數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計終版22頁

1、 西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計（論文） 機電一體化課程設(shè)計(論文)題目: 數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名 專 業(yè)_機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號_ 班 級_ 指導(dǎo)教師 譚為民 成 績_ 工程技術(shù)學(xué)院 2017年6月機電一體化課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)年級設(shè)計題目： 數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計要求：1、 能用鍵盤輸入命令控制工作臺的運動方向2、 能實時顯示當(dāng)前運動位置3、 具有越程指示報警及停止功能設(shè)計參數(shù)1、 系統(tǒng)分辨率縱向為0.01mm，橫向為0.005mm；2、 最大加工直徑：在床面上為400mm，在床鞍上為210mm；3、 最大加工長度為1000mm；4、 快

2、進速度：縱向為2400mm/min，橫向為2400mm/min；5、 最大切削進給速度：縱向為500mm/min，橫向為500mm/min；6、 脈沖當(dāng)量：縱向為0.01mm/脈沖，橫向為0.01mm/脈沖；7、 X方向定位精度±0.01mm,Z方向定位精度±0.02mm；8、 縱、橫向安裝限位開關(guān)；9、 顯示界面采用5個8位LED數(shù)碼管；設(shè)計工作量：編寫設(shè)計說明書1份指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目錄1系統(tǒng)總體方案設(shè)計11.1數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定11.2伺服進給系統(tǒng)的選擇11.3執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定21.4控制系統(tǒng)的選擇21.5總體設(shè)計方案的確定32機械系統(tǒng)設(shè)計32.1系

3、統(tǒng)脈沖當(dāng)量選擇42.2切削力計算42.3滾動螺旋副選型計算與驗算42.3.1縱向進給絲杠52.3.2 滾珠絲杠副幾何參數(shù)72.4齒輪傳動比計算72.5步進電機的計算與選型82.5.1等效轉(zhuǎn)動慣量計算82.5.2電機力矩計算82.5.3 步進電機性能驗算102.5.4步進電機型號確定及主要參數(shù)列表103 控制系統(tǒng)設(shè)計113.1數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計113.1.1主控制器CPU的選擇113.1.2存儲器擴展電路設(shè)計113.1.3步進電機驅(qū)動電路設(shè)計133.1.4 其它輔助電路設(shè)計133.1.5 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計143.3繪制控制系統(tǒng)原理圖17總結(jié)18參考文獻18數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)及數(shù)控系

4、統(tǒng)設(shè)計西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400716摘要：數(shù)控車床進給系統(tǒng)是指能分別沿著X 向和Y向做進給運動的系統(tǒng)，是許多機電一體化 設(shè)備的基本部件。本設(shè)計是對數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)進行相關(guān)的設(shè)計。在設(shè)計的時候具體進行了各部件的選型和計算。比如：導(dǎo)軌的設(shè)計選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計算，還進行了進給傳動系統(tǒng)的剛度計算、進給傳動系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動電機的選型計算、驅(qū)動電機與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)動電機與進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性分析等，最后選用單片機對其做數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床 進給傳動機構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)總體方案設(shè)計對于數(shù)控車床的進給傳動機構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計，

5、在考慮總體方案時應(yīng)遵行的基本原則是：在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改造應(yīng)盡可能的少，以降低成本。數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定；伺服系統(tǒng)的選擇；執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定；控制系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案，對方案進行分析、比較、論證，最后確定總體方案并繪制系統(tǒng)總體方案框圖1。1.1數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機控制（MNC）系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。1.2伺服進給系統(tǒng)的選擇數(shù)控機床的進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)之分。采用直流或交流伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)控制方案

6、的優(yōu)點是可以達到很好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差、傳動間隙及干擾等對加工精度的影響。但他的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難，造價高。本設(shè)計的精度要求不是很高，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的必要性不大。采用直流或交流伺服電機驅(qū)動的半閉環(huán)控制，其性能介于開環(huán)和閉環(huán)之間。由于調(diào)速范圍寬過載能力強，有具有反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制。由于反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機械傳動元件，調(diào)試比閉環(huán)簡單，系統(tǒng)的穩(wěn)定性容易保證，所以比閉環(huán)容易實現(xiàn)。但是采用半閉環(huán)控制調(diào)試比開環(huán)控制要復(fù)雜，設(shè)計上有其自身的特點，技術(shù)難度較大。本設(shè)計任務(wù)的要求不高，通常情況下均采用以步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制。因為開環(huán)控

7、制具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計制作容易，控制精度較好，容易調(diào)試，價格便宜，使用維修方便等優(yōu)點；缺點是步進電機沒有過載能力，啟動頻率低，工作頻率也不高等。開環(huán)控制多用于負載變化不大或要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)備中。經(jīng)過上述比較，決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。1.3執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高強度、無間隙、高諧振以及有適宜阻尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點：（1）盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、鐵塑導(dǎo)軌等。（2）盡量消除傳動間隙,提高傳動精度。如對滾珠絲杠和滾動導(dǎo)軌進行預(yù)緊，而傳動齒輪通常采用消除間隙結(jié)

8、構(gòu)。（3）盡量提高傳動剛度。傳動剛度是傳動元件之間的接觸剛度，接觸面越多剛度越低，傳動誤差越大，故應(yīng)盡量縮短傳動鏈。通常，在簡易數(shù)控系統(tǒng)中，只要能夠保證步進電機的步距角與運動末端執(zhí)行件脈沖當(dāng)量的正確匹配，只采用一對齒輪傳動副即可。給傳動元件施加預(yù)負載，不但可以提高系統(tǒng)傳動精度也可以提高系統(tǒng)的傳動剛度。故滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠以及絲杠軸向固定軸成都帶有預(yù)緊裝置，以便隨時調(diào)整預(yù)緊力1。1.4控制系統(tǒng)的選擇計算機數(shù)控系統(tǒng)一般由主機CPU、存儲器擴展電路、I/O接口、光電隔離電路、伺服電機驅(qū)動電路、檢測電路等幾部分所組成。微機是數(shù)控系統(tǒng)的核心。數(shù)控系統(tǒng)的功能直接與所選微機相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)對微機的要求是多方面

9、的，但主要是字長和速度。字長不但影響系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且影響加工精度和運算精度。而字長短的計算機在進行多字節(jié)數(shù)據(jù)處理時又會影響加工速度。目前，高檔數(shù)控系統(tǒng)普遍采用32位機，主頻已達20-30MHz；標準CNC系統(tǒng)通常采用16位機；經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常采用8位機，如采用Z80CPU或MCS-51單片機組成的微機應(yīng)用系統(tǒng)。在51系列機型中，因為RAM容量都很小，所以必須擴展外RAM；又由于常用零件加工程序需要固化在EPROM中，而它們不宜和系統(tǒng)控制程序存放在同一存儲區(qū)內(nèi)，為方便同一考慮外ROM和外RAM的擴展，故通常都是采用8031單片機作主機1。本經(jīng)濟型數(shù)控車床采用MCS-51系列單片微機組成

10、的微機應(yīng)用系統(tǒng)。主機是8031，接口選8279，采用步進電機開環(huán)控制，傳動部件為滾珠絲杠。1.5總體設(shè)計方案的確定經(jīng)以上論證后，確定的數(shù)控車床進給傳動機構(gòu)的總體方案圖如圖所示。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進給運動均采用步進電動機驅(qū)動。由MCS-51系列單片機組成微機作為控制裝置的核心，由I/O接口、軟環(huán)分配器與放大器控制功率步進電動機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速器后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。圖1-1 系統(tǒng)總體方案圖2機械系統(tǒng)設(shè)計 機械系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容包括：系統(tǒng)脈沖當(dāng)量確定；切削力計算；滾動螺旋副選型計算與驗算；滾動導(dǎo)軌選型計算與驗算；步進電機選型計算和驗算；消除間隙齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計、

11、滾珠絲杠支承結(jié)構(gòu)選型、電機固定結(jié)構(gòu)選型設(shè)計等幾個主要部分。2.1系統(tǒng)脈沖當(dāng)量選擇脈沖當(dāng)量是機床移動不見相對于每一個步進脈沖信號產(chǎn)生的位移量。脈沖當(dāng)量也稱為機床最小設(shè)定單位或最小指令增量或機床分辨率。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。數(shù)控車床通常采用的脈沖當(dāng)量是0.010.005mm/脈沖。脈沖當(dāng)量有時也由設(shè)計任務(wù)書直接給出。所以根據(jù)設(shè)計任務(wù)書確定脈沖當(dāng)量：縱向為0.01mm/脈沖，橫向為0.01mm/脈沖。因為脈沖當(dāng)量相同，故以下只計算縱向進給相關(guān)參數(shù)，橫向與縱向相同。2.2切削力計算設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650MPa;選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏

12、角r=60°,前角o=10°，刃傾角s=-5°；切削用量為：背吃刀量ap=3mm,進給量f=0.6mm/r,切削速度vc=105m/min。查表3-12，得： 查表3-32，得：主偏角r的修正系數(shù)為0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗公式，得。由經(jīng)驗公式，得2.3滾動螺旋副選型計算與驗算滾動螺旋副工作原理：滾動螺旋副是一種在絲杠和螺母之間放入滾動體 滾珠的一種絲杠螺母副。由于放入滾珠，故，當(dāng)絲杠相對螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠則在螺旋滾道內(nèi)即自轉(zhuǎn)又循環(huán)轉(zhuǎn)動，迫使絲杠螺母之間產(chǎn)生軸向相對運動，于是將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槁菽傅闹本€運動或?qū)⒙菽傅男D(zhuǎn)運動變

13、為絲杠的直線運動。滾動螺旋副特點：優(yōu)點：傳動效率高，所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩?。粋鲃泳雀?，反向精度高，定位精度高；傳動剛度高；傳動平穩(wěn)，快速響應(yīng)好，無爬行； 磨損小，精度保持性好，壽命長；具有運動可逆性；缺點：制造成本高；不能自鎖，鉛垂進給時需加制動機構(gòu)2。滾動螺旋副的設(shè)計步驟是：計算進給牽引力，預(yù)選主要尺寸參數(shù)，計算最大動負荷，計算最大靜負荷，初選滾珠絲杠副型號及列表主要參數(shù)，繪制進給系統(tǒng)計算簡圖，驗算軸向剛度，驗算傳動效率，確定滾珠絲杠副型號。2.3.1縱向進給絲杠（1）工作載荷Fm計算已知移動部件總重G=800N；根據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，可得：縱向進給為綜合型導(dǎo)軌，有式中：K考慮顛覆力矩時的影響系數(shù)，綜合

14、型導(dǎo)軌取K=1.15；導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，=0.150.18（取=0.16）；G移動部件重量，G=800N代入公式計算得（2）滾珠絲杠副最大動負荷計算最大切削進給速度最大切削力條件下的進給速度取，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速（其中：滾珠絲杠導(dǎo)程初選），則滾珠絲杠壽命值（其中使用壽命T=15000h） ，則運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取，故（3）滾珠絲杠螺母副的選型查閱機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書，可采用W1L4006外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，其額定動負載為16400N，精度等級選為3級。傳動效率計算式中：絲杠螺母升角； 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等

15、于10´。本設(shè)計中：（4）剛度驗算最大進給率引力為1631.79N，支承間距L=1500mm。絲杠螺母級軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向力的1/3。絲杠的拉伸或壓縮變形量1。查機械設(shè)計手冊，根據(jù)Fm=1631.79N,D0=40mm，查出L/L=1.2×10-5,可算出由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量為：滾珠與螺紋滾道間接觸變形。查機械設(shè)計手冊相關(guān)圖表，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量: 因進行了預(yù)緊，故 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。采用8107型推力球軸承，滾動體直徑，滾動體數(shù)量Z=18,故因施加預(yù)緊

16、力，故根據(jù)以上計算軸向總變形量為： 即軸向總變形小于定位精度。（5）穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端采用推力軸承并施加預(yù)緊，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要進行穩(wěn)定性校核。2.3.2 滾珠絲杠副幾何參數(shù)表2-1 滾珠絲杠參數(shù)表名 稱符號計算公式（mm）W1L4006螺紋滾道公稱直徑40導(dǎo)程（螺距）6接觸角2º44´鋼球直徑3.968螺紋滾道法面半徑R2.064偏心距0.056螺紋升角2º44´絲杠絲杠外徑39絲杠內(nèi)徑35.984螺母螺母外徑(外循環(huán)）44.016螺母內(nèi)經(jīng)(外循環(huán)）40.79382.4齒輪傳動比計算已確定縱向進給脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選步進電機步距角為0

17、.75º，可計算出傳動比因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取23。2.5步進電機的計算與選型2.5.1等效轉(zhuǎn)動慣量計算電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量：參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為 ；齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：=絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：=折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量： 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題，,基本滿足慣量匹配要求1。2.5.2電機力矩計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面按個工況計算。(1)快速空載啟動力矩在快速空載啟動階段，加速力矩占得比例較大，具體計算如下：將上述數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同上：啟動加速時間 折算到電機軸上的摩擦力矩：附加摩擦力矩M

18、0 上述三項合計：（1） 快速移動時所需力矩：（3）最大切削負載時所需力矩Mj 從上面計算可以看出，Mq、Mk、Mj三種工況下，以快速空載啟動所需力矩最大，以此項作為初選步進電機的依據(jù)。查機電一體化系統(tǒng)設(shè)計表3-11可得，當(dāng)步進電機為五相十拍時，則最大靜力矩為 。按此最大靜轉(zhuǎn)矩，查機電一體化系統(tǒng)設(shè)計表3.11得出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。2.5.3 步進電機性能驗算(1)電機最高空載啟動頻率和運行頻率（2）頻率驗算查機電一體化系統(tǒng)設(shè)計表3-11 ，150BF002型步進電

19、機允許的最高空載啟動頻率和運行頻率分別為2800Hz和8000Hz，由于 故運行頻率頻率滿足要求。但 不滿足要求，可以通過采用步進電機快速啟動升降速控制，將啟動頻率降到1000Hz，啟動力矩可增高到588.4N·cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路1。2.5.4步進電機型號確定及主要參數(shù)列表表2-2 步進電機參數(shù)表型號相數(shù)步距角電壓相電流最大靜轉(zhuǎn)矩最高啟動頻率運行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)速r/min150BF00250.7580/121213.722800800036.3551003.控制系統(tǒng)設(shè)計3.1數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：（1）主控制器。即中央處理單元

20、CPU（2）總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。（3）存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。（4）接口。即I/O 輸入輸出接口。哎哎哎哎并行接口芯片8155CPU8031單片機圖3-1 控制系統(tǒng)原理圖3.1.1主控制器CPU的選擇MCS-51系列單片機是集中CPU，I/O 端口及部分RAM等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用8031芯片作為主控芯片。3.1.2存儲器擴展電路設(shè)計（1）程序存儲器的擴展單片機應(yīng)用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用EPROM芯片

21、。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為2k,4k,8k,16k,32k。在選擇芯片時要考慮CPU與EPROM時序的匹配。8031所能讀取的時間必須大于EPROM所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇2764芯片作為本次設(shè)計的程序存儲器擴展用芯片。單片機規(guī)定P0口提供為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低位的地址信息，一般采用74LS373芯片作為地址鎖

22、存器，并由CPU發(fā)出允許鎖存信號ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。(2)數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于8031內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116,6262 靜態(tài)RAM 數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計選用6264芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。(3)譯碼電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送。故要進行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單

23、獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于RAM和I/O容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設(shè)計采用全地址譯碼法4。（4）存儲器擴展電路設(shè)計8031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。該設(shè)計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機的外存儲器擴展電路。（5）I/O 擴展電

24、路設(shè)計通用可編程接口芯片81558031單片機共有4個8位并行I/O接口，但供用戶使用的只有P1口及部分P3口線。因此要進行I/O口的擴展。8155與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED和LCD。下圖所示為采用8155接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有4×8鍵和6位LED顯示器組成。為了簡化電路，鍵盤的列線及LED顯示器的字位控制共用一個口，即共

25、用8155的PA口進行控制，鍵盤的行線由8155的PC口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任1。3.1.3步進電機驅(qū)動電路設(shè)計（1）脈沖分配器步進電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計采用集成脈沖分配器YB013。（2）光電隔離電路在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。（3）

26、功率放大器 脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進電機正常運轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進電機容量選擇功率放大器。本設(shè)計選用高低壓功率放大器。3.1.4 其它輔助電路設(shè)計（1）8031的時鐘電路 單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2 引腳上外接定時元件。晶體可以在1.212之間任意選擇，耦合電容在530pF 之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式時，可將XTAL1 直接接地，XTAL2 接外部時鐘源。（2）復(fù)位電路單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時

27、鐘工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms 以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后CPU便從0000H單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與8031復(fù)位要求一致時，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用6MHZ 時，復(fù)位電路中C取22F，R取200 ,RK取1000（）越程報警電路為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。利用光電耦合電路，將行程開關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至8031的I/O口P1.0。當(dāng)任何一個行程開關(guān)被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平。8031可利用軟件設(shè)計成查詢的方法隨時檢查有無越界信號。也可接成

28、從光敏三極管的集電極輸出接至8031的外部中斷引腳（INT0或INT1），采用中斷方式檢查越界信號2。3.1.5 機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 該系統(tǒng)選用MCS-51系列的8031作為主控制器。擴展存儲電路為一片2732EPROM 和一片6264RAM。程序存儲器擴展為4K，數(shù)據(jù)存儲器擴展為8K。 2732的片選控制端直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H 開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端由譯碼器（74LS138）的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為4000H5FFFH。 系統(tǒng)的擴展I/O 接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155。8155的片選端接至譯碼器（74LS138）的Y4的輸出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號分別為8000H 及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H80FFH。8155的PA口為控制工作抬X,Z向電機的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進電機接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示器設(shè)計在一起，8155的PC口擔(dān)任