小型数控立式铣床工作台升降和制动装置设计说明.doc

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1、小型数控立式铣床工作台升降和制动装置设计第一章、设计目的与意义专业综合设计2课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一,是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系,将机械、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起,独立设计一种具有特定功能的机电装备。通过本次课程设计,培养学生运用所学机电装备设计课程的知识,对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力；培养学生用机电装备设计的知识及相关知识体系,掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起,如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律,提高设计能力；通

2、过设计实践,熟悉设计过程,学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源,查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样,在机电一体化技术的运用上得到训练；通过课程设计的全过程,为学生提供一个较为充分的设计空间,使其在巩固所学知识的同时,强化创新意识,在设计实践中深刻领悟机电装备设计的涵。第二章、设计要求2.1技术参数（1） 工作台升降行程：320mm；（2） 工作台尺寸：长宽=600mm320mm；（3） 工作台总重：1000N；（4） 最高运行速度：步进电动机运行方式：空载：0.5 m/min ；切削：0.1 m/min ；交流伺服电机运行方式：空载：8 m/min

3、；切削：2 m/min ；（5） 系统分辨率：开环模式0.01 mm/step ；半闭环模式0.005 mm/step ；（6） 系统定位精度：开环模式0.10 mm ；半闭环模式0.01mm ；（7） 切削负载：X向800N； Y向1000N； Z向1500N；2.2 设计要求（1） 实现垂直平稳升降,具有快速升降功能；（2） 用步进电机或交流伺服电机作驱动元件；（3） 工作时离合器脱开,主轴不工作时,离合器锁死,主轴箱停在任意位置； （4） 具有行程越位报警功能；（5） 采用滚动导轨块作支承；（6） 具有断电锁紧功能。第三章、设计容3.1机械传动部件的计算与选型3.1.1导轨上移动部件的重

4、量估算工作台总重: G=1000N3.1.2铣削力3.1.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型 最大工作载荷的计算作用在滚珠丝杠上的力包括滚珠丝杠螺母副的进给力、移动部件的重力,以及作用在导轨上的切削分力所产生的摩擦力。根据设计中所选用的导轨为加有导轨块的滚动导轨采用综合导轨的计算公式。查1中表3-29得到计算公式： 式中：Z向切削分力N,；Y向切削力N,；移动工作台总重N；导轨的摩擦系数,查1中表3-29,取；颠覆力矩影响系数,查1中表3-29,取；代入公式计算得：= 2755N2最大动载荷的计算 选用滚珠丝杠副的直径时,必须保证在一定轴向载荷作用下,丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀现

5、象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载,计算公式如下：式中 滚珠丝杠螺母副的寿命,单位为。其中：使用寿命,普通机床取,数控机床及一般机电装备取,则T=15000h n丝杠每分钟转数,；初选丝杠导程；由设计要求可知工作台在承受最大铣削力的最高运行速度采用步进电动机运行方式；则n=20 r/min则载荷系数,查表3-30,运转状态为中等冲击时,取；硬度系数,时,取；滚珠丝杠螺母副的最大工作载荷,。代入公式计算得：3滚珠丝杠螺母副的选型根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程,查1中表3-31,应使滚珠丝杠副的额定动载荷：额定静载荷：则选择博特精密丝杠制造生产的G系列2505-3型

6、滚珠丝杠副,为循环固定反向器单螺母式,其公称直径为25mm,导程为5mm,循环滚珠为3圈1列,精度等级按1中表3-25取5级,额定动载荷为9309N,满足要求。4传动效率的计算滚珠丝杠螺母副的传动效率：式中 丝杠螺旋升角,；摩擦角,滚珠丝杠的滚动摩擦系数,其摩擦角约等于。代入公式计算得：5轴承的选择根据所选滚珠丝杠螺母副的直径及设计要求选择能够承受轴向载荷,丝杠支承的轴承型号选为7303AC的角接触球轴承,其外形图如下：其技术参数如下表：轴承型号基本尺寸极限转数额定负荷参考重量dDB脂油动静7303AC174714260003500013.807.300.21 刚度的验算滚珠丝杠在工作时会发热

7、,为了补偿热膨胀,须将丝杠预拉伸。则上下两层滚珠丝杠副的支承均采用单推单推的方式,丝杠两端各采用一对推力角接触球轴承,面对面组配。工作台升降行程为,根据所选滚珠丝杠螺母副导程查2中表3-21查的导程余量为,所选轴承的宽度。支撑跨度,可取,丝杠的全长。丝杠的拉伸或压缩变形在总变形量中占的比重较大,可按下式计算：由于转矩M一般较小,式中第二项可忽略。式中 丝杠的最大工作载荷,；丝杠两端支撑间的距离,；丝杠材料的弹性模量,钢的弹性模量；S丝杠按底径确定的截面积, 其中,+号用于拉伸,号用于压缩。由于转矩一般较小,式中第2项可以忽略。 代入公式计算得 滚珠与螺纹滚道之间的接触变形量 因进行了预紧,故由

8、下式计算;式中：工作负荷,即进给牵引力预紧力；取滚珠直径；取滚珠数量,圈数列数；圈的滚珠数,外循环,循环；选循环得,取整为22滚珠丝杠公称直径；代入公式计算得 = 0.0033mm由于预紧力为达轴向工作载荷的1/3,减小一半,即=0.00165mm 刚度校验丝杠的总变形量,查1中表3-27可估计丝杠的有效行程315mm400mm,则在标准公差等级为5级时,滚珠丝杠副允许的偏差为25。由于,则丝杠刚度足够。 压杆稳定性校核 滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆,如果轴向负载过大,则可能产生失稳现象。失稳时的临界载荷满足：式中： 临界载荷N丝杠支承系数,由1中表3-34取=1压杆稳定安全系数,一般取为2.

9、54,垂直安装时取K=2.5滚珠丝杠两端支承间距离, =500 mm截面惯性矩,丝杠材料的弹性模量,钢的弹性模量；代入公式计算得由于,则满足校核。3.1.4直线滚动导轨副的计算与选型 滑块承受工作载荷的计算和导轨型号的选取采用双导轨、四滑块的支承形式,滑块受力图如下：则滑块受力为：式中： W外加载荷N,W=如图距离,约为100mm如图距离,约为200mm如图距离,约为300mm垂直于运动平面的支反力平行于运动平面且垂直于导轨的支反力代入公式计算得： 则=3.75KN,查1中表3-41,根据滑块承受工作载荷,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,额定静载荷。由工作台

10、尺寸600mm320mm,工作台升降行程为320mm,考虑工作台升降应留有余量,查1中表3-35,按标准系列JSALG15型导轨,选取导轨长度为460mm。2距离额定寿命L的计算上述选取的KL系列的JSALG15型导轨副的滚道硬度为60HRC,工作温度不超过100,每根导轨上配有两只滑块,精度为4级,工作速度较低,载荷不大。则距离额定寿命L的计算公式为：式中： L距离额定寿命Km额定动载荷KN滑块上工作载荷KN硬度系数,由表3-36取=1.0温度系数,由表3-37取=1.00接触系数,由表338取=0.81精度系数,由表3-39取=0.9载荷系数,由表3-40取=1.5代入公式计算得 =147

11、0.99Km由于常见球导轨的距离期望寿命为50Km,则L远远大于导轨的预期寿命,所以初选的型号满足设计要求。3.1.5步进电动机减速箱的选用与大齿轮轴承的选型1步进电动机减速箱的选用步进电动机的减速箱的作用是降速,并且使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在传动系统中所占比重减小,以保证传动精度。本设计采用一级减速,步进电动机的输出抽与小齿轮联接,滚珠丝杠的轴头与大齿轮联接。其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=0.005mm,滚珠丝杠的导程为5mm,初选步进电动机的步距角。则减速比i=,因此采用市新月电机生产的F3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm,齿数比为75：36,

12、材料为45调制钢,齿表面淬硬后达55HRC。减速箱中心距a1=75+36/ 2=55.5mm,小齿轮厚度为20mm,双片大齿轮厚度均为10mm。2大齿轮轴承的选型根据所选齿轮轴两端的直径分别为15mm和20mm,从设计要求选择能够承受轴向载荷的型号,因此大齿轮轴承型号可分别选为环球光洋轴承XX公司的7302C和7304C型的角接触球轴承,其技术参数如下：3.1.6步进电动机的计算与选型1计算加在步进电动机轴上的总转动惯量已知滚珠丝杠的公称直径为25mm,总长550mm,导程5mm,材料密度；移动部件的重力为1000N；小齿轮宽度,直径；大齿轮宽度,直径；传动比i=25/12。得到滚珠丝杠的转动

13、惯量为：初选永磁感应式步进电动机90BYG2602型号,其转子的转动惯量。小齿轮的转动惯量：大齿轮的转动惯量：则一对齿轮传动时,传动系统的折算到电动机轴上的总转动惯量：其中： 工作台质量kg,=G/100kg代入公式计算得2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 快速空载起动时电动机转轴所受的负载转矩：其中： 快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩 式中： 对应空载最快移动速度的步进电动机的最高转速,步进电动机由静止到加速至转速所需时间,=0.4s传动链总效率,=0.7移动部件运动时,折算到电动机轴上的摩擦转矩,空载时,则= 0 N.m代入公式计算得： = 0.046 N.m 最大工作

14、状态下电动机转轴所承受的负载转矩其中： 折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附件摩擦转矩,由于相对于另两项很小,可忽略不计。代入公式计算得：=0.4472N.m经上述计算,得到加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 = max,=0.4427N.m3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,当输入电压减小时,其输出转矩会下降,可能造成丢步,甚至堵转。因此根据来选择步进电动机的最大静转矩时,需要考虑安全系数。本例中取安全系数K=4,则步进电动机的最大静转矩应满足：。上述初选的步进电动机型号为90

15、BYG2602,由表4-5查得该型号电动机的最大静转矩,可见满足上述要求。4步进电动机的性能校核最快工进速度时电动机输出转矩校核电动机运行频率计算公式为：式中： 最快工作进给速度,=100mm/min代入公式计算得： 由表4-7可查得对应的输出转矩,由于因此满足要求。最快空载移动时电动机输出转矩校核此时电动机对应的运行频率：式中： 最快工作进给速度, =500mm/min代入公式计算得： 由表4-7可查得对应的输出转矩,由于因此满足要求。 最快空载移动时电动机运行频率校核与 =500mm/min对应的,查表4-5可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000Hz,可见没有超出上限。

16、起动频率计算步进电动机克服惯性负载的起动频率：式中： 电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率,查表4-5得=1800Hz代入公式计算得： 上式说明,要想保证步进电动机起动时不失步,任何时候的起动频率都必须小与1143.58Hz。在采用软件升降频时,起动频率选的更低,通常只有100Hz。综上所述,本例中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机,完全满足设计要求。3.1.7联轴器的选用滚珠丝杠的轴头与大齿轮用联轴器联接,由于传递的转矩小,因此选用小型的联轴器。根据滚珠丝杠的公称轴径=25mm和步进电动机转轴上的等效负载转矩=0.4427N.m,由技术参数表如下可选用菱科自动化设备LK215

17、01414型号小型挠性联轴器。其外形及技术参数如下：3.1.8增量式旋转编码器的选用本设计所选步进电动机采用半闭环控制,可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器,用以检测电动机的转角和转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角相匹配。由步进电动机的步距角,可知电动机转动一转时,需要控制系统发出个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B信号,可以送到四倍频电路进行电子四细分,因此,编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲,电动机转过一个步距角,编码器对应输出一个脉冲信号。本设计选择编码器的型号为ZLKA12005V010H：盘状空心型,孔径10mm,与电动机尾部出

18、轴相匹配,电源电压+5V,每转输出120个A/B脉冲,信号为电压输出,生产厂家为光机数显技术。3.1.9制动装置设计 由于滚珠丝杠副无自锁作用,特别对垂直安装的滚珠丝杠副,必须安装制动装置。根据齿轮轴的尺寸和载荷选用DZJ-10单片电磁制动器,其安装尺寸如下：其安装示意图如下：图中：1-电机端盖 2-空心螺栓装置 3-制动盘 4-衔铁 5-手动释放装置 6-齿轮套 7-磁轭组件 8-安装螺钉3.2 微机数控系统硬件电路设计微机数控系统由CPU,存储器扩展电路,I/O接口电路,驱动电机驱动电路,检测电路等几部分组成。微机是数控系统的核心,其他装置都是在微机的指挥进行工作的。系统的功能和系统中所用

19、的微机直接相关。数控系统对微机的要多方面的,但主要指标是字长和速度。字长不仅影响系统的最大加工尺寸,而且影响加工的精度和运算精度。字长较长的计算机,价格显著上升,而字长较短的计算机,要进行双字长和三字长的运算,就会影响速度,根据机床要求,综合考虑采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高,可靠性好,功能强,速度快,抗干扰能力强,具有很高的性价比特点,决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分,键盘、显示器、I/O接口及光电隔离电路,步进电机功率放大电路等几部分组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,显示器采用LED显示器。3.2.1电气控制系统框图数

20、控系统是由硬件和软件两部分组成,硬件是组成系统的基础,有了硬件软件才能有效的运行。机床硬件电路图由以下几部分组成：.主控制器,即CPU.总线,包括数据,地址,控制总线.存储器 ROM,RAM.接口,即I/O接口电路.外设,如 键盘,显示器及光电输入机等。电气控制系统框图如下：RAMROMCPUI/O接口外 设键盘、显示器及其它驱动器步进电机图 3-1 机床数控系统硬件框图半闭环系统3.2.2选择CPU的类型对于计算精度要求较高、处理速度要求较快的系统,可选用8位机。则Intel公司的MCS-51系列单片机硬件结构合理,指令系统规,适合经济型数控机床。 3.2.3MCS-51系列指令系统简介MC

21、S51系列指令系统共有111条基本指令,其中单字节指令有49条,双字节指令有45条,单字节指令有17条。1MCS51系列指令系统的七种寻址方式简介立即寻址 跟在操作码后的一个字节就是实际操作数。直接寻址 指令中直接给出参加运算或传送的数的地址。可以访问三种地址：特殊功能寄存器SFR、部RAM128字节个单元、221个地址空间。寄存器寻址 指定某一可寻址的寄存器的容为操作数。寻址空间是R0R7、A、B、DPTR。寄存器间接寻址 由指令指定某一寄存器的容作为操作数地址,选定R0、R1、SP、DPTR16位来存放地址,使用时前加。变址寻址 由争论指定的偏移量寄存器或称变址寄存器和基址寄存器DPTR或

22、PC相加所得结果作为操作数地址。相对寻址 在指令中给定的地址偏移量与本指令所在单元地址即PC容相加,即得到真正有效的单元地址。位寻址 对部RAM的128位和SFR块的93位进行位操作。2MCS51系列指令系统主要指令简介MCS51系列指令系统111条指令可分为五类：数据传送类 29条 算术操作类 24条逻辑操作类 24条 控制程序转移类 17条布尔变量操作类 17条3.2.4定时器/计数器MCS51系列单片机提供两个十六位可编程的定时器/计数器,即T0和T1。他们具有两种工作方式和四种模式。其工作原理如下图所示。定时器/计数器的结构框图定时器/计数器的核心是加一计数器,加一计数器脉冲有两个来源

23、,一个是外部脉冲源,另一个是系统的时钟振荡器。有两个模拟开关,前一个开关就是特殊寄存器TMOD的相应位,后一个模拟开关就是特殊寄存器TCON的相应位。TMOD和TCON是专门用于定时器/计数器的控制寄存器。用户可以用指令对其各位进行写入或更改操作,从而选择不同的工作状态或启动时间,并可设置相应的控制条件。1TMOD控制寄存器GATE门控位或叫选通位,用来确定对应的外部中断请求引脚是否参与T0或T1的操作控制。C/T计数器方式或定时器方式的选择位。C/T=1时,计数方式；C/T=0时,定时器方式。M1和M0工作模式控制位,4种工作模式。00 模式0：TLX中的低5位和THX的高8位构成13位计数

24、器。01 模式1：TLX与THX构成16位计数器。10 模式2：可自动再装入的8位计数器。11 模式3：把定时器0分成两个8位计数器,关闭定时器1。2TCON 控制寄存器TF0、TF1定时器T0、T1溢出标志位,为1时申请中断。TR0、TR1定时器T0、T1运行控制位,有软件设定,来控制定时器/计数器开启或关闭。IE0、IE1外部中断源的标志,为1时表示外部中断源向CPU申请中断。IT0、IT1外部中断源触发控制位。3.2.5 中断系统MCS51系列单片机提供五个中断源,配备两个中断优先级,INT0、INT1输入外部中断请求,两个片定时器/计数器T0和T1溢出中断请求TF0和TF1,一个片串行

25、口中断请求TI和RI。各中断源所对应的中断服务程序的入口地址和优先级如下：中断源 入口地址 优先级INT0 0003H 0T0 000BH 1INT1 0013H 2T1 001BH 3串行口中断0023H 43.2.6 存储器扩展电路的设计存储器扩展电路设计包括程序存储器和数据存储器的扩展。在选择程序存储器芯片时,要考虑CPU与EPROM时序的匹配,还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量问题。MCS-51系列单片机的特点之一是硬件设计简单,系统结构紧凑,对简单的应用场合MCS-51系列的最小系统用一片8031外扩一片EPROM就能满足功能的要求。对于复杂的应用场合,可利用MCS-51的

26、扩展功能,构成功能强,规模大的系统。1程序存储器ROM的扩展在机电控制系统中,目前用来扩展程序存储器的主要是EPROM芯片,且MCS-51的程序存储器的寻址空间为64KB,8031不带ROM。常用的ROM芯片及引脚常用的半导体ROM芯片有：27162K8、2732A4K8、2764、8K8、2712816K8、2725632K8、2751264K8。2764、27128、27256、27512芯片均有28脚双列直插式平封装芯片。引脚向下兼容。如下图是2764管脚配置：地址锁存器常用的地址锁存器芯片是74LS373。74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器。其真值表如下：OEGDQLHHHLH

27、LLLLXQ074LS373的引脚如下图：2数据存储器RAM的扩展常用的静态RAM芯片有61162K8、62648K8、6225632K8等,6264、62256均采用CMOS工艺、28脚双列直插式平封装。6264引脚及逻辑符号见下图：3.2.7 译码电路设计1MCS51系列单片机应用系统中的地址译码规则程序存储器和数据存储器独立编址。程序存储器地址和数据存储器地址可以重叠使用。都是从0000HFFFFH。外围I/O芯片与扩展数据存储器统一编址,外围I/O芯片占用数据存储器地址单元,且使用数据存储器的读/写控制信号与读/写指令。CPU在访问外部存储器时地址编码,CPU的P2口提供高8位地址,P

28、0口经外部地址锁存器后提供低8位地址。2地址译码方法线选法利用单片机地址总线高位中的一根线作为选择某一片存储器芯片的片选信号。此法用于规模较小的系统。其优点是不需要地址译码器,可节省硬件,降低成本。缺点是可寻址的芯片数目受到很大的限制,且地址空间不连续,不能充分利用。全地址译码法对容量较大的系统,扩展的外围芯片较多,芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时,就需要用这种全地址译码法。常采用的译码器是74LS138。其引脚图如下：其逻辑功能表如下：G1 G2A G2BC B AY7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y01 0 00 0 01 1 1 1 1 1 1 01 0 00 0 11 1

29、 1 1 1 1 0 11 0 00 1 01 1 1 1 1 0 1 11 0 00 111 1 1 1 0 1 1 11 0 01 0 01 1 1 0 1 1 1 11 0 01 0 11 1 0 1 1 1 1 11 0 01 1 01 0 1 1 1 1 1 11 0 011101 1 1 1 1 1 1其 他 状 态XXX1 1 1 1 1 1 1 1其地址译码表如下：器 件地 址 选 择 线片地址单元字节地址编 码2764000X XXXX XXXX XXXX8K0000H1FFFH6264001X XXXX XXXX XXXX8K2000H3FFFH8155RAM0101 11

30、10 XXXX XXXX2565E00H5EFFHI/O0101 1111 1111 1XXX65FF8H5FFFH82550111 1111 1111 11XX46FFCH6FFFH其全地址译码图如下：3.2.8 I/O接口电路及辅助电路设计常用外围接口芯片有：8155：可编程的RAM/IO扩展接口电路256个RAM、两个8位口、一个6位口、一个14位的定时器/计数器8255：可编程的通用并行接口电路3个8位口8279：可编程的键盘、显示接口电路18155通用可编程接口芯片8155引脚及其功能8155 的结引脚排列及构框图如下图：8155 具有40条引脚,采用双列直插式风装,各引脚功能见下表

31、：引脚含义引脚含义引脚含义AD0AD7PA0PA7PB0PB7PC0PC5TIMER IN地址、数据线A口B口C口定时输入TIMER OUTIO/MALERD/WR定时输出IO/RAM口选择地址锁存读写CERESETVSSVCC片选复位地电源其命令寄存器格式及工作方式如下：定义A口输入/输出方式定义B口输入/输出方式00：ALT1 01：ALT2 10：ALT3 11ALT400：空操作01：停止定时器操作10：定时器减为一时停止计数11：置定时器方式后,开始计数0：禁止A口中断；1：允许A口中断0：禁止B口中断1：允许B口中断8155的工作方式设定8155 命令寄存器格式及工作方式见下表：引

32、脚含义D0-D7数据线PAO-PA7A口PBO-PB7B口PCO-PC7C口A0 A1地址线RD读WR写CE片选RESET复位GND地VCC电源8155初始化程序格式MOV DPTR , 控制口地址MOV A , 命令字MOVX DPTR ,AMOV DPTR ,计数初值入口地址MOV A, 计数初值MOVX DPTR ,AINC DPTR MOV A , 计数初值高位MOVX DPTR ,A28255通用可编程接口芯片8255 引脚及部结构见下图：8255 工作方式的设定 8255 有三种工作方式：方式0、方式1、方式2。方式0基本的输入输出方式方式1应答式输入输出方式方式2应答式双向输入输

33、出方式8255 I/O的工作方式选择通过对其部命令寄存器设定方式选择控制字来实现。其格式及工作方式见下图： B组下C口：0输出 1输入B口： 0输出 1输入模式选择：0模式0 1模式1 A组上C口：0输出 1输入A口： 0输出 1输入模式选择：00模式0 01模式1 X1模式2 控制选择 1=模式选择其C口置/复位控制字格式如下图：置位0=复位 1=置位 位选择D3 D2 D1 C口0 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT0控制选择0=位操作8255 初始化程序格式如下：MOV

34、 AL ,控制字；定义工作方式OUT 控制口地址,ALIN AL , 初值OUT 输出口地址,AL 3键盘显示接口电路 显示器工作原理数控系统中使用的显示器主要有LED和LCD接口显示方式。LED显示器有7个发光二极管组成,控制不同组合的二极管导通,显示不同字符。七段显示器的结构如下图：a外行b共阳极 c共阴极键盘接口原理键盘工作原理如下图：8255 初始化程序格式如下：MOV AL , 控制字；定义工作方式OUT 控制口地址,ALIN AL , 初值OUT 输出口地址,AL 4电机接口及驱动电路脉冲分配器脉冲分配器又叫环型分配器,有硬件环型分配器和软件环型分配器两种。光电隔离电路 为防止强电

35、干扰,在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路。常用的光电偶合器连线如下图：图3-15 光电偶合器连线 5辅助电路8031的时钟电路 数控铣床单片机的时钟电路采用部方式产生,电路图如下：复位电路 单片机的复位都靠外部电路实现。单片机通常采用上电复位和按键复位两种,下图为二者组合电路。越界报警电路为防止工作台越界,可分别在极限位置安装限位开关。下图为报警信号的产生和指示电路。掉电保护电路 避免在掉电的情况下,RAM中的信息丢失,下图为其工作原理。数控铣床的控制面板如下图所示第四章、软件设计4.1步进电动机的速度控制控制步进电动机的转动需要三个要素：方向、转角、转速。由于步进电动机的转速正比于控制脉

36、冲的频率,所以对步进电动机脉冲频率的调节,实质上就是对步进电动机速度的调节。4.1.1步进脉冲的调频方法软件延时设延时时间存于OEH、,OEH为高8位,为低8位,单位为。则源程序清单如下：DELAY: MOV A,0DH JZ DEL6 CLR C RRC A JZ DEL6 DJNZ 0E0H,$DEL6: MOV A,0EH JZ DEL5DEL4: CALL D252 DJNZ 0EH,DEL4DEL5: RETD252: MOV R0,#53HD253: NOP DJNZ R0,D253 RET若需要20000的延时,则给OEH、两个字节赋值4E20H,执行程序有：MOV 0EH,#4

37、EHMOV 0DH,#20HCALL DELAY若要控制步进电动机走100步,每两步之间延时20000,则汇编程序如下：MOV 0FH,#100DCONTI: CALL I_STEP MOV OEH,#4EH MOV ODH,#20H CALL DELAY DJNZ 0FH,CONTI4.1.2步进电动机的升降频实现升降频的软件流程图如下:4.2步进电动机的脉冲分配环形分配器是步进电动机驱动系统中的一个重要组成部分,通常分为硬件环分和软件环分。软件环分由控制系统用软件编程来实现。电动机脉冲分配子程序框图如下：4.38255A接口基本的输入输出假设要求8255A的工作在方式0,且PA口作为输入,

38、PB口与PC口作为输出,则工作程序如下：MOV DPTR,#0FF7HMOV A,#10010000BMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0FF7CHMOV A,DPTRMOV DPTR, #0FF7CHMOV A,#*HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#0FF7CHMOV A, A,#*HMOVX DPTR,A4.48155可编程并行接口4.4.1初始化程序设计若A口定义为基本输入方式,B口定义为基本输出方式,对输入脉冲进行16分频,则8155的I/O初始化程序如下：START: MOV DPTR,#7F04H MOV A,#10HMOVX DPTR,AINC DPTRMOV

39、A,#40HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#7F00HMOV A,#0C2HMOVX DPTR,A4.4.2读8155部RAM假定现要读取8155部RAM的F1H单元容,则程序如下：MOV DPTR,#7E20HMOVX A,DPTR4.4.3写8155部RAM欲将立即数41H写入8155部RAM的20H单元,其程序如下：MOV DPTR,#7E20HMOV A,#41HMOVX DPTR,A4.5定时器/计数器初始化程序设T1作定时器,以方式1工作,定时时间为10ms；T0作计数器,以方式2工作,外界发生一次事件即溢出。初始化程序如下：MOV TMOD,#16HMOV TL0,#0FFHMOV TL0,#0FFHMOV TH1,78HMOV TH1,#0ECHSETB TR0SETB TR14.6由8155构成的键盘、显示器接口电路设计4.6.1动态显示子程序动态显示子程序如下：DIS: MOV DPTR.#7F00HMOV A,#00000011BMOVX