機(jī)電一體化教研室 課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置設(shè)計指導(dǎo)一、緒論回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置是一種測量回轉(zhuǎn)體外形輪廓的機(jī)電一體化系統(tǒng)，其基本工作原理利用檢測光幕傳感器檢測位于其中的回轉(zhuǎn)體?；剞D(zhuǎn)體一般是柱形工件，由卡盤夾緊并由電機(jī)驅(qū)動經(jīng)減速器使其旋轉(zhuǎn)，對于較長的工件，還要求有尾架，并在尾架上安裝頂尖，支頂較長的工件。檢測光幕傳感器在回轉(zhuǎn)軸方向（Z向）可以來回移動，能對回轉(zhuǎn)體每個截面的輪廓進(jìn)行測量。二、設(shè)計舉例題目：回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置設(shè)計設(shè)計過程：1回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置總體方案分析1.1回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置總體方案確定回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置總體方案的確定包括系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方式的確定、計算機(jī)系統(tǒng)的選擇等。1、

2、系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制方式、點(diǎn)位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置要求快速定位，保證定位精度，因此選擇點(diǎn)位控制系統(tǒng)。2、伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、容易掌握、調(diào)試和維修比較方便，因此在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動。半閉環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)造價高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，適用于精度要求較高的場合?；剞D(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置由于速度不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定任務(wù)給定Z向分辨率為0

3、.01mm/脈沖，為實現(xiàn)所要求的分辨率，決定采用步進(jìn)電動機(jī)經(jīng)齒輪減速機(jī)構(gòu)再傳動絲杠帶動檢測光幕傳感器在Z向移動。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。C向分辨率為0.1°，為實現(xiàn)所要求的分辨率，同樣決定采用步進(jìn)電動機(jī)經(jīng)齒輪減速機(jī)構(gòu)帶動卡盤旋轉(zhuǎn)，從而帶動工件旋轉(zhuǎn)。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。4、計算機(jī)的選擇根據(jù)任務(wù)要求，決定采用8位微機(jī)。由于MCS51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高等特點(diǎn)，決定采用MCS51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及

4、顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進(jìn)電動機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。1.2總體方案框圖2回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方案說明分析回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置的功能可知，它應(yīng)該具有兩個運(yùn)動單元，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元，即電機(jī)驅(qū)動減速器帶動工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的單元；旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動單元，即電機(jī)驅(qū)動減速器再通過旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動變換裝置帶動測量光幕傳感器的做直線運(yùn)動的單元。每個運(yùn)動單元都由不同的傳動機(jī)構(gòu)組成，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元由電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動單元由電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動變換裝置構(gòu)成。圍繞這兩個運(yùn)動單元，對機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行初步確定，然后在進(jìn)

5、行細(xì)化計算。2.1電動機(jī)表2-1 電動機(jī)分類電動機(jī)直流電動機(jī)一般直流電動機(jī)直流伺服電動機(jī)直流力矩電動機(jī)交流電動機(jī)三相異步電動機(jī)鼠籠式繞線式單相異步電動機(jī)交流伺服電動機(jī)永磁同步電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)反應(yīng)式單段式多段式軸向磁路式徑向磁路式永磁式永磁反應(yīng)式無刷電動機(jī)下面就選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動做一些必要的說明。電動機(jī)可分為直流電動機(jī)、交流電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)和無刷電動機(jī)等幾大類，每一大類又可以分許多不同的小類，其具體分類見表2-1。選用電動機(jī)作為驅(qū)動部件的突出的特點(diǎn)是精度高，易于在閉環(huán)系統(tǒng)中獲得很高的連續(xù)路徑驅(qū)動。不同類型的電機(jī)有不同的應(yīng)用場合，一般要從控制性、功率大小、轉(zhuǎn)速、精度以及性價比等方面選擇。一般，

6、對于要求不高的開環(huán)固定轉(zhuǎn)速場合應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單、廉價的交流異步電動機(jī)。對于需要連續(xù)控制且精度要求較高的場合，目前較成熟的選用直流電動機(jī)。直流電機(jī)具有扭矩慣量比大的特點(diǎn)，可直接帶動負(fù)載，簡化傳動機(jī)構(gòu)，避免了傳動間隙，提高傳動精度等優(yōu)點(diǎn)。對于調(diào)速系統(tǒng)，交流電動機(jī)的變頻調(diào)速成為了一種理想的選擇。對于要求壽命長，嚴(yán)禁火花，同時控制精度要求高的特殊場合，通?？紤]無刷電動機(jī)。對于數(shù)字控制、精度增量控制且振動要求不高的場合，常采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)等控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計的回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置由于速度、精度等要求都不是很高，因而采用步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動裝置。2.2減速機(jī)

7、構(gòu)齒輪系及蝸桿副是一種發(fā)展歷史悠久、現(xiàn)在仍然廣泛使用的一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。它工作可靠、傳動比恒定、結(jié)構(gòu)成熟，但制造復(fù)雜。齒輪系及蝸桿副可按表2-2分類。表2-2 齒輪系及蝸桿副分類傳動軸平行傳動軸相交傳動軸交錯傳動軸同軸線圓柱直齒輪直齒錐齒輪交錯軸斜齒輪 擺線針輪圓柱斜齒輪斜齒錐齒輪雙曲線錐齒輪諧波齒輪人字齒輪弧齒錐齒輪圓柱蝸桿圓弧點(diǎn)嚙合圓周齒輪零度弧齒錐齒輪環(huán)面蝸桿行星齒輪圓弧點(diǎn)嚙合錐齒輪齒輪齒條根據(jù)傳動軸的特點(diǎn)，可選用不同的齒輪系及蝸桿副做減速機(jī)構(gòu)。用于平行軸之間的傳遞運(yùn)動的正齒輪易于設(shè)計制造、成本低，使用最為廣泛。斜齒輪可用于高速、重載、要求噪聲低的場合，但斜齒輪存在較大的軸向推力；人字齒

8、輪則由于左右推力平衡而不產(chǎn)生軸向推力，其中一個齒輪的安裝應(yīng)有一定的軸向間隙以便安裝。相交軸傳動中直齒錐齒輪為線接觸，傳動效率較高。交錯軸斜齒輪有滑動作用，傳動效率低，同時為點(diǎn)接觸，只能承受較輕負(fù)載。行星齒輪尺寸小，重量輕、效率高且能傳遞較大的功率，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。蝸桿副為線接觸，可傳遞較大的功率、傳動比大、傳動平穩(wěn)、噪聲小、可自鎖，但傳動效率低。諧波齒輪具有傳動比大、速比范圍寬、傳動效率高、重疊系數(shù)大、嚙合好、傳動平穩(wěn)、噪聲小、結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕、精度高、承載能力大、功率范圍寬、間隙易于消除，可通過密封壁傳動等優(yōu)點(diǎn)，在高技術(shù)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。對比上述各種齒輪系及蝸桿副的傳動特點(diǎn)，本次設(shè)計的回轉(zhuǎn)體數(shù)

9、控測量裝置選用圓柱直齒輪傳動作為減速機(jī)構(gòu)。2.3旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動裝置能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動到直線運(yùn)動的傳動機(jī)構(gòu)有螺旋傳動機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)等。螺旋傳動結(jié)構(gòu)分為普通螺旋傳動機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠螺母副等。普通螺旋傳動廣泛的用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動，但由于螺母和螺桿之間的摩擦為滑動摩擦，在磨損和精度等方面不能滿足一些高精度機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求，滾珠絲杠螺母副則是為了克服普通螺旋傳動的缺點(diǎn)發(fā)展起來的一種傳動機(jī)構(gòu)。它用滾動摩擦螺旋取代了滑動摩擦螺旋，具有磨損小、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、壽命長、精度高、溫升低等優(yōu)點(diǎn)。它具有的運(yùn)動摩擦小、便于消除傳動間隙等優(yōu)點(diǎn)，對于機(jī)電一體化系統(tǒng)性能的改善。本次設(shè)計的回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝

10、置主要以傳遞運(yùn)動為主，要求有較高的傳動精度并結(jié)構(gòu)緊湊，因此選用滾珠絲杠螺母副來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動。2.4導(dǎo)軌導(dǎo)軌用于引導(dǎo)運(yùn)動部件的走向。它對機(jī)電一體化系統(tǒng)的影響通常是由摩擦特性決定的，主要影響定位精度和低速均勻性。導(dǎo)軌主要分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌。滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，阻尼系數(shù)大，剛度大；但易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，易磨損。滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)不大于滑動導(dǎo)軌的1/10，因此不存在低速爬行現(xiàn)象，可采用較小功率的電動機(jī)，但剛度小，阻尼系數(shù)小，可能引起振蕩。液體靜壓導(dǎo)軌無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，阻尼系數(shù)大，但設(shè)計、制造、使用均較復(fù)雜。氣浮導(dǎo)軌無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，

11、無需回氣導(dǎo)管，不產(chǎn)生污染，但剛度小，阻尼系數(shù)小，容易引起振蕩。由于滾動導(dǎo)軌的特點(diǎn)，本次設(shè)計的回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置決定采用滾動導(dǎo)軌。由于采用了齒輪減速結(jié)構(gòu)，從而可以克服滾動導(dǎo)軌滾動阻尼系數(shù)小，容易產(chǎn)生振蕩的缺點(diǎn)。3.5軸承及支承方式本次設(shè)計的回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置決定采用滾動軸承作為軸的支承。對于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元，只有齒輪減速箱用到滾動軸承，由于沒有軸向載荷，因此選用深溝球軸承作為齒輪的徑向支承。對于旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動單元，其齒輪減速箱和滾珠絲杠都要采用滾動軸承支承，齒輪減速箱中的齒輪采用深溝球軸承來支承，滾珠絲杠則由于有軸向載荷，因此要對絲杠的徑向和軸向都進(jìn)行支承。支承方式選擇兩端固定的支承方式，每一端選擇一

12、個深溝球軸承和一個推力球軸承組合進(jìn)行支承。3回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置機(jī)械部分設(shè)計計算3.1機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計計算回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置共有兩個運(yùn)動單元，一個是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元，一個是旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動單元，組成這個兩個單元的傳動機(jī)構(gòu)不盡相同，因此計算的思路和步驟也不盡相同。下面就每一個運(yùn)動單元分別進(jìn)行設(shè)計計算。3.1.1旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元傳動系統(tǒng)設(shè)計計算旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元傳動系統(tǒng)由步進(jìn)電動機(jī)、齒輪減速箱和夾具組成，夾具采用三角自定心卡盤。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元傳動系統(tǒng)計算步驟大體可分為以下幾步：1） 根據(jù)給定的旋轉(zhuǎn)精度，初步確定步進(jìn)電動機(jī)的步距角；2） 根據(jù)旋轉(zhuǎn)精度和步距角，確定齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動比以及齒輪的參數(shù)；3） 計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩，選

13、定步進(jìn)電動機(jī)型號。1、 初選步進(jìn)電動機(jī)步距角qb對步進(jìn)電動機(jī)施加一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這個角度就叫步距角。電動機(jī)的轉(zhuǎn)動的角度與輸入脈沖個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比。步進(jìn)電動機(jī)步距角越小，它所能達(dá)到的位置精度越高。此次要求的旋轉(zhuǎn)精度是0.1度，為不使傳動比過大，齒輪級數(shù)過多，因此決定初步選則步進(jìn)電動機(jī)的步距角為0.36°。如果選擇的步距角不合適，則重新再選擇。2、 計算傳動比i旋轉(zhuǎn)精度qp為0.1°，步距角qb為0.36°，則旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳動系統(tǒng)的傳動比i確定傳動比i后，接下來確定齒輪傳動的級數(shù)及各齒輪的參數(shù)。一般，隨著齒輪傳動的級數(shù)的

14、增加，齒輪傳動的總慣量減少，但傳動效率要降低，齒隙和摩擦的來源也會有隨之增加。因此應(yīng)在傳動級數(shù)和傳動比的分配上綜合權(quán)衡。一般，當(dāng)傳動比1i2時，選用一級傳動；2i<4時選用二級傳動，此次的傳動比為3.6，因此決定選用兩級傳動。設(shè)第一級傳動比為i1=Z2/Z1，第二級傳動比為i2=Z4/Z3，根據(jù)齒輪系最佳速比分配近似條件計算得由于齒輪直徑不能太大，故齒數(shù)不能完全根據(jù)最佳傳動比來選擇。為便于選擇齒輪齒數(shù)，將各級傳動比稍作修改為選擇Z1=20，根據(jù)i1=Z2/Z1可計算出Z2=36；取整得Z3=20，則Z4=40。由于傳遞的功率不大，取齒輪的模數(shù)m=2。采用雙層齒輪法消除齒輪間隙。齒輪有關(guān)參

15、數(shù)參照表3-1。表3-1傳動齒輪幾何參數(shù)齒 數(shù)Z20362040分度圓40724080齒頂圓44764484齒根圓35673575齒 寬(610)m20202020中心距56603、 步進(jìn)電動機(jī)型號選擇（1） 轉(zhuǎn)動慣量計算根據(jù)被檢測工件最大尺寸（材料為鋼）為50mm×350mm，確定三角自定心卡盤的最大外徑為100mm，其厚度為40mm，過渡件的外徑也為100mm，厚度為10mm，其材質(zhì)均為鋼。對于鋼質(zhì)圓柱體，其轉(zhuǎn)動慣量其中，D圓柱體直徑（cm）； L圓柱體長度（cm）。負(fù)載各部分的轉(zhuǎn)動慣量如下:其中，J1、J2、J3齒輪Z1、Z2、Z3及其軸的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

16、J4齒輪Z4的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；J工工件的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；J夾夾具的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）。負(fù)載折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量JS（kg·cm2）為(2)估算步進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩在此次回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元傳動系統(tǒng)中，負(fù)載的加速度轉(zhuǎn)矩占起動轉(zhuǎn)矩的比例較大，因此根據(jù)負(fù)載的加速度轉(zhuǎn)矩乘以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩，然后初步選定步進(jìn)電動機(jī)型號。設(shè)電機(jī)起動加速到最大轉(zhuǎn)速的起動加速時間ta=0.03s，則最大負(fù)載加速度轉(zhuǎn)矩Tlmax（N·cm）式中， J負(fù)載折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）；

17、 電機(jī)最大角加速度（rad/s2)； nmax電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）； nlmax工件最大轉(zhuǎn)速（r/min）； i傳動比。進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩Tq（N·cm）由式子進(jìn)行估算。其中k為安全系數(shù)，由于在計算起動轉(zhuǎn)矩時沒有加入電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，因此根據(jù)慣量匹配，選取k=1.31.5，這是比較合理的。代入數(shù)據(jù)得（3）計算最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax表示步進(jìn)電動機(jī)所能承受的最大靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，與啟動轉(zhuǎn)矩的關(guān)系見表3-2。最大靜轉(zhuǎn)矩與步進(jìn)電動機(jī)的通電方式有關(guān)，可根據(jù)它在步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)手冊中初選步進(jìn)電動機(jī)。表3-2步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系相數(shù)三相四相五相六項拍數(shù)364851061

18、20.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866取步進(jìn)電動機(jī)的通電方式為五相10拍，則最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax（4）計算最高起動頻率fk式中， nlmax工件最大轉(zhuǎn)速（r/min）； qp旋轉(zhuǎn)精度（°/步）。（5）初選步進(jìn)電動機(jī)型號根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)手冊中查出90BF006的最大靜轉(zhuǎn)矩為215.6N·cm大于五相10拍時的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax=170.962N·cm，因此決定選用90BF006步進(jìn)電動機(jī)。但從表中看出，90BF006步進(jìn)電動機(jī)的最高空載起動頻率為2400Hz,，不能滿足fk（7800Hz）的要

19、求，此項指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件升降速程序來解決。（6） 校核轉(zhuǎn)矩90BF006的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量JM=1.8N·cm，因此傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量JS（kg·cm2）為步進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩Tq（N·cm）最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax它小于步進(jìn)電動機(jī)90BF006的最大靜轉(zhuǎn)矩為215.6N·cm，且有較大的的余量，因此該步進(jìn)電動機(jī)是合適的。3.1.2旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動單元傳動系統(tǒng)設(shè)計計算1、 移動部件尺寸及重量估算根據(jù)采用的光幕傳感器LS-7070的外形尺寸，確定承載光幕傳感器的連接臺的尺寸（長×寬×高）為300×108

20、5;87，材質(zhì)為鋼，計算其重量為光幕傳感器LS-7070的重量約為20N，因此移動部件的總重量G=(220+20)N=240N。2、 滾動導(dǎo)軌的確定（1）滾動導(dǎo)軌形式滾動導(dǎo)軌形式選擇雙V型滾珠鋼制淬火導(dǎo)軌。（2）導(dǎo)軌長度根據(jù)350mm的行程范圍及連接臺的尺寸，確定：動導(dǎo)軌長度lB=100mm動導(dǎo)軌行程l=350mm支承導(dǎo)軌長度L=lBl=450mm保持架長度lG=lBl/2=275mm（3） 滾動體尺寸與參數(shù)的確定滾珠直徑取d=6mm，滾珠數(shù)目式中，G為導(dǎo)軌所支承的重量；d為滾珠直徑（cm）。動導(dǎo)軌的長度為lB=100mm，取Z=11，兩滾珠之間的距離t=9mm。（4） 許用負(fù)荷驗算平均每個滾

21、珠上的最大負(fù)載Pmax（N）式中，PH為導(dǎo)軌的預(yù)加負(fù)荷，按最大負(fù)荷的1/2計算。代入數(shù)據(jù)得對于滾珠導(dǎo)軌，滾珠上的許用負(fù)載P（N），可用下式計算式中，d滾珠直徑（mm）； K作用在滾動體橫截面上的假定應(yīng)力（N/cm2），參加表3-3； 考慮到導(dǎo)軌硬度的修正系數(shù)，參加表3-4。表3-3 滾動體橫截面上的假定應(yīng)力K導(dǎo)軌形式K（N/cm2）氮化導(dǎo)軌鋼制高頻淬火導(dǎo)軌鋼制淬火導(dǎo)軌6062HRC鑄鐵導(dǎo)軌200HBC滾珠導(dǎo)軌4050602短滾柱導(dǎo)軌b/d=1150018002000200長滾柱導(dǎo)軌b/d3100013001500150表3-4 導(dǎo)軌硬度的修正系數(shù)鑄鐵導(dǎo)軌HBS1601802002200.60.

22、811.7鋼制淬火導(dǎo)軌HRC505557600.520.700.801由于選用的是滾珠鋼制淬火導(dǎo)軌，因此選擇K=60（N/cm2），=1，代入公式得因為Pmax=15.427P，故導(dǎo)軌可用。3、 滾珠絲杠的設(shè)計計算（1）計算絲杠軸向力Fm回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置是點(diǎn)位控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，要求能快速移動，因此作用在滾珠絲杠的軸向的力應(yīng)該以移動部件的慣性力為主，同時包括移動部件的重量作用在滾動導(dǎo)軌上的摩擦力。設(shè)系統(tǒng)要求移動部件能在10ms內(nèi)從正向最大移動速度加速到反向最大移動速度，其產(chǎn)生的慣性力F慣式中，m移動部件的質(zhì)量（kg）；vlmax移動部件最大移動速度（m/s）； G移動部件的重

23、量（N）； g重力加速度; ta加速時間（s）。移動部件的重量作用在滾動導(dǎo)軌上的摩擦力F摩f為滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，f=0.00250.005，此處取0.005。絲杠軸向力Fm（2）最大動負(fù)載C選用滾珠絲杠螺母副的直徑d0時，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾到上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載C，可用下面的公式計算：式中，L壽命，以106轉(zhuǎn)為一單位； n絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）； vs 為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），此處就取最高移動速度的1/2； Lo絲杠導(dǎo)程（mm），根據(jù)表3-5，初選為5mm； T使用壽命（h），

24、對數(shù)控機(jī)床取15000h； fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)情況取1.01.2，取1.2。具體計算如下：表3-5 滾珠絲杠螺母副的公稱直徑d0和基本導(dǎo)程L0公稱直徑d0導(dǎo) 程 L0122.534568101216202532406810121620253240506380100125180200=注：應(yīng)優(yōu)先采用有=的組合，優(yōu)先組合不夠用時，推薦選用的組合；只有優(yōu)先組合和推薦組合都不夠用時，才選用黑框內(nèi)的普通組合。（3）選擇滾珠絲杠螺母副根據(jù)最大動負(fù)載，查滾珠絲杠螺母副標(biāo)準(zhǔn)，可知W1D2005 2.5圈l列外循環(huán)墊片調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾母絲杠副，額定動荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級。表3-6為

25、W1D2005 2.5圈l列外循環(huán)墊片調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾母的幾何參數(shù)。（4）絲杠副傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為式中，絲杠螺旋升角； j摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)f=0.0030.004，其摩擦角約等于10'。W12004滾珠絲杠螺母副的螺旋升角為3°39'，代入傳動效率公式得表3-6 W1D2005滾珠絲杠幾何參數(shù)參數(shù)名稱符號關(guān)系式W1D2005螺紋滾道公稱直徑d020導(dǎo)程L05接觸角3°39鋼球直徑dq3.175滾到法面半徑RR=0.52dq1.651偏心距e0.045螺紋升角3°39螺桿外徑d19.4內(nèi)徑d116.788接觸

26、直徑dz16.835螺母螺紋直徑D23.212內(nèi)徑D120.653（5）剛度驗算和穩(wěn)定性核算由于杠軸向力Fm小，且絲桿的長度較短，因此只要對絲杠螺母及支承絲杠的軸承進(jìn)行預(yù)緊，剛度和穩(wěn)定性是滿足系統(tǒng)要求的。4、 滾動軸承的選擇（1）深溝球軸承的選擇和驗算根據(jù)絲杠的公稱直徑d0=20mm可知，絲杠軸頸必定要小于20mm，因此初步選定61802型深溝球軸承，其公稱內(nèi)徑d=15mm，公稱外徑D=24mm，內(nèi)、外圈公稱寬度B=5mm，其他尺寸查看表3-7。圖3-1深溝球軸承的結(jié)構(gòu)圖表3-7 常用深溝球軸承的基本尺寸與數(shù)據(jù)（部分）基本尺寸/mm安裝尺寸/mm其他尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉(zhuǎn)速/r&#

27、183;min-1重量/kg軸承代號dDBdaminDamaxramaxd2D2rmin徑向基本額定動載荷Cr徑向基本額定靜載荷Cor脂油W6000型1524517220.317.621.40.32.101.3022000300000.0056180228717.4260.318.324.70.34.302.3020000260000.0126190232817.429.60.320.226.80.35.602.8019000240000.0231600232917.429.60.320.426.60.35.5828519000240000.0316002351120.0320.621.629

28、.40.67.653.7218000220000.0456202421321.037124.334.7111.55.4216000200000.08063021726519240.319.623.40.32.201.520000280000.0076180330719.4280.320.326.70.34.602.619000240000.0146190335819.432.60.322.729.30.36.003.318000220000.02816003351019.432.60.322.929.10.36.003.2517000210000.0406003401222.0360.624.

29、633.40.69.584.7816000200000.0646203471423.041.0126.838.2113.56.5815000180000.1096303621724.055.0131.947.11.122.710.811000150000.2686403軸承的尺寸可根據(jù)額定動載荷來選擇。如果軸承的預(yù)期壽命Lh和轉(zhuǎn)速n已知，可按下列公式求取軸承所需基本額定動載荷C'式中，Lh預(yù)期壽命，對于機(jī)床，取值為2000030000h； P當(dāng)量動載荷（N）； ft溫度系數(shù)，見表4-8； e壽命指數(shù)，球軸承e=3； Fr徑向載荷（N）； Fa軸向載荷（N）； X徑向動載荷系數(shù)； Y軸向

30、動載荷系數(shù)。深溝球軸承當(dāng)量動載荷的計算系數(shù)X，Y的取值見表3-9。根據(jù)基本額定動載荷C'可以很方便從表2-3選定基本額定動載荷CC'的軸承型號。表3-8 溫度系數(shù)ft工作溫度/120125150175200225250300ft10.950.90.850.800.750.700.60表3-9深溝球軸承載荷系數(shù)X、Y相對軸向載荷單列雙列eXYXYXYXY0.0140.0280.0560.0840.110.170.280.420.560.1720.3450.6981.031.382.073.455.176.89100.562.301.991.711.551.451.311.151.

31、041.00100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.000.190.220.260.280.300.340.380.420.44下面開始具體計算：1） 軸向載荷Fa 軸向載荷等于絲杠的進(jìn)給牽引力，為180.79N；2） 徑向載荷Fr移動部件的總重量240N，絲杠由2個深溝球軸承支承著。為簡便計算，并從安全的角度考慮，取每個深溝球軸承的徑向載荷為120N。3） 載荷系數(shù)X、Y61802的徑向基本額定靜載荷C0r=1300N，查表4-9，得e=0.32。因為選擇的是單列深溝球軸承，計算因此選擇X=0.56，Y=1.38，當(dāng)量動載荷4） 溫度系數(shù)ft選擇為15

32、） 轉(zhuǎn)速n在前面求絲杠的最大動負(fù)載時已經(jīng)求的，為n=220r/min6) 基本額定動載荷故61802型軸承滿足要求。2、 推力球軸承的選擇和驗算初步選定了51102推力球軸承，下面驗算它是否滿足要求。對于51000型推力球軸承，當(dāng)量動載荷P就等于絲杠的進(jìn)給牽引力。其基本額定動載荷其中，Ca為軸向基本額定動載荷，通過查表3-10得到。因此，該推力球軸承滿足要求。圖2-2 51000型推力球軸承表3-10 單向球軸承的基本尺寸與數(shù)據(jù)（部分）基本尺寸/mm安裝尺寸/mm其他尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉(zhuǎn)速/r·min-1重量/kg軸承代號dDTdaminDamaxramaxd1D1rm

33、in軸向基本額定動載荷Ca軸向基本額定靜載荷Coa脂油W51000型1024918160.311240.310.014.0630090000.01951100261120160.612260.612.517.0600080000.028512001226920180.313260.310.215.2600085000.02151101281122180.614280.613.219.0530075000.031512011528923200.316280.310.516.8560080000.02251102321225220.617320.616.524.8480067000.0415120

34、21730925220.318300.310.818.2530075000.02451103351228240619350617.027.2450063000.0485120320351029260.321350.314.224.5480067000.03651104401432280.622400.622.237.5380053000.075512044718363112247135.055.8360045000.155130425421135320.626420.615.230.2430060000.05551105471538340.627470.627.850.5340048000.1

35、1512055218413612752135.561.5300043000.17513046024463912760155.589.2220034000.315140551102單向推力球軸承的公稱外徑D=28mm，大于所選擇的61802深溝球軸承的公稱外徑D=24mm，因此有必要把深溝球軸承的外徑選擇大一點(diǎn)，因此重新選擇深16002溝球軸承型號，它是滿足設(shè)計要求的，無需再次驗算。5、 傳動比計算已確定脈沖當(dāng)量p=0.01mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，初選步進(jìn)電動機(jī)步距角為0.75°，計算傳動比i采用一級降速，由得齒輪的模數(shù)取m=2。由于只有一級齒輪，因此選用調(diào)整中心距的方法

36、來消除齒輪間隙。齒輪有關(guān)參數(shù)參照表3-11。表3-11傳動齒輪幾何參數(shù)齒 數(shù)Z24254850分度圓485096100齒頂圓5254100104齒根圓43459195齒 寬(35)m10101010中心距49986、 步進(jìn)電動機(jī)的計算和選型步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動慣性體時的運(yùn)動方程為：式中，JM步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（kg·cm2）； JL負(fù)載折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）； 步進(jìn)電動機(jī)角速度（rad/s)； TL等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N·cm）； Ta加速轉(zhuǎn)矩（N·cm）； T步進(jìn)電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩（N·cm）。加速轉(zhuǎn)矩Ta在變速區(qū)內(nèi)進(jìn)行驅(qū)動時根據(jù)加減速

37、而定。如圖3-3所示。圖3-3 直線加速、減速圖形直線加速時加速轉(zhuǎn)矩Ta式中， f1自啟動區(qū)的脈沖速度（pps)； f2變速區(qū)的脈沖速度（pps)； t1加速時間（s）； qb步距角（°/步）。根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動慣性體時的運(yùn)動方程來計算所需轉(zhuǎn)矩時，需要知道等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、加速轉(zhuǎn)矩Ta、等效轉(zhuǎn)動慣量JL、電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量JM及加速時間t1。由于尚未選取具體型號的步進(jìn)電動機(jī)，轉(zhuǎn)動慣量JM是未知的，因此計算時加速轉(zhuǎn)矩時，轉(zhuǎn)動慣量JM不加進(jìn)去，算出來后的再乘以一個1.3的安全系數(shù)就是所需的加速轉(zhuǎn)矩。下面進(jìn)行具體的計算。（1）等效負(fù)載慣量JL負(fù)載折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量JL（kg&#

38、183;cm2）式中，J1齒輪Z1其軸的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）； J4齒輪Z4的轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）； Js絲杠轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）； L0絲杠導(dǎo)程（cm）； G移動部件重量（N）。 對于鋼質(zhì)圓柱體，其轉(zhuǎn)動慣量其中，D圓柱體直徑（cm）； L圓柱體長度（cm）。齒輪的直徑級寬度前面已經(jīng)算出，絲杠的長度根據(jù)行程范圍及移動部件的尺寸確定為500mm，齒輪與絲杠的轉(zhuǎn)動慣量如下：G=240N代入公式得(2) 估算步進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩Tq（N·cm）步進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩Tq（N·cm）式中，TL等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N·cm）； Tamax最大加

39、速轉(zhuǎn)矩（N·cm）。最大加速轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)負(fù)載的最大加速轉(zhuǎn)矩乘以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩，然后初步選定步進(jìn)電動機(jī)型號。設(shè)電機(jī)起動加速到最大轉(zhuǎn)速的起動加速時間ta=0.03s，則最大負(fù)載加速度轉(zhuǎn)矩TLamax（N·cm）式中，JL負(fù)載折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg·cm2）； 電機(jī)最大角加速度（rad/s2)； nmax電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）； vmax最大移動速度轉(zhuǎn)速（mm/min），2200mm/min； ta加速時間（s），0.03s； qb步距角（°/步），0.75°/步； p脈沖當(dāng)量（mm/步），0.01mm/步

40、。起動加速轉(zhuǎn)矩Tamax（N·cm）等于負(fù)載加速轉(zhuǎn)矩TLamax（N·cm）乘以一個1.3的安全系數(shù)估算得到等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL（N·cm）可以由下式計算：式中，Tf等效摩擦轉(zhuǎn)矩（N·cm）； To附加摩擦轉(zhuǎn)矩（N·cm）； Fo導(dǎo)軌的摩擦力（N）； G橫向移動部件的重量，單位為N； f導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)； Lo滾珠絲杠導(dǎo)程（cm）； i齒輪傳動比； Fpo滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷（N），一般軸向力的1/3； o滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取0.9 傳動鏈總效率，一般可取0.70.85。由于軸向力和摩擦力都比較小，因此在估計起動轉(zhuǎn)矩時，等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可以忽略

41、，起動轉(zhuǎn)矩近似等于最大加速轉(zhuǎn)矩，即（3）計算最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax表示步進(jìn)電動機(jī)所能承受的最大靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，與起動轉(zhuǎn)矩的關(guān)系見表3-12。最大靜轉(zhuǎn)矩與步進(jìn)電動機(jī)的通電方式有關(guān)，可根據(jù)它在步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)手冊中初選步進(jìn)電動機(jī)。表3-12步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系相數(shù)三相四相五相六項拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866若取三相6拍，則若取五相10拍，則（4）最高起動頻率fk（Hz）式中， vmax最大移動速度（m/min），為2.2m/min； p脈沖當(dāng)量（mm/步），為0.01mm/步。（5）初選步進(jìn)電動機(jī)型

42、號根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)手冊中查出90BF004的最大靜轉(zhuǎn)矩為245N·cm大于五相10拍時的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax=53.48N·cm，而且有較大的余量，因此決定選用90BF004步進(jìn)電動機(jī)。從表中看出，90BF004步進(jìn)電動機(jī)的最高空載起動頻率為4000Hz,，能滿足fk（3666.7Hz）的要求。（6） 校核轉(zhuǎn)矩90BF004的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量JM=1.8N·cm，因此傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量JS（kg·cm2）為步進(jìn)電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩Tq（N·cm）最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax（N·cm）90BF004的最

43、大靜轉(zhuǎn)矩為245N·cm大于五相10拍時的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax=71.42N·cm，而且有較大的余量，因此90BF004滿足轉(zhuǎn)矩要求。因為因此滿足負(fù)載匹配要求。最后，選擇90BF004步進(jìn)電動機(jī)作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元傳動系統(tǒng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。4.2機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)過計算，此次回轉(zhuǎn)體數(shù)控測量裝置回轉(zhuǎn)單元采用90BF006型步進(jìn)電動機(jī)，經(jīng)過兩對齒輪減速，齒輪齒數(shù)Z1=20，Z2=36，Z3=20，Z4=40，模數(shù)m=2；直線單元采用90BF004型步進(jìn)電動機(jī)，經(jīng)一對齒輪減速，齒輪齒數(shù)Z1=24，Z2=25，模數(shù)m=2，滾珠絲杠的公稱直徑d0=20mm，滾絲杠螺母副選用的是W1D2005

44、 2.5圈l列外循環(huán)墊片調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠螺母副。設(shè)計時可以考慮以下問題：1、 為減小摩擦力，直線單元采用雙V型滾動導(dǎo)軌，用方頭長圓柱緊定螺釘66對導(dǎo)軌進(jìn)行預(yù)緊，調(diào)好以后，再用內(nèi)六角圓柱頭螺釘69鎖緊。一共采用了14個方頭長圓柱緊定螺釘和16各內(nèi)六角圓柱頭螺釘對導(dǎo)軌進(jìn)行預(yù)緊和鎖緊。2、 滾珠絲杠兩端通過軸承和軸承座進(jìn)行支承，為保證滾珠絲杠與滾動導(dǎo)軌在垂直面的平行度，需要利用軸承座螺釘過孔來調(diào)整。調(diào)整方法是，先調(diào)松軸承座緊固螺釘45，然后左右微微移動兩個軸承座，指導(dǎo)絲杠轉(zhuǎn)動靈活后，調(diào)緊緊固螺釘45，并打入圓錐銷48定位。滾珠絲杠與滾動導(dǎo)軌在水平面的平行度靠刮研軸承座底面，或通過在軸承座和底

45、座之間加裝墊片，靠修磨墊片的厚度來保證水平方向的平行度。3、滾珠絲杠左右各采用一個深溝球軸承和推力球軸承，以支承絲杠和進(jìn)行軸向固定。當(dāng)絲杠受到向左的軸向力時，通過絲杠右端的圓螺母傳給推力球軸承動圈、鋼球，經(jīng)不動圈傳給軸承座端蓋再傳到底座。當(dāng)絲杠受到向右的軸向力時，通過絲杠左端的圓螺母傳給推力球軸承動圈、鋼球，經(jīng)不動圈傳給軸承座端蓋再傳到底座?；剞D(zhuǎn)單元的主軸采用兩個深溝球軸承和一個推力球軸承來進(jìn)行支承和軸向固定。由于主軸只有在一個方向有軸向力的作用，因此只采用了一個推力球軸承，其軸向固定的過程是這樣的，當(dāng)主軸受到頂尖通過工件作用的向左的軸向力時，主軸的軸頸就作用推力球軸承的動圈，經(jīng)過鋼球傳到不動

46、圈、擋圈、深溝球軸承外圈、軸承端蓋，最后到主軸箱。向右的軸向力非常小，深溝球也具有承受一定的軸向載荷的能力，因此不再采用推力球軸承。必須注意絲杠所受的軸向力必須傳到底座上，另外要注意推力球軸承不動圈和軸頸之間必須畫出空隙。4、本設(shè)計中回轉(zhuǎn)單元齒輪的消除間隙采用了兩個薄片齒輪，中間開有三個月牙形的槽放入壓簧，并用三個內(nèi)六角圓柱頭螺釘8固定。這種消隙齒輪的裝配順序是：首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)動一個齒距，使雙片齒輪的齒對齊，彈簧受壓，上緊螺釘，裝入箱體后，將螺釘松開，彈簧將雙片齒輪沿周向錯開，以消除齒輪間隙，然后將螺釘上緊。因而在設(shè)計時，要留有可伸入六角扳手的孔。彈簧兩端用削編的銷子壓住。直線單元齒輪的

47、間隙采用調(diào)整中心距法來消除。因為步進(jìn)電動機(jī)90BF004是以70H8/h7止口在齒輪箱56上定位，刮研齒輪箱56的底座，可使電機(jī)及小齒輪31的中心下降，這樣就減少大小齒輪的中心距，消除齒輪的間隙。當(dāng)然，也可以在齒輪箱56和底座之間加墊片，用修磨墊片的厚度來改變兩齒輪的中心距，從而消除齒輪間隙。4 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計內(nèi)容1、繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能

48、指標(biāo)。車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(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。（3）存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。（4）接口，即I/O輸入/輸出接口電路。（5）外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器及光電輸入機(jī)等。見圖4.1圖4.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)）2、存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計存儲器擴(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。在選擇程序存儲器芯片時，要考慮CPU與EPROM時序的匹配，還應(yīng)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(kuò)展電路的設(shè)計中還應(yīng)該包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計。3、I/O即輸入/輸出接口電路設(shè)計應(yīng)包括接口芯片的選擇

49、，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計（例如復(fù)位電路，越界報警電路，掉電保護(hù)電路等）。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計也應(yīng)包括。4、鍵盤顯示接口電路圖4.2 LED顯示器（1）顯示器工作原理數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管）和LCD（液晶顯示器），也有采用CRT接口的顯示方式。此電路采用采用LED顯示器，通常它由8個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一貫人點(diǎn)或一個筆畫發(fā)亮。控制不同的二極導(dǎo)通管，就能顯示出各種字符。常用的七段顯示器結(jié)構(gòu)如圖4.2所示：發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的為共陰極顯示器。如果

50、加到各段陽極的代碼不同，則顯示器將會顯示不同的字符和數(shù)字，這個代碼稱為段碼，選擇字型稱為段選。通常顯示器采用動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流電亮顯示器各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間亮一次，顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)兩亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。這就是顯示器的掃描過程。計算機(jī)以人眼不能分辨的速度輪流對個字位線輸出低電平，即可在各位上顯示出不同的字符和數(shù)字，從而實現(xiàn)掃描顯示。這就稱作位選。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個I/O口，L稱為掃描口，控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個8位口,稱為段選數(shù)據(jù)口。（2）鍵盤接口原理鍵盤是由若干個按鍵作成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備。其工作原理如下圖4.3所示：下圖4.3中控制信號=“0”則開放，可對鍵識別：當(dāng)鍵松開，則測試信號=“1”，鍵閉合，測試信號=“0”控制信號=“1”，禁止，不能對鍵進(jìn)行識別。圖4.3 鍵盤/顯示器接口電路圖4.3所示為44鍵盤結(jié)構(gòu)，圖中行線通過電阻接+5V，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線X0X3（測試信號）都呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時，則該鍵盤所對應(yīng)的行線和列線短路。