534PB635PB736TMROUT6PC037PC138TMRIN3PC239PC31PC42RESET4PC558155（八）、步進電機控制電路環(huán)行分配器1）常用的環(huán)行分配器三相、四相、五相、六相。在本次設計中，X向及Y向均選用的是YB015環(huán)行分配器181腳雙列直插。先通輸控制，低電平有效，用來控制分配器是否輸出孫許脈沖。0E清零端低電平有效，輸出脈沖前對環(huán)行分配器必須清零，使分配器R正常工作。A0、A1通電方式控制端當A0、A10分配器以五相五拍工作當A00、A11五相雙五拍工作第63頁共97頁當A01、A10五相雙五拍工作選通輸入控制，低電平有效21EEP時鐘電路脈沖輸入端2）環(huán)行分配器與8031，步進電機連接、兩個輸入控制端，低電平有效。1EA0、A1通電方式控制端。A0、A10時四相四拍，應接地E0是選通輸出控制端，由8031、P11、P14來控制、方向控制端，由8031PA0、P13來控制CP時鐘脈沖輸入端，由8155上TIMOUT提供R清零端，由8031P15提供第64頁共97頁3步進電機開環(huán)驅(qū)動原理每輸入一個脈沖,步進電機就前進一步,因此,它也稱作脈沖電動機其種類很多,但主要分三大類反應式步進電動機,永磁式步進電動機,以及永磁感應式步進電動機反應式電動機結(jié)構(gòu)最簡單,是應用最廣泛的一種按控制繞組的相樹分有三相,四相,五相,六相等等無論哪種步進電動機,他們的工作原理都有相同之處數(shù)字式脈沖信號控制定子磁極上的控制繞組,按一定順序依次通電,在頂子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進式的磁極軸旋轉(zhuǎn)步進電動機主要用于開環(huán)系統(tǒng),當然也可以閉環(huán)系統(tǒng)下圖是步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖,它由以下幾部分組成123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE29MAY2004SHEETOFFILEG業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)PROTEL業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)DDBDRAWNBY業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)ABC業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)脈沖信號源是一個脈沖發(fā)生器,通常脈沖頻率連續(xù)可調(diào),送到脈沖分配器的脈沖個數(shù)和脈沖頻率由控制信號控制因脈沖頻率可調(diào),也稱為變頻信號源脈沖分配器脈沖按一定的順序送到功率放大器中進行放大，驅(qū)動步進電動機工作用硬件進行脈沖順序的分配，有時稱為環(huán)行分配器，也簡稱環(huán)分功率放大器將脈沖分配器送來的脈沖放大，使步進電動機獲得必要的功率步進電動機伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它帶動工作機構(gòu)，如減速裝置，絲桿，工作臺脈沖分配對每一個五相步進電動機而言，其脈沖分配方式是五相十拍的的其五第65頁共97頁相分別用，表示五相十拍的運行方式是順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步轉(zhuǎn)動要改變步進電動機的轉(zhuǎn)動方向，只需改變通電的順序即可脈沖分配器是將脈沖電源按規(guī)定的通電方式分配到各相，該分配可由硬件來實現(xiàn)在微機控制中，脈沖的分配也可由軟件來完成，五位分別輸出時序脈沖，經(jīng)光電隔離、驅(qū)動放大使步進電機運轉(zhuǎn)延時的長短決定了步進電動機運行一拍的時間，也就決定了步進電機的轉(zhuǎn)速4驅(qū)動電路由微機根據(jù)控制要求發(fā)出的脈沖，并依次將脈沖分配到各相繞組，因其功率很小，電壓不足，電流為M級，必須經(jīng)過驅(qū)動器將信號電流放大到若干安培，才能驅(qū)動步進電動機因此，步進電機驅(qū)動器實際上是一個功率放大器驅(qū)動器的質(zhì)量直接影響步進電動機的性能，驅(qū)動器的負載是電機的繞組，是強電感應負載對驅(qū)動器的主要要求是失真要小，要有較好的前后沿和足夠的幅度；效率要高；工作可靠；安裝調(diào)試和維修方便下圖是一個A繞組的高低壓驅(qū)動電路，脈沖變壓器P組成高壓控制電路。第66頁共97頁123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE29MAY2004SHEETOFFILEG業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)PROTEL業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)DDBDRAWNBYT4TPLAUH80VUL12V47KT11001KT2202003TEXTD4TEXTD3D1D2業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)無脈沖輸入時，均截止，電機繞組A中無電流通過，電機不轉(zhuǎn)有脈沖輸入時，飽和導通，在由截止到飽和期間，其集電極電流也就是脈沖變壓器的初級電流急速增加，在變壓器次級感應一個電壓，使導通，高壓經(jīng)高壓管加到繞組A上，使電流迅速上升，約經(jīng)數(shù)百微妙，當進入穩(wěn)壓狀態(tài)后，P初級電流暫時恒定，次級的感應電壓降到，截止，這時低壓電流經(jīng)加到繞組A上，維持A中的電流為恒定值輸入脈沖結(jié)束后，又均截止，儲存在A中的能量通過的電阻和二極管泄放，的電阻的作用是減小放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形后沿由于采用高低壓驅(qū)動，電流增長快，電機的力矩和運行頻率都得到改善，第67頁共97頁但由于電機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的反電動勢，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降5光電隔離電路設計為了避免外部設備的電源干擾，防止被控對象電路的強電反竄，通常采取將微機的前后向通道與被連模塊在電氣上的隔離的方法。過去通常隔離變壓器或中間繼電器來實現(xiàn)，而目前已廣泛被性能高、價格低的光電耦合器來代替。光電耦合器是把發(fā)光元件與受光元件封裝在一起，以光作為媒體來傳輸信息的。其封裝形式有管形，雙列直插式、光導纖維連接等。發(fā)光器件一般為砷化鎵紅外發(fā)光二極管。光電耦合器具有以下特點信號采取光電形式耦合，發(fā)光部分與受光部分無電氣回路，絕緣電阻高達10101012，絕緣電壓為10005000V，因而具有極高的電氣隔離性能，避免輸出端和輸入端之間可能產(chǎn)生的反饋和干擾。由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動器件，動態(tài)電阻很小，對系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾信號形成低阻抗旁路，因此抗干擾能力強，共模抑制比高，不受磁場的影響，特別是用于長線傳輸時作為終端負載，可以大大地提高信噪比。光電耦合器可以耦合零到數(shù)千赫的信號，且響應速度快（一般為幾毫秒，甚至少于10NS），可以用于高速信號的傳輸。下圖的光電耦合器是采用硅光電二極管作受光元件。其CTR為10100，脈沖上升和下降時間小于5S，輸出電路飽和壓降?。?2V03V），電路構(gòu)件簡單，是目前應用較多的一種，主要用于驅(qū)動TTL電路、傳輸線隔離、脈沖放大等。晶體管輸出型的光電耦合器用于開關(guān)信號耦合時，發(fā)光二極管和光電晶體管平常都處于關(guān)斷狀態(tài)。在發(fā)光二極管通過電流脈沖時，光電晶體管在電流脈沖持續(xù)的時間內(nèi)導通。下圖是使用4N25光電耦合器的接口電路，這里4N25起到耦合脈沖信號和隔離單片機8031系統(tǒng)與輸出設備電氣回路的作用，使兩部分的電流相互獨立。輸出部分的地線VSS接地殼或大地，而單片機的電源地線（GND）浮空，這樣可以避免輸出部分電源變化對單片機電源的影第68頁共97頁響。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE4JUN2004SHEETOFFILEG業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)PROTEL業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)DDBDRAWNBYVCCVCC5VR12003K業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)R2業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)九、部分控制程序1直線圓弧插補程序設計在機電設備中，執(zhí)行部件要實現(xiàn)平面斜線和圓弧曲線得路徑運動，必須通過兩個方向得合成來完成，在數(shù)控機床中，這是由X，Y兩個方向運動得工作臺，按照插補控制原理實現(xiàn)得。插補原理在有關(guān)課程中學過。2直線插補程序ORG2000HMAINMOVSP，60HLP4MOV28H，0C8H；XEMOV29H，0C8H；YEMOV2AH,00HXMOV2BH,00HYMOV2EH,00HFMOV70H,0AHLP3MOVA,2EHJBACC,7,LP1MOVA,70HSETBACC0CLRACC2第69頁共97頁MOV70H,ALCALLMOTR；調(diào)步進電機得控制子程序，X方向進給一步SUBBA。29H；FYEINC2AH；X1AJMPLP2LP1MOVA，70HSETBACC。2CLRACC0；LCALLMOTR；調(diào)步進電機得控制子程序，Y方向進給一步LCALLDELAYMOVA，2EHADDA，28H；FYLP2MOV2EH，AMOVA，28HCJNEA，2AH，LP3；XEXRET程序中MOTR為步進電機得控制子程序。如用硬件實現(xiàn)環(huán)分。如采用環(huán)形分配器，則需要由軟件程序完成硬件環(huán)分得功能，見步進電機控制程序設計。3圓弧插補程序得設計XLEQU18HXHEQU19HYLEQU28HYHEQU29HXELEQU1AHXEHEQU1BHYELEQU2BHFLEQU2CH第70頁共97頁FHEQU2DHORG2400HMAINMOVSP，60H；MOV70H，08H；MOVXL，80H；XLMOVXH，0CH；XHMOVYEL，80H；YELMOVXEL，00H；XELMOVXEH，00H；XEHMOVYL，00H；YLMOVYH，00H；YHMOVFL，00H；FLMOVFH，00H；FHLP3MOVA，F(xiàn)HJNBACC7，LP1MOVA，70HSETBACC2CLRACC0；LCAALMOTR；MOVR1，28H；MOVR0，1CH；MOVR7，02H；LCALLMULT2；2YADDCLRCMOVA,FLADDCA,1CHMOVFL,AMOVA,FHADDCA,1DHF2YMOVFH,A第71頁共97頁CLRCMOVA,YLADDA,00HMOV28H,AMOVA,YHADDCA,00HMOVYH,ACLRCMOVA,FLADDA,01HMOVFL,AMOVA,FHADDCA,00HMOVFH,AF2Y1AJMPLP2MOVA,70HSETBACC0MOV70H,ALCALLMOTRMOVR1，18H；XLMOVR0，1CHMOVR702HLCALLMULT2，2SUBCLRCMOVA，1CHSUBBA，F(xiàn)LMOVFL，AMOVA，F(xiàn)HSUBBA，1DH第72頁共97頁MOVXL，AMOVA，XLSUBBA，00HMOVXH，A；X1CLRCMOVA，F(xiàn)LADDA，01HMOVFL，AMOVA，F(xiàn)HADDCA，00HMOVFH，A；F2X1LP2MOVA，YHCJNEA，YEH，LP3A；YHYEMOVA，YLCJNEA，YE，LP3A；YLYELLP3AAJMPLP3ORG2500HMULT2PUSHPSW；雙字節(jié)乘2子程序PUSHAPUSHBCLRCMOVR2，00HSH1MOVA，R1MOVB,02HMULABPOPPSWADDCA,R2MOVR0,AINCR0INCR1第73頁共97頁DJNZR7,SH1POPBPOPPSWRET4、LED動態(tài)顯示程序設計本設計中采用LED動態(tài)顯示方式其電路接口電路形式為數(shù)碼管是八位共陰極，所以發(fā)光時字形驅(qū)動輸出“1”有效，位選驅(qū)動輸出“0”有效。對8155來講，字形碼輸出“0”有效，位選掃描電平為“1”有效。各數(shù)碼管雖然是分時輪流通電，但由于發(fā)光管具有余輝特性及人眼具有視覺暫留作用，所以適當選取循環(huán)掃描頻率時，看上去所以的數(shù)碼管是同時亮的，察覺不出有閃爍現(xiàn)象。不過這種方式數(shù)碼管不宜太多，一般在8個以內(nèi)，否則每個數(shù)碼管所分配到實際導通的時間會太少，使得亮度不足。通常第74頁共97頁采用動態(tài)顯示字形碼輸出及位選信號輸出因經(jīng)過驅(qū)動后再與數(shù)碼管相連。以下是對LED動態(tài)顯示電路的程序設計LED動態(tài)顯示接口MODPUSHACC；保護現(xiàn)場PUSHDPHPUSHDPLSETBRS0MOVR0，CWR；指向8155控制口MOVA，4DH；設置8155工作方式字MOVXR0,A；設A口、C口都為輸入DIRMOVR0，DIS5；指向顯示緩沖區(qū)首單元MOVR6，20H；選中最左數(shù)碼管MOVXR7，00H；設定顯示時間MOVDPTR，TAB；指向字形表首址DIRIMOVA，00HMOVR1，POC；指向8155A口（字形口）MOVXR1,AMOVXA,R0；取要顯示的數(shù)MOVCA，ADPTR；查表得字形碼MOVR1，POA；指向8155A口（字形MOVR1，A；送字形碼MOVA，R6；取位選字MOVR1，POC；指向位選口MOVR1，A；送位選字HEREDJNZR7，HERE；延時INCR0；更新顯示緩沖單元CLRCMOVA，R第75頁共97頁RRCA；位選字移位MOVR，AJNZDIR1；未掃描完繼續(xù)循環(huán)CLRRS0；恢復現(xiàn)場POPDPLPOPDPHPOPACCRETTABDB3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07；07DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H；80FH5、串行擴展口的鍵盤、顯示器接口電路軟件設計此接口電路能實現(xiàn)的軟件功能是上電后要求第一位顯示器顯示提示符“H”，然后等待鍵輸入。在按“0”或“1”鍵后將分別轉(zhuǎn)入0鍵功能和1鍵功能程序。程序框圖如下第76頁共97頁串行口擴展的鍵盤、顯示接口電路MAINCLRP14清顯示SETBP13開顯示輸入SETBP14開顯示MOVSCON,00H設串口方式為0MOVA，76H；“76H”為H的段代碼MOVSBUF，A；段選碼串行輸入STPJNBT1，STP；輸出等待CLRT1；清發(fā)送完標準，準備下次發(fā)送CLRKET；調(diào)鍵盤子程序MOVDPRT，PL0；置散轉(zhuǎn)入地址表第77頁共97頁MOVR2，A；鍵值送R2ADDA，R2；由于LJMP為三字節(jié)指令，需對鍵值；進行修正，以形成正確的散轉(zhuǎn)入口偏；移量ADDA，R2JMPADPTRKEYMOVA，00H；送全掃描字，判斷是否有鍵按下MOVSBUF，A；全掃描字從串行口輸入STP2JNBT1，STP2；等待發(fā)送CLRT1STP3JBP15，STP；若無鍵按下，等待LCALLTIME；若有鍵按下，調(diào)延時子程序消抖動JBP15，STP；是鍵抖動，返回鍵等待MOVR7，08H；查鍵號初始化，列數(shù)R7MOVR6，0FEH；首列掃描子R6MOVR3，00H；首列偏移量R3MOVA，R；送列掃描字KEYSMOVSBUFASTP4JNBT1，STP4CLERT1JBP15，NEXT；若此鍵按下，準備查詢下一列MOVA，00H；若此列鍵按下，送全掃描字MOVSBUF，ASTP5JMBT1，STP5CLRT1STP6JNBT1，STP；等待鍵釋放，若鍵未釋放，等待第78頁共97頁MOVA，R3；鍵號送ARETNEXTMOVA，R6RLAMOVR6，AINCRDJNZR7，KEYS；8列未查完，返回再查LJMZKEY；8列查完返回鍵掃描子程序入口散轉(zhuǎn)入口地址表PLO00HLJMPPLGM0；PLGM0為00鍵子程序入口地址PLO03HLJMPPLGM1；PLGM0為01鍵子程序入口地址6、步進電機控制步進電機的驅(qū)動方式采用高低壓驅(qū)動，即在電機移步時，加額定或超過額定值的電壓，以便在較大的電流驅(qū)動下，使電機快速移動；而在鎖步時，則加低于額定值的電壓，只讓電機繞組流過鎖步所需的電流值。這樣，既可減少限流電阻的功率消耗，又可以提高電機的運行速度。步進電機控制的最大特點是開環(huán)控制，不需要反饋信號，因為步進電機的運動不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差。在五相十拍得程序中，P1口輸出的控制字是在程序中給定的。在五相十拍的控制中，由于控制字較多，故把這些控制字以表的形式預先存放在內(nèi)部RAM單元中，運行程序時以表的方式逐個取出并輸入。假定正反轉(zhuǎn)控制字依次存放在以POINT為首地址的內(nèi)部RAM中，表中內(nèi)容如下POINTDB01H正轉(zhuǎn)ADB02H；ABDB03H；BDB04H；BC第79頁共97頁DB05H；CDB06H；CDDB07H；DDB08H；DEDB09H；EDB10H；EADB00H；循環(huán)標志DB01H；反轉(zhuǎn)ADB10H；AEDB09H；EDB08H；EDDB07H；DDB06H；DCDB05H；CDB04H；CBDB03H；BDB02H；BADB00H；循環(huán)標志程序ROUTNJBF0，LOOP2；判正反轉(zhuǎn)MOVR1，POINT；建立正轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)指針LOOP1MOVA。R1；讀控制字JZLOOP；結(jié)束符轉(zhuǎn)MOVP1，AACALLDELAY；延時INCR1；數(shù)據(jù)指針加1AJMPLOOP1；循環(huán)LOOP2MOVA，POINT；建立反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)指針ADDA，06H第80頁共97頁MOVR1，AAJMPLOOP1LOOP3DJNZR0，ROUTN；判步數(shù)到否RET（控制字表略）PLEASECONTACTQ3053703061GIVEYOUMOREPERFECTDRAWINGS第81頁共97頁第82頁共97頁7、自動轉(zhuǎn)位刀架控制T01T04刀位信號有效電平為高。當其中的一個信號為高電平時，表示此時的刀架處于該刀號位置。連接圖如下所示刀架定位采用NPN型霍爾接近開關(guān)元件發(fā)信號，當磁頭通過霍爾元件感應頭時，霍爾元件導通，發(fā)出到位信號給系統(tǒng)。其內(nèi)部為集電極開路形式，需在信號發(fā)送端接2K/1W上拉電阻。如下圖第83頁共97頁換刀過程中，刀架到位后關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)輸出信號（TL），延遲參數(shù)037號設定的時間后系統(tǒng)輸出刀架反轉(zhuǎn)信號（TL），其寬度為參數(shù)038號設定的時間，之后系統(tǒng)關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)鎖緊信號（TL），T代碼指令結(jié)束。程序繼續(xù)執(zhí)行下一程序段。開機置初值時，034，037，038，039的初值設定如下參數(shù)號含義時間初值034刀架正轉(zhuǎn)最長時間TCTMX換刀極限時間80秒80000（單位為毫秒）037刀架正轉(zhuǎn)停止到反轉(zhuǎn)開始的延時時間T105秒496（單位為毫秒）038刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時間TLOCK05秒496（單位為毫秒）039總刀位數(shù)選擇4（單位刀位數(shù)）在顯示屏幕的左下角的T顯示當前指令的T代碼及刀補號。開機時，T代碼為上次刀號值。當換刀正常結(jié)束時，系統(tǒng)自動修改此值。當指令T代碼后，由于某種原因刀架沒有到位時，T顯示換刀前的刀號值不變。當指令的刀號與顯示刀號一致時，系統(tǒng)不進行換刀。手動換刀時，在換刀結(jié)束后，T代碼才修改為新的值。換刀時序圖如下第84頁共97頁圖中TCTMX等是參數(shù)設置的時間參數(shù)。刀架到位信號（T08T01），由003號參數(shù)的TSGN位設定為高或低電平有效。TSGN0刀架到位信號高電平有效。（常開）1刀架到位信號低電平有效。（常閉）（3）ESP1緊急停止信號該信號為常閉觸點信號。當觸點斷開時，控制系統(tǒng)復位，并使機床緊急停止。通常這個信號由按鈕開關(guān)的B觸點指令。產(chǎn)生急停后，系統(tǒng)準備好信號MRDY將斷開。同時封鎖運動指令輸出。本系統(tǒng)具有軟件限位功能以進行超程檢查，可以不安裝超程檢查限位開關(guān)。但是，當驅(qū)動器產(chǎn)生故障，使機床的運動超出軟件限位的范圍時，為使機床能停止運動，必須安裝行程限位開關(guān)。連接圖如下所示第85頁共97頁第86頁共97頁五、外文資料翻譯STRESSANDSTRAIN1INTRODUCTIONTOMECHANICSOFMATERIALSMECHANICSOFMATERIALSISABRANCHOFAPPLIEDMECHANICSTHATDEALSWITHTHEBEHAVIOROFSOLIDBODIESSUBJECTEDTOVARIOUSTYPESOFLOADINGITISAFIELDOFSTUDYTHATISKNOWNBYAVARIETYOFNAMES,INCLUDING“STRENGTHOFMATERIALS”AND“MECHANICSOFDEFORMABLEBODIES”THESOLIDBODIESCONSIDEREDINTHISBOOKINCLUDEAXIALLYLOADEDBARS,SHAFTS,BEAMS,ANDCOLUMNS,ASWELLASSTRUCTURESTHATAREASSEMBLIESOFTHESECOMPONENTSUSUALLYTHEOBJECTIVEOFOURANALYSISWILLBETHEDETERMINATIONOFTHESTRESSES,STRAINS,ANDDEFORMATIONSPRODUCEDBYTHELOADSIFTHESEQUANTITIESCANBEFOUNDFORALLVALUESOFLOADUPTOTHEFAILURELOAD,THENWEWILLHAVEOBTAINEDACOMPLETEPICTUREOFTHEMECHANICSBEHAVIOROFTHEBODYTHEORETICALANALYSESANDEXPERIMENTALRESULTSHAVEEQUALLYIMPORTANTROLESINTHESTUDYOFMECHANICSOFMATERIALSONMANYOCCASIONWEWILLMAKELOGICALDERIVATIONSTOOBTAINFORMULASANDEQUATIONSFORPREDICTINGMECHANICSBEHAVIOR,BUTATTHESAMETIMEWEMUSTRECOGNIZETHATTHESEFORMULASCANNOTBEUSEDINAREALISTICWAYUNLESSCERTAINPROPERTIESOFTHEBEENMADEINTHELABORATORYALSO,MANYPROBLEMSOFIMPORTANCEINENGINEERINGCANNOTBEHANDLEDEFFICIENTLYBYTHEORETICALMEANS,ANDEXPERIMENTALMEASUREMENTSBECOMEAPRACTICALNECESSITYTHEHISTORICALDEVELOPMENTOFMECHANICSOFMATERIALSISAFASCINATINGBLENDOFBOTHTHEORYANDEXPERIMENT,WITHEXPERIMENTSPOINTINGTHEWAYTOUSEFULRESULTSINSOMEINSTANCESANDWITHTHEORYDOINGSOINOTHERSSUCHFAMOUSMENASLEONARDODAVINCI14521519ANDGALILEOGALILEI15641642MADEEXPERIMENTSTOADEQUATETODETERMINETHESTRENGTHOFWIRES,BARS,ANDBEAMS,ALTHOUGHTHEYDIDNOTDEVELOPANYADEQUATETHEORIESBYTODAYSSTANDARDSTOEXPLAINTHEIRTESTRESULTSBYCONTRAST,THEFAMOUSMATHEMATICIANLEONHARDEULER17071783DEVELOPEDTHEMATHEMATICALTHEORYANYOFCOLUMNSANDCALCULATEDTHECRITICALLOADOFACOLUMNIN1744,LONGBEFOREANYEXPERIMENTALEVIDENCEEXISTEDTOSHOWTHESIGNIFICANCEOFHISRESULTSTHUS,EULERSTHEORETICALRESULTSREMAINEDUNUSEDFORMANYYEARS,ALTHOUGHTODAYTHEYFORMTHEBASISOFCOLUMNTHEORYTHEIMPORTANCEOFCOMBININGTHEORETICALDERIVATIONSWITHEXPERIMENTALLYDETERMINEDPROPERTIESOFMATERIALSWILLBEEVIDENTTHEORETICALDERIVATIONSWITHEXPERIMENTALLYDETERMINEDPROPERTIESOFMATERIALSWILLBEEVIDENTASWEPROCEEDWITH第87頁共97頁OURSTUDYOFTHESUBJECTINTHISSECTIONWEWILLBEGINBYDISCUSSINGSOMEFUNDAMENTALCONCEPTS,SUCHASSTRESSANDSTRAIN,ANDTHENWEWILLINVESTIGATEBATHEBEHAVINGOFSIMPLESTRUCTURALELEMENTSSUBJECTEDTOTENSION,COMPRESSION,ANDSHEAR2STRESSTHECONCEPTSOFSTRESSANDSTRAINCANBEILLUSTRATEDINELEMENTARYWAYBYCONSIDERING