1、南大本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目：用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400毫米普通車床的橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院： 南 昌 大 學(xué) 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 指導(dǎo)老師： 時 間： 二0一一年三月摘要隨著科學(xué)技術(shù)和社會的不斷發(fā)展，社會對產(chǎn)品多樣化的要求日益提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，多品種小批量生產(chǎn)比重加大，零件形狀越來越復(fù)雜，精度越來越高，此外，激烈的市場競爭要求產(chǎn)品研制周期越來越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造手段已經(jīng)難于滿足這種變化，為了解決這些問題，數(shù)控機(jī)床就這樣應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控技術(shù)是集，機(jī)，電，液及計算機(jī)等各項(xiàng)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，數(shù)控機(jī)床以其精度高，效率高，能適應(yīng)小批量多種復(fù)雜零件加工的特點(diǎn)，

2、在機(jī)械加工中得到日益廣泛的應(yīng)用，在本次設(shè)計中，就包括了關(guān)于數(shù)控技術(shù)的基本知識，并且針對本次設(shè)計的課題，擬定了一系列的方案，進(jìn)給系統(tǒng)的總體方案，數(shù)控車床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的機(jī)械部分，以及數(shù)控系統(tǒng)的硬件分析和設(shè)計。關(guān)鍵字：步進(jìn)電機(jī) 數(shù)控設(shè)計 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠單片機(jī)abstractalong with science and technology and the development of society, the society for increasing product diversification requirements, product update more and more quic

3、k, many varieties small batch production increased, parts shape proportion of more and more complicated, the accuracy is higher and higher, in addition, the fierce market competition requires shorter product development cycles, the traditional processing equipment and manufacturing technique has bee

4、n difficult to meet this change, in order to solve these problems, nc machine tools so arises at the historic moment. numerical control technology is the collection, machine, electricity, liquid and computer etc various technique is a body comprehensive technology, nc machine tools to its high accur

5、acy, high efficiency and can adapt small batch various complex parts processing the features in machining the get increasingly widelyin this design, including about the basic knowledge of numerical control technology in the design, and the topic, drew up a series of solutions, feeding system, overal

6、l scheme of the cnc lathe into give transmission system, and the mechanical parts of the cnc system hardware analysis and design.key word: stepping motor the number controls to design the system of enters roll the bead in silk microcontroller目錄摘要2abstract.2第一章：緒論.41數(shù)控機(jī)床的概念，組成，特點(diǎn).42數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀.53設(shè)計的

7、內(nèi)容與方法.5第二章：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)總體方案.6 1：進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成和原理.6 2：進(jìn)給系統(tǒng)傳動部件.7 3：進(jìn)給傳動伺服系統(tǒng)的選擇.8 4：數(shù)控伺服系統(tǒng)的選擇.9 5：機(jī)械傳動方式的選擇.11第三章 機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算.14 2.1 確定系統(tǒng)脈沖量.14 2.2 切削力計算.152.3進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)計算 16 2.4 步進(jìn)電機(jī)的計算和選型.18第四章 微機(jī)數(shù)控機(jī)床硬件系統(tǒng)的分析和設(shè)計.20 3.1 微機(jī)數(shù)空系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容 . 20 3.2 硬件控制電路設(shè)計.22 3.3 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計.23結(jié)束語.27參考文獻(xiàn).28第一章，緒論1數(shù)控機(jī)床的概念，組成，特點(diǎn)

8、 1.1 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱，是指用數(shù)字指令來控制機(jī)械執(zhí)行預(yù)定的動作，通常由硬件電路發(fā)出數(shù)字化信號，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。 數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 1.2數(shù)控機(jī)床的組成普通的數(shù)控機(jī)床一般由輸入介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床體組成。 1、輸入介質(zhì)，數(shù)控機(jī)床工作時，有時不需要工人去操作機(jī)床，但它又要自動地執(zhí)行人們的想法，因此這就必須

9、要在人和數(shù)控機(jī)床之間建立一定的聯(lián)系，聯(lián)系的物體則稱為輸入介質(zhì)(或稱程序介質(zhì)、控制介質(zhì)、信息載體)。 2、數(shù)控裝置， 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞，大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床中一般由輸入裝置、存儲器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。數(shù)控裝置是收取信息的，并將其信息代碼加以識別、儲存、計算，輸出相應(yīng)的指令脈沖后去驅(qū)動伺服系統(tǒng)，以便控制機(jī)床動作。 3、伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信息變換成為機(jī)床移動部件的運(yùn)動系統(tǒng)，使工作臺精確定位精確加工，嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡做相對運(yùn)動，最后加工出與圖紙要求符合的的精密零件。 常用的伺服驅(qū)動元件有功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。 4、機(jī)床體，

10、 數(shù)控機(jī)床當(dāng)中的機(jī)床，一般在開始時使用的通用機(jī)床，但是在自動變速、刀架或是工作臺要自動轉(zhuǎn)位和手柄等方面作些改變。數(shù)控機(jī)床在切削用量大、連續(xù)加工時會影響工件精度，并且由于是自動控制，當(dāng)加工時不好控制。因此我們必須設(shè)計比通用機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密。因而在后來在數(shù)控機(jī)床設(shè)計時，采用了許多措施，減小熱變形、提高精度，使得數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體一個布局、伺服傳動系統(tǒng)以及在刀具系統(tǒng)等方面都發(fā)生了比較大的變化。1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的比較：a：數(shù)控機(jī)床，操作者可以在較短的時間內(nèi)掌握操作和加工技能，它加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，較少依賴于操作者的操作水平，編制程序花費(fèi)的時間較多，加工的零件比

11、較復(fù)雜，適合多工序的加工，易于加工工藝標(biāo)準(zhǔn)化和刀具管理規(guī)范化，數(shù)控機(jī)床還可以長時間無人操作和加工自動化，比且借助計算機(jī)輔助生產(chǎn)控制，生產(chǎn)率高等特點(diǎn)。b:普通機(jī)床:要求操作者有較高的長期的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)歷，高質(zhì)量，高精度的零件要求操作者具有較高的技能水平，普通機(jī)床適合加工形狀簡單，單一的工序的產(chǎn)品，加工過程要求具有直覺和技巧，操作者以自己的方式完成加工，加工方式多樣化，很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，是實(shí)現(xiàn)自動化加工的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)必不可少的，例如材料應(yīng)去除多少，普通機(jī)床很難提高加工的專門技術(shù)，不利于知識系統(tǒng)化和普及，生產(chǎn)率比較低，質(zhì)量不穩(wěn)定。1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀！數(shù)控機(jī)床以其獨(dú)特卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異穩(wěn)定的

12、精度、靈活敏捷多樣化的功能引起廣泛的關(guān)注，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品并向機(jī)電一體化發(fā)展的開始，成為先進(jìn)制造技術(shù)當(dāng)中的一門核心技術(shù)。數(shù)字控制系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。目前我國的數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在：高速、高效，數(shù)控機(jī)床逐漸向高速化方向發(fā)展，它大大的提高加工效率、降低加工生產(chǎn)成本，并且還達(dá)到了提高零件的表面質(zhì)量及其加工精度。高速化的加工技術(shù)對一些企業(yè)制造業(yè)提供了更高效，優(yōu)質(zhì)，成本低生產(chǎn)比較廣泛適用性。 而且目前在一些發(fā)達(dá)的國家數(shù)控機(jī)床的高速運(yùn)行，其高速主軸單元，電主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)15000 100000r/min，快移速度在60120m/min范圍之內(nèi)，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/m

13、in、一系列高性能控制伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都有新的突破，數(shù)控機(jī)床發(fā)展到了更高的水平。現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床比以前的普通車床加工的零件更加的精密，精密加工技術(shù)有了相當(dāng)大的提高，加工精度已從原來的絲級(0.01mm)提升到目前的微米級(0.001mm)，甚至有些品種已達(dá)到0.05m左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05m左右，形狀精度可達(dá)0.01m左右。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高機(jī)床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時代，智能化，數(shù)控機(jī)床的智能化現(xiàn)在又

14、有了新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了充分的體現(xiàn)。比如說：自動調(diào)整干涉防碰撞功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機(jī)床震動等功能進(jìn)入了實(shí)用化階段等等，數(shù)控機(jī)床的智能化提升了機(jī)床的功能及其品質(zhì)，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床在還有較高的可靠性，而且復(fù)合化，多軸化，網(wǎng)絡(luò)化等方面都得到了大大的提高。我國的數(shù)控機(jī)床相比于前幾年有了很大的提高，尤其是在以上的幾個方面內(nèi)，但是與發(fā)達(dá)國家相比還是有一定的差距，還沒有與國際上的接軌，這也只能在日后加工中不斷的完善！1.3設(shè)計的內(nèi)容與方法 用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造加工零件時，數(shù)控改造必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總統(tǒng)框圖，才能覺得各種設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后選擇數(shù)控機(jī)床

15、，數(shù)控機(jī)床的選擇，其進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成和原理，分析伺服系統(tǒng)的選擇，怎樣達(dá)到控制要求，合理的選擇機(jī)械傳動方式，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既可以采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動也可以用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動。數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的計算，例如，脈沖當(dāng)量，切削力和滾珠，絲桿削等等一些物理量的計算，還有應(yīng)該對車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件分析和設(shè)計，比如說：數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計及其一些擴(kuò)展，存儲和通信的設(shè)計，比且還要加以計算，必要時要繪圖分析，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給分為橫向進(jìn)給和縱向進(jìn)給，本次設(shè)計為橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計。通過以上的一些內(nèi)容完成本次設(shè)計課題用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400mm普通車床的橫向進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計！ 第二章

16、：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)總體方案1. 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成和原理數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的作用：數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)是負(fù)責(zé)接受數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)發(fā)出的脈沖指令，并經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換之后驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動執(zhí)行件來達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動。為保證數(shù)控機(jī)床加工精度，所以必須要求進(jìn)給傳動系統(tǒng)有比較高的傳動精度、高的靈敏度，工作穩(wěn)定、有高的構(gòu)件剛度及使用壽命、小的摩擦及運(yùn)動慣量，并能清除傳動間隙。進(jìn)給傳動系統(tǒng)一般有四種：1步進(jìn)伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)2直流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 3交流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)4 直線電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的主要組成部分當(dāng)中就包括進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，它主要由四大機(jī)構(gòu)組成，傳動機(jī)構(gòu)、運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)

17、行件組成，由于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動是由數(shù)字信號控制的直接對象，被加工的零件的一些參數(shù)都是由進(jìn)給運(yùn)動控制的！工作原理是數(shù)控裝置內(nèi)的計算機(jī)對以數(shù)字和字符編碼方式所記錄的信息進(jìn)行一系列處理后，向機(jī)床進(jìn)給等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)則按其命令對加工所需各種動作，如刀具相對于工件的運(yùn)動軌跡、位移量和速度等實(shí)現(xiàn)自動控制，從而完成工件的加工。2：進(jìn)給系統(tǒng)傳動部件 對于數(shù)控機(jī)床加工零件，就必須要求其零部件有較好的性能，比如說部件的剛度，運(yùn)動副之間的摩擦，傳動間隙，等等。一般的數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)主要部件有：1、滾珠絲杠螺母副 ，數(shù)控加工時，需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動，故采用絲杠螺母傳動機(jī)構(gòu)。2、回轉(zhuǎn)工作臺，每一臺數(shù)控機(jī)

18、床都有其工藝范圍，為了擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的工藝范圍，數(shù)控機(jī)床除了沿x、y、z三個坐標(biāo)軸作直線進(jìn)給外,往往還需要有繞y或z軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給運(yùn)動一般由回轉(zhuǎn)工作臺來實(shí)現(xiàn)，對于加工中心,回轉(zhuǎn)工作臺已成為一個不可缺少的部件。 數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 （1）分度工作臺 分度工作臺只能完成分度運(yùn)動,不能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給，它是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時將工作臺連同工件回轉(zhuǎn)一定的角度。分度時也可以采用手動分度。分度工作臺一般只能回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度(如90、60和45度等)。 （2）數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺外觀上與分度工作臺相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功用大不相同。數(shù)控回

19、轉(zhuǎn)工作臺的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖信號，完成圓周進(jìn)給運(yùn)動，進(jìn)行各種圓弧加工或曲面加工，它也可以進(jìn)行分度工作。 3、導(dǎo)軌，導(dǎo)軌是進(jìn)給傳動系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一，它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性。目前，數(shù)控機(jī)床上的導(dǎo)軌形式主要有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌等。安全防護(hù)，改造效果必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動面損傷導(dǎo)軌3：進(jìn)給傳動伺服系統(tǒng)的

20、選擇一般數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的作用是將機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，電動機(jī)作為控制對象，將數(shù)控控制器為核心，利用電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動機(jī)械的運(yùn)動要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)與整大后，由電動機(jī)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中

21、，沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的，也正是由于信號的單向流程，它對機(jī)床移動部件的實(shí)際位置不做檢測，所以機(jī)床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。這類機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反映迅速，調(diào)試和維修比較簡單。目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普通采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對工作臺的實(shí)際位置不進(jìn)行檢查測量，而是通過與伺服電機(jī)有聯(lián)系的測量元件，如測速發(fā)電機(jī)或光電編碼盤等間接測出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(shí)際位置量，用此值與指令植進(jìn)行比較，用差值來實(shí)現(xiàn)控制。這種控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)試卻比比環(huán)方便。閉環(huán)控制系統(tǒng)有機(jī)床移動部件

22、上的檢測反饋裝置，在加工時刻檢測機(jī)床移動部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置想符合，以期達(dá)到很高的加工精度。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或交流電機(jī)驅(qū)動。這類機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是精度高，速度快，但是調(diào)試個維修比較復(fù)雜，其關(guān)鍵是系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在設(shè)計是必須對穩(wěn)定性給予足夠的重視。 4：數(shù)控伺服系統(tǒng)的選擇數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動數(shù)控機(jī)床對數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求（1）輸出位置精度要高靜態(tài)：要求定位精度高 / 重復(fù)定位精度高，即 定位誤差要小 / 重復(fù)定位誤差要小。保證尺寸精度。動態(tài)：要求跟隨精度高，即跟隨誤差要小，以保證輪廓精度，另外，要求靈敏度高，有足夠高的分辯率2.響應(yīng)速度快且無超調(diào)： 對伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的要

23、求反映了系統(tǒng)對插補(bǔ)指令的跟蹤精度；為了保證輪廓切削形狀精度和低表面粗糙度，要求響應(yīng)速度快。即在無超調(diào)或超調(diào)很小的前提下，執(zhí)行部件的運(yùn)動速度的建立時間 tp 應(yīng)盡可能短。通常要求從 0fmax（fmax0 ) , 其時間應(yīng)小200ms，且不能有超調(diào)或超調(diào)很小，否則對機(jī)械部件不利，有害于加工質(zhì)量。3) 良好的穩(wěn)定性伺服系統(tǒng)在給定輸入和外界干擾下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，恢復(fù)到原有的平衡狀態(tài)或達(dá)到新的平衡狀態(tài)，即有較強(qiáng)的抗干擾能力。穩(wěn)定性是保證數(shù)控機(jī)床正常工作的條件，直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。在系統(tǒng)負(fù)載范圍內(nèi)，負(fù)載特性要硬當(dāng)負(fù)載變化時，輸出速度應(yīng)基本不變。即f盡可能?。划?dāng)負(fù)載突變時，要求速度

24、的恢復(fù)時間短且無振蕩。即t盡可能短；這要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動態(tài)剛度。 4）低速大扭矩：數(shù)控加工的特點(diǎn)是在低速時切削深度和進(jìn)給量較大。系統(tǒng)的可靠性高，維護(hù)使用方便，成本低。綜上所述：1， 對伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面；2， 對高精度的數(shù)控機(jī)床，對其動態(tài)性能的要求更嚴(yán)。5：機(jī)械傳動方式的選擇機(jī)械傳動，包括螺旋傳動、摩擦輪傳動，帶、鏈傳動，齒輪傳動，多點(diǎn)嚙合柔性傳動。1皮帶傳動 皮帶傳動能夠生產(chǎn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將力從一個傳動輪傳導(dǎo)到另外一個上面。早在公元前一世紀(jì)，中國就出現(xiàn)了皮帶傳動。公元前15年歷史典籍中就有關(guān)于皮帶傳送的記載。皮帶傳送的最早出現(xiàn)和中國絲綢業(yè)的發(fā)展有著密切的關(guān)系。

25、 皮帶傳動對紡車的最終發(fā)明起著極為重要的作用。其后出現(xiàn)的鏈條傳動是在皮帶傳動的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的另一改進(jìn)。皮帶傳動技術(shù)隨著紡車一同傳入了歐洲，其后推動了眾多相關(guān)的發(fā)明。皮帶傳動是將a傳動輪轉(zhuǎn)到b傳動輪，也是現(xiàn)代傳動技術(shù)的前身。皮帶傳動是由主動輪、從動輪和緊張在兩輪上的皮帶所組成。由于張緊，在皮帶和皮帶輪的接觸面間產(chǎn)生了壓緊力，當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn)時，借摩擦力帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，這樣就把主動軸的動力傳給從動軸。皮帶傳動分為平皮帶傳動和三角皮帶傳動$g皮帶傳動的特點(diǎn)：可用于兩軸中心距離較大的傳動。皮帶具有彈性、可緩沖和沖擊與振動，使傳動平穩(wěn)、噪聲小。當(dāng)過載時，皮帶在輪上打滑，可防止其它零件損壞。結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。

26、由于皮帶在工作中有滑動，故不能保持精確的傳動比。外廓尺寸大，傳動效率低，皮帶壽命短。三角皮帶的斷面國家規(guī)定為o、a、b、c、d、e、f、t等8種，從o到t皮帶剖面的面積逐漸增大，傳動的功率也逐漸增大。在機(jī)械傳動中常碰到傳動動比的概念，什么是傳動比呢？它是指主動輪的轉(zhuǎn)速n1與從動輪的轉(zhuǎn)速n2之比，用i表示：即i=n1/n2。由于皮帶傳動中存在“彈性滑動”現(xiàn)象，上述傳動比公式只是個近似公式，那么皮帶傳動中這種“彈性滑動”現(xiàn)象是怎樣表現(xiàn)的呢？概括如下：在主動輪處，傳動帶沿帶輪的運(yùn)動是一面繞進(jìn)，一面向后收縮：在從動輪處，傳動帶沿帶輪的運(yùn)動是一面繞進(jìn)，一面向前伸展。|2齒輪傳動齒輪傳動。其實(shí)在我國古代早

27、就都使用了相當(dāng)復(fù)雜的齒輪傳動系統(tǒng)。古代這些齒輪只用來傳遞運(yùn)動，其強(qiáng)度要求不高。在生產(chǎn)上所采用的齒輪，要傳遞較大的動力，受力一般較大，強(qiáng)度要求較高。古代在利用水力和風(fēng)力進(jìn)行提水、糧食加工等工作時，都要應(yīng)用此類齒輪，比如在翻車上，須應(yīng)用一級齒輪傳動機(jī)構(gòu)，以改變運(yùn)動的方位和傳遞，適應(yīng)翻車的工作要求。齒輪傳動是由分別安裝在主動軸及從動軸上的兩個齒輪相互嚙合而成。齒輪傳動是應(yīng)用最多的一種傳動形式，它有如下特點(diǎn)1）能保證傳動比穩(wěn)定不變。2）能傳遞很大的動力。3) 結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。4)制造和安裝的精度要求較高。5)當(dāng)兩軸間距較大時，采用齒輪傳動就比較笨重齒輪的種類很多，按其外形可分為圓柱齒輪和圓錐齒輪兩大

28、類。圓柱齒輪的外形呈圓柱形、牙齒分布在圓柱體的表面上，按照牙齒與齒輪軸的相對位置，圓柱齒輪又分為直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪，（現(xiàn)在出現(xiàn)了人字形齒輪），圓柱齒輪多用于外嚙合齒輪傳動，也可以用作內(nèi)嚙合傳動和齒輪齒條傳動。在我們所用的許多轉(zhuǎn)動設(shè)備的減速器內(nèi)部使用圓柱齒輪傳動結(jié)構(gòu)。圓錐齒輪又叫傘齒輪，他的牙齒分布在圓錐體表面上。常用于相交軸之間的運(yùn)動，軸線夾角可以是任意的，但最常見的是90度。一對齒輪的傳動比計算如下式：i=n1/n2=z2/z1，n1、n2分別表示主動輪和從動輪轉(zhuǎn)速rpmn1、z2分別表示主動輪和從動輪的牙齒數(shù)3，鏈傳動：是由兩個具有特殊齒形的的齒輪和一條閉合的鏈條所組成，鏈傳動在我

29、國古代也早就開始使用了，商代的馬具上已有青銅鏈條，其他青銅器和玉器上也有用鏈條作為裝飾的，自行車也就是使用了鏈輪鏈條傳動原理。它工作時主動連輪的齒與鏈條的鏈節(jié)相嚙合帶動與鏈條相嚙合的從動鏈輪傳動，鏈傳動的特點(diǎn)如下：1）和皮帶傳動比鏈傳動的傳動比比較的精確。2）與齒輪傳動相比鏈傳動可以在兩軸中心距較遠(yuǎn)的情況下傳遞動力3）鏈傳動比較獨(dú)特它只能用于平行軸間傳動4）鏈傳動的鏈條在長時間使用后磨損，可能會發(fā)生拖鏈現(xiàn)象鏈傳動與齒輪傳動它們的傳動比計算相同3蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動在機(jī)械中是很重要的一個傳動，它用于兩軸交叉成90度，但是彼此既不平行又不相交的情況下，一般在蝸輪傳動中，蝸桿是主動件，而蝸輪是被

30、動件。蝸輪蝸桿傳動：它結(jié)構(gòu)緊湊、并能獲得很大的傳動比，一般傳動比為7-80。工作平穩(wěn)無噪音傳動功率范圍大，可以自鎖，傳動效率低，蝸輪常需用有色金屬制造。蝸桿的螺旋有單頭與多頭之分。傳動比的計算如下：n1-蝸桿的轉(zhuǎn)速 n2-蝸輪的轉(zhuǎn)速 k-蝸桿頭數(shù) z-蝸輪的齒數(shù)4螺旋傳動在機(jī)械傳動系統(tǒng)中還有一個螺旋傳動，其特點(diǎn)是傳動精度高，而且工作比較平穩(wěn)無雜音，容易自鎖，而且傳動較大的動力等特點(diǎn)，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋，這是按照特點(diǎn)分的。按螺紋間摩擦性質(zhì)，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動。傳力螺旋:以傳遞動力為主,它用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力,一般為間歇工作,工作速度不

31、高，而且通常要求自鎖，例如螺旋千斤頂上的螺旋。傳導(dǎo)螺旋：以傳遞運(yùn)動為主，常要求具有高的運(yùn)動精度，一般在較長時間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高，如機(jī)床的進(jìn)給螺旋。調(diào)整螺旋：用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機(jī)器和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋。按螺紋間摩擦性質(zhì)，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動?；瑒勇菪齻鲃佑挚煞譃槠胀ɑ瑒勇菪齻鲃雍挽o壓螺旋傳動。第三章 機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算3.1 確定系統(tǒng)脈沖量 相對于每一脈沖信號的機(jī)床運(yùn)動部件的位移量稱為脈沖當(dāng)量，又稱作最小設(shè)定單位。 脈沖增量插補(bǔ)是行程標(biāo)量插補(bǔ)，每次插補(bǔ)結(jié)束產(chǎn)生一個行程增量，以脈沖

32、的方式輸出。這種插補(bǔ)算法主要應(yīng)用在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，在插補(bǔ)計算過程中不斷向各坐標(biāo)軸發(fā)出互相協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動。一個脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸移動量叫做脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是脈沖分配的基本單位，按機(jī)床設(shè)計的加工精度選定，普通精度的機(jī)床一般取脈沖當(dāng)量為：0.01mm，較精密的機(jī)床取1 或0.5 。采用脈沖增量插補(bǔ)算法的數(shù)控系統(tǒng)，其坐標(biāo)軸進(jìn)給速度主要受插補(bǔ)程序運(yùn)行時間的限制，一般為13m/min。脈沖增量插補(bǔ)主要有逐點(diǎn)比較法、數(shù)據(jù)積分插補(bǔ)法等。脈沖當(dāng)量影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，它的值取得越小， 加工精度越高！脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個技術(shù)參數(shù)。就普通經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床常采用的脈沖當(dāng)量是0.010.

33、005mm/step。主要的技術(shù)參數(shù)最大加工直徑（mm） 在床身上：400 在床鞍上：210最大加工長度(mm) ：750-1000溜板及刀架重量（n） 縱向：1000 橫向：500刀架快移速度：縱向：1.6 橫向：1最大進(jìn)給速度（m/min）縱向：0.6 橫向：0.3最小分辨率 縱向：0.01 橫向：0.005定位精度（mm）0.02主機(jī)功率：（kw） 4.0起動加速時間（ms）： 30已知條件：工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） w=30kgf=300n時間常數(shù) t=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 l=4mm左旋行程 s=230mm脈沖當(dāng)量 =0.005mm/step步距角 =0.75 /step快速

34、進(jìn)給速度 max=1mm/min2 切削力計算 切削力，是指在切屑過程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗的講：在切削加工時，工件材料抵抗刀具切削時產(chǎn)生的阻力，切削力有三個垂直的分力：切削力， 背向力、進(jìn)給力。a.切削力計算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3,取1/2,則切削力約為縱向的1/2 f=(1/2)152.76=76.38kgf=763.8n 在切斷工件時：f=0.5f=0.5076.38=38.19kgf=381.9n b.滾珠絲杠設(shè)計計算a.強(qiáng)度計算對于燕尾型導(dǎo)軌：p=kfy+f(fz+w) 取k=1.4 f=0.2則 p=1.438.19+0.2（76.3

35、8+30） =74.74kgf=747.4n 壽命值 l=13.5 最大動負(fù)載 q=1.2174.74=213.55kgf=2135.5n 在切削的過程當(dāng)中影響切削力的主要因素工件材料的影響 ：工件材料的物理機(jī)械性能、加工硬化能力、化學(xué)成分和熱處理狀態(tài)，都對切削力產(chǎn)生影響。工件材料的硬度愈高，則切削力愈大。工件材料雖然硬度、強(qiáng)度較低，但塑性、韌性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大，切削脆性材料（如鑄鐵）時，塑性變形小，加工硬化小，切屑與前刀面接觸少，摩擦小，因此切削力也較小。切削用量的影響 背吃刀量 a p和進(jìn)給量 f是通過對切削面積和單位切削力的變化而影響切削力的。背吃刀量 a p增大，切削

36、寬度 b d也增大，剪切面積 as和切屑與前刀面的接觸面積按比例增大，第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的變形與摩擦相應(yīng)增大。當(dāng)背吃力量增 大一倍時，切削力也增大一倍。進(jìn)給量 f增大，切削厚度 h d增大，而切削寬度 b d 不變，這時剪切面積雖按比例 增大，第二變形區(qū)的變形未按比例增大。而進(jìn)給量增大，平均變形變小，單位切削力降低，因此，進(jìn)給量 f增大一倍，切削力約增加 70 80。還有刀具幾何參數(shù)的刀尖圓弧半徑，影響，在刀具幾何參數(shù)中前角對切削力的影響最大，主偏角的影響，刃傾角的影響，其它影響因素。 3進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)計算 在機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中要涉及到許多的計算，比如：效率計算，.穩(wěn)定性驗(yàn)算，剛度驗(yàn)

37、算，下面就針對各部分作具體分析：a.滾珠絲杠設(shè)計計算a.強(qiáng)度計算對于燕尾型導(dǎo)軌：p=kfy+f(fz+w) 取k=1.4 f=0.2則 p=1.438.19+0.2（76.38+30） =74.74kgf=747.4n 壽命值 l =13.5 最大動負(fù)載 q=1.2174.74=213.55kgf=2135.5n （3-6）根據(jù)最大動負(fù)荷q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。查參考文獻(xiàn)2可知，選用型號為wl2004-2.5x1b左，其額定動負(fù)荷為6100n，所以強(qiáng)度足夠用。b.效率計算螺旋升角=339，摩擦角=10則傳動效率 =0.956 c.剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載p引起的導(dǎo)程的變化量l=5.96

38、10-6cm （3-8）滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量l2很小，可忽略，即：l=l。所以，導(dǎo)程變形總誤差為=l=5.9610-6=14.9m/m 查表知e級精度絲杠允許的螺距誤差1m長為15m/m，故剛度足夠。d.穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不用驗(yàn)算。c.齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算a.有關(guān)齒輪計算傳動比 故取 z=18 z=30 m=2mm b=20mm =20d=36mm d=60mm d=40mm d=64mma=48mmb.轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量ji=（）2w=（）2

39、300.01=0.0439kgfcm2（3-11）絲杠轉(zhuǎn)動慣量js=7.810-42450=0.624kgfcm2 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量j=7.810-43.642=0.262kgfcm2 j=7.810-4642=2.022kgfcm2 電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略，因此，總的轉(zhuǎn)動慣量j= =1.258kgfcm2 （3-15）c所需轉(zhuǎn)動力矩計算 n=41607r/min m=nm=2.23kgfcm m=0.1775kgfcm 所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩，切削時所需力矩：從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時， =2.633kgfcm=26.33ncm4步進(jìn)電機(jī)的計算與選型步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入

40、脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時，首先要計算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電

41、機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。 選擇步進(jìn)電

42、機(jī)需要進(jìn)行以下計算： （1）計算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計算如下: i=(.s)/(360.) (1-1) 式中 -步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖） s -絲桿螺距（mm) -(mm/脈沖） （2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量jt。 jt=j1+（1/i2)(j2+js）+w/g（s/2)2 （1-2） 式中jt -折算至電機(jī)軸上的慣量(kg.cm.s2) j1、j2 -齒輪慣量(kg.cm.s2) js -絲桿慣量(kg.cm.s2) w-工作臺重量（n） s -絲桿螺距（cm） （3）計算電機(jī)輸出的總力矩m m=ma+mf+mt （1-3） ma=（jm+

43、jt).n/t1.02102 （1-4） 式中ma -電機(jī)啟動加速力矩（n.m) jm、jt-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(kg.cm.s2) n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） t-電機(jī)升速時間（s） mf=(u.w.s)/(2i)102 （1-5） mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（n.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 mt=(pt.s)/(2i)102 （1-6） mt-切削力折算至電機(jī)力矩（n.m) pt-最大切削力（n） （4）負(fù)載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為 fq=fq0(1-(mf+mt)/ml）(1+jt/jm) 1/2 （1-7）

44、式中fq-帶載起動頻率（hz） fq0-空載起動頻率 ml-起動頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（n.m) 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算. （5）運(yùn)行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載，并留有足夠的余量。 （6）負(fù)載力矩和最大靜力矩mmax。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于mf與mt之和，并留有余量。一般來說，mf與mt之和應(yīng)小于（0.2 0.4)mmax. 第四章 微機(jī)數(shù)控機(jī)床硬件系統(tǒng)的分析和設(shè)計 .4.1 微

45、機(jī)數(shù)空系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)都是有硬件和軟件部分的，在我們分析微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)容中就必須包括這兩大塊，硬件，軟件。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有硬件就不能正常的工作，其性能的好壞能直接影響到整個系統(tǒng)的正常工作，安裝了硬件之后就可以安裝軟件，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路由cpu、總線、存儲器以及i/o接口四部分組成。cpu是整個系統(tǒng)的核心，它是運(yùn)算和處理各個部分的數(shù)據(jù)和控制，存儲器是存放軟件的數(shù)據(jù)等作用，總線及i/o是與外界連接的，總線是其它們的紐帶，i/o是連接軟件和硬件的橋梁。在分析微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)時我們就必須選好微型計算機(jī)，確定微機(jī)機(jī)型就是選擇cpu。單片機(jī)價格低、可靠性較高，適用于控制，選擇單片機(jī)做

46、控制器比較合適。微機(jī)采用mcs-51系列單片機(jī)。51系列有三種型號：8031是無rom的8051；8751是用eprom代替rom的80c51。目前， 80c51單片機(jī)成為當(dāng)前8位單片機(jī)的典型代表。本設(shè)計就采用8051單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)。80c51單片機(jī)的組成，：1中央處理器（cpu2)， 2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部ram），3) 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部rom），4) 定時/計數(shù)器，5) 并行i/o，6) 串行口7) 中斷控制系統(tǒng)，8) 時鐘電路mcs-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳擺列如上圖所示，vcc（40腳）：電源端，為5v。vss（20腳）：接地端。時鐘電路引腳

47、xlal2(18腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。時鐘電路引腳xlal1(19腳)：接外部晶體的微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)它是振蕩電路方相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。rst(9腳)：rst是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。rst引腳的第二功能是vpd,即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源vcc發(fā)生故障降低到低電平規(guī)定值時，將5v電源自動接入rst端，為ram提供備用電源，以保證存儲在ram中的信息不丟失，以使電源正常后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ale（30腳）：地址鎖存允許信號端pscn（29腳）：程序存儲器允許輸出信號端。ea（31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端。 p0口（3932腳）：p

48、0口是一個漏極開路的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。p1口（1腳8腳）：p1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。 p2口（21腳28腳）：p2口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。 p3口（21腳28腳）：p3口是一個帶內(nèi)部上接電阻的8位準(zhǔn)雙向i/o端口。 4.2 硬件控制電路設(shè)計 數(shù)控機(jī)床的動作是由軟件可以控制的，單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計內(nèi)容 ，單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)要繪制數(shù)控系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖 ，根據(jù)總體設(shè)計方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定出硬件電路的總體設(shè)計方案， 通常數(shù)控機(jī)床硬件電路有五大部分：主控制器，即中央處理單元cpu； 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；存儲

49、器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器；接口，即i/o輸入輸出接口電路； 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。2.在數(shù)控系統(tǒng)中對選擇中央處理單元cpu的類型比較重要， 在微機(jī)應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)中，選擇cpu時應(yīng)考慮幾點(diǎn)要求： 第一：，控制數(shù)據(jù)處理的速度的因素：時鐘頻率和字長； 第二：可擴(kuò)展存儲器（包括rom 和ram）的容量； 第三：基本指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性； 第四： i/o地址接口擴(kuò)展的能力，及對外接設(shè)備控制的能力； 第五：軟件和硬件的開發(fā)除此之外，還應(yīng)該考慮下綜合因素等！ 本設(shè)計考慮到目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中采用mcs-51 系列單片機(jī)作為主控制器 4.3存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計 存儲器是單片機(jī)系統(tǒng)

50、中使用最多的外擴(kuò)芯片，對mcs-51單片機(jī)而言，由于程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器空間在物理空間的上的各自獨(dú)立性，使得兩者的擴(kuò)展方法略有不同。存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計應(yīng)該包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展。.地址鎖存器的選擇由于8031芯片沒有對外專用的地址總線和數(shù)據(jù)總線,那么在進(jìn)行對外擴(kuò)展存儲器或i/o接口時,首先需要擴(kuò)展對外總線。通過8031引腳ale可實(shí)現(xiàn)對外總線擴(kuò)展。在ale為有效高電平期間, p0 口上輸出a7a0,因而只需在cpu片外擴(kuò)展一片地址鎖存器,用ale的有效高電平邊沿作鎖存信號,即可將p0口上的地址信息鎖存,直到ale再次有效。在ale無效期間p0口傳送數(shù)據(jù),即作數(shù)據(jù)總線口。這樣就可將p

51、0口的地址線和數(shù)據(jù)線分開。 現(xiàn)選擇74ls373 作單片機(jī)地址鎖存器芯片。74ls373是一個8位的d型鎖存器,具有三態(tài)總線驅(qū)動輸出功能,當(dāng)三態(tài)門的使能信號線e為低電平時,三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài),允許q端輸出；當(dāng)e端為高電平時,輸出三態(tài)門斷開,輸出端對外電路呈高阻狀態(tài)。因此,應(yīng)使三態(tài)門的使能信號端e為低電平,這時,當(dāng)g輸入端為高電平時,鎖存器輸出端(1q8q)狀態(tài)和輸入端(1d8d)狀態(tài)相同；當(dāng)g端從高電平返回到低電平時,輸入端(1d8d)的數(shù)據(jù)鎖入（1q8q）中。74ls373的鎖存控制端g與單片機(jī)的鎖存控制信號端ale相連,在ale下降沿進(jìn)行地址鎖存。使能信號端oe接地。其管腳分布如圖所示。2

52、.外部程序存儲器的擴(kuò)展外部程序存儲器擴(kuò)展時用作程序存儲器的器件是eprom (紫外線擦除電可編程只讀存儲器) 和eep2rom (電擦除可編程只讀存儲器) ,常用eprom。在這里使用eprom芯片,掉電后信息不會丟失。eprom芯片有2716 ( 2k 8 位) 、2732 ( 4k 8 位) 、764 (8k 8位) 、27128 (16k 8 位) 、27256 31k 8位) 、27512 (64k 8位)等,為了減少芯片組合數(shù)量,簡化擴(kuò)展電路結(jié)構(gòu),擴(kuò)展16kb的prom只需選用一片27128,但是,選用27128的擴(kuò)展電路需要用到8031的p215引腳,這樣的話, 8031的引腳就不

53、夠與3 - 8譯碼器相連,因此,擴(kuò)展兩片764芯片。 2764eprom為28腳雙列直插式封裝（如圖所示）, a0 a12為13根地址線,可尋址8kb；d07為數(shù)據(jù)輸出線；ce為片選線；oe為數(shù)據(jù)輸出選通線；pgm是編程脈沖輸入端；vss是編程電源；vcc是主電源。 圖為8031擴(kuò)展2764的連接圖,以擴(kuò)展一片為例。從圖中看出,接口時主要將764的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與8031的三總線對應(yīng)相連。2764的容量為8kb,有a012共13條地址線,其中a0a7接地址鎖存器的輸出,a8a12接8031的p2.0p2.4；764的8條數(shù)據(jù)線d0d7直接連接到8031的p0.0p0.7； 2764的輸出允許oe接8031的讀選通控制線psen。如果是擴(kuò)展單片eprom,其片選ce可接地,這里要擴(kuò)展兩片764,所以選用譯碼法進(jìn)行擴(kuò)展電路,即將片選端接到譯碼器的譯碼輸出端。這里選用74ls138譯碼器,它具有a、b、c三個譯碼輸入端,可組合成8種輸入狀態(tài)； y0y7 為八個譯碼輸出端