ca6140車床縱向開環系統設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 =2549Ncm=1098Ncm ,大于所需最大靜轉矩,以滿足此項要求. 當快速運動和切削進給時,按150BF002型步進電機運行矩頻特性圖，完全可以滿足要求,所以初步選擇150BF002型步進電機。 等效轉動慣量計算1 . 運動件的轉動慣量J∑可由下式計算: 計算簡圖見圖31傳動系統折算到電機軸上的總的轉動慣量可由下式計算：式中——步進電機轉子轉動慣量、——齒輪、的轉動慣量——滾珠絲杠轉動慣量。參考同類型機床，初選反應式步進電機，其轉子慣量式中、——齒輪、的分度圓直徑； 、——齒輪、的齒寬。代入上式：考慮步進電機與傳動系統慣量匹配問題。基本滿足慣量匹配的要求。 電機力矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉矩不同，下面分別按各階段計算：（1）快速空載起動力矩 在快速空載起動階段加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： 將前面的數據帶入，式中各符號意義同前。 起動加速時間 折算到電機軸上的摩擦力矩： 附加摩擦力矩： 上述三項合計： （2）快速移動時所需力矩 （3）最大切削負載時所需力矩 從上面計算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，此項作為初選步進電動機的依據。 從課程設計指導書P36表413查出，當步進電動機為三相六拍時。 最大靜力矩： 按此最大靜轉矩從下表33（源數據來自網站）查出，110BYG3503型最大靜轉矩為。大于所需最大靜轉矩，可作為初選型號，但還必須進一步校核步進電動機起動矩頻特性和運行矩頻特性。表33型 號步距角相數電壓線電流靜轉矩空載起動頻率空載運行頻率轉動慣量機身長單 位度　VAKHZKHZ（)（mm)110BYG350131102205121600=3011144110BYG350231102205161600=3015182110BYG350331102205201600=3018261 計算步進電動機空載起動頻率和切削時的工作頻率 從上表33查出110BYG3503型步進電動機空載起動頻率為，圖32查出運行頻率為，且根據下圖32 b）藍色背景區所示可知。 圖32 110BYG3503型步進電動機矩頻特性 從圖32看出，當步進電動機起動時，若，則，能滿足此機床所要求的空載起動力矩可直接起動。 當快速運動和切削進給時，根據圖32，步進電動機運行矩頻特性知，時，左右，大于，完全可以滿足要求。第五章 微機數控系統硬件電路設計 單片機數控系統硬件電路設計內容 、繪制系統電器控制的結構框圖 根據總體方案及機械結構的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統 電氣控制的結構框圖。 數控系統是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統的基礎，有了硬件，軟件才能有效地運行。硬件電路可靠性直接影響到數控系統性能指標。 機床硬件電路由以下五部分組成： （1）主控制器，即中央處理單元（CPU）； （2）總線，包括數據總線、地址總線和控制總線； （3）存儲器，包括程序存儲器和數據存儲器； （4）接口，即I/O輸入/輸出接口電路； （5）外圍設備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機等。，CPU的選擇應考慮以下因素： （1）時鐘頻率和字長，這個指標將控制數據處理的度； （2）可擴展存儲器的容量； （3）指令系統功能，影響編程靈活性； (4)I/O口擴展的能力，即對外設控制的能力； （5）開發手段，包括支持開發的軟件和硬件電路。 此外還要考慮到系統應用場合、控制對象對各種參數的要求，以及經濟價格比等經濟的要求。 目前在經濟型數控機床中，一般選用MCS—51系列單片機作為主控制器。 存儲器擴展電路設計應該包括程序存儲器和數據存儲器的擴展。 在選擇程序存儲器芯片時，要考慮CPU和EPROM時序的匹配，還應考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲器的容量等問題。 在存儲器擴展電路的設計中還應包括地址鎖存器和譯碼電路的設計。、I/O口接口電路設計 應包括接口芯片的選用，步進電機控制電路、鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設計。 MCS—51系列單片機的選用 MCS—51系列單片機主要有三種型號的產品：8038051和8751。三種型號的引腳完全相同，僅在內部結構上有少數差異。8031片內無ROM，適用于需擴展ROM，可在現場修改和更新程序存儲器的應用場合，其價格低，使用靈活，非常適合在我國使用。此次作業使用的是8031芯片。 一、8031單片機的基本特性 8031單片機具有以下幾個特點： （1）具有功能很強的8位中央處理單元（CPU）； （2）片內有時鐘發生電路（6MH或12MH）、每執行一條指令時間為 或 ； （3）片內具有128字節的RAM； （4）具有21個特殊寄存器。 （5）可擴展64K字節的外部數據存儲器和64K字節的外部程序存儲器； （6）具有4個I/O口，32根I/O線； （7）具有2個16位定時器/計數器； （8）具有5個中斷源，配備2個中斷優先級； （9）具有一個全雙功串行接口； （10）具有位尋址能力，適用邏輯運算。 從上述特性可以看出這種8031芯片集成度高、功能強，只需增加少量外圍器件就可以構成一個完整的微機系統。 二、8031芯片引腳及其功能 8031芯片具有40根引腳，其引腳圖如下。 ①40根引腳按其功能可以分為四類： 1. 電源線 2根。 2. Vcc：編程和正常操作時的電源電壓，接+5V。Vss：地電平。 2根。XTAL1：振蕩器的反向放大器輸入。使用外部振蕩器時必須接地。 XTAL2：振蕩器的反向放大器輸出和內部時鐘發生器的輸入。當使用外部振蕩器時用于輸入外部震蕩信號。 、PPP3四個8位口，32根I/O線，其功能如下： （1）—（AD0—AD7） 是I/O端口0的引腳。端口0是一個8位漏極開路的雙向I/O端口。在存取外部存儲器時，該端口分時地用作低8位的地址線和8位雙向的數據端口（在此時內部上拉電阻有效）。 （2）—端口1的引腳，是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使用。 （3）—（A8—A15） 端口2的引腳。端口2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址A8—A15。 （4）— 端口3的引腳。端口3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，該口的每一位均可獨立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時，口的結構與P1操作與口完全相同，第二功能如下所示： 口引腳 第二功能 RXD (串行輸入口) TXD (串行輸出口) INT0 (外部中斷) INT1 (外部中斷) T0 (定時器0外部輸入) T1 (定時器1外部輸入) WR (外部數據存儲器寫選通） RD (外部數據存儲器讀選通) 由上看出，8031單片機不是將地址總線、數據總線和控制總線分開，而是地址線、數據線和部分控制均由I/O口完成。 （1）PSEN：程序存儲器的使能引腳，是外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數時，在每個機器周期內二次有效。 （2）EA/VPP：EA為高電平時，CPU執行內部程序存儲器的指令。EA為低電平時，CPU僅執行外部程序存儲器的指令。因為8031芯片沒有內部程序存儲器，所以EA必須接地。 （3）ALE/PROG：ALE是地址鎖存器使能信號。作為地址鎖存允許時高電平有效。因為P1端口是分時傳送數據和低8位地址。所以訪問外部存儲器時，ALE信號鎖存低8位地址。即使在不訪問外部存儲器時，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產生ALE，因此可以用它作為外部的時鐘信號。ALE主要是提供一個定時信號，在從外部程序存儲器取指令時，把P0口的低位地址字節鎖存到外接的地址鎖存器中。 （4）RST/VPD：是復位/備用電源端。在振蕩器運行時，使RST引腳至少保持兩個機器周期為高電平，可實現復位操作，復位后程序計數器清零，即程序從0000H單元開始執行。在VCC關斷前加上VPD（掉電保護）RAM的內容將不變。 三、8031芯片內部的存儲器結構及地址分配 8031芯片內部無程序存儲器，只有256 字節的數據存儲器，地址從00H—7FH，其地址分配如下： 8031芯片內部256字節的空間被分成兩部分，其中內部數據存儲器（RAM）地址為00H—7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址為80H—FFH。 在內部數據存儲器中的00H—1FH為四個工作寄存器區，其中： 0區 00H—07H 1區 08H—0FH 2區 10H—17H 3區 18H—1FH 每個區都有8個8位寄存器R0—R7。可以用來暫存運算的中間結果，以提高運算速度。其中的R0和R1還可以用來存放8位地址。要確定采用哪個工作寄存器區，可通過標志寄存器PSW中的RS0、RS1兩位來指定。 1