汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计说明书.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 目目 录录 1 绪论 .1 2 组合机床总体设计 .2 2.1 总体方案论证 .2 2.1.1 被加工零件的特点 .2 2.1.2 工艺路线的确立 .2 2.1.3 机床配置型式的选择 .2 2.1.4 定位基准的选择 .3 2.1.5 选用滑台传动型式 .3 2.2 确定切削用量及选择刀具 .3 2.2.1 选择切削用量 .3 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 .4 3 组合机床主轴箱设计 .5 3.1 绘制主轴箱原始依据图 .5 3.4 主轴箱坐标计算、绘制干涉检查图 20 3.4.1 计算传动轴的坐标 21 3.5.2 齿轮的校核 23 5 结论 26 参考文献 27 致 谢 28 附 录 29 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 1 摘要摘要：随着科技的不断发展，温度作为被常用的被控参数，在工业生产中起到至关重要的作 用。如何精确的测量控制这些被控参数是我们急需解决的问题。本文系统的介绍了数字温度测 试系统的设计和实验分析。详细的介绍了以 AT89C52 单片机为核心的温度测试系统的工作原 理和设计过程。该系统的主要组成部分：AT89C52 单片机、DS18B20 温度传感器、显示电路、 温度测试电路、蜂鸣器、自锁开关、外接电源电路。该系统可以实时监测温度、显示温度和设 定温度。并且该系统设有超限、底限温报警程序。实验测试表明，本系统设计对温度的测试有 简单、方便的特点，并且提高了被控温度的精度。温度信号的采集采用温度芯片 DS18B20，以 数字信号的形式传送给单片机。 关键词关键词：温度测试 ， AT89C52 , DS18B20 , 蜂鸣器 前言前言：在物理学中，表征物体冷热程度的物理量就是温度。在工业生产过程中，尤其在化工、 建材、冶金、机械等工业中，温度的监测直接影响生产安全、生产效率、产品质量、能源节约 等。所以在当今社会中，温度的测量和控制越来越重要，应该引起高度的重视。 单片机的的应用应该说是当今工业测量与控制领域的一场技术变革， 单片机就是把复杂 的东西简单化，所以自动化、智能化均与单片机息息相关。温度测试系统采用单片机控制方式， 可以解决温度测试系统中严重滞后的问题。并且可以提高采样频率，控制效果和测试精度也可 以得到很大程度的提高。现代自动控制发展的必然趋势是智能化，如今在大多数自动控制系统 中都应用到了工控机，小型机，有的甚至采用巨型机处理机。在这些处理机中，有一个共同的 特点运行速度高、内存大、数据存储器多。所以这就带来了一个问题，成本大大提高。而 对于小型的系统来说，配置这样一些高速的处理机违背了这些小系统经济效益的原则。所以采 用成本低廉的单片机控制是不二的选择。 在当今社会，电子技术及应用需求的飞速发展，促使单片机技术发展迅速，因此单片机在 各个方面均取得了很大的发展。如今，完全可以应用单片机和温度传感器对某一物体进行实时 监测。不仅可以监测一个地方，而且在监测某一处的同时可以监测多点温度。 汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 2 第第 1 1 章章 系统总体设计系统总体设计 1.1 系统设计任务与要求 1.1.1 系统设计任务与要求 该温度测试系统的组成主要以 AT89C52 为核心的主控电路、测温电路 （DS18B20） 、LED 显示电路、蜂鸣器发光二极管报警系统、电源模块、复位模块， 实现对温度的实时监测。 主要技术指标：温度测量范围是-55+125。 根据任务设计说明书，系统的分析温度测试系统的设计需求，并分别对硬件和软件 进行总体的设计。完成硬件和软件的设计后，运用 Protues 仿真软件对设计的结果 进行验证和修改。 1.2 系统模块结构论证 1.2.1 方案一 非线性校正方法应用铂电阻测试温度，利用桥式电路的热敏电阻的感温效应， 采集测量温度变化的电流或电压信号，通过放大器将信号放大，然后经过 A/D 转换 器，最后通过显示电路，就可以将被测量的温度以数字的形式在 LCD1602 液晶显 示器上显示出来。 图 1-1 铂电阻桥式测温电路 1.2.2 方案二 如今电子技术飞速发展，温度测试的方法也越来越多，因此考虑采用数字温度 传感器测试温度，结合单片机电路的设计。根据设计要求、设计任务，选取适当的 温度传感器。由设计要求可知，测量范围是-55+125，因此很容易得到 DS18B20 温度传感器完全符合测量要求，所以直接采用 DS18B20 温度传感器，可 以直接读取被测量的温度数值，简单、方便、快捷。然后进行转换，一步步完成设 计要求。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 3 图 1-2 DS18B20 测温系统框图 1.2.3 方案比较 方案一采用了模拟温度传感器的方式，数据处理比较繁琐，而且容易发生信号 失真现象。方案二 DS18B20 温度传感器可以直接把被测量的温度转换为串行数字 信号，交给单片机处理，这种测试方式的优点是功耗低、性能高、抗干扰能力强等。 所以对比方案一和方案二，很容易看出方案二优于方案一，因此采用电路简单、软 件设计容易的方案二，方案二的电路设计方框图如图 1-3 所示 图 1-3 温度计电路总体设计方案 DS18B20 是达拉斯公司生产的数字传感器，该数字温度传感器具有以下特征： 按键输入 电路 复位电路 报警电路 单 片 机 驱 动 电 路 显示电路 测温电路 扩展接口：对时间和和温度信息定 点存储，并与计算机进行数据交换 汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 4 1、独特的单线接口，而且进行通讯只需要一个端口引脚。2、每个元器件都有独一 无二的 64 位的序列号存储在内部存储器中。3、多点分布式测温。4、不需要外部 器件。5、供电范围是 3.0V5.5V，可以通过简单地数据线供电。6、测温范围是- 55+125。7、使用者可以将温度计分辨率选择为 912 位等等。 1.3.1.3.电源模块的确定电源模块的确定 我们所设计的系统所需要的电压不是很大，所以我们拟采用电池供电，因此给 出以下几种供电方案以便比较，筛选出最合理、最恰当的方案。 方案 1： 考虑采用 12V 蓄电池为温度测试系统供电。从蓄电池的特点考虑，蓄电池具有 以下几个特点：使用寿命长 ；放电倍率高，电池内阻非常小，可以大电流放电 ； 自放电低；蓄电池具备很强的电流驱动能力，电压输出性能也非常稳定。唯一不足 的是，蓄电池的体积太大，携带不方便，而且价格较贵，所以如果本次设计采用蓄 电池便会大大的增加了成本。因此方案 1 我们应该舍弃。 方案 2 考虑到单片机传感器的受压范围 3.0V5.5V，所以拟选择三节五号干电池串联 组成电源，4.5V 的电压在温度传感器工作电压之内，不会烧坏电路，满足温度测试 系统的要求。并且温度测试系统运行稳定，电源的更换也十分方便，所以方案 2 是 电源模块的不二选择。 综合以上两个方案的比较，方案 2 更加便捷、便宜、合理。 1.41.4、显示模块、显示模块 方案方案 1:1: 采用液晶显示频 LCD1602 显示。液晶显示频 LCD1602 最大的特点就是显示速 度快，使用便捷、简单，液晶屏显示的结果简单明了，让人一目了然。而且我们要 求显示两行结果，LCD1602 液晶显示屏也符合系统设计的要求。因此可以考虑选用 LCD1602 液晶显示屏。 方案方案 2 2： 采用 LED 数码管显示 。LED 数码管的基本满足我们温度测试系统的设计要 求，唯一不能满足的是 LED 数码管不能显示两行结果，因此应该舍弃该方案。 以上两种方案相比较，选择方案 1 更符合温度测试系统的设计要求。 2 2 硬件实现及单元电路设计硬件实现及单元电路设计 2.12.1 主控制模块主控制模块 主控制最小系统电路如图 5 所示。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 5 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 (RXD)P3.0 10 (TXD)P3.1 11 (INT0)P3.2 12 (INT1)P3.3 13 (T0)P3.4 14 (T1)P3.5 15 (WR)P3.6 16 (RD)P3.7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 U1 U1 Y1 12M C20.1uF C30.1uF VCC GND R11 10K C110uF VCC 1 2 3 4 J1 VCC S1 S2S3 GND P24 S4 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 EN RS RW P23 图 5 2 2.2.2 电源模块电源模块 采用 3 节 1.5 V 五号干电池串联共 4.5V 给系统供电。实物图如图 6。 图 6 2.42.4 显示模块显示模块 显示模块采用 1602 液晶显示接口电路如图 7 汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 6 GND1 VCC2 VO 3 RS 4 RW 5 E 6 DB07 DB18 DB29 DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14 BG/VCC 15 BG/GND 16 LCD1 LCD1602 GND GND VCCVCC P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RS RW EN GND VO R17 2K 图 7 2.52.5 单片机最小运行系统单片机最小运行系统 （1）晶振 晶振为单片机提供时钟信号。单片机 XIAL1 和 XIAL2 分别接 30PF 的电 容，中间再并个 12MHZ 的晶振，形成单片机的晶振电路。 图 8 晶振电路 （2 2）复位电路）复位电路 单片机在启动时都需要复位，以使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 7 态，并从初态开始工作。89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入 到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器 稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期(24 个振荡 周期)以上，则 CPU 就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式 有：手动按钮复位和上电复位。 图 9 复位电路 ALE 引脚悬空，复位引脚接到复位电路、VCC 接电源、VSS 接地、EA 接 电源 2.62.6 温度传感器温度传感器(DS18B20)(DS18B20)电路电路 （1） DS18B20 基本介绍 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持“一线总线” 接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、 易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号处理器处理。 DS18B20 进行精确的温度转换，I/O 线必须保证在温度转换期间提 供足够的能量，由于每个 DS18B20 在温度转换期间工作电流达到 1mA， 当几个温度传感器挂在同一根 I/O 线上进行多点测温时，只靠 4.7K 上 拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。 因此，下图电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用 电池供电系统中。并且工作电源 VCC 必须保证在 5V，当电源电压下降 时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。 汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 8 GND1 DATA 2 VCC3 U2 DS18B20 GND R10 4.7K VCC P23 图 10 温度传感器电路引脚图 （2） DS18B20 控制方法 DS18B20 有六条控制命令： 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 读暂存器 BEH 读暂存器 9 个字节内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节 复制暂存器 48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中 重新调 E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节 读电源供电方式 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU （3） DS18B20 供电方式 DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时 DS18B20 的 1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。另一种是寄生电 源供电方式，如图 3.1 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个三极管来完成对总线的 上拉。本设计采用电源供电方式， P2.3 口接单线总线为保证在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个上拉电阻和 STC89C52 的 P2.3 来完成对总线的上拉。当 DS18B20 处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10 s。采用寄生电源供电方式是 VDD 和 GND 端均接地。由于单线制只有 一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制 DS18B20 完成温度 转换必须经过 3 个步骤： 初始化。 ROM 操作指令。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 9 存储器操作指令。 2.7 蜂鸣器、发光二极管报警电路蜂鸣器、发光二极管报警电路 电路主要是用来设定温度报警温度的、有高温和低温报警。 B1 蜂鸣器 Q1 8550 VCC 12 D1 D GND + R2 2K P24 图 11 蜂鸣器、发光二极管驱动引脚图 3.3.系统软件设计系统软件设计 3.1 程序结构分析程序结构分析 主程序调用了 3 个子程序，分别是 LCD1602 液晶显示程序、温度信 号处理程序、按键设定报警温度程序。温度信号处理程序：对温度芯片 送过来的数据进行处理，进行判断和显示。LCD1602 液晶显示程序：向 LCD1602 液晶的显示送数，控制系统的显示部分。按键设定程序：可以 设定低温和高温报警可精确到 0.1 度。 3.2 系统程序流图系统程序流图 主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的 测量的当前温度值，温度测量每 1s 进行一次。这样可以在一秒之内测 量一次被测温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示，读出并处 理 DS18B20 的当前温度值，与设定的报警温度比较，其程序流程见图 11 所示。 汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 10 通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分 开分存放在不的的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。 图 11 DS18B20 温度流程图 3.3 DS18B20 初始化程序流程图 调用显示子程序 初始化 1s 到？ 初次上电 发温度转换开始命令 读出温度值 温度计算处理 显示数据刷新 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2016 11 在 DS18B20 工作之前需要进行初始化，流程图如下： 发复位命令 发跳过 ROM 命令 初始化成功 结束 图 11 初始化程序流程图 3.4 读温度子程序流程图 读温度子程序的主要功能是从 DS18B20 中读出温度数据，移入温度 暂存器保存。其程序流程图如下： 发复位命令 发跳过 ROM 命令 发读取温度命令 移入温度暂存器 结束 汽车变速箱箱体三面钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 12 #include /调用单片机头文件 #define uchar unsigned char /无符号字符型 宏定义 变量范围 0255 #define uint unsigned int /无符号整型 宏定义变量范围 065535 #include #include “eeprom52.h“ sbit dq = P15;/18b20 IO 口的定义 sbit beep = P14; /蜂鸣器 IO 口定义 uint temperature ; / bit flag_300ms ; bit flag_lj_en; /按键连加使能 bit flag_lj_3_en; /按键连 3 次连加后使能 加的数就越大了 uchar key_time,key_value; /用做连加的中间变量 bit key_500ms ; uchar code table_num=“0123456789abcdefg“; sbit rs=P10; /寄存器选择信号 H:数据寄存器 L:指令寄存器 sbit rw=P11; /寄存器选择信号 H:数据寄存器 L:指令寄存器 sbit e =P12; /片选信号 下降沿触发 uchar menu_1; /菜单设计的变量 uint t_high = 300,t_low = 100; /*1ms 延时函数*/ void delay_1ms(uint q) uint i,j; for(i=0;i= 1; /*读取 18b20 内的数据*/ uchar read_18b20() uchar i,value; for(i=0;i= 1; /读数据是低位开始 dq = 1; /释放总线 if(dq = 1) /开始读写数据 value |= 0x80; delay_uint(5); /60us读一个时间隙最少要保持 60us 的时间 return value; /返回数据 /*读取温度的值 读出来的是小数*/ uint read_temp() uint value; uchar low; /在读取温度的时候如果中断的太频 繁了，就应该把中断给关了，否则会影响到 18b20 的时序 init_18b20(); /初始化 18b20 write_18b20(0xcc); /跳过 64 位 ROM write_18b20(0x44); /启动一次温度转换命令 delay_uint(50); /500us init_18b20(); /初始化 18b20 EA = 0; write_18b20(0xcc); /跳过 64 位 ROM write_18b20(0xbe); /发出读取暂存器命令 EA = 1; low = read_18b20(); /读温度低字节 value = read_18b20(); /读温度高字节 value = 3) menu_1 = 0; if(menu_1 = 0) write_com(0x0c); /关闭光标 if(menu_1 = 1)/设置高温报警 if(key_can = 2) if(flag_lj_3_en = 0) t_high + ;/按键按下未松开自动加三次 else t_high += 10;/按键按下未松开自动加三次之 后每次自动加 10 if(t_high 990) t_high = 990; if(key_can = 3) if(flag_lj_3_en = 0) t_high - ;/按键按下未松开自动减三次 else t_high -= 10;/按键按下未松开自动减三次之后 每次自动减 10 if(t_high = t_high) t_low = t_high - 1; if(key_can = 3) if(flag_lj_3_en