xa_6132銑床的數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目：XA6132銑床的數(shù)控化改造</p><p>　　系 別： 數(shù)控工程系 </p><p>　　專 業(yè)：數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)</p><p>　　姓 名： </p><p>　　

2、學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2012年5月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，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。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)

3、間限制，本次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求如下：機(jī)械部分主要解剖一個(gè)坐標(biāo)軸，完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零部件及參數(shù)的選擇，完成部分計(jì)算過(guò)程：電氣和微機(jī)部分結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要完成數(shù)控系統(tǒng)控制部分整體方案的論證和選擇，使整個(gè)系統(tǒng)能夠較完美地結(jié)合，并完成硬件接線設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)框圖。最后，總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成畢業(yè)論文撰寫。</p><p><b>　　關(guān)鍵字:電氣，微機(jī)</b></p><p&g

4、t;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　According to the requirements of the graduation design, will be a XA6132 ordinary lift platform horizontal milling machine transformed into three coordinates CNC mill

5、ing machine. Due to the time limit for the graduation design, the design of the task requirement as follows: the mechanical parts of the main anatomy a coordinate transformation, complete mechanical structure design, spa

6、re parts and the selection of parameters, finish part calculation process: electrical and mechanical structure of </p><p>　　graduation thesis.</p><p>　　Keywords :Electrical，Microcomputer</p&g

7、t;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　第一章 緒 論5</b></p><p>　　1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展5</p><p>　　1.2 數(shù)控改造給企業(yè)帶來(lái)的好處5</p&

8、gt;<p>　　第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇7</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容7</p><p>　　2.2 資料準(zhǔn)備7</p><p>　　第三章 方案比較和選擇9</p><p>　　3.1 伺服驅(qū)動(dòng)9</p><p>　　3.2 CNC數(shù)控系統(tǒng)10</p>&

9、lt;p>　　3.3 機(jī)械部分12</p><p>　　第四章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算13</p><p>　　4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.2 選擇螺紋軸直徑\導(dǎo)程及螺母13</p><p>　　4.3 精度的選擇16</p><p>　　4.4 熱變形的對(duì)策

10、16</p><p>　　4.5 支承軸承的選擇17</p><p>　　4.6 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇17</p><p>　　4.7 錐形夾緊環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算18</p><p>　　4.8 齒輪和同步齒型帶的工況比較20</p><p>　　第五章 CNC系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)21</p>

11、<p>　　第六章 設(shè)計(jì)體會(huì)39</p><p><b>　　總 結(jié)39</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)41</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p>&

12、lt;p>　　1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展</p><p>　　在社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期也不斷縮短，因此，對(duì)機(jī)械加工設(shè)備的要求也不斷地在提高。使它不僅具有較高的生產(chǎn)效率和加工精度，而且能迅速地適應(yīng)加工零件的變更。數(shù)控機(jī)慶就是在這種情況下產(chǎn)生和發(fā)展。電子技術(shù)、特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的迅速發(fā)展。</p><p>　　數(shù)

13、控豈慶在當(dāng)今世界已進(jìn)入了批量生產(chǎn)，它的機(jī)械加工中所占的比重也愈來(lái)愈大，在航天、航空和汽車行業(yè)已經(jīng)成為不可缺少的機(jī)械加工設(shè)備。機(jī)床的數(shù)控比率不斷提高。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)床的數(shù)控化率不斷提高。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)為一體，能自動(dòng)、高效、高精度、高質(zhì)量地從事單位小批及復(fù)雜形面的加工，使機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床代表著現(xiàn)代制造

14、業(yè)科技發(fā)展的方向和水平，目前已由單臺(tái)機(jī)床數(shù)控發(fā)展到FMS（柔性制造系統(tǒng)），CAMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)），從而使數(shù)控機(jī)床成為組成現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)（CAD）、制造（CAM）、檢驗(yàn)（CAT）與生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的基本設(shè)備。我國(guó)從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，在研制與推廣數(shù)控機(jī)床方面取得了一定的成績(jī)。近年來(lái)，由于收進(jìn)了國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的制造技術(shù)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種數(shù)量和質(zhì)量方面得到了迅速發(fā)展。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展不僅

15、從技術(shù)水平上已研制出五坐標(biāo)數(shù)控銑床；加工中心：CNC系統(tǒng)和自動(dòng)編程系統(tǒng)等，同時(shí)也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控機(jī)床。但我國(guó)目前數(shù)控機(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用及擁有量仍與先進(jìn)國(guó)家有較大差距，要達(dá)到世界先進(jìn)水平，還需迅速發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)。</p><p>　　隨著工廠、企業(yè)技術(shù)改造的深入發(fā)展、各行各業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需要量將會(huì)有大幅度的增長(zhǎng)，這將有力地促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。毫無(wú)疑問(wèn)，數(shù)控機(jī)床必然會(huì)在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用

16、。</p><p>　　1.2 數(shù)控改造給企業(yè)帶來(lái)的好處</p><p>　　數(shù)控改造是對(duì)普通機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工的能力。提高了機(jī)床的性能價(jià)值比用較低的價(jià)格，得到較高的機(jī)床性能。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：</p><p>　?。?）能適應(yīng)不同

17、零件的自動(dòng)加工：數(shù)控機(jī)床按照被加工零件的程序自動(dòng)加工，要改變零件只需改變程序，而不必改變有關(guān)工裝。</p><p>　?。?）生產(chǎn)效率和加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。</p><p>　　（3）工序集中，一機(jī)多用：采用自動(dòng)換刀裝置，可以在一次裝夾下幾乎完成零件的全部加工。</p><p>　?。?）能完成復(fù)雜形面的加工。</p><p>　?。?）數(shù)

18、控機(jī)床是高技術(shù)產(chǎn)品，價(jià)格較高，而且要求有較高技術(shù)水平的人員操作維修。盡管如此，數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益還是十分可觀的。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　將一臺(tái)XA6132普通降臺(tái)臥式銑床改造成三坐標(biāo)數(shù)控銑床。結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作量和時(shí)間限制。機(jī)械部分主要解剖不軸，

19、完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零件及參數(shù)的選擇，部分計(jì)算過(guò)程；電氣和微機(jī)部分主要完成數(shù)控系統(tǒng)控制部分整體方案的選擇，硬件接線圖，程序框圖。</p><p><b>　　2.2 資料準(zhǔn)備</b></p><p>　　2.2.1 工件資料</p><p>　　本銑床改造后主要為加工幾個(gè)品種的制動(dòng)凸輪軸，軸最長(zhǎng)為650mm；該制動(dòng)凸輪軸所需加工的輪廊外形含有直

20、線、圓弧和漸開線；要求的輪廊公差0.1 mm，對(duì)稱度公差為0.1 mm，表面粗糙度Ra1.6；工件材料為40Cr 鍛件；設(shè)計(jì)生產(chǎn)節(jié)拍為7nin/件。</p><p>　　2.2.2 原機(jī)床資料</p><p>　　由于軸是細(xì)長(zhǎng)桿件，決定選擇臥式銑削加工。采用XA6132升降臺(tái)臥式改造，原機(jī)床有關(guān)資料為：進(jìn)給電機(jī)1.5KW/1400 rpm，最大水平拖動(dòng)力1500kgf；快進(jìn)速度橫向、縱向?yàn)?/p>

21、2.3m/min；升降臺(tái)快進(jìn)速度為0.77m/min；工作最大重量為500kg；機(jī)動(dòng)范圍縱向?yàn)?80mm、橫向?yàn)?40mm、升降為300mm。</p><p>　　2.2.3 工藝資料</p><p>　　工件加工余量：最大銑削寬度7mm，最大銑削深度40mm。</p><p>　　刀具資料：高速鋼圓柱銑刀直徑φ32-φ40，刀齒數(shù)3-4。</p>&

22、lt;p>　　工藝資料：主軸轉(zhuǎn)速150-190rpm，走刀速度40-60 mm/min，每齒切厚為0.05-0.2mm,取0.1計(jì)算。</p><p>　　2.2.4 主切削力計(jì)算</p><p>　　根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)3，對(duì)高速鋼圓柱銑刀以工件為碳鋼計(jì)算：</p><p>　　FG = C f ·ae0.86·af 0.72 ·

23、d t -0.86 · ap · z</p><p>　　其中：Cf：系烽，取cf =68；</p><p>　　ae：銑銷接弧深（mm），取ae=7mm;</p><p>　　af：每齒進(jìn)給量（mm/齒），取af=0.1mm;</p><p>　　dt：銑刀直徑（mm），取dt-32mm；</p><

24、p>　　ap：銑削深度（mm），取ap=40mm</p><p>　　z：銑刀齒數(shù)，z=4</p><p>　　FG=68×70.86×0.1 0.72 ×32 –0.86 ×40×4</p><p><b>　　=550.9kgf</b></p><p>　　如以

25、af=0.2 mm代入,則FGM=910kgf。FG=1200kgf。因此，以最大水平拖動(dòng)力1200kgf計(jì)算，可以滿足最大切削力的要求。</p><p>　　其它有關(guān)主軸功率核算，夾緊工件用夾用具所需夾緊力計(jì)算這里不作介紹。</p><p>　　2.2.5 機(jī)床進(jìn)給部件重量估計(jì)</p><p>　　縱向工作臺(tái)：長(zhǎng)1.335m，加上夾具等約重220kg。</p

26、><p>　　橫向工作臺(tái)：約重445kg。</p><p>　　升降臺(tái)：約重1000kg。</p><p>　　第三章 方案比較和選擇</p><p><b>　　3.1 伺服驅(qū)動(dòng)</b></p><p><b>　　3.1.1步進(jìn)電機(jī)</b></p><p

27、>　　在我國(guó)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)組件。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)械位移的機(jī)電執(zhí)行組件。當(dāng)激磁按一定規(guī)律獲得分配脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)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)的速度和位置量。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

28、，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，機(jī)電時(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)頻率也不夠高，低頻時(shí)振動(dòng)大，沖擊大，有時(shí)還有自激振蕩。步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力，當(dāng)工作條件上變動(dòng)時(shí)，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 經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易型數(shù)控制設(shè)備中。</p><

29、p>　　對(duì)于數(shù)控銑床的改造，為了保證銑床的性能，選X、Z坐標(biāo)快進(jìn)速度不低于2.4m/min，取為10 m/min。水平拖動(dòng)力按15KN計(jì)算，則要求的功率為p=fv=15×10/60-2.5 kw。一般步進(jìn)電機(jī)達(dá)不到此功率要求。因此，如要選用步進(jìn)電機(jī)，必須相應(yīng)就降低機(jī)床的某些性能，主要是快速性。另一方面，由于步進(jìn)電機(jī)在低速下工作時(shí)有明顯的沖動(dòng)，易自激振蕩，而且其激振頻率很可能落入銑削加工所用的進(jìn)給速度范圍內(nèi)，這對(duì)加工極為不

30、利，甚至造成失敗?？梢姴捎貌竭M(jìn)電機(jī)不但要降低性能，而且很可能失敗。</p><p>　　此外，由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力，高速時(shí)扭矩下降很多，容易丟步。開環(huán)由于沒(méi)有反饋校正作用，一旦丟步會(huì)造成工件報(bào)廢，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生事故，而且如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)還會(huì)造成工件的成批報(bào)廢，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)不可靠。</p><p>　　3.1.2直流或交流伺服電機(jī)</p><p><b&g

31、t;　　1、閉環(huán)控制</b></p><p>　　采用直流或交流伺服電機(jī)閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，試調(diào)和維修困難得多，造價(jià)也高。閉環(huán)控制可以達(dá)到很好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響，一般應(yīng)用于要求高的數(shù)控制設(shè)備中。另外，由于閉環(huán)控制使機(jī)械傳動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)制作不當(dāng)都可能造成系統(tǒng)失穩(wěn)，所以相應(yīng)地要求系統(tǒng)中每一個(gè)影響因素都嚴(yán)格控制把關(guān)。由于所設(shè)計(jì)的數(shù)控銑

32、床的目標(biāo)工件加工精度不十分高，采用閉環(huán)系統(tǒng)的必要性不大。</p><p><b>　　2、半閉環(huán)控制</b></p><p>　　采用直流或交流伺服電機(jī)的半閉環(huán)控制，其性能介于開環(huán)和閉環(huán)控制之間。由于調(diào)速范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制；反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機(jī)械傳動(dòng)無(wú)件，調(diào)試比閉環(huán)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的穩(wěn)定性交易保證，所以比閉環(huán)容易實(shí)現(xiàn)。但是采

33、用半閉環(huán)控制，調(diào)試比開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)要困難些，設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn)；另外反饋環(huán)節(jié)外的傳動(dòng)元件將會(huì)直接影響機(jī)床精度和加工精度，因此在設(shè)計(jì)中也必須給予足夠重視。</p><p>　　在直流和交流伺服電機(jī)之間比較時(shí)，直流伺服主要缺點(diǎn)是體積大，重量大，還要用整流子和電刷，增加了維修工作量。交流調(diào)速逐漸擴(kuò)大了其使用范圍，已經(jīng)取代直流伺服?？刂萍夹g(shù)已經(jīng)趨于成熟，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于直流伺服系統(tǒng)。</p><p

34、>　　經(jīng)過(guò)上述比較，綜合了成功率、技術(shù)難度、精度和投資等因素。決定選用交流伺服半閉環(huán)控制。</p><p>　　3.2 CNC數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　3.2.1模板化設(shè)計(jì)、總線式結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)硬件部分采用模板化設(shè)計(jì)，總線式結(jié)構(gòu)的思想，其目的是使系統(tǒng)具有大的靈活性和可擴(kuò)充性。</p><p>　　所謂總線，是各種信

35、號(hào)線集合，它是組成微機(jī)系統(tǒng)的各插件或組成插件的各芯片間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。</p><p>　　該系統(tǒng)采用由美國(guó)PRO-LOG公司于1978年制定，IEEE協(xié)會(huì)1987年推薦的STD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微型機(jī)總線。STD總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模較小，但規(guī)定較為周密，因而適應(yīng)性好，是一般流行的8位微處理器和單片機(jī)均可使用的標(biāo)準(zhǔn)總線，有通用標(biāo)準(zhǔn)總線之稱，廣泛用于工業(yè)微型計(jì)算機(jī)控制之中，與其他總線相比，STD總線具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p>

36、<p>　?。?）小板結(jié)構(gòu)：所有模板尺寸都為27（英寸）</p><p><b>　　（2）高可靠性：</b></p><p>　?。?）開放式結(jié)構(gòu)：STD總線提供了開放式結(jié)構(gòu)，可由大量模板根據(jù)要求向搭積木一樣拼裝自己的控制總線。總線驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?。?）兼容式的總線結(jié)構(gòu)：適合多種CPU。</p><

37、;p>　?。?）產(chǎn)品配套，功能齊全：STD接中板可與現(xiàn)場(chǎng)的各種機(jī)動(dòng)設(shè)備直接連接，如：驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、交直流伺服電機(jī)等。</p><p>　?。?）模板化設(shè)計(jì)：為了針對(duì)不同控制對(duì)象的不同要求，可以選擇不同模板進(jìn)行組合，構(gòu)成不同的工業(yè)新社會(huì)制機(jī)，每種模板功能較單一，很易維修。</p><p>　　STD總線是56線的同步總線，由下列幾種總線組成：6根邏輯電源線，8根雙向數(shù)據(jù)線，16根地址線

38、，22根控制線，4根輔助電源線。數(shù)據(jù)總線和地址總線都是三態(tài)隔離式的。所有插板在不用時(shí)必須讓數(shù)據(jù)總線處于高阻狀態(tài)。地址總線也是三態(tài)的通常受CPU操作的控制線。配有供邏輯電路用的±5V電源及±12V直流輔助電源。16根地址線可對(duì)64KB存儲(chǔ)器直接尋址。</p><p>　　3.2.2系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)總線</b></p

39、><p><b>　　控制總線</b></p><p><b>　　地址總線</b></p><p><b>　　電 源</b></p><p>　　3.2.3各組成部分功能</p><p>　　系統(tǒng)由CPU及存儲(chǔ)器板、鍵盤及顯示器板、工關(guān)量I/0板、直流伺

40、服電機(jī)接口板組成。各部分功能如下：</p><p>　　（1）CPU及存儲(chǔ)器板：整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，具備運(yùn)算、控制和程序存儲(chǔ)等功能，并可為系統(tǒng)提供工作時(shí)鐘。</p><p>　　（2）鍵盤及顯示器板：操場(chǎng)作人員與數(shù)控系統(tǒng)交換信息的主要接口。操作人員通過(guò)鍵盤干預(yù)控制流程、修改零件和序、設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、操縱數(shù)控機(jī)床完成各種運(yùn)動(dòng)，也可通過(guò)顯示器了解數(shù)控系統(tǒng)中的有關(guān)數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況。</p>

41、;<p>　?。?）開關(guān)量I/0板：系統(tǒng)全部開關(guān)量的輸入輸出通道。一方面可將機(jī)床側(cè)的32路輸入信號(hào)輸入給計(jì)算機(jī)；另一方面可將計(jì)算機(jī)的控制命令經(jīng)過(guò)變換后作為給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床開關(guān)的控制。</p><p>　?。?）交流伺服電機(jī)接口板：根據(jù)計(jì)算機(jī)的位置命令完成對(duì)直流伺服電機(jī)速度控制，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一定的速度和位移量。</p><p>　　3.2.4 CNC系

42、統(tǒng)的主要功能</p><p>　　本系統(tǒng)采用8098單片作為控制核心，控制程序因化在EPROM中。采用直流伺服電機(jī)和編碼器構(gòu)成半閉環(huán)系統(tǒng)，最小設(shè)定單位0.001mm。</p><p>　　系統(tǒng)選用CMOS RAM作為零件程序存儲(chǔ)器，最小存儲(chǔ)容量為8K。零件程序可以采用手動(dòng)輸入，也可通過(guò)普通IBM-PC微型計(jì)算機(jī)用串行通訊方式輸入。零件程序的編輯十分方便。</p><p&

43、gt;　　該系統(tǒng)具有刀具長(zhǎng)度、刀具半徑補(bǔ)償和位置偏移等多種補(bǔ)償功能。程序員只需按零件輪廊尺寸編制零件程序，不需計(jì)算實(shí)際的刀具中心軌跡，從而避免了繁瑣的計(jì)處。</p><p>　　另外本系統(tǒng)還具抗干擾措施和較完善的保護(hù)措施（如行程式極限、快速講給速度極限、切削速度極限等），可以提高系統(tǒng)工作的可靠性，避免發(fā)生意外事故。</p><p><b>　　3.3機(jī)械部分</b>&

44、lt;/p><p>　　在設(shè)備的數(shù)控化改造中，雖然核心工作量數(shù)控，但決不是全部。如果忽視了機(jī)械部分，完全按照電氣要求進(jìn)行改造，或者是在改造中設(shè)計(jì)制造不盡合理，結(jié)果會(huì)給機(jī)床的數(shù)控化改造帶來(lái)意想不到的困難，甚至?xí)驒C(jī)械問(wèn)題而導(dǎo)致失敗。</p><p>　　第四章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　4.1 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計(jì)</p><p&

45、gt;　　機(jī)床在改造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足有較長(zhǎng)使用壽命的要求，而確保和提高機(jī)床的壽命的主要因素是零件的耐磨性和主要傳動(dòng)部件的疲勞壽命。在數(shù)控改造的機(jī)床上，滾珠絲杠螺母副的工作壽命就顯得尤其重要。因此，在選用滾珠絲杠螺母副時(shí)以工作壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　1、設(shè)要求壽命為：Lf =2000h</p><p>　　切削阻力：w1=500kg</p><p>　　

46、滑動(dòng)阻力：w2=220kg</p><p>　　最大行程：δ最大=680mm</p><p>　　快速進(jìn)給速度：VMAX =1000mm/min</p><p>　　定位精度：±0.030/1000 (無(wú)負(fù)載)</p><p>　　滑動(dòng)面摩擦系數(shù):μ=0.15 (對(duì)燕尾型導(dǎo)軌)</p><p><b

47、>　　2、操作條件</b></p><p>　　表中加減速中的慣量很小可以忽略的，因此，操作時(shí)間的比率很小。</p><p>　　4.2 選擇螺紋軸直徑\導(dǎo)程及螺母</p><p>　　4.2.1導(dǎo)程的選擇</p><p>　　由交流伺服電機(jī)的最大速度得：</p><p><b>　　1≥

48、</b></p><p>　　增加導(dǎo)程有利于進(jìn)給速率，在控制系統(tǒng)分辨率能達(dá)到的要求下，可取得高些，這里取1＝6 。</p><p>　　4.2.2基本動(dòng)力額定負(fù)載的檢校</p><p>　　按負(fù)載條件確定導(dǎo)程所要求的負(fù)載能力：</p><p>　　平均負(fù)載Fm及平均速度如下：</p><p&g

49、t;<b>　　Fm=(</b></p><p><b>　　nm=</b></p><p><b>　　所求負(fù)載能力如下：</b></p><p><b>　　L=</b></p><p><b>　　L1=</b></p&g

50、t;<p>　　其中：L：額定疲勞壽命（r）；</p><p>　　Ca：基本動(dòng)態(tài)額定負(fù)載（kgf）;</p><p>　　Fa：軸向負(fù)載（kgf）;</p><p>　　Fw：負(fù)載因素（取決于操作條件）；</p><p>　　Lt：按小時(shí)的壽命（h）；</p><p>　　n：轉(zhuǎn)動(dòng)速度（r/min）&

51、lt;/p><p>　　其中：Lt=20000h;</p><p><b>　　fw=1.2</b></p><p>　　因此4.2.3 螺母的選擇</p><p>　　由于設(shè)計(jì)著重于剛性，因此按以下的空轉(zhuǎn)量進(jìn)行選擇：</p><p>　　T－系列（管型標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠）</p><

52、p>　　類型：DFT（管型，單一法蘭，雙螺母——用隔離件預(yù)負(fù)載）</p><p>　　回路數(shù)：2.5卷×3列</p><p>　　選擇為：軸直徑d=φ40mm;導(dǎo)程1＝6mm;</p><p>　　基本動(dòng)態(tài)負(fù)載額定值Ca=3990kfg。</p><p><b>　　1、臨界速度</b></p>

53、;<p><b>　　由</b></p><p>　　其中：L＝最大行程＋螺母長(zhǎng)度／2 ＋軸端邊限度</p><p>　　＝680＋81＋200</p><p><b>　　961mm</b></p><p>　　f=21.9(由滾珠絲杠安裝方法所確定的系數(shù)，固定——固定)</p

54、><p>　　因此 dr≥7mm dr:絲杠螺紋溝槽直徑。</p><p><b>　　2.dm和n值</b></p><p>　　由dm≤70000/n，當(dāng)n=1667r/min時(shí)，dm≤42mm。</p><p>　　其中：dm：鋼球的中心圓周直徑；</p><p><b>　　n

55、： 轉(zhuǎn)動(dòng)速度。</b></p><p>　　4.2.4選擇滾珠絲杠系統(tǒng)的剛性</p><p>　　滾珠絲杠的主要部件（螺紋軸、螺母及支承軸承）所用的空轉(zhuǎn)量按以下所要求的空轉(zhuǎn)量進(jìn)行設(shè)定：20×0.8=16μm</p><p>　　軸直徑d=40mm的滾珠絲杠部件的彈性位移是：導(dǎo)程△1≤8μm。</p><p>　　1、螺紋

56、軸的剛性：KS</p><p><b>　　彈性位移：△LS</b></p><p>　　這是按螺紋軸的中心進(jìn)行計(jì)算，該處發(fā)生最大軸向位移：</p><p><b>　　由等式KS=</b></p><p>　　其中：E：彈性模數(shù)（2.1×104kfg/mm2）</p>&l

57、t;p><b>　　△LS=</b></p><p>　　其中:Fa：滑動(dòng)阻力（Fa=108kgf）</p><p>　　2、螺母的剛性Kv和彈性位移△Lv</p><p>　　約將最大軸向負(fù)載的1／3設(shè)定為預(yù)負(fù)載：</p><p><b>　　Fa0=</b></p><

58、p><b>　　剛性計(jì)算如下：</b></p><p><b>　　KN=</b></p><p>　　其中：K：尺寸表中的剛性值</p><p>　　3、支承軸承的剛性（彈性位移：△LB）</p><p>　　所使用的支承軸承是剛于滾珠絲杠支承（26207）止推角面接觸滾珠軸承。</p

59、><p><b>　　△LB=</b></p><p>　　其中：KB：軸承的剛性值</p><p>　　因此,所選的滾珠絲杠螺母識(shí)別號(hào)：DF4006-7.5；軸直徑：40mm;導(dǎo)程：6mm。</p><p><b>　　4.2.5絲杠長(zhǎng)度</b></p><p>　　L3＝最大

60、行程＋螺母長(zhǎng)度＋端連限度</p><p>　　＝680＋161＋260</p><p><b>　?。?102mm</b></p><p>　　4.2.6對(duì)于已選擇的滾珠絲杠的確認(rèn)計(jì)算</p><p><b>　　1、壽命預(yù)計(jì)</b></p><p><b>　　2

61、、允許速度</b></p><p><b>　　臨界速度：</b></p><p>　　dm·n值：dm·n=40.5×1667<70000</p><p><b>　　4.3 精度的選擇</b></p><p>　　定位精度：±0.030/

62、1000mm</p><p>　　由導(dǎo)程精度的允許值選精度級(jí)：C3</p><p>　　E＝±0.021/1000mm，e=0.015mm</p><p>　　其中：E：平均行程偏差；</p><p><b>　　e：行程變量</b></p><p>　　4.4 熱變形的對(duì)策</p

63、><p>　　出軸承的負(fù)載能力提供3度進(jìn)行補(bǔ)償。</p><p>　　4.4.1熱位移△Lθ（mm）</p><p>　　變型：△Lθ=e·θ·1=12.0×10-6×3×895=0.032mm</p><p>　　其中：e：熱膨脹系數(shù)（取e=12.0×10-6）;</p>

64、<p>　　θ：螺紋軸的上升溫度；</p><p><b>　　L：螺紋軸的長(zhǎng)度。</b></p><p>　　4.4.2 預(yù)拉伸Fθ</p><p>　　累計(jì)導(dǎo)程的目標(biāo)值：—0.032/895mm</p><p>　　預(yù)拉伸：790kgf</p><p><b>　　拉伸：

65、0.032</b></p><p>　　4.5支承軸承的選擇</p><p>　　當(dāng)ε確定為Fθ與CB的比率時(shí)，其中CB是支承軸承的動(dòng)力負(fù)載額定值，而Fθ為其預(yù)接伸，選擇適合以下等式的支承軸承。</p><p>　　ε=Fθ/CB<0.20</p><p><b>　　軸承為：36207</b><

66、/p><p>　　4.6驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇</p><p>　　工作臺(tái)速度：10000mm/min-1667r/min</p><p>　　上升到最大速度的時(shí)間：0.16秒（最大）</p><p>　　4.6.1慣性矩JL（換算到電機(jī)軸上）</p><p><b>　　1、螺紋軸</b></p>

67、;<p>　　其中：q：材料的密度（q=7.8×10-3kgf/cm3）；</p><p>　　R：圓柱體的半徑（cm）；</p><p>　　L：圓柱體的長(zhǎng)度（cm）。</p><p><b>　　2、活動(dòng)件</b></p><p>　　3、同步齒形帶輪1，2</p><p&

68、gt;　　Jc=380kgf.cm2</p><p><b>　　4、合計(jì)</b></p><p>　　JL＝JB＋JW＋JC＝21。56＋6.7×10-3+38=59.56kgf.cm2</p><p><b>　　4.6.2驅(qū)動(dòng)力矩</b></p><p>　　在穩(wěn)定速度下的驅(qū)動(dòng)力矩，

69、由下式計(jì)算：</p><p>　　其中：TB：支承軸承的摩擦力矩，取TB=6.6kgf·cm2</p><p>　　TD：經(jīng)過(guò)預(yù)負(fù)載的螺母的摩擦力矩（kgf）,；</p><p>　　Fao：預(yù)負(fù)載（kgf）</p><p><b>　　I：導(dǎo)程（cm）;</b></p><p>　　K

70、：滾珠絲杠的預(yù)負(fù)載系數(shù)</p><p>　　1、在快速進(jìn)給情況下：</p><p>　　2、在重切削情況下：</p><p>　　4.6.3電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　最大速度：Nm≥1667r/min；</p><p>　　電機(jī)的額定力矩：Fm>TL,(kgf.cm)；</p><p&

71、gt;　　電機(jī)的傳子慣量：Jm>JL/3,(kgf.cm2)；</p><p>　　在以上條件的基礎(chǔ)上，可以選擇以下交流伺服電機(jī)：</p><p>　　額定功率輸出：Ww=3kw；</p><p>　　最大轉(zhuǎn)速：Nm=2000r/min；</p><p>　　額定力矩：TM=14.3N·m；</p><p&

72、gt;　　轉(zhuǎn)子慣量：JM＝0.084kg·cm·S2</p><p>　　4.6.4加速時(shí)間的檢校</p><p>　　其中：J：總慣量（Jh+Jm）；</p><p><b>　　Tm’=2×Tm；</b></p><p>　　TL：在快速進(jìn)給下的驅(qū)動(dòng)力矩；</p><

73、;p>　　f ： 安全系數(shù)（f=1.4）；</p><p>　　4.7 錐形夾緊環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　伺服電機(jī)的軸伸為光軸，采用錐形夾緊環(huán)與同步齒型帶輪相聯(lián)的方式比較方便。電機(jī)軸直徑為φ35，由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》3中可選用到d=35mm，D=40mm，L=7mm，1=6的錐環(huán)，選用兩組。</p><p><b>　　計(jì)算過(guò)程如下：<

74、;/b></p><p><b>　　基本參數(shù)：</b></p><p>　　消除內(nèi)環(huán)與軸、外環(huán)與孔的配合間隙所需的初始軸向力P0＝1010×9.8≈9.9×103N；</p><p>　　錐環(huán)每單位接觸壓力所能傳遞的扭短M0=1.38N·M/MPa；</p><p>　　錐環(huán)產(chǎn)生每單

75、位接觸壓力所需軸向力F1=356N/Mpa；</p><p>　　摩擦系數(shù)μ=0.12；</p><p>　　所能傳遞的扭矩M=CM0[P]≥KMn，其中Mn為額定扭矩，K≥5為動(dòng)載荷系數(shù)，[P]為許用接觸壓力[P]=10—15kgf/mm2,取為100—150mpa,系數(shù)，其中n=2為組數(shù)，</p><p><b>　　。</b></p

76、><p>　　選電機(jī)扭矩為Mn=18NM，取K＝6，則：</p><p>　　所需軸向力P＝P0＋F1[P]=9.90.356×50≈27.8KN</p><p>　　用螺栓拉緊壓緊套產(chǎn)生軸向力，螺栓強(qiáng)度計(jì)算用式校核，取[σ]=0.4σs,n=6,用f0=p代入，則得。由于安裝位置有限，若采用M8×1的螺栓，d1=6.917mm,則要求，只能采用40

77、Cr并經(jīng)調(diào)整質(zhì)處理來(lái)達(dá)到。</p><p>　　由上述計(jì)算可以看出：</p><p>　　1、錐形夾緊環(huán)聯(lián)結(jié)軸必須進(jìn)行計(jì)算，否則如果軸向壓緊力過(guò)大，可能超過(guò)允許接觸應(yīng)力[P]，造成零件的損壞，但是如果軸向壓力不足，則可能造成聯(lián)軸的不可靠，使用中當(dāng)扭矩過(guò)大時(shí)會(huì)發(fā)生失步。</p><p>　　2、在考慮壓緊套時(shí)，要產(chǎn)生壓緊力的接觸面積并不大，但壓力較大?？紤]到緊固用螺栓

78、不大。共接觸面積小，會(huì)形成大的接觸壓力。因此，壓緊套要用較好的材料制作，否則，會(huì)因接觸壓力過(guò)大造成損傷。</p><p>　　3、為了保證合適的軸向力，在緊固壓緊時(shí)，對(duì)螺栓所施加的擰緊力矩受到控制，這可用式求出，用扭力板手限定，其中F為單價(jià)目螺栓的鎖緊力，d2為螺栓的中徑，λ為螺紋升角，φ為摩擦角。</p><p>　　4、上述計(jì)算實(shí)際很粗，因?yàn)棣炭梢赃_(dá)到0.2，且由△max求消除間隙所需

79、軸向力時(shí)，△max、φ變化，P0的變化也很大，這給精確調(diào)整和控制軸向力帶來(lái)困難。</p><p>　　5、也可采用帶螺紋的壓緊套，其強(qiáng)度比較容易滿足，只是制造稍復(fù)雜些；另外，套與錐環(huán)接觸面在壓緊時(shí)要相對(duì)滑動(dòng)，對(duì)壓緊不利，有磨損。</p><p>　　4.8 齒輪和同步齒型帶的工況比較</p><p>　　用一對(duì)齒輪作為傳動(dòng)副時(shí)，為了消除齒輪傳運(yùn)中的間隙，要采用可調(diào)拉

80、簧的薄片齒輪的結(jié)構(gòu)?？烧{(diào)接簧的設(shè)計(jì)和制造以及調(diào)整不可能完全滿足設(shè)計(jì)要求，它總是一個(gè)大概的范圍。所以，調(diào)整起來(lái)不方便也不夠精確。而齒輪傳動(dòng)要實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)噪聲大，調(diào)整不方便。而用同步齒型帶輪傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)?？筛綦x電機(jī)本身帶來(lái)的振動(dòng)，調(diào)整皮帶輪的松緊很方便。只需根據(jù)皮帶的長(zhǎng)度，測(cè)量皮帶的振動(dòng)頻率或利用壓力傳感器測(cè)皮帶中間表面的張力，就能做到精確調(diào)整，使傳動(dòng)成為無(wú)間隙傳動(dòng)，同時(shí)又可使皮帶壽命達(dá)到一理想值。</p>

81、<p>　　第五章 CNC系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 CPU及存儲(chǔ)器模板設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1.1 CPU的選擇</p><p>　　CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，它的性能決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。目前工業(yè)控制中常用的CPU有8位（如Z80A）、16位（如8086、8088、80286）和32位（如80386、80486）數(shù)種，單片機(jī)

82、又有8位（如51系列）和16位（如8096、8098）之分。</p><p>　　由于單片機(jī)集CPU、存儲(chǔ)器和I/0接口于一身，與其它CPU相比，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、可靠性高、價(jià)格低廉，且性能完全能滿足CNC系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的要求，因此決定采用單片機(jī)。</p><p>　　在單片機(jī)中，Intel公司的51系列和96系列最常用。8098單片機(jī)是MCS96系列中的一員，采用8位外部數(shù)據(jù)總線，而內(nèi)部CPU

83、仍然保持16位結(jié)構(gòu)，因此稱之為準(zhǔn)16位機(jī)，其價(jià)格遠(yuǎn)低于原本的16位機(jī)，而性能卻保持上乘。</p><p>　　8098單片機(jī)具有一個(gè)16位CPU、232字節(jié)RAM、兩個(gè)4位和兩個(gè)8位并行I/0接口、一個(gè)全雙工串行通訊接口、兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、4通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器、4個(gè)高速輸入通道、6個(gè)高速輸出通道等部件，能實(shí)現(xiàn)16位×16位的乘法指令和32位÷16位的除法指令，處理能力遠(yuǎn)高于

84、51系列單片機(jī)，與8096基本相當(dāng)，由于外部采用8位數(shù)據(jù)總線，與8096相比，連接方便，價(jià)格低廉，故采用8098單片機(jī)。</p><p>　　5.1.2 存儲(chǔ)器的選擇</p><p>　　存儲(chǔ)器主要分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。</p><p><b>　?。?）ROM的選擇</b></p><p>　　R

85、OM的特點(diǎn)是，程序?qū)懭牒笾荒茏x出，不能寫入，斷電后不會(huì)丟失信息。ROM主要用來(lái)存放系統(tǒng)軟件，包括：初始化程序，插補(bǔ)程序、鍵盤及顯示器管理程序和編譯程序、診斷程序編輯程序、伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序、刀初程序等。根據(jù)在滿足容量要求時(shí)盡可能選擇大容量芯片，可以減小芯片組合數(shù)量且以備系統(tǒng)功能擴(kuò)充之用的原則，因此選用2片27128，共32K容量。</p><p>　　27128是28腳雙列直插EPROM，容量為16K×

86、18。其中A0-A13為14位地址線，00-07為8位數(shù)據(jù)線，CE為芯片允許信號(hào)低電平有效，VCC、GND分別為+5V和接地端。工作方式如下：</p><p>　?。?）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM</p><p>　　RAM的特點(diǎn)是：即能寫入又能讀出信息，但斷電后會(huì)丟失登記處。RAM一般來(lái)存放應(yīng)用程序、零件加工程序、緩沖區(qū)（刀補(bǔ)運(yùn)算、插補(bǔ)運(yùn)算、顯示緩存）、以及中間結(jié)果，工作寄存器和堆棧等。本系統(tǒng)

87、選用二片具有8K字節(jié)容量的6264作為外部RAM，為了防止RAM中的登記處丟失，采用了掉電保護(hù)電路。</p><p>　　6264 27128</p><p>　　6264是28腳雙列直插RAM，各引腳的操作方式如下：</p><p><b>　　（3）輔助電路</b></p&

88、gt;<p><b>　?、俚刂纷g碼：</b></p><p>　　由于8098對(duì)存儲(chǔ)器和外部設(shè)備采用統(tǒng)一編址方式，因此選用74LS138譯碼器對(duì)存儲(chǔ)器和I/0接口統(tǒng)一地址譯碼。</p><p>　　74LS138譯碼器功能表如下：</p><p>　　由于一塊74LS138無(wú)法滿足所有芯片的地址譯碼，</p>&l

89、t;p>　　因此采用多級(jí)譯碼的方式，進(jìn)地址分配。增加一塊</p><p>　　74LS138譯碼器。地</p><p>　　址線的A7、A6、A5，對(duì)其它模板進(jìn)行二級(jí)譯碼，</p><p>　　在各模板上再用74LS1138對(duì)范圍內(nèi)的芯片進(jìn)行地址</p><p>　　分配，進(jìn)行三級(jí)譯碼。全部模板、芯片的地址分配如下表：</p>

90、;<p><b>　?、诳偩€驅(qū)動(dòng)器：</b></p><p>　　各種接口電路都有一定的驅(qū)動(dòng)能力，可帶一定數(shù)量的負(fù)載。這在應(yīng)用系統(tǒng)較小時(shí)往往可以適用，但是系統(tǒng)較大，外圍設(shè)備較多，電路較復(fù)雜時(shí)就不能滿足要求。于是，需要配置總線驅(qū)動(dòng)器來(lái)提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　74LS245是一種8位雙向總線收發(fā)器，三態(tài)門輸出，常用作總線驅(qū)動(dòng)器。芯片引腳如右

91、圖所示。</p><p>　　輸入/輸出引腳分為兩組，一組是A1-A8，另一組是</p><p>　　B1-B8?？刂菩盘?hào)有兩個(gè)，一個(gè)是傳送允許，另一個(gè)是</p><p>　　傳送方向控制DIR。當(dāng)輸入低電平時(shí)，允許數(shù)據(jù)傳送，</p><p>　　否則不允許傳送。當(dāng)DIR為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)由A端傳送到</p><p>　

92、　B端；當(dāng)DIR為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)由B端傳送到A端。傳送控制如表如表：</p><p>　　用作數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器時(shí)，第一引腳DIR接RD，當(dāng)RD為低電平時(shí)，DIR為低，數(shù)據(jù)由B端傳送到A端，即CPU進(jìn)行讀操作；當(dāng)RD為高電平時(shí)，DIR為高，數(shù)據(jù)由A端傳送到B端，CPU可進(jìn)行寫操作。由于使用了74LS245，提高了總線的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p><b>　?、鄣刂锋i存器：</b

93、></p><p>　　8098規(guī)定P3口提供低8位地址線，同時(shí)又要作數(shù)據(jù)線，所以為分時(shí)輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出來(lái)，將74LS373的片選端接低電平，G與8098的地址鎖存信號(hào)ALE連接。當(dāng)G-1時(shí)，片未選中，當(dāng)G由高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖入Q1-Q8中。即由CPU發(fā)出的地址允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿將地址信息鎖存和鎖存器中。</p><p>　　7

94、4LS373的功能表和芯片管腳圖如下：</p><p>　　(4) 掉電、復(fù)位保護(hù)電路 74LS273</p><p>　　作用：①系統(tǒng)掉電及復(fù)位時(shí)，能自動(dòng)切換備用鋰電池對(duì)RAM供電，保持RAM的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。</p><p>　?、谙到y(tǒng)加電、掉電過(guò)渡過(guò)程中，保證RAM中的數(shù)據(jù)不會(huì)改變，即保證VCC在4.5V-0V變化時(shí)，

95、阻止CPU和澤碼器對(duì)6264的誤讀/寫操作。</p><p><b>　　電路圖：</b></p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　1、2、3為電壓比較器，7432：A/B/C為三個(gè)部門，HD為一發(fā)光二級(jí)管，C4、C6、C10為濾波電容，D6為一穩(wěn)壓管（穩(wěn)壓值為3V）。正常工作時(shí)，E1為+5V，

96、V1-V2=V3（穩(wěn)壓管作用），因E1>3.6V，故D1截止，D2導(dǎo)通，E1通過(guò)D2正常向VDD供電，而對(duì)電壓比較器來(lái)說(shuō)，因V1+=3.6V，故其輸出端為“1”電平，從而使HD反偏，不會(huì)發(fā)光。</p><p>　　而根據(jù)R113.3K，R12=10K的分壓作用，可知VA=E1×R12/（R12+R11）=5×10/（10+3.3）=3.75V，顯然，因V2+VA=3.75V>V2-

97、=3V，故電壓比較器2輸出為“1”電平，一路向片選CS2提供正常信號(hào)，而另一路要影響電壓比較器3的工作。對(duì)于3而言，根據(jù)分壓作用，知V3+=E1×R9/（R8+R9）=5×0.33/(1+0.33)=1.24V，這時(shí)，VB=5V，故必定通過(guò)D7、R15向C7充電，直至C點(diǎn)電壓升高至（5-0.7）=4.3V為止，也就是說(shuō)C點(diǎn)電位被嵌位在高電平4.3V左右，這時(shí)V3=1.24V<V3-=VC=4.3V，故電壓比較器

98、3輸出“0”電平，即VD=0，不影響7432；A/B的另一路WR及Y3的工作，且也不能通過(guò)7432；C使三級(jí)管T1截止，使T1集電極始終處于高電平，即RST=1，系統(tǒng)處于不復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)E1上電0→3.6V時(shí)，如前所述，上面電路保證E2備用電池向VDD正常供電，而若長(zhǎng)期處于掉電過(guò)程，E2電壓上降，致使V1+<V1-，則電壓比較器1輸出“0”電平,從而使HD正偏，發(fā)光警告?zhèn)溆娩囯姵仉妷翰蛔?/p>

99、，提示更換電池。對(duì)于上面電路，當(dāng)E1從0→4.5V時(shí)，因V2+=VA=E1×R12/（R12+R11）=E1×10/（10+3.3）=0→3.375V，當(dāng)V2+<V2-時(shí)，電壓比較器2輸出端B為“0”電平，這以后C7通過(guò)R15和D7放電，從而使C點(diǎn)為“1”電平，從而通過(guò)兩個(gè)或門7432；A/B，使、CS為高電平，即封鎖、信號(hào)的輸入，從而起到保護(hù)RAM內(nèi)容不被誤操作抹去，而D點(diǎn)高平又通過(guò)或門7432；C使三級(jí)管基

100、極電位為“1”，從而使T1導(dǎo)通，集電極電平為“0”，即使RST=0，向系統(tǒng)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　同理，掉電期間（5V→0V）的工作過(guò)程同加電期間的工作過(guò)程。</p><p>　　由于外界原因需要8098復(fù)位，重新啟動(dòng)。8098的復(fù)位過(guò)程是：在電源電壓VCC、振蕩信號(hào)發(fā)生器均處于穩(wěn)定狀態(tài)后，當(dāng)8098單片機(jī)的引腳保持兩個(gè)狀態(tài)周期以上的低電平，接著又處于高電平。

101、該單片機(jī)便開始執(zhí)行時(shí)間為10個(gè)狀態(tài)周期的復(fù)位序列。這個(gè)復(fù)位序列使片內(nèi)一些寄存器初始化、PSW清零，程序計(jì)數(shù)器PC被賦值為2080H。在此基礎(chǔ)上，8098單元片機(jī)開始執(zhí)行首地址為2080H的程序。</p><p>　　在此采用的電路除了具有上電自動(dòng)復(fù)位功能外，還可以能過(guò)復(fù)位按鍵迫使為低電平。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，復(fù)位電容器里存儲(chǔ)的能量可以以二級(jí)管為通路迅速放電，這為單片機(jī)在反復(fù)上電的情況下可靠復(fù)位提供了保證。</p&

102、gt;<p>　　5.2鍵盤、顯示器接口模板的設(shè)計(jì)</p><p>　　該模板是由鍵盤、顯示器、驅(qū)動(dòng)元件、鎖存器、譯碼器等組成。</p><p>　　5.2.1 元件選擇及電路設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)鍵盤上閉合鍵（壓下支的鍵）的識(shí)別以及對(duì)顯示器的控制，一般是通過(guò)通用的I/0接口電路并由程序完成。然而，對(duì)實(shí)時(shí)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，考慮到微機(jī)的有限運(yùn)算

103、速度，總希望盡量減小CPU對(duì)鍵盤及顯示器管理所占用的時(shí)間。8279芯片就是由Intel公司為此而設(shè)計(jì)的集成接口芯片。它是一種專用于鍵盤/顯示器的可編程接口電路，能對(duì)鍵盤自動(dòng)掃描，給出閉合按鍵的鍵碼，能自動(dòng)向數(shù)碼管顯示器輸出顯示代碼和位代碼。因此，是一種功能較強(qiáng)、使用方便靈活的可編程鍵盤/顯示器接口電路。</p><p>　　鍵盤和顯示器通過(guò)8279芯片與數(shù)控系統(tǒng)的CPU的控制、數(shù)據(jù)及地址總線相連，鍵盤和顯示器掃描

104、信號(hào)的發(fā)生以及動(dòng)態(tài)顯示時(shí)的數(shù)據(jù)更新均由8279芯片獨(dú)立完成。</p><p>　　5.1.2 8279芯片</p><p>　　Intel8279是一種實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和段式數(shù)碼顯示控制的專用智能芯片，它的功能由兩部分組成：接收來(lái)自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并做預(yù)處理，顯示數(shù)據(jù)的管理和對(duì)數(shù)據(jù)顯示器的控制。</p><p>　　它具有以下一些特點(diǎn)：</p><p&

105、gt;　?。?）與微處理器接口簡(jiǎn)單；</p><p>　?。?）自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鍵的“去抖”和重鍵處理；</p><p>　?。?）能以中斷或查詢兩種方式工作；</p><p>　?。?）能按FIF0（先進(jìn)先出）方式實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　8個(gè)鍵值的緩沖；</b></p><p>　　（5）常規(guī)

106、情況能同時(shí)管理64物理鍵和16</p><p><b>　　個(gè)八段數(shù)碼管。</b></p><p><b>　　其引腳定義如下：</b></p><p>　　DB0-DB7；雙向數(shù)據(jù)總線</p><p>　　、：讀寫選通信號(hào) 片選信號(hào)</p><p>　?。簭?fù)位信號(hào)

107、 CLK：時(shí)種信號(hào)</p><p>　　A0：命令/狀態(tài)或數(shù)據(jù)識(shí)別信號(hào)，=1為寫命令或讀狀態(tài)；=0為數(shù)據(jù)IRQ：中斷請(qǐng)求信號(hào)</p><p>　　SL0-SL3：輸出線。這四條輸入線用來(lái)掃描鍵盤和顯示器</p><p>　　RL0-RL7：輸入線，是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列信號(hào)輸入線</p><p>　　OUTA0-OUTA3

108、,OUTB0-OUTB3：顯示輸出線</p><p><b>　?。猴@示消隱信號(hào)</b></p><p>　　SHTFT：擴(kuò)展鍵盤位的換擋信號(hào)，帶上拉電阻，高電平有效</p><p>　　CTRL／STB：控制鍵輸入／選通信號(hào)輸入，高電平有效</p><p>　　8279的8根數(shù)據(jù)總線與STD總線的D0－D7相連，它的、

109、、CLK、分別與STD總線的同名信號(hào)線相連接。其中CLK的另一端接8098的HS0.0腳，由8098的高速輸出通道HS0.0產(chǎn)生IAMZ的脈沖信號(hào)。在對(duì)8279初始化時(shí)，可編程為10分頻，以便得到8279所需的100KHZ的內(nèi)部時(shí)鐘。與該接口板的片選信號(hào)相連。由于CPU對(duì)8279的監(jiān)視采用查詢方式，每16ms定時(shí)中斷查詢一次，所以中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ懸空不用，A0與8098的最低位地址線AD0相連；SHIFT和CNTL／STB腳接0電平。

110、</p><p>　　5.1.3鍵盤控制的原理</p><p>　　8279的掃描輸出有兩種方式供選擇：譯碼掃描和編碼掃描。所謂譯碼掃，四條掃</p><p>　　在先進(jìn)先出寄存器（FIF0 ROM）中有一個(gè)字節(jié)的FIF0狀態(tài)寄存器，它始終存有描線在同一時(shí)刻只有一條是低電平，并按著一定的頻率輪流更換。如果用戶鍵盤的掃描線多于4根時(shí)，則8279的掃描應(yīng)工作在編碼輸出方

111、式，增加一片譯碼器，來(lái)擴(kuò)大掃描線數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)有24個(gè)按鍵，組成3×8的矩陣。SL0-SL2是3根行線，RL0-RL7是8根列線，每個(gè)鍵的一端接某一行線上，而另一端接某一列線上。在逐行掃描時(shí)，列線用來(lái)搜尋一行中閉合的鍵，當(dāng)某一鍵，閉合時(shí)，消抖電路被置位，延時(shí)等待10ms之后，再檢查該鍵是否閉全，若閉全，則該鍵的行列地址和附加的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)送入8279內(nèi)部的FIF0存儲(chǔ)

112、器。</p><p><b>　　格式為</b></p><p>　　芯片的控制端CNTL，換擋端SHIFT接地，因此編碼的最高兩位都取“0”。表示FIFO是滿是空、存有多少個(gè)數(shù)值，以及表示溢出或無(wú)溢出、顯示無(wú)效等狀態(tài)的信息。在CS為低電平，A0為高電平時(shí)，CPU可以通過(guò)RD讀出該狀態(tài)字。該狀態(tài)字形式如表：</p><p><b>　

113、　狀態(tài)字的意義見表：</b></p><p>　　系統(tǒng)在接通電源或按下“復(fù)位”鍵后都要執(zhí)行一段8279初始化程序。該段程序的任務(wù)就是將讀取8279中的FIFO內(nèi)容、顯示和鍵盤工作方式、顯示RAM的地址設(shè)置、FIFO和顯示BAM的清零、掃描頻率等五個(gè)命令字寫入8279中的有關(guān)寄存器，而8279將這些命令都鎖存起來(lái)，然后逐個(gè)進(jìn)行譯碼，并將執(zhí)行相應(yīng)的功能。該系統(tǒng)鍵盤掃描時(shí)間為5.1MS，去抖動(dòng)時(shí)間為10.3

114、MS。時(shí)序控制電路中的一些計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部基頻進(jìn)行分頻，提供適應(yīng)的鍵盤以及顯示器掃描時(shí)間。</p><p>　　8279顯示器和鍵盤、方式命令字進(jìn)行譯碼后也進(jìn)行相應(yīng)的功能處理。在該系統(tǒng)中顯示和鍵盤方式命令字采用編碼掃描，兩鍵互鎖工作方式。兩鍵互鎖是指，當(dāng)被按上鍵盤未釋放前，第二鍵又初按上時(shí)，F(xiàn)IFO僅接收第一鍵的代碼，第二鍵當(dāng)作無(wú)效鍵處理。在鍵盤工作方式時(shí)，8279從YE0行開始，逐行掃描鍵盤，每掃描一行將6根回送線

115、（RL0－RL5）的數(shù)據(jù)由回送緩沖器實(shí)現(xiàn)緩沖和鎖存。若該行中有鍵閉合，就等待10.3MS，然后再重新檢查該鍵是否還閉合，若該鍵仍閉合，就將該鍵的代碼送到FIFO RAM中。系統(tǒng)每隔16MS將8279中的FIFO狀態(tài)字讀入，然后判斷FIFO RAM中。系統(tǒng)每隔16MS將8279中的FIFO狀態(tài)字讀入，然后判斷FIFO RAM中是否存有鍵代碼值。若有鍵盤代碼值，數(shù)控系統(tǒng)將它讀入進(jìn)行分析判斷，然后轉(zhuǎn)到執(zhí)行該鍵的處理子程序，作該鍵所表示的功能處

116、理。</p><p>　　5.1.4顯示控制的原理</p><p>　　本系統(tǒng)每個(gè)坐標(biāo)有5片LED晃示，共需15片LED，顯示掃描線有15根，故顯示方式采用編碼掃描，增加一片4－16譯碼器74154。輸入SL0－SL3四根掃描線，輸入16根掃描線輪流選通15片LED。</p><p>　　8279內(nèi)設(shè)置了顯示RAM，用來(lái)存放顯示數(shù)據(jù)，它有16×8位的容量信

117、，最多可存放16位的顯示信息。顯示數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線D0-D7及寫信號(hào)可以分別寫入顯示存儲(chǔ)器的任何一個(gè)單元內(nèi)。一旦數(shù)據(jù)寫入后，8279的硬件電路便自動(dòng)管理顯示存儲(chǔ)器的輸出及同步掃描信號(hào)。</p><p>　　7段LED用共陽(yáng)極顯示方式，8279的OUTA0-OUTA3，OUTB0-OUTB3作為段選路，74154的15根掃描線作為位選口，由于它們的驅(qū)坳能力太低，不能直接驅(qū)動(dòng)顯示器點(diǎn)亮，故增加驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003A

118、，此芯片后面進(jìn)行介紹。而7406（7407）芯片驅(qū)動(dòng)能力較小，應(yīng)避免使用。</p><p>　　8279進(jìn)入顯示工作方式時(shí)，在顯示掃描脈沖控制下，從右至左按順序逐個(gè)點(diǎn)亮顯示器，每個(gè)顯示器被點(diǎn)亮的時(shí)間只占掃描時(shí)間的十六分之一，而其熄滅時(shí)間占十六分之十五。由于顯示器導(dǎo)通過(guò)流過(guò)較大的電流，而顯示器又有余輝，再者顯示掃描頻率較高，顯示器所顯示的字符都是清晰可辨的。</p><p>　　5.3 I/

119、0接口模板</p><p>　　該模板以兩片8255可編程并接口芯片為主，用三片74LS245將8255與STD總線相連。用TLP521-4光隔芯片將8255與外電路隔離。用ULN2003作為輸出驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　5.3.1開關(guān)量設(shè)計(jì)</p><p><b>　　輸入開關(guān)量功能表</b></p><p>