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1、目 录 一、设计任务.4 二、总体方案确定.4 1.机械传动部件的选择.4 2.控制系统的设计.5 三、机械传动部件的计算与选型.6 1.导轨上移动部件的重量估算.6 2.切削力的计算.6 3.直线滚动导轨副的计算与类型.7 4.滚珠丝杆螺母副的计算与选型.8 5.步进电动机减速箱的选用.14 6.步进电动机的计算与选型.14 四、绘制进给传动机构的装配图.21 五、控制系统的设计.22（1）控制系统的原理框图.22（2）简介.22（3）应用.26 六、步进电动机驱动电源的选用.29 七、附图.30 八、参考文献.30 1 2 3 4 一、设计任务 题目：Z3040 型钻床控制系统的 PLC
2、改造 任务：设计一种供 Z3040 钻床使用的数控钻台 主要参数如下：1）钻头最大直径 d=40mm;2）加工材料为灰铸铁 190HBW；3）X 方向的脉冲当量=0.005mm/step；4）X 方向的定位精度为0.01mm；5）工作台面尺寸为 400mm360mm；6）工作台空载最快移动速度maxx 3000mm/min；7）加工时最快进给移动速度maxxf400mm/min；二、总体方案确定 1.机械传动部件的选择 1)导轨副的选用：要设计的工作台是与 Z3040 钻床配套使用的，因此，选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。2)丝杠螺母副
3、的选用：伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足 0.005mm 的脉冲当量和 5 0.01mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滑动丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙。3)减速装置的选用：选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此，决定采用无间隙齿轮传动减速箱。4)伺服电动机的选用：任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有 3000mm/m
4、in。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。5)步进电动机的控制方式：由于任务书所给精度对于步进电动机还可应付，且此工作台仅要求单坐标定位，故选用开环控制。2.控制系统的设计 6)对于步进电动机的开环控制，选用 8035 作为控制系统的CPU，可满足任务书给定的相关指标。7)要设计一台完整的控制系统，在选择 CPU 之后，还需要进 6 行存储器的选择、接口扩展、输入/输出接口电路的设计、隔离电路、报警电路、运行指示电路等。8)选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。三、机械传动部
5、件的计算与选型 1.导轨上移动部件的重量估算 按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算。包括工件、夹具、工作平台、上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、导轨座等，估计重量约为 1000N。2.切削力的计算 采用硬质合金钻头，工件材料为灰铸铁 190HBW。钻孔时轴向力Ff 的计算公式为：ZFyffFFFC dfk 今选择钻头直径为 d=40mm，每转进给量 f=0.17mm/r。由表 3-81查得FC=410，FZ=1.2，Fy=0.75，Fk=1，由上式求得切削力轴向力：1.20.75410fFFdfk 1.20.75410400.17N 9080N 对于麻花钻钻削加工 7 0.57
6、0.57 908051760.40.4 908036320.030.03 9080273xfyffFFNNFFNNFzFNN 3.直线滚动导轨副的计算与类型 1)滑块承受工作载荷maxF的计算及导轨型号的选取：工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本设计中的工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所承受的最大垂直方向载荷为:max4GFF 其中，移动部件重量 G=1000N，外加载荷 F=zF=273N，代入上式，得最大工作载荷maxF=523N=0.523kN。查表 3411，根据工作载荷maxF=0.52
7、3kN，初选直线滚动导轨副的型号为 KL 系列的 JSALG15 型，其额定动载荷7.94aCkN，额定载荷9.5oaCkN。任务书规定工作台面尺寸为 400mm360mm，加工范围为 8 210mm210mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表 3351，按标准系列，选取导轨的长度为 700mm。2)距离额定寿命 L 的计算：上述选取的 KL 系列 JSALG15型导轨副的滚道硬度为 60HRC，工作速度较低，载荷不大。查表 3363401，分别取硬度系数1.0Hf、温度系数1.00Tf、接触系数0.81Cf、精度系数0.9Rf、载荷系数1.5Wf，代入下式，得距离寿命：3max3501.0
8、1.00 0.81 0.97.94501.50.5232008350HTCRaWf f f fCLfFkmkm 远大于期望值 50km，故距离额定寿命满足要求。4.滚珠丝杆螺母副的计算与选型（1）最大工作载荷mF的计算 已知移动部件总重量 G=1000N，按矩形导轨进行计算，查表 3291，取颠覆力矩影响系数 K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数0.005。按下式计算滚珠丝杆副的最大工作载荷：mxzyFKFFFG 考虑工作台在移动过程中只受 G 影响 故 10.005 10005mFGN 考虑工作台在静止加工时只受影响 9 故 21.1 51765694mxFKFN 取25694mmFFN（2）最
9、大动载荷的计算 最快进给速度maxxf400mm/min 初选丝杠导程5hPmm，则此时丝杠转速 max80/minxfhnrP 取滚珠丝杆的使用寿命 T=15000h，代入下式 660/10oLnT 的丝杠寿命系数72oL(单位为：610r)查表 3301，取载荷系数1.2Wf，滚道硬度为 60HRC时，取硬度系数1.0Hf，代入下式 3QoWHmFL f f F 得最大动载荷：3372 1.2 1.0 569428426QoWHmFL f f FNN（3）初选型号：根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表 3311，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的 GD 系列 25054 型滚珠
10、丝杆副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式，其参数如下：公称直径025dmm 10 导程5hPmm 循环滚珠为 4 圈2 列 精度等级 5 级 额定动载荷 28759N 故2875928426oaCNN,满足要求。（4）传动效率的计算：将公称直径025dmm，导程5hPmm，代入 0arctanhPd 得0arctan3 38hPd 将摩擦角10，代入 tantan 得tantantan3 38tan 3 381095.6%（5）刚度的验算：1)滚珠丝杆副的支承采用“单推单推”的方式，丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面，左右支承的距离约为 a=680mm，钢的弹性模量52.1 10E
11、MPa。查表 3311，得 滚珠直径3.175WDmm 11 丝杠底径221.2dmm 丝杠截面积22222/421.24352.99Sdmmmm 丝杠在工作载荷mF作用下产生的拉/压变形量 155694 6802.1 10352.990.0522mF aESmmmm 2)根据0/3WZdD，得 单圈滚珠数 Z=22 滚珠总数量22 4 2176ZZ 圈数 列数 丝杠预紧时，取轴向预紧力5764F189833mYJFNN 代入223320.001310F/1056940.001310 3.175 1898 176/100.0028mWYJFDZmm 因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的 1/3，
12、所以实际变形量可减小一半，取20.0014mm。3)总总 120.05220.0014mm0.0536mm53.6 m总 由表 327 知，5 级精度丝杠有效行程在 630800mm 12 时，行程偏差允许达到36 m，可见丝杠刚度不足。（6）重选丝杠型号 仍选 GD 系列的 32053 型滚珠丝杆副。其 公称直径0d32mm 导程5hPmm 滚珠直径3.175WDmm 丝杠底径228.2dmm 圈数列数 32 精度等级 5级 额定动载荷29091oaQCNF满足要求。同理 传动效率94.5%11120.02950.00140.02950.0014mm0.0309mm30.9 m36 mmmm
13、m总 满足要求。（7）压杆稳定性校核：根据下式2K2FkfEIKa 计算失稳时的临界载荷KF。查表 3 341，取支承系数 13 1kf，丝杠底径228.2dmm，截面惯性矩424446428.26431043.19dImmmm 压杆稳定安全系数 K取 3（丝杠卧式水平安装）滚动螺母至轴向固定处的距离 a取最大值 a=680mm。代入上式，得2K2252F2.1 1031043.193 68046382kfEIKaNN 远大于工作载荷5694mFN，故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杆副满足使用要求。（8）滚珠丝杆副主要尺寸列表：主要尺寸 计算结果 公称直径0d 32 基本导程hP 5 滚
14、珠直径WD 3.175 螺旋升角 215 丝杠外径1d 31.2 丝杠底径2d 28.2 螺母大经 D 82 螺母小径1D 50 螺母长度 L 82 丝杠长度 S 700 14 油杯 M6 5.步进电动机减速箱的选用 为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机转轴上尽可能地小，今在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮减速箱。采用一级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联结，滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用弹簧错齿法消除间隙。已知工作台的脉冲当量0.005/mm脉冲，滚珠丝杆的导程5mmhP，初选步进电动机的齿距角0
15、.75。传动比的计算：3600.75 53600.0052512ihP 本设计中选用常州市新月电机有限公司生产的 JBF3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为 1mm，齿数比为 7536，材料为 45 调质钢，齿表面硬度达 55HRC。减速箱中心距为753655.52mmmm，小齿轮厚度为 20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。小齿轮直径为136dmm，大齿轮直径为275dmm。6.步进电动机的计算与选型（1）加在步进电动机转轴上的总转动惯量 15 已知：滚珠丝杠的公称直径032dmm 滚珠丝杆总长680lmm 基本导程5hPmm 材料密度337.85 10/kg cm 移动部件总重力 G=1000
16、N 小齿轮宽度120bmm 小齿轮直径136dmm 大齿轮宽度220bmm 大齿轮直径275dmm 传动比2512i 得滚珠丝杆的转动惯量 4413122232680 107.85 1010225.495sL RJkg cmkg cm 托板折算到丝杠上的转动惯量 2212225 10100029.80.646hwPGJgkg cmkg cm 小齿轮的转动惯量 16 4131421123620 107.85 10102220.259ZbRJkgcmkg cm 大齿轮的转动惯量 4131422227520 107.85 10102224.877ZbRJkg cmkg cm 初选步进电动机型号为 9
17、0BYG2602，为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相八拍驱动时步距角为0.75，从表4-51查得该型号电动机转子的转动惯量24mJkg cm。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：2212/6.80eqmZZWSJJJJJJikg cm（2）计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eqT 分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩1eqT由式（4-8）1可知，1eqT包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩maxaT；一部分是移动部件运动是折算到电动机转轴上的摩擦转矩fT；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机
18、转轴上的附加摩擦转矩0T。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据式（4-12）1可知，0T相对于maxaT和fT很小，可以忽略不计。则有：1maxeqafTTT 根据式（4-9）1，考虑传动链的总效率，计算快速空 17 载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：max2160eqmaaJ nTt （6-14）式中 mn对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为 r/min；at步进电动机由静止到加速至mn转速所需的时间，单位为 s.其中：max360mn （6-15）式中 max空载最快移动速度，任务书指定为 3000mm/min；步进电动机步距角，预选电动机为0.75；脉冲当量，本设计0.0
19、05/mm脉冲。将上式各值代入式（6-15）1,算得1250/minmnr。设步进电动机由静止到加速至mn转速所需时间0.4ats，传动链总效率0.7。则由式（6-14）1求的：4max26.80 1250 1010.3260 0.40.7aTNmNm 由式（4-10）1可知，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：2ZhfFG PTi 式中 导轨的摩擦因数，滚动导轨取 0.005；ZF垂直方向的切削力，空载时取 0；传动链总效率。取 0.7.18 则由式（6-16）1，得：0.005273 10000.0050.004fTNmNm2520.712 最后由式（6-16）1,求得快速空载起
20、动时电动机转轴所承受的负载转矩：1max0.324eqafTTTNm 2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩2eqT 由式（4-13）1可知，2eqT包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩tT；一部分是移动部件运动是折算到电动机转轴上的摩擦转矩fT；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T。0T相对于tT和fT很小，可以忽略不计。则有：2eqtfTTT 其中，tT由式（4-14）1计算。已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷5176xFN，则有：51760.0052.82220.725/12fhtF PTNmNmi 再由式（4-10）1计算垂直方向
21、承受最大工作负载（273ZFN）情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：0.005273 10000.0050.004220.725/12ZhfFG PTNmi 最后由式（6-18）1，求的最大工作负载状态下电动机转 19 轴所承受的负载转矩为：22.824eqtfTTTNm 经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：12max,2.824eqeqeqTTTNm（3）步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据eqT来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数
22、。取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：max44 2.82411.296jeqTTNmNm 上述初选的步进电动机型号为 90BYG2602，由表 4-51查得该型号电动机的最大静转矩max6jTNm。显然，不满足要求。（4）重选步进电动机 选步进电动机型号为 110BYG2602，为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，二相八拍驱动时步距角为，从表 4-51查得该型号电动机转子的转动惯量215mJkgcm。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：2212/17.8eqmZZWSJJJJJJikg cm 快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：4max217.8 1250 10
23、10.8360 0.40.7aTNmNm 折算到电动机转轴上的摩擦转矩仍为：20 0.004fTNm 则快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：1max0.834eqafTTTNm 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩仍为：22.824eqTNm 得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：22.824eqTNm 仍取安全系数 K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：max44 2.82411.296jeqTTNmNm 上述选定的步进电动机型号为 110BYG2602，由表 4-51查得该型号电动机的最大静转矩max20jTNm。显然，满足要求。（5）步进电动机的性能校核 1）最
24、快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作 台 最 快 工 进 速 度max400/minxfmm，脉 冲 当 量0.005/mm脉冲，由式m a xm a x40013336060 0.005xfffHzHz，从110BYG2602电动机的运行频率特性表 4-71中可以查得，在此频率下，电动机的输出转矩max15fTNm，大于最大工作负载转矩22.824eqTNm，满足要求。2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作 最 快 空 载 移 动 速 度max3000/minmm，由 式maxmax3000100006060 0.005fHzHz，从表 4-71查得，在此频率下，电动
25、机的输出转矩max6TNm，大于快速空载起动式的负 21 载转矩10.834eqTNm，满足要求。3）最快空载移动时的电动机运行频率校核 与最快空载移 动 速 度max3000/minmm对 应 的 电 动 机 运 行 频 率 为max10000fHz，查表 4-51可知 110BYG2602电动机的空载运行频率可达 20000Hz，可见满足要求。4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量217.8eqJkg cm，电动机转子的转动惯量215mJkgcm，电动机转轴不带负荷负载时的空载起动频率（查表 4-51），则由式1/QLeqmffJJ可以求出步进克服惯性负载的起动频率：12171/
26、QLeqmffHzJJ 上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时侯的起动频率都必须小于 1217Hz。综上所述，本设计工作台的 X向进给步进电动机选用110BYG2602型号的完全满足设计要求。四、绘制进给传动机构的装配图 在完成滚珠丝杠螺母副，减速箱和步进电动机的计算、选型后，就可以绘制进给传动机构的转配图了。在绘制装配图式，需要考虑以下问题：1.根据载荷特点和支承形式，确定丝两端轴承的型号，轴承的结构，以及轴承的预紧和调试方式。22 2.考虑各部件之间的定位、联接和调整方法。3.考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。4.在进行各零件设计时，应注意装配的工艺性、考虑装配的顺序，保证
27、安装，调试和拆卸的方便。5.注意绘制装配图时的一些基本要求。6.X 向进给传动机构的装配图，见附图 3。五、控制系统的设计（1）控制系统的原理框图 CPU 选用 8031 扩展了一片 EPROM 芯片 2764 用作程序存储器，存放系统底层程序；扩展 了一片 SRAM 芯片 6264 用作数据存储器，存放用户程序；键盘与 LED 显示采用 8155 来管理；输入输出接口的扩展选用了并行接口 8255 芯片。（2）简介 1）8031：包含一个 8位 CPU，128字节的 RAM，两个 16 位的定时器，四个 8 位并行口，一个全双功能串行口，可扩展的外部程序存储器和数据存储器的容量含 64K字节
28、，具有 5 个中断源并配有两个优先级，还有 21 个特殊功能寄存器。他是一个有 40 根引脚的双列直插式器件。23 控制系统原理框图 Vcc编程和正常操作的电源电压端，电压为+5V；Vss：地电平。P0口：8 位双向 I/O口，既是数据线，又是低 8 位地址线，分时使用。P1口：8 位双向 I/O口，可供用户使用的接口。P2口：8 位双向 I/O口，系统外部存储器扩展时，作高 8 位地址线使用，系统扩展时，也可供用户使用。P3口：8 位双向 I/O口，是一个双功能口；第一个功能和 P1一样可以作为通用 I/O口，工作于第二功能时，各端口定义如下：P0.3-RXD，串行输入 ；P1.3-TXD，
29、串行输出；P2.3-INTO,外部中断输入；P3.3-1INT，外部中断输入；P4.3-T0，定时器 O 外输入端；P5.3-T1，定时器 1 外输入端；P6.3-WR,写信号；P7.3-RD,读信号；复位电路 芯片 2764 6264 键 盘 显示 8155 CPU8031 接口芯片8255 限位开关 隔离放大 X 向步进电动机 操作面板开关 24 ALE/PROG:访问外部存储器时，用于锁定地址低 8 位字节的地址锁存允许输出。ALE提供一个定时信号，在与外部存储器存取数据时，把P0口的低位地址字节锁存到外接的锁存器中。PSEN：程序存储器允许输出，是外部程序存储器的读选信号。EA/Vdd
30、:EA为高电平时，CPU执行程序内部程序存储器的指令。EA为低电平时CPU执行外部程序存储器指令。使用 8031单片机EA必须接地。XTAL1：振荡器的反相放大器输入，使用外部时必须接地；XTAL2：振荡器的反相放大器输出，使用外部振荡器时，接受外部震荡信号；RST/VDP：复位控制，在震荡运行时，使 RST引脚至少保持；两个机器周期为高电平时，可实现复位操作。VPD引脚是掉电电路输入口。2）2764：程序存储器 容量为 8KB A0-A12：地址输入线，共 13 根；D0-D7:数据输出线，共 8 根；CE：片选线，低电平有效；OE：数据输出选通线，低电平有效；PGM:编程脉冲输入线；Vpp
31、：编程电源；进行片内存储单元的选择，先把 A7-A0引脚与地址锁存器 8 位地址对应连接，剩下的高位地址A12-A8与P2口的P4.2-P0.2相连。这样2764芯片内存储单元的选择问题就解决了。25 3）6234：数据存储器，容量为 8K 字节 A0-A12:地址输入线，共 13 根；IO0-IO7:三态双向数据线，共 8 根；1CE、2CE:片选信号端，选通时1CE是低电平，2CE是高电平；OE:选通信号输入线，低电平有效；WE:写选通信号输入线，低电平有效；Vcc：+5V电源；GND：地电平；2CE（CS）：高电平有效，可用于掉电保护；4）74LS373：地址锁存器单片机规定 P0口提供
32、低 8位地址线。同时又要作为数据线，所以 P0是一个分时输出低 8位地址和数据通道。为了把地址信息分离出来保存，提供外接存储器的低 8位地址信息，Q1-Q8是输出端，CE 是片选端，选通端 G与 8031单片机的地址锁存信号 ALE连接，当选通端 G=1时，74LS373的输出端与输入端相通，当 G 端从高电平返回低电平时，输入信息就被锁存入 Q1-Q8中。5)74SL138 3-8译码器即对三个输入信号进行译码，得到 8个输出状态；G、AG2和BG2为使能端或译码允许端，当 G1=1 时，AG2=BG2=0 时，该译码器可以译码，CBA为译码选择端，即译码信号输入。0Y-7Y为译码输出信号，
33、低电平有效。输入端占用 8031单片机的 P5.2-P7.2三根高位地址线，剩余 13 根地址线用作数据存储器的内地址线。74LS138每一个输出端可接一个外部芯片的片选端实现分时片 26 选控制，因此一个 74LS138的 8 根输出端可以连接 8 个 8K 字节地址空间。6)8255：是可编程通用并行接口芯片，具有 40 个引脚，双列直插封装，由+5V供电，ABC三个口线共 24 根，与外设相连，而 8 位的数据线 D0-D7与 P0口连接，是双向三态，在内部经数据总线缓冲电路后和各组控制寄存器及个端口数据寄存器连接。CS为片选信号，由地址译码器产生，低电平有效。地址信号 A1、A0由 8
34、255内部译码生成四个口地址分别对应 A、B、C 三个独立的数据端口及一个公共控制端口。两个低电平有效的信号RD和WR决定了CPU;当WR=0 时，由 CPU写入 8255.RESET为复位信号，高电平有效。复位后，控制存储器的内容被撤除，A、B、C 三个端口全置成输入方式且锁存器也全清零。方式选择开关通过接口芯片 8255与 8031单片机连接，选择开关动片接地，选择开关的固定片接到并行 PA 口，将 PA 口设置成输入方式 PA 的 8 个接口经上拉电阻接+5V，故为高电平。若某个接口被选中，则被选中的接口经动片接地变为低电平。（3）应用 1)方式选择开关 方式选择开关是一单刀 6掷的波段
35、开关，提供选择的方式有编辑、空运行、自动、手动、通信和单段，总共 6 种功能。方式选择开关通过接口芯片 8255与 8031单片机连接，如图3 27 所示.选择开关动片接地,选择开关的动定片接到并行 PC 口，将 PC口设为输入方式。PC 的 6 个接口经上位电阻接+5V，故为高电平。若 控制面板方式选择开关控制电路 某个接口被选中，则被选中的接口经动片接地，变为低电平。2）键盘接口设计 键盘和显示器是数控系统经常用的人机对话的外围设备，键盘可以完成程序数据的输入，显示器显示计算机运行时的状态数据。键盘和显示器接口电路使用 8155接口芯片，键盘接口电路 8155和 8031可以直接连接。因电
36、路中的 8155只作为并行接口使用，不使用内部存储器，故 IO/M引脚直接经电阻 R 接高电平。8155与键盘的连接如图4键盘排成 5 行 8列矩阵，共 40 个键。PC0PC4是 5根 28 行线，PB0PB7是 8根列线，在列线与行线的交叉点上安装有按键PB 口的 8根列线按一定时间隔轮流输出低电平。当扫描到莫一列线上时，若无按键按下，则行线都是高电平；若有一键按下时，交叉点上对应的行线变为低电平。这个低电平信号被计算机捕获后，根据此键对应的行线和列线的位置，计算机可以判断键值，完成一次输入扫描工作。键盘电路 3）光电耦合电路 如图所示，其输出端由+12V电源供电，输出端由+5V电源供电，
37、且两端电源不共地，这样就达到了隔离的效果。图中的限位开关断开时，发光二极管无正向导通电流；不发光，输出端的晶体管截止，输出信号为高电平；限位开关闭合时，输出端构成回路，二极管有正向导通电流，开始发光，光敏晶体管的基极获得电流，集电极和发射极 29 导通，输出信号被拉低，于是 8255的 PC0引脚变为低电平，CPU读取后判断限位信号有效。光电藕合电路 4）辅助电路 为了防止机床行程越界，所以在机床上装有行程控制开关。为了防止意外，装有急停按钮。由于这些开关都安装在机床上，距控制箱较近容易产生电气干扰，为了避免这种情况的发生，在电路和接口之间实行光电隔离，为了报警，还设有报警电路。当绿色的发光二
38、极管亮时表示工作正常，当红色的发光二极管亮时表示工作台已到极限位置。六、步进电动机驱动电源的选用 X 向进给系统设计选用 110BYG2602 型号步进电动机，生产厂家为常州宝马集团公司。查表 4-141，选择与之配套的驱动电源为BD28Nc型，输入电压 110VAC，相电流 4A，分配方式为二相八拍。30 该驱动电源与控制器的接线方式 七、附图 附图一 统组成框图 附图二 传动链图 附图三 X 方向进个系统装配图 附图四 X 方向进给系统电气控制原理图 八、参考文献 1尹志强，机电一体化系统设计课程设计指导书.北京：械工业出版社，2008 2张建民，机电一体化系统设计，北京：高等教育出版社，2001 3吴宗泽，罗圣国，机械设计课程设计手册，北京：高等教育出版社，1992 4华楚生，机械制造技术基础，重庆：重庆大学出版社，2000 5普通机床图册 6数控机床设计手册 7机床伺服系统原理与应用 8单片机原理与应用 9机械工程及自动化简明设计手册