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1、 西南大学工程技术学院课程设计论文机电一体化课程设计任务书一、课程设计的目的把在机电一体化课程及其它有关先修课程中所学到的学问在实际设计中综合地加以应用,使这些学问得到稳固、加深和扩展。二、课程设计题目CA6140 车床经济型数控改装设计三、设计要求1、能用键盘输入命令把握工作台的运动方向2、能实时显示当前运动位置3、具有越程指示报警及停顿功能四、设计内容1、 总体方案确定（1） 总体方案设计（2） 绘制总体方案图2、机械系统设计（1） 执行元件参数及规格确实定；（2） 传动机构的具体构造及参数设计；（3） 执行机构的具体构造及参数设计。（4） 绘制进给传动系统示意图。3、把握系统硬件电路设计
2、（1） 微机的选用、存储器的选用与扩展、译码电路设计、接口电路设计等（2） 绘制把握系统原理框图4、传感器的选择适用于半闭环把握方式和全闭环把握方式 五、设计参数（1） 系统区分率纵向为 0.01mm，横向为 0.005mm（2） 最大加工直径：在床面上为 400mm，在床鞍上为 210mm（3） 最大加工长度为 1000mm（4） 快进速度：纵向为 2.4m/min，横行为 1.2m/min第 1 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文（5） 最大切削进给速度：纵向为 0.5m/min，横行为 0.25m/min课程设计正文1. 系统总体方案设计对于一般车床的经济型数控改造，在考
3、虑总体方案时应遵行的根本原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改造应尽可能的少，以降低本钱。数控系统总体方案设计内容包括：系统运动方式确实定；伺服系统的选择；执行机构传动方式确实定；计算机系统的选择等内容。应依据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进展分析、比较、论证，最终确定总体方案并绘制系统总体方案框图。1.1 数控系统运动方式确实定数控系统按运动方式可分为点位把握系统、点位/直线系统和连续把握系统。由于要求 CA6140 车床加工简洁轮廓零件，所以本微机把握MNC系统承受连续把握系统。1.2 伺服进给系统的选择数控机床的进给系统有开环、半闭环、闭环之分。承受直流或沟通伺服电机驱动的
4、闭环把握方案的优点是可以到达很好的机床精度， 能补偿机械传动系统中的各种误差、传动间隙及干扰等对加工精度的影响。但他的构造简洁，技术难度大，调试和修理困难，造价高。本设计的精度要求不是很高，承受闭环把握系统的必要性不大。承受直流或沟通伺服电机驱动的半闭环把握，其性能介于开环和闭环之间。由于调速范围宽过载力气强，有具有反响把握，因此性能远优于以步进电机驱动的开环把握。由于反响环节不包括大局部机械传动元件，调试比闭环简洁，系统的稳定性简洁保证， 所以比闭环简洁实现。但是承受半闭环把握调试比开环把握要简洁，设计上有其自身的特点，技术难度较大。本设计任务的要求不高，是经济型数控改造，通常状况下均承受以
5、步进电机驱动的开环把握。由于开环把握具有构造简洁，设计制作简洁，把握精度较好，简洁调试，价格廉价，使用修理便利等优点；缺点是步进电机没有过载力气，启动频率低，工作频率也不高等。开环把握多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。经过上述比较，打算承受开环把握系统。1.3 执行机构传动方式确实定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩第 2 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文擦、低惯量、高强度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：（1） 尽量承受低摩擦的传动和导向元件。如承受滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、铁塑导轨等。（
6、2） 尽量消退传动间隙,提高传动精度。如对滚珠丝杠和滚动导轨进展预紧，而传动齿轮通常承受消退间隙构造。（3） 尽量提高传动刚度。传动刚度是传动元件之间的接触刚度，接触面越多刚度越低，传动误差越大，故应尽量缩短传动链。通常，在简易数控系统中，只要能够保证步进电机的步距角与运动末端执行件脉冲当量的正确匹配，只承受一对齿轮传动副即 可。给传动元件施加预负载，不但可以提高系统传动精度也可以提高系统的传动刚度。故滚动导轨、滚珠丝杠以及丝杠轴向固定轴成都带有预紧装置，以便随时调整预紧力。1.4 计算机系统的选择计算机数控系统一般由主机 CPU、存储器扩展电路、I/O 接口、光电隔离电路、伺服电机驱动电路、
7、检测电路等几局部所组成。微机是数控系统的核心。数控系统的功能直接与所选微机相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要是字长和速度。字长不但影响系统的最大加工尺寸，而且影响加工精度和运算精度。而字长短的计算机在进展多字节数据处理时又会影响加工速度。目前，高档数控系统普遍承受 32 位机，主频已达 20-30MHz；标准CNC 系统通常承受 16 位机；经济型数控系统通常承受8 位机，如承受Z80CPU 或 MCS-51 单片机组成的微机应用系统。在 51 系列机型中，由于 RAM 容量都很小，所以必需扩展外 RAM；又由于常用零件加工程序需要固化在 EPROM 中，而它们不宜和系统把握程序存放
8、在同一存储区内，为便利同一考虑外 ROM 和外 RAM 的扩展，故通常都是承受 8031 单片机作主机。本经济型数控车床承受 MCS-51 系列单片微机组成的微机应用系统。主机是 8031， 接口选 8155，承受步进电机开环把握，传动丝杠为滚珠丝杠。1.5 总体设计方案确实定经以上论证后，确定的 CA6140 车床经济型数控改造的总体方案图如附图一所示。CA6140 车床的主轴转速局部保存原机床的功能，即手动变速。车床的纵向Z 轴和横向X 轴进给运动承受步进电动机驱动。由 MCS-51 系列单片机组成微机作为把握装置的核心，由I/O 接口、软环安排器与放大器把握功率步进电动机转动，经齿轮减速
9、器后第 3 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机把握的经电动机驱动的自动把握的自动换位刀架。为保持切削螺纹的功能，必需安装主轴脉冲发生器，为此承受主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号；每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及 I/O 接口送给微机。2. 机械系统设计机械系统设计内容包括：系统脉冲当量确定；切削力计算；滚动螺旋副选型计算与验算；滚动导轨选型计算与验算；步进电机选型计算和验算；消退间隙齿轮构造设计、滚珠丝杠支承构造选型、电机固定构造选型设计等几个主要局部。2.1 系统脉冲当量选择脉
10、冲当量是机床移动不见相对于每一个步进脉冲信号产生的位移量。脉冲当量也称为机床最小设定单位或最小指令增量或机床区分率。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个根本技术参数。经济型数控车床通常承受的脉冲当量是 0.010.005mm/脉冲。脉冲当量有时也由设计任务书直接给出。所以依据设计任务书确定脉冲当量：纵向为 0.01mm/步，横向为 0.005mm/步。2.2 切削力计算2.2.1 纵车外圆依据阅历公式计算主切削力，对于车削外圆加工时的主切削力可由下式进展估算：F = 0.67 DzMAX1.5D 车床床身上的最大加工直径， 由条件 D= 400mm , 经计算得MAXF = 0.67 4001
11、.5 N = 5360NzMAX再依据以下比例计算轴向分力 Fz 和径向分力 Fx ：F : F: FZXY= 1 : 0.25 : 0.4 ,故 F =1340N,F =2144NXY2.2.2 横切端面主切削力可取为纵切削力的 1/2： F ” = 1 FZ2Z= 2680 N此时走刀抗力为 F ”,吃刀抗力为 F ” 。仍按上述比例粗略计算：YX第 4 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文F ” : FZX” : F ”Y= 1 : 0.25 : 0.4故 F ” =670N , F ” =1072NYX2.3 滚动螺旋副选型计算与验算滚动螺旋副工作原理：滚动螺旋副是一种在
12、丝杠和螺母之间放入滚动体 滚珠的一种丝杠螺母副。由于放入滚珠，故，当丝杠相对螺母转动时，滚珠则在螺旋滚道内即自转又循环转动，迫使丝杠螺母之间产生轴向相对运动，于是将丝杠的旋转运动变为螺母的直线运动或将螺母的旋转运动变为丝杠的直线运动。滚动螺旋副特点：优点：传动效率高，所需驱动转矩小；传动精度高，反向精度高， 定位精度高；传动刚度高；传动平稳，快速响应好，无爬行； 磨损小，精度保持性好， 寿命长；具有运动可逆性；缺点：制造本钱高；不能自锁，铅垂进给时需加制动机构。滚动螺旋副的设计步骤是：计算进给牵引力，预选主要尺寸参数，计算最大动负荷， 计算最大静负荷，初选滚珠丝杠副型号及列表主要参数，绘制进给
13、系统计算简图，验算轴向刚度，验算传动效率，确定滚珠丝杠副型号。2.3.1 纵向进给丝杠（1） 进给系统牵引力计算纵向进给为综合型导轨，有 F= KF+ f ” ( F+ G )mXZ式中：K考虑颠覆力矩时的影响系数，综合型导轨取 K=1.15； f 导轨摩擦系数， f =0.150.18取 f =0.16； G移动部件重量，G=800N代入公式计算得F= 1.15 1340 + 0.16 (5360 + 800)= 2530Nm（2） 滚珠丝杠副最大动负荷计算3LC =f Fwm最大切削进给速度V= 0.6m / minf max最大切削力条件下的进给速度V= (1/ 2 -1/ 3)V= (
14、1/ 2 -1/ 3) 0.6m / min = (0.3 0.2)m / minsf max取v = 0.30m / mins第 5 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文=1000v滚珠丝杠转速n s ，其中：滚珠丝杠导程初选 L= 6mm ，则n = 50r / min滚珠丝杠寿命值 L =L060 n T1060，其中使用寿命 T=15000h，则 L = 45(106 转)运转状态系数 f，按一般运转取 f= 1.2ww3 45故C = 1.2 2530 = 10798.7 N（3） 滚珠丝杠螺母副的选型查阅设计手册，可承受 W L4006 外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠
15、丝杠副，1 列 2.51圈，其额定动负载为 16400N，精度等级选为 3 级。（4） 传动效率计算h =tan g tan(g +j)式中： 丝杠螺母升角；j 摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f=0.0030.004,其摩擦角约等于 10。本设计中：h =tan2o44”= 0.94tan(2o44” + 10” )（5） 刚度验算先画出此纵向进给系统的示意图，如附图二所示。最大进给率引力为 2530N，支承间距 L=1500mm。丝杠螺母级轴承均进展预紧，预紧力为最大轴向力的 1/3。丝杠的拉伸或压缩变形量。查手册，依据 Fm=2530N,D =40mm，查出10L/L=1.2-15,0
16、可算出dd =L1L 1500 = 1.2 10-5 1500 = 1.8 10-2 mm由于两端均承受向心推力球轴承，且丝杠又进展了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4 倍。其实际变形量为： d ”1= 1 d41= 0.45 10 -2 mm滚珠与螺纹滚道间接触变形d。查机械设计手册相关图表，W 系列 1 列 2.52圈滚珠和螺纹滚道接触变形量d:d= 6.4 10-3 mmQQ第 6 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文因进展了预紧，故d2= 1 d2Q= 0.5 6.4 10 -3 = 3.2 10-3 mm支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形d。承受 8107 型推力球轴承，d=
17、 35mm ，滚31动体直径d= 6.35mm ，滚动体数量 Z=18,故Q3d= 0.0024e3F 2md Z 2 Q25326.35 182= 0.0024= 7.5 10-3 mm因施加预紧力，故d3= 0.5 de= 3.8 10-3 mm依据以上计算轴向总变形量为：d = d ” +d +d123= 11.5 10-3 mm即轴向总变形小于定位精度。（6） 稳定性校核滚珠丝杠两端承受推力轴承并施加预紧，不会产生失稳现象，不需要进展稳定性校核。2.3.2 横向进给丝杠（1） 横向进给率引力 F ”m()横向导轨为燕尾型，计算如下：F ” = 1.4F ” + f ” F+ 2F ”
18、+ G”=my(ZX)1.4 670 + 0.04= 1155N（2） 最大动负荷计算2680 + 2 1072 + 600=1000vn sL0= 1000 0.3 0.5 = 30r / min5L = 60 n T = 60 30 15000 = 273 271061063 LC =f F=wm 1.2 1155 = 4158N(3)滚珠丝杠螺母副的选型查阅设计手册，可承受 W L2023 外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1 列 2.51圈，其额定动负载为 8800N，精度等级选为 3 级。(4)传动效率计算第 7 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文h =tan g
19、 tan(g +j)式中： 丝杠螺母升角；j 摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 f=0.0030.004,其摩擦角约等于 10。本设计中：h =tan4o33”= 0.965tan(4o33” + 10” )5刚度验算先画出此纵向进给系统的示意图，如附图三所示。最大进给率引力为 1155N，支承间距 L=450mm。丝杠螺母级轴承均进展预紧，预紧力为最大轴向力的 1/3。丝杠的拉伸或压缩变形量。查手册，依据 Fm=1155N,D =20mm，查出10L/L=0.910-5,可算出dd =L1L 450 = 0.9 10-5 450 = 4.05 10-3 mm由于两端均承受向心推力球轴承，且丝
20、杠又进展了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4 倍。其实际变形量为： d ” =11 d41= 1.01 10-3 mm滚珠与螺纹滚道间接触变形d。查机械设计手册相关图表，W 系列 1 列 2.52圈滚珠和螺纹滚道接触变形量d:d= 6.4 10-3 mmQQ1因进展了预紧，故d=d22Q= 0.5 6.4 10 -3 = 3.2 10-3 mm支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形d。承受 8102 型推力球轴承，d= 15mm ，滚31动体直径d= 4.763mm ，滚动体数量 Z=12,故QF 2mdZ 2 Q3d= 0.0024e= 9.4 10-3 mm因施加预紧力，故d3= 0.5 de= 4
21、.7 10-3 mm依据以上计算轴向总变形量为：d = d ” +d +d123= 8.9110-3 mm即轴向总变形小于定位精度。2.3.3 滚珠丝杠副几何参数第 8 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文偏心距ee = (R - d/ 2) sin b00.0560.045螺纹升角gr = arctg(L / p D )00244433名 称符号计算公式mmW L4006 W L202311公称直径D04020导程螺距L (ts)65接触角0b244433螺纹钢球直径d03.9683.175滚道螺纹滚道法面半径RR = 0.52d2.0641.6510丝杠丝杠外经dd = D
22、- (0.2 0.25)d0d= D + 2e - 2R3919.40丝杠内经d1D35.98416.78810螺母外径(外循环螺母内经(外循环D1D = D - 2e + 2R0D = D + (0.2 0.25)d44.01623.212螺母40.793820.6351002.4 齿轮传动比计算2.4.1 纵向进给齿轮传动比计算已确定纵向进给脉冲当量dp距角为 0.75，可计算出传动比= 0.01mm ，滚珠丝杠导程 L0= 6 mm ，初选步进电机步360dpi = q L= 360 0.010.75 6= 0.8b0Z3220可选定齿轮齿数为i =1Z2=或4025即Z =32, Z
23、=40 或 Z =20, Z =25 。12122.4.2 横向进给齿轮传动比计算已确定纵向进给脉冲当量dp= 0.005mm ，滚珠丝杠导程 L0= 5mm ，初选步进电机步距角为 0.75，可计算出传动比360dpi = q L= 360 0.0050.75 5= 0.48b0考虑到构造上的缘由，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处第 9 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文可以承受两级齿轮减速：i = Z1Z2 Z3Z4= 24 20 4025即Z =24, Z12=40， Z=20, Z34=25f因进给运动齿轮受力不大，模数 m 取 2。有关参数如下
24、表：单位：mm齿数324024402025分度圆直径d=mZ648048804050齿顶圆直径d= d + 2m688452844454齿根圆直径ad= d - 2 1.25 m597543753545齿宽(6 10)m202020202020中心距A= (d+ d ) / 2127264452.5 步进电机的计算与选型2.5.1 等效转动惯量计算电机转子的转动惯量：参考同类型机床，初选反响式步进电机 150BF，其转子转动；惯量为J= 10kg cm2M齿轮 Z 的转动惯量：1J= 0.78 d 4 L 11110-3 = 0.786.44 210-3 = 2.62kg cm2；齿轮Z 的转
25、动惯量：2J= 0.78 d224 L210-3 = 0.78 84 2 10-3 = 6.39kg cm2 ；丝杠的转动惯量： J = 0.78 10-3 44 150 = 29.952kg cm2 。s折算到电机轴上的总转动惯量：Z() GLJ= JSM+ J+ (11 )2 Z2J+ J2s+(0 )2 = 36.355kg 2g2p考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题， J/ J= 10 / 36.355 = 0.275 ,根本满足惯M量匹配要求。2.5.2 电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面按个工况计算。第 10 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文（1
26、） 快速空载启动力矩 Mq在快速空载启动阶段，加速力矩占得比例较大，具体计算如下：M= M+ M+ Mqa maxf0M= Je = Jn max10-2 = J2p n max10-2a maxv 60 2p taq60tanmax= dmaxp b360o将上述数据代入，式中各符号意义同上：nmax= dmaxvpqb=360o2400 0.75 = 500r / min0.01360启动加速时间 t= 30msa2p n2 3.14 500Ma max= Jmax60ta 10-2 = 36.355 10-2 = 634.5N cm 60 0.03折算到电机轴上的摩擦力矩 M：fF Lf
27、 ” (F + G)L0.16 (5360 + 800) 0.6M= 00 =Z0 = 94N cmf2phi2phz / z212 3.14 0.8 1.25ph附加摩擦力矩 M0FL () 1 / 3 F L ()M=p00 02phi1 -h 20=m0 2z / z1 -h 201 / 3 2530 0.6(2) 1= 2 3.14 0.8 1.251 - 0.92= 153N cm上述三项合计： M= M+ M+ M= 634.5 + 94 + 153 = 881.5N qa maxf0（2） 快速移动时所需力矩 M ：kM= M+ M= 94 + 153 = 247 N cmkf0
28、（3） 最大切削负载时所需力矩 Mj第 11 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文M= M+ M+ M= M+ M+ F Lx0jf0tf02ph i= 94 + 153 +1340 0.6= 375N cm2 3.14 0.8 1.25MMM从上面计算可以看出， 、 、 三种工况下，以快速空载启动所需力矩最大，qkj以此项作为初选步进电机的依据。查表可得，当步进电机为五项十拍时l = M/ M= 0.951 ，则最大静力矩为qj maxMj max= 805.3 = 846.8 N cm。0.951按此最大静转矩，查教材表 3.11 得出，150BF002 型最大静转矩为 13
29、.72 Nm，大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还必需进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。2.5.3 步进电机性能验算(1) 电机最高空载启动频率 f 和运行频率 fqj=1000vf maxq60dp1000v= 1000 2.4 = 4000HZ 60 0.011000 0.6f=s j60dp= 1000HZ60 0.012频率验算查表知 150BF002 型步进电机允许的最高空载启动频率 f和运行频率 f分别为qbjb2800HZ 和 8000HZ，由于 f f故运行频率频率满足要求。qqb但 f f不满足要求，可以通过承受步进电机快速启动升降速把握，将启动频率jjb降到
30、 1000Hz，启动力矩可增高到 588.4Ncm，然后在电路上再承受凹凸压驱动电路。2.5.4 步进电机型号确定及主要参数列表：型号相数步距角电压相电流最大静转矩最高启动频率运行频率转子转动惯量150BF00250.7580/121213.722800800036.355第 12 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文3. 把握系统设计3.1 数控系统硬件电路设计数控系统的硬件电路由以下几局部组成：1主把握器。即中心处理单元CPU2总线。包括数据总线，地址总线，把握总线。3存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。4接口。即 I/O 输入输出接口。3.1.1 主把握器
31、CPU 的选择MCS-51系列单片机是集中CPU，I/O 端口及局部RAM等为一体的功能性很强的把握器。只需增加少量外围元件就可以构成一个完整的微机把握系统，并且开发手段齐全， 指令系统功能强大，编程灵敏，硬件资料丰富。本次设计选用8031芯片作为主控芯片。3.1.2存储器扩展电路设计1程序存储器的扩展单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多承受EPROM芯片。其型号有：2716， 2732，2764，27128，27258，其容量分别为2k,4k,8k,16k,32k。在选择芯片时要考虑CPU 与EPROM时序的匹配。8031所能读取的时间必需大于EPROM所要求的读取时间。此外，还需要考
32、虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以削减芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择2764芯片作为本次设计的程序存储器扩展用芯片。单片机规定P0口供给为位地址线，同时又作为数据线使用，所以为分时用作低位地址和数据的通道口，为了把地址信息分别出来保存，以便为外接存储器提凹凸位的地址信息，一般承受74LS373芯片作为地址锁存器，并由CPU发出允许锁存信号ALE 的下降沿，将地址信息锁存入地址锁存器中。(2) 数据存储器的扩展由于8031内部RAM只有128字节，远不能满足系统的要求。需要扩展片外的数据存储器。单片机应用系统数据存储器扩展电路一般承受6
33、116,6262 静态RAM 数据存储器。本次设计选用6264芯片作为数据存储器扩展用芯片。(3) 译码电路在单片机应用系统中，全部外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时的与各个外围芯片进展数据传送。故要进展片选把握。由于外围芯片与数据存储器采第 13 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文用统一编址，因此单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为简洁。可承受线选法和全地址译码法。线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的硬件构造简洁，但它所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间
34、的地址不连续。对于RAM 和I/O容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线的时候，多承受全地址译码法。它将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进展译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。本设计承受全地址译码法。（4） 存储器扩展电路设计8031 单片机所支持的存储系统起程序存储器和数据存储器为独立编址。该设计选用程序存储器2764 和数据存储器6264 组成8031 单片机的外存储器扩展电路。（5） I/O 扩展电路设计通用可编程接口芯片81558031单片机共有4个8位并行I/O接口，但供用户使用的只有P1口及局部P3口线。因此要进展I/O口的扩展。8155与微机接
35、口较简洁，是微机系统广泛使用的接口芯片。键盘，显示器接口电路键盘，显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。通常，数控系统都承受行列式键盘，即用I/O口线组成行，列构造，按键设置在行列的交点上。数控系统中使用的显示器主要有LED和LCD。以以以下图所示为承受8155接口治理的键盘， 显示器电路。它有48键和6位LED显示器组成。为了简化秒电路，键盘的列线及LED显示器的字位把握共用一个口，即共用8155的PA口进展把握，键盘的行线由8155 的PC口担当，显示器的字形把握由8155 的PB 口担当。3.1.3 步进电机驱动电路设计（1） 脉冲安排器
36、步进电机的把握方式由脉冲安排器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按确定的安排方式和挨次输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统中通常使用集成脉冲安排器和软件脉冲安排器。本设计承受集成脉冲安排器YB013。（2） 光电隔离电路在步进电机驱动电路中，脉冲安排器输出的信号经放大后把握步进电机的励磁绕 组。假设将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起电气干扰。因此在接口电路与功第 14 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文率放大器间加上隔离电路实现电气隔离，通常使用光电耦合器。（3） 功率放大器脉冲安排器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，必需将其输出信号放大产
37、生足够大的功率，才能驱动步进电机正常运转。因此必需选用功率放大器，需依据步进电机容量选择功率放大器。本设计选用功率放大器。3.1.4 其它关心电路设计18031的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。内部方式利用芯片的内部振荡电路，在XTAL1,XTAL2 引脚上外接定时元件。晶体可以在1.212之间任意选择，耦合电容在530pF 之间，对时钟有微调作用。承受外部时钟方式时，可将XTAL1 直接接地，XTAL2 接外部时钟源。2复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现。在时钟工作后，只要在RESET引脚上消灭10ms 以上的高电平，单片机就实现状态复位，之后CPU便从000
38、0H单元开头执行程序。在实际运用中，假设系统中有芯片需要其复位电平与8031复位要求全都时，可以直接相连。当晶振频率选用6MH时，复位电路中C取22，R取200,R取1000。ZFK越界报警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。利用光电耦合电路，将行程开关接至发光二极管的阴极，光敏三极管的输出接至8031的I/O口P1.0。当任何一个行程开关被压下的时候，发光二极管就发光，使光敏三极管导通，由低电平变成高电平。8031可利用软件设计成查询的方法随时检查有无越界信号。也可接成从光敏三极管的集电极输出接至8031的外部中断引脚INT0或INT1，承受中断方式检查越界信号。3.1.5
39、 机床数控系统硬件电路设计该系统选用MCS-51系列的8031作为主把握器。扩展存储电路为一片2732EPROM 和一片6264RAM。程序存储器扩展为4K，数据存储器扩展为8K。2732的片选把握端 CE 直接接地，该电路始终处于选中状态。系统复位以后， CPU从0000H 开头执行监控程序。6264 的片选端CE 由译码器74LS138的Y2 输出供给。所以6264 的空间地址为4000H5FFFH。系统的扩展I/O 接口电路选用通用可编程并行输入/输出接口芯片8155。8155 的片第 15 页 共 21 页 西南大学工程技术学院课程设计论文选端CE 接至译码器74LS138的Y4 的输
40、出端，故8155 把握命令存放器及PA，PB，PC 口的地址号分别为8000H 及8001H，8002H，8003H。8155RAM 区的地址为8000H80FFH。8155 的PA口为把握工作抬X,Y向电机的接口。为防止功率放大器高电压的干扰，不步进电机接口与功率放大器之间承受光电隔离。键盘与显示器设计在一起，8155 的PC 口担当键盘的列线及显示器的扫描把握；PB 口的PB0PB3 为键盘的行线。8031 的P1 口为显示器的字形输出口。该系统承受4X6 共24个行列式键盘和6 位8 段共阴极LED 显示器。为了增加数码管显示亮度，分别在字形口和字位口加74LS07 进展驱动。PB 口剩余的I/O 线PB4 PB7 分别作为工作台+X，+Y，-X，-Y 四个方向的行程限位把握信号。在软件设计上8155 的PA 口，PC 口设置为输出，PB 口设置为输入。计算机随时巡回检测PB4 PB7 的电平，当某I/O 线为0 时，应马上停顿X，Y 向电机的驱动，并发出报警信号。另外，光电隔离器的输出端必需承受隔离电源。隔离电源选用