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机械毕业设计全套
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外圆柱凸轮加工工作台设计,机械毕业设计全套
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1 一种取代传统数控技术的新型加工控制系统 Andrew M. Luscombe, Dario J. Toncich, William Thompson and Richard Dluzniak 来自 澳大利亚 墨尔本 斯维波纳 科技大学 计算机集成 加工的重要 中心 摘 要 ： 本文是在一种已经在澳大利亚墨尔本的计算机集成制造 ( CIM)中心得到发展的新 型 机床控制系统的基础上讨论新型电机控制系统原理的 。 现有数控技术在 CIM 环境下有局限性，而 新的控制系统 建立在标准的计算机硬件上，并期望替代以往的数控系统。 文章还概述了 在这 种发展情况下现在可 获 得的 新的 CIM 的可能性 。 关键词 ： 计算机控制 ； 数控机床 ； 柔性制造 ； 机轴伺服控制 ； 机 器 控制系统 ； 机床 1 介绍 现有的 数控 技术 (CNC)有一定的 局限性 ,这种局限性使其 不够灵活， 并难以纳入计算机集成制造(CIM)的环境之中 。 造成这些局限性的原因可以追朔到 机床的结构和操作。我们很容易明白这些技术决定机床的能力和他们使用的通过观察组成部分技术改革带来的一些变化的方法 。 第一台数控机床是 用于纸质磁带上。 类似 打字机 的 装置 用来 在纸带上打孔 。 以计算机语言来说 ，这种 输入 是一种机器代码 ， 并且它比现代计 算机机器代码更具可读性 。 之后它被标准化 。 就是现在我们熟知的 G 代码 。 G 代码事实上是 50 年代初计算机技术的一个产物 .。 50 年代后期编译器技术 经 发展用于主框架计算机 中。 自动编程工具 (APT)语言则是相当于 这个主要框架 区的 Fortran 编译语言 。 它在可读性和使用方面与编译语言有许多相似的地方 。 60 年代后期微型计算机以及微型计算机与终端机之间通信时代的到来使 DNC 概念得到发展，之后 DNC 进一步发展成为了柔性 加工 系统 ( FMS )概念 。 在 70 年代初 ， 几何运算在 CAD / CAM 系统的形式的发展使得机床程序的制作图解 化，这是一种比 ATP 语言和 G 代码更为直观恰当的程序设计方法 。 可以利用 “ 剩余 加工 时间 ” 执行各种机床控制功能且具有强大而快速处理能力的微处理器的出现 ， 连同几何计算的进一步发展使改变那些在制造业中发挥作用的机床的角色势在必行 。 它也要求改变 系统机器控制器的硬件结构， 由此消除我们前面描述的那些限制。 为了清晰地定义在现代集成 加工 环境下一个新的计算机辅助设计 /制造的任务分配 ， 斯维波纳科技大学的 CIM 中心 (位于澳大利亚维多利亚州墨尔本市市中心的哈佛斯纳区约翰街 )现正在 一种新型机器控制系统 ( 单片机 )方面进行了 深入 的研 究 并 发展这种系统 以 期望用来 替代 传统数控系统 。在开发nts 2 研制过程中 CIM 中心开发的新型机器控制系统 ( 单片机 )已考虑到当前及未来的计算机技术 的 发展和十几年之内集成制造的基本要求 。 2 集成电路技术的 的优化使用 集成电路 ( IC )芯片的成本 ,很大程度上取决于 容 量的制作 。 制造这些半导体的设备自动化程度很高 ， 它们的质量及原料的成本很低 ,但设计和制作 装备 的费用高 。 总而言之 ， 控制系统使专业芯片数量减少到最少，基于次中控制系统的计算机，其成本大大降低了。 而且更重要的是 ， 它本身具有更大的灵活性 。 为此， 必须设计制造出具有 足够的完成所需的任务能力的通用芯片 。 为实现全面的功能 ， 微处理器芯片早已内置有内存芯片 ， 因此 降 低对其他特殊装置的需求 。 这使得在制造业上开发新型机器控制系统 ( 单片机 )特别具有吸引力 ,在那里集中了大量的可以采取主处理器处理的专业伺服控制工作 .尤其是单片机在发展之初就被视为是一种具有足够的主轴控制功能处理能力的通用 CPU。 图 1 在 CNC控制典型的任务分配 假设微处理器技术将最终达到这样一种水平 ， 即只要一个微处理器能够在满足现代化机床剩余预备加工时间要求的前提下控制所有的电机并实现控制系统的所有功能 . 迄今为止，在 数控 技术中，伺服驱动控制已经普遍的分布在协调微处理器和其他一些基于微机板专业芯片或微处理器之间 。 在图 1 中做了概要的介绍 。 图 1 中， 大部分区域里对应着一个或多个硬件设备 。 另一方面， CIM 中心研制的新型机器控制系统已经设计 了 一个含有尽可能少的附加硬件的单个 CPU 来完成大部分的轴控nts 3 制功能 。 另外考虑到基本的用户界面和机器控制功能，对同一个机器处理系统的处理器有必要最终有执行其他任务的能力 ， 比如优化 自己的加工程序及诠释 CAD 模型 。 由 图 1 可以看出， 轴是相互独立而且彼此之间没有相互作用 . 然而事实并非如此：旋 转刀具沿一轴线加工时 对其他轴也有切削力的作用。 合理运用集成电路技术的优点之一就在于一个拥有强大处理功能的 CPU 为了考虑这种相互作用 可以得到 基本的信息， 即刀具以何种方式接触工件 。 第一阶段单片机的发展过程就展示了 加工轴控制采用 当前的半导体技术实现满负荷生产率机器的联动控制功能 . 随后的阶段集中发展创造出了 能像机器操作者那样独自做出决定的 更加智能化的机器控制系统 。 3 单片机控制器的硬件结构 CIM 中心的机器控制系统（单片机）在设计初期使用的是英特尔 80386 平台 , 并有移植到Intel80486， Intel80586 (P5)或 IBM RISC/6000 CPU 系列作为其处理器以降低成本的意图 。 Intel80386系统被选中 ， 是因为当 1990 年研究计划开始时它是一个事实上的标准 ， 并且 以最高的生产速度有效的控制三轴加工。 当然，自那时起具有向后兼容能力的 Intel80486Intel80586 处理器的出现进一步验证了当初选择的正确性 .自今年初研究计划开始到现在，处理器的成本已经迅速下降 。 传统的有转向刷伺服马达但无伺服控制器或计算机数值控制器的 3 轴铣床被用于 单片机的基点测试 。 单片机在设计时 ， 改造最少的硬件，使它 能够 驱动其他传统的包括无刷直流电动机及交流异步电动机等伺服电机 。 一般而言 ,转向刷驱动控制马达可被视为一个单回路绕组 ， 绕组中的平均电压决定转子速度 。 如图 2 所示 。 目前普遍应用的用来控制这种电机平均电压的高效节能装置是脉宽调制斩波器（ PWM）。 PWM是通过切换两个已经计算好 区间 的轨道间的供应电压 ，来 实现 所需平均电压。 一个可以为这种电机提供 PWM 的配有单一处理器的单片机的相对简单的电路的各功能模块已经在图 3 做了概要的说明 。 在图 3 所示的电路中，变压器和整流器保持电容器充电，这样可以使开关为电机提供正负电源 . 一个典型的近似电机电枢电压的波形列如图 4 所示 。 电容器中电压的变化是无规律的， 在整流波形的自然脉冲和电机中电容器电量流失时都可能发生这种情况。 但是 ， 如果单片机控制器能够在任何情况下读 取 这些电压 值 ， 那么就可以调整开关占空比的循环周期，其中单片机将有效发挥监管作用 。 同样的控制哲学也适用于设计无刷直流电机和交流感应异步电动机 。 除三套需要通过如图 3 所示的一个类似的电路提供处理系统的绕组外， 需要为每个绕组增加一个开关 。 nts 4 微处理器还不能 产生 单片机系统所需的 PWM 信号 。 如图 4 所示 。 所需的 PWM 信号的频率大约是 20 千赫 ( 50s 一个周期 ) 实际中的下限使开关置于声频范围之外， 上限被正常的晶体管电路开关速度 控制。为使单片机的轴控制达到适合程度，有 必 要 控制波形的占空比从而提供任何 50 种不同的占空比 (有潜力提供 8 位精度 或 256 组合占空比 )。因此，有必要提供开关一个最小频率： 5020KHZ=1MHZ。 图 2 伺服耦合切削载荷的传递函数 图 3 PWM开关控制电器整流直流运动等示意图 图 4 电枢电压波形对直流运动 一个单独运行的 CPU 需中断发生在此频率 ,只为提供一个 PWM 通道 ,这个通道拥有 极 高性能 指数 ，显然 这将 占用 CPU 的处理时间 。 因此，它决定了用一些多用途的时间测录器芯片来产生 PWM信号。这些低成本器件已经惯犯用于计算机的基础系统中。 单片机处理器与计数设备通过一种方式相互连接，这种连接方式类似于单片机与传统伺服控制系统的连接 ,即更新占计时器的空比 (而不是更新 D/A 的速度指令 ).计数器 -定时器芯片的计数功能对轴编码器也是有用的 。 无刷直流或交流感应异步电动机为 了能以已给速度旋转需要为其绕组提供一个时变正弦电压。那么， 为了实现这些波形 , 两个频率不同的方波必须排除 ORed 以产生脉冲宽度呈三角变化的 PWM信号。 如图 5 所示 。 nts 5 图 5 V1和 V2的两个模拟方波 这种脉冲宽度的三角形变换可以用来以近似所需的正弦波 。 如图 6 概略所示 。 轴线控制系统的完整单片机硬件结构如图 7 所示 。图 6 部分逼近三角正弦函数 图 7 硬件结构示意图 4 单片机控制算法及编程 CIM中心的 386/486单片机正在不同的控制算法下测试运行 ， 算法包括 ： 1 轮廓误差控制 (CEC) 2 切削模型参考 (CMR) 3 自适应模型参考 (AMR) 在轮廓误差控制 (CEC)中脉 宽调制是基于跟踪轮廓产生的偏差 (而非位置产生的误差 )。 参考文献1和 2描述了这种控制形式 的实现 。 在切削参考模型（ CMR）中这种控制有一种伺服电机负载的 “ 模型 ”， 并可以提供更高程度的 补偿。 在自适应模型参考 (AMR)中应用了一个可适应 建立在 先前 误差nts 6 上 的通用模型 。 AMR在机床控制中的 应用详列于 参考文献 3-5 。 为了满足集成制造环境 的需要， 将单片机中编程设计为以下几种： 1. G代码编程：它允许与传统的数控系统有向后兼容性，并 能让 没有参加过 深入 培训者 操作机床。 2. 高级语言编程： Pascal或 Fortran为用户 提供 的不仅包括编程功能 ,同时包括获取和更新外部数据库的综合环境 。 编程环境可以完全适应最终用户的技术水平 。 3. CAD编程： 这是 单片机编程最重要的方面 它 将直接从本地或远程 CAD系统调用刀具定位文件 ,从而省去后处理器 。 除了上述特点 ， 单片机的标准硬件和编程灵活性允许它通过任何共同网络接口与外界沟通 ,同时也可被任何预期串口 ack / nak议定书编程，传统的 CAD/CNC和 CAD/MCS任务分配之间的区别如图 8所示 。 图 8 网通差异和模型检测器任务分配 图 9 进行加工八角形测量测试程 序 5 实施系统的测试结果 单片机控制系统应用于小三轴铣床通常设计为数控 方式。 机轴用 100W的直流伺服电机驱动，并采用轴角编码器反馈 。 运行两个测试程序将把工件磨成八边形铝件 。 其中一个程序沿逆时针方向切削八边形而另一个程序沿顺时针方向切削八边形 (切削工具完全露在外并且每一个程序旋转方向相同 )。 这能使控制者准确测试到顺时针或逆时针运动产生的变化的反作用力。前者反作用力向里，后nts 7 者的反作用力向外。 测试的形状和参考线如图 9所示 。 每次测试八边形四对边的三对，取其平均值。对任何给定的每对距离间的误差表示单片机适应切 削过程中产生的切削力的能力。表 1的结果显示了在加工相同物体的两个不同方向时的潜在误差。显然，控制过程中突出了误差。即使考虑机床的齿隙，误差仍然很大而且难以接受。 上述试验的执行所运用的控制算法只基于源自编码器反馈的比例成分 。 表 1 由模型转换器测试 A和 B 测量结果 第二个测试被设计用于分析问题 。 这一次 , 使用一个直径 1mm的圆代替多边形。所要求的和 代码测量 的位置 之间 不同在 MCS屏幕上 显示并且显示了误差信号。具体 如图 10所示 。 图 10清晰的强调比例控制算法的应用 无法 为实际的生产加工目的提供足够的精确度 。 图 10 加工直径 1毫米的多边形 . 为了提供更高的精确度 ,二阶反馈必须被引入用于使控制系统变成一个比例积分 (PI)反馈控制器 .利用更新的反馈策略建成用于近似 1毫米直径的圆的同样的多边形 ,如图 11所示 . 图 11显示了加工过程中在精度方面 的提高并 举例说明了实际中适合用于机器生产的控制器 。 现在的准确性 至少达到了 10m，比已给的检验数据限制值要小。 在图 11中用比例积分控制加工 1毫米多边形用于近似表示圆周。控制中断程序实施这种控制体制至少要 170ns，这意味着采样频率可能要达到 4000HZ。图中显示采样频率达 到 1250HZ。让我们更加相信，即使使用 386微处理器也能控制实际的机床，且有富裕的加工时间空余。 nts 8 图 11 采用比例积分控制策略加工 1毫米多边形 6 集成加工中单片机（ MCS）的作用 最后，单片机的主要优势将表现在其参与真正的综合设计 ， 过程 设计 和系统制造 等方面 。 新型的单片机结构将使一个 CAD 模型 (例如 IGES 文件格式 )转成一个专业过程 设计 系统 (这 个 目前正在研制 )成为可能 。 过程 设计 系统将检测 CAD 模型并 将 其副本 传送 给工厂车间每个 机床中 的单片机 。 每个单片机 将 审核 CAD 模型后反馈给过程规划系统 ， 其特 点在于能结合检测到的速度 ， 公差等数据进行生产（加工） 。 然后该 设计 将协调和优化（ 374 A. M. Luscombe et al.） 组件过程并分配任务给最适合的 含有 单片机 的机床。 新的单片机可以兼有本地 CAD 和专业系统 (正在研制中 )进行加工的优化和 设计 ， 从而使 人们集中生产成为可能。自动化过程设计系统与单片机中“切削模型参考”形式匹配得很好，这需要在类似信息基础上操作。 对于自动化操作而言，必须进行误差检测 (偏离模型的 ),一些形式的模型要求在偏离模型之前就被检测出来 . 一个这种模型控制的典型应用将出现 在检测破碎刀 具上 。 然而 ， Altintas 和 Yellowley6在他们自己工作时用的是不包含规划过程中一些必要信息的局部切削模型 。 从以上的讨论可以得出 ： 对于计算机集成制造而言 ， 无论是在 以人为中心 或 自动化 的工作环境下， 单片机的形 成了一个 坚实的基础 。同时， 它显然在集成环境 下 柔性 加工 系统也形成了良好的基础 。 因此 ， 除了上面提到的特点 ， 基于单片机功能的多柔性 加工 也正在检测中 。 其中最引人注目的是 ， 在机床中 类似机器人的 部分手动操作。它能够加工不同的表面， 尽管这个构想本身并不新颖 但它 结合了智能的过程设计系统允许创建柔性加工单元 。 nts 9 7 结论 传统的 数控技术 （ CNC）在现代集成制造中 难以 发挥作用，为满足计算机集成制造（ CIM）的要求，拥有一个新型的开放式机床控制结构显然是必要的，澳大利亚墨尔本计算机集成制造系统的重要中心在单片机方面的开发所具有的潜力 ， 不仅能满足 CIM 的要求而且与此同时拓展了智能制造的范围和部分迄今只能猜测的 加工 水平 。 在斯维波纳科技大学用于计算机集成制造（ CIM）的单片机（ MCS） 正在建设成为专业化的研究和教育工具 ， 并将为进一步研究 CIM 与机器控制的问题提供一个平台 。 CIM 中心也正在研究其它与机器控制和柔 性制造系统 ( FMS )的控制相关的机械构造 。 这些与 计算机集成制造（ CIM）单片机（ MCS）的概念 截然相反并基于使用智能数字信号处理器 ( DSP )的伺服控制系统正在开发当中 。 然而 ,最终的结论是将达到同样的效果：更高的灵活性 ,更低的整体系统成本 ,还有一个为满足发展需求的开放式的结构，而对两者达到机器和系统控制所用方式上的区别进行的一个全面的比较 ,将被作为最终研究结果的参考数据 。 参考文献 1 P.K.Kulkarni and K.Srinivasan,“Optimal contouring control of multi-axial feed drive servo-mechanisms”Journal of Engineering for Industry, 111(2),pp140-148,May 1989. 2 S.C.Chung and C.W.Lee,“Geometric adaptive straightness control system for the peripheral end-milling process with large error sources”,International Journal of Machine Tools and Manufacture,30(3), 1990. 3 D.W.Cho and K.F.Eman,“In-process identification of the milling operation”， International Journal of Machine Tools and Manufacture, 30(3), 1990. 4S.D.Fassois,K.F.Eman and S.M.Wu,“A fast algorithm for on-line machining process modelling and adaptive control”,Journal of Engineering for Industry, 111(2), pp133-140, May 1989. 5L.K.Lauderbaugh and A.G.Ulsoy,“Model reference adaptive force control in milling”,Journal of Engineering for Industry,111(1), pp13-20, February 1989. 6 Y.Altintas and I.Yellowley, “In-process detection of tool failure in milling using cutting force models”, Journal of Engineering for Industry, 111(2), pp. 149-158, May 1989. nts 摘 要 凸轮在轻工业，特别是纺织业中应用相当之多，而低成本高精度凸轮加工在机加中是比较困难的，在一般情况下，采用铣削加工凸轮，工艺复杂，生产率低，并且加工质量较差。而采用数控机床加工凸轮，生产成本高，对普通铣床进行改造，让从 MCS 51 单片机控制凸轮的加工，实行加工的自动化，这样既能达到凸轮尺寸精度，又能大大地降低生产成本，而且加工程序也具有相当大的通用性，只要进行少量的修改，就能满足不同尺寸要求的凸轮加工，特别适合中、小批量凸轮的生产。 本次设计采用机电一体化技术改造传统的立式升降台铣床，也 就是在原有的立式升降台铣床增加一个用单片机进行开环控制的外圆柱凸轮加工工作台。所 设计的工作台的横向进给运动由步进电机带动一对齿轮进行传动 ，回转工作台通过步进电机 带动蜗轮蜗杆进行转动。 电气控制部分由硬件和软件两部分组成。 关键词 圆柱 凸轮 加工 单片机控制 工作台 Abstract Cam is widely applied in light industry, especially in textile industry. However, it is difficulty to machine it with low cost and achiving high degree of accuracy. There are many defects exsisting that using miller to machine cam, for example, complex techonology, low producticity, bad quality and so on. If using numeric control machine instead, there must be high cost. So in this paper, we will reform traditional ntsmiller through using MCI-51 to control the processing. In this way , it can obtain high degree of the cam with low cost, The procedure has versatility, so it can machine different sizes of cam only a little change in it. It suits the small lot production. In this design, we will add a gallery machining cylinder with monolithic integrated circuit for open-loop control to traditional vertical knee and column milling machine. Cross traverse feed designed for the gallery is controlled by a numeric control system which has a pair of gear wheels connecting with magnetic stepping motor. And there is anther numeric control system through magnetic stepping motor connecting with worm and gear control rotary table. The part of electricity control is composed of soft ware and hardware. Keywords： Cylinder cam machine Monolithic integrated circuit(MIC) gallery nts 目 录 1 前言 . 1 1.1 本次设计的题目来源 . 1 1.2 本次设计的背景 . 1 1.3 本次设计的任务 . 2 1.4 设计方案分析 . 2 2 机械部分设计 . 3 2.1 进给系统传动形式和结构 . 3 2.2 滚珠丝杆的传动计算 . 3 2.3 导轨的设计 . 7 2.4 步进电机的选用 . 7 2.5 与步进电机相连的渐开线圆柱齿轮接触疲劳强度的校核 . 9 2.6 选择回转工作台的步进电机 . 11 2.7 确定蜗轮蜗杆的模数及有关尺寸 . 11 2.8 蜗轮蜗杆的材料及许用应力 . 13 2.9 蜗杆的散热计算 . 13 2.10 蜗杆的散热计算 . 13 2.11 蜗轮齿根弯曲强度校核 (负变位 ) . 13 2.12 蜗轮夹紧机构设计 . 14 3 数控系统的硬件设计 . 15 3.1 确定硬件电路总体方案 . 15 3.2 X 工作台，回转工作台的控制要求作如下规定： . 15 3.3 主控器 CPU 的设计 . 15 3.4 步进电机驱动电路的设计 . 18 3.5 其它辅助电路设计 . 21 4 数控系统的软 件设计 . 23 4.1 模块组成 . 23 4.2 缓冲区设置 . 23 4.3 中断优先级 . 23 4.4 模块说明及流程图 . 23 总 结 . 30 参考文献 . 31 致 谢 . 32 nts 1 1 前言 1.1 本次设计的 题目来源 圆柱凸轮机构具有体积小、结构紧凑、刚性好、传动转矩大等优点，因而在自动机械中被广泛应用，应用普 通 机床和机械靠模装置加工凸轮具有不少的缺点，不但加工出的凸轮型面误差较大，且易磨损，磨损后，更换周期长，造价高，现在凸轮型面又不断更新，形状日趋复杂，因此传统的方法已不能满足新产品的发展的要求。 目前，加工圆柱凸轮的较理想的方法是采用带有一个回转工作台的数 控铣床加工，我们所设计的外圆柱 凸轮 加工工作台是典型的机电一体化产品，本次设计利用机电一体化技术改造了传统的立式升降台铣床。随着数控技术的日趋发展，各国也都在研制试用于加工凸轮的数控铣床。对于种类多，批量小，产品更新快高精度且形状复杂的零件进行加工，具有无可比拟的优越性。 机电一体化是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势，广泛应用机电一体化技术可以提高产品质量和性能。将传统工业转移到新技术的基础上，满足国民经济发展和人民生活水平提高的要求，同时还可以扩大机电产品的出口，促进对外贸易和交流，因而对于振兴我国 的优越工业具有重大作用，对于推动我国科学技术的进步和国民经济的发展也是有极为深远的战略意义。 本次设计让我了解了相关的工业政策，同时也确立了正确的设计思想，学会了快速运用手册，标准、规范等资料。也提高了我独立分析问题的能力。 1.2 本次设计 的背景 按机电一体化思想，凡是由各种现代高新技术与机械和电子技术相结合而形成的各种技术、产品或系统，均属于机电一体化范畴。其目的是不断提高劳动生产率，减轻人们的体力劳动，逐步代替部分脑力劳动。通过这种技术生产出来的是种类繁多的机电一体化产品，这些产品广泛的应用到国民经 济、科技活动、国防建设和人民生活的各个领域。同时还可以扩大机电产品的出口，促进对外贸易和交流，因而对于振兴我国的机械工业具有重大的作用，对于推动我国科学技术的进步和国民经济的发展也具有极为深远的战略意义。 1 我国数控机床附件产品可以说还处在一个发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，还远远没有达到成熟的程度。因此作为国家应该给予一定的扶持，作为企业应在适应市场需要、加大产品的开发力度、提高装备水平、采用新材料、新工艺、新技术方面多下工夫。我国高档数控制造水平达到或接近国际水平，在制造手 段上已逐步完善并已有颇具实力的开发生产能力，建立起不同程度的拥有一定规模的数控机床生产基地。数控机床正朝着高精度、高nts 2 效率、高自动化、全功能的机电一体化方向发展。 6 1.3 本次设计 的任 务 此次设计是在原有的升降台立式铣床增加一个用单片机进行控制的外圆柱 凸轮加工工作台。同时保留原机床的加工能力和主进给功能，具有工进、快进、急停、显示行程和报警及断电保护功能。并且保证其线性位移定位、角度位移定位精度；达到快速进给速度和切削时最大速度。 设计要求： 1 设计成果应符合国家标准和 相关规范； 2 总体方案，主要部件结构合理； 3 控制系统功能完全； 1.4 设计方案分析 所设计的凸轮加 工工作台放置在原有的立式升降台铣床上，工作台纵向运行由原来的手动 进给，工作台的横向进给运动由 步进电机带动一对齿轮进行传动 ，回转工作台通过步 进电机带动蜗轮蜗杆进行转动 。 数控铣床与一般的数控机床一样，图 1-1 所示为开环控制的数控铣床框图。 图 1-1 开环控制数控铣床框图 工作过程是将机床工作台运动的位移量、位移速度、位移方向、位移轨迹等参量通过控制介质输入给机床数控装置，数控装置根据这些参量指令计算得出进给脉冲序列，然后经伺服系统转换放大，最后控制工 作台按所要求的速度、轨迹、方向和距离移动。 图 1-2 工作台的工作原理框图 微 机 环形分配器 环行分配器 光电偶合器 光电偶合器 功率放大器 功率放大器 步进电 机 步进电 机 X 工作台执行文件 X 工作台执行文件 控制介质 数控装置 伺服系统 机床本体 存 储 系 统 电机接口 显示器 键盘 主控制器 nts 3 图 1-3 工作台 X控制系统框图 主控制器：单片机 存储器： EPROM、 RAM I/0 接口：键盘、显示器、步进电机 2 机械部分设计 2.1 进给系统传动形式和结构 数控铣床 对进给系统的要求有三点：即传动精度、系统的稳定性和灵敏度。为确保数控铣床这三点要求，对进给驱动装置机械结构总的要求是消除间隙、减少 摩擦、减少运动惯量、提高部件精度和刚度。 X 向工作台移动采用滚珠螺旋机构，可以满足运动灵敏度和精度的要求，为使传动稳定可靠，采用丝杠传动，螺母带动工作台移动的传动形式。 2.2 滚珠丝杆的传动计算 滚珠丝杆螺母副是回转运动与直线运动相互转换的一种新型传动装置，在数控铣床上得到了广泛的应用。它的结构特点是在具有螺旋槽的丝杆螺母间装有滚珠，使丝杆与螺母之间的运动成为滚动，以减少摩擦，提高了传动效率与传动精度。 已知条件： 1）所加工的圆柱凸轮外形尺寸为 350500mm； 2）立铣刀直径 10： 3）工件材料为碳钢 =0.637GPa. 查表得硬度合金铣刀 铣 削力计算公式： Fc=9.812.5ac0.85af0.75ap1.02do-0.73n0.13600.13 3 选择式中参数： （ 1） 铣刀宽度 ac=10mm； （ 2） 铣削深度 ap=6mm； （ 3） 每齿进给量 af=0.1mm/齿； （ 4） 铣刀齿数 z=3 齿； （ 5） 铣刀直径 do=10mm； （ 6） 铣刀转速 n=1000v/do=10000.9/10=28.6转 /分 =0.48r/s: 把以上条件带入式中： Fc=9.8112.5100.850.10.756 1.0310-0.730.480.13600.13=801N 修正系数： nts 4 KFc=（ b/b） =（ 0.637/0.736） 0.3=0.958 故实际的圆周切削力为 Fc 为 8010.958=768N，铣削加工对主切削力 Fc 与铣削进给抗力 Fs之间比值由机床设计手册查得： Fs/Fc=1.0 1.2，取 Fs/Fc=1，所以 Fs=Fc=768N，垂直分力与 Fc 的比值为 0.75 0.8，取 Fz/Fc=0.75，则 Fz=0.75768=576N。 （ 1） 最大动载荷 Q 的计算 3 ()WHQ L f F F a 3 查表： fw负荷性质系数 .取 fw=1.3； FH硬度影响系数 HRC58，取 fM=1.0 对于矩形导轨的机床： F=f（ 2Fz+G+2FY） +KFx(b) 其中： FYY 方向上的切削力； G工作台总重量，取 G 1500N 选用直接导轨 f=0.02； K取 1.4 由机械制造工艺设计手册查得铣削力分解及比例关系，取 Fy=2576=1152N， 代入 (b)式： F 1.4576+0.02(576+1500+21152)=894N L=60nT/106 查表： T=15000h N=60v/it=(6015/60)/(1.256103)=200r/min 所以： L=602001500/106=180。 把条件代入 (a)式： Q= 3 1 8 0 1 . 3 1 8 9 4 6 5 6 2 N 由最大动载荷 Q 值选择 LD 型外循环螺旋槽式双螺母垫片预紧滚珠杆螺母副，型号为LD326-2.5-3，额定负荷 15KNQ 预紧力 Fo=0.251500=375N 一般铣削时载荷 nts 5 Fa=1000+(mz+mz 件 )g 3 =1000+0.02(1500+200) =1034N F01/3 Fa =1/31034=344.7N (2) 丝杆螺纹部分长度 螺杆工作长度 L 应满足控制系统中的行程要求： LL1+H+L3 L1控制系统需要的行程 L1=510mm H螺母长度 H=160mm L3满足行程以外的余量 60mm 所以： L510+160+60=730mm 取 L=838 (3) 支承距离 L lL 取 L=880mm (4) 轴承选择： 轴端结构：采用两端固 定 轴承型号：推力球轴承 8205 型 深沟 球轴承 105 型 (5) 临界压缩载荷： 对两端轴向固定受压缩的滚珠丝杠，应进行压杆稳定性校核计算。 不发生失稳的最大压缩载荷称为临界压缩载荷，所以以 Fc 表示。 Fc=3.41010-f1d24/LO2(N) 其中 d2丝杠螺纹底径： d2d0=32-1.53.5=27.8mm f1支承方式系数： f1=2.00 l0最大受压长度： l0=612mm 代入上式： Fc=3.4101020.02784/0.6122=1154N Fa SHmin, 故安全 2.6 选择回转工作台的步进电机 (1) 确定脉冲当量 P=0.05mm/step,步矩角 Qb=1.5/step (2) 步进电机启动力矩的计算 3 6 ( ) 3 6 0 . 0 5 7 6 8 0 . 2 5 ( 1 5 0 0 5 7 6 ) 3772 2 1 . 5 0 . 6p S Zq bF F GT N c m (3) 确定步进电机的最高工作频率 fmax=1000V/P (2.6.1) 其中： V=0.9m/min=0.015m/s 所以 fmax=10000.015/0.05=300Hz 初选 110BF003 电机 (4) 求齿轮 传动 比 因为21PbZZ ，即 0.05= 21ZZ 1.5 所以21ZZ =30 取 Z1=2， Z2=60最小齿数 27 所以传动比合适，确定选用 110BF003 电机 2.7 确定蜗轮蜗杆的模数及有关尺寸 在数控转台中，蜗轮副的啮合侧隙对其分度定位精度影响最大，由于双导程蜗杆传动具有改变啮合侧隙的特点，能够始终保持正确的啮合关系，并且结构紧凑，调整方便。 双导程蜗杆与普通蜗杆的区别是：双导程蜗杆齿的左右两侧面具有不同的 齿距 (导程 )；而同一侧面的齿距是相等的。因此，该蜗杆的齿原从蜗杆的一端均匀的逐渐增厚或减薄，所以又称变齿厚蜗杆。故可用轴向移动蜗杆的方法消除或调整蜗轮副之间的啮合间隙。 表 2-2 蜗轮蜗杆的模数及有关尺寸 nts 12 (1) 公称模数： m=4； (2) 齿厚增量系数 KS：为蜗杆轴向移动单位长度内的轴向齿厚变化量。 KS 据 Z2， fB 值从表 2-2 中选取 KS=0.04 (3) 齿厚调整量 S：为补偿制造误差和蜗轮最大允许磨损量所形成的侧隙选取。 S=0.15mm (4) 模数差与节数差： 模数差 m为左、右齿面模数 m 左 、 m 右 与与公称模数 m 之间差的绝对植。 m=0.5mks m 左 =m+m=(1+0.5ks)m=4.08 m 右 =m-m=(1-0.5ks)m=3.68 同样，节距差 t 值，左面齿距和右面齿距分别为： t=0.5mks=0.5tks=0.25 t 左 =(1+0.5Ks)m=(1+0.5Ks)t=12.82 t 右 =(1-0.5Ks)m=(1-0.5Ks)t=11.56 综 上 ： 当 数 控 转 台 副 侧 隙 要 减 少 0.12m ， 可 以 调 整 算 出 蜗 杆 轴 向 调 整 为名称 代号 公式 蜗杆头数 Z1 Z1=2 蜗轮齿数 Z2 Z2= Z1i=230=60 齿形角 X=n=20 模数 m m=4 蜗轮变位系数 X2 X2=-1 蜗杆分度圆直径 d1 d1=mz1/tgr=30 导程角 r r=73533 中心距 a a=( d1+d2+22m)/2=139 蜗轮分度圆直径 d2 d2=mz2=460=240 蜗轮喉圆直径 da2 da2=d2+2ha2=240+24=248 蜗轮齿根圆直径 df2 df2=d2-2hf2=230.4 蜗轮齿顶高 ha2 ha2=(da2-d2)/2=4 蜗轮齿根高 hf2 hf2=(d2-df2)/2=4.8 齿轮顶圆直径 de2 de2da2+1.5m=254 蜗轮齿宽 b2 b20.75da1=28.5 蜗杆齿顶圆直径 da1 da1=d1+2ha1=38 蜗杆齿根圆直径 df1 df1=d1-2hf1=20.4 蜗杆齿高 h1 h1=1/2(da1-df1)=8.8 顶隙 C C=0.2m=0.8 nts 13 0.12/RS1=0.12/0.041=3mm，可以把调整环磨薄 3mm，再装上可准确的减少侧隙。 2.8 蜗轮蜗杆的材料及许 用应力 蜗杆：材料 40Gr，硬度 45 55HRC，取 50 热处理 表面淬火，齿面粗糙度： Ra=1.0m 蜗轮：材料 ZCuSn5Pb5Zn5 机械性能： 9 0 , 2 0 0pb 许用接触应力 21 2 5 /HP N m m 许用弯曲应力 22 4 /FP N m m 2.9 蜗杆的散热计算 23nn 1=n12 其中 :n1蜗杆传动的啮合效率 n1=tgr/tg(r+R)=tg735/tg(735+309)=0.71 n2考虑搅油损耗的效率，取 n2=0.96 n3轴承效率，每对滚动轴承 0.98 0.99，取 n3=0.98 23nn1n=n=0.710.960.98=0.67 2.10 蜗杆的散热计算 传动工作中损耗的功率为 :PS=P1(1-n)W，其中 P1输入功率 W P1FCV=7680.9/60=11.52W,取 P1=12W PS=12(1-0.67)=3.96W 由于 PS 很小，可以采取自然通风的冷却方 法。 2.11 蜗轮齿根弯曲强度校核 (负变位 ) (1) 确定许用应力 ( 2 . 1 1H P H P V S nEE 1 ）知 221 2 5 / , 2 4 /H P F PN m m N m mVS=0.01m/s 采用浸油润滑， EVS=0.7 轮齿应力循环次数： nts 14 26 0 ( 2 . 1 1LnN n j L 2 ）其中 n2蜗轮转速 n2=1.43n/min Lh使用寿命 5 年 每年工作 300d每天工作 8h0.4 nL=601.451530080.4=4.4105 Zn=YN=1.0 21 2 5 0 . 7 1 . 0 8 8 /HP N m m 22 4 1 2 4 /F P F P NY N m m (2) 齿轮弯曲强度校核 按表齿根弯曲强度验算公式： 212666 A V BF F ST K K K YYd d m 6FP (2.11-3) 其中按 332 2 2/ c o s 6 0 / c o s 7 . 5 8 6 1 . 8 6 1Z Z X o 及YFS=4.5 YB=1r/180=17.58/120=0.94 1221 2 0 . 6 79 5 5 0 9 5 5 0 5 3 . 71 0 0 0 1 . 4 3PnT N mn KA使用系数 0.9 KV动载系数 1.1 KB齿向载荷系数 1.1 将上述诸值代入式 2.113 中： 26 6 6 5 3 . 7 0 . 9 1 . 1 1 . 1 0 . 9 4 4 . 5 5 . 7 6 2 4 /3 0 2 4 0 4FP F N m m 所以满足条件。 2.12 蜗轮夹紧机构设计 参照装配图的主视图： 蜗轮 89 下部的内、外面装有夹紧瓦 72、 90，数控转台的底座上的固定支座内均布 6 个油缸85。油缸上端进压力油，柱塞 89 下行，并通过钢球 88 推动夹紧瓦 90、 72，将蜗轮夹紧，从而将数控转台夹紧。数控转台不需要夹紧时，控制系统首先发出指令，使油缸上的油液流回油箱。由于弹簧的作用，把钢球抬起，于是夹紧瓦就松开 蜗轮。然后，启动功率步进电机，并照指令脉冲nts 15 的要求来确定数控转台的回转方向、回转速度，当数控转台为分度用时，分度回转结束后，要把蜗轮夹紧，以保证定位的可靠性，并提高承受负载的能力。 3 数控系统的硬件设计 3.1 确定硬件电路总体方案 任何一个微机控制系统都由硬件和软件的部分组成，有了硬件才有软件运行的基础，而只有配置了软件的硬件才是可工作的控制系统硬电路的可靠性将直接影响数控系统的性能指标。 所设计的外圆柱凸轮加工工作台数控系统的基本硬件由以下几部分组成 。 (1) 中央处理单元，即 CPU (2) 总线，包括数据总线 (DB)，地址总线 (AB)和控制总线（ CB） (3) 存储器，包括可编程存储器 EPROM 和随机读写存储器 RAM. (4) 输入 /输出接口电路 其中 CPU 是整个系统的核心，是控制其它各部分协调工作的 大脑 ，存储器则是软件（监控系统）及系统运行中各种数据的存储库。 I/O 接口电路是系统与外界进行信息交换的桥梁，总线则是联接 CPU，存储器和 I/O 接口电路的纽带，是各部进行通信的线路。 3.2 X 工作台，回转工作台的控制要求作如下规定： (1) X 工作台用步进电机作驱 动机构，步进电机选用 3 相六拍， 0 其脉冲当量为 0.01mm/step. 回转工作台用步进电机作驱动机构，步进电机选用 3 相 6 拍，其脉冲当量为 0.05mm/step (2) 能用键盘输入命令，控制工作台沿 X 的方向自由运动，运动范围为： 0 500mm (3) 具有当工作台超越边界时，能以指示灯报警，并停止运行。 (4) 具有急停，显示和掉电保护等功能。 3.3 主控器 CPU 的设计 (1) CPU 由 MCS-51 系列的 8031 承担。 8031 的基本特性是： 具有 8 位中央处理单元 片内有时钟发生 电路 具有 128 字节的 RAM，内部编址为 00H 7FH 用于工作寄存器，堆 栈 软件标志和数据缓冲器 具有 21 个特殊功能寄存器 nts 16 具有 4 个 I/O 端口， 32 根 I/O 口线 具有 2 个 16 位定时 /计数口 具有 5 个中断源，配备两个优先级 具有一个全双功能串行接口 具有位寻址功能，适于逻辑运算 (2) 管脚功能及应用特性 8031 单片机的引脚具有 40 根， 22 列直插式器件，具体可见单片机应用系统设计一书 (3) 存储依扩展电路的设计： 程序存储器扩展 8031 是一个无 ROM 的 8051，单片的 8031 不能构成完整的计算机，必须接 EPROM 或 ROM作为程序存储器，所以外接一个 2764 芯片。 2764 芯片是一种容量为 8k8 的 EPROM 存储电路，读取时间为 250us， 2764 为 28 线元件，其中 A0 A12 为 13 位地址线， 00 07 为 8 位数据线，其余为控制线，控制线分别为： CE数据片选信号线 ； OE数据选通信号线 ； PGN 脉冲编程输入线； VCC电源线； VPP编程电压端；VSS地电平； N 空 脚。 2764 芯片中低 8 位地址线通过地址锁存器 74LS373 与 8031 的 Po 口相联接，当地址琐存允许信号 ALE 为高电平时，则 Po 口输出地址有效。高 5 位地址分别与 P2.0 P2.4 相联。 8 位数据线直接与 8031 Po 口相联。 OE 引脚直接同 8031 引脚相接，片选 CE 直接接地，故 2764 始通选通。由于 8031 只能选通外 部 ROM，所以 EA 引脚接地。 （ 4） 数据存储器 由于 8031 内部 RAM 只有 128 字节，这个不 能满足系统的控制要求，需扩展片外的数据存储器，故采用 6264 静态 RAM 的数据存储器。 6264 芯片是 8k8 的 RAM 存储器，电路集成度很高，其中 Ao A12 为 13 位地址，输入地址与内部 8k 字节的单元对应， 00 07 为 8 位数据线； CE 为片选信号线； OE 、 WE 为读取信号线。 VCC 为 +5v 电源； GND 为接地端； N空脚 6264 低电 8 位地址线通过地址存储器 74LS373 与 8031 的 Po 口相联；高 5 位地地址线分别与 P2.0 P2.4 相联； 8 位数据线直接与 8031 的 P0 口 相联；读写控制引脚 OE 、 WE 分别与 8031 的nts 17 读写控制口 RD 、 WR 直接相联；片选 CE 通过译码电路与 8031 相联，即 3-8译码器的 Y2 输出提供，所以 6264 的空间地址为 4000H 5FFFH。 (5) 地址锁存器 74LS373 单片机规定 Po 口提供低 8 位地址，同时又要做数据线，所以应有分时输出低 8 位地址和数据的通道口，为了把地址信号分离出来保存，以便为外接存储器提供 8 位地址信号，一般采用74LS373 作为地址锁存器。 74LS373 带有三态缓冲输出的 8D 触发器，用作地址锁存器时，应使其允许端 OE 为低电平（接地）输入端 G 与 8031 的地址锁存信号 ALE 相联接，当 G=1 时， 74LS373 输出端 1D 8D 相同，当 G 从高电平返回低电平时，输入的数据锁入 1Q 8Q 中 (6) I/O 口扩展电路的设计 8031 单片机共有四个 8 位并行 I/O 口，但可供户使用只有 P1 口及部分 P3 口线，因此在大部分应用系统中都不可避免地进行 I/O 接口的扩展，本设计的扩展 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 芯片与微机的接口比较简单。是微机系统广泛使用的接口芯片；具 有 40 条引脚的双列直插式 RAM/I/O/CTC 扩展器，含有 256 个字节的 RAM 存储器。一个 14位可编程的定时 /计数器。 8155 与 8031 的联接方法， 8155 本身具有地址锁存信号控制和地址锁存器，故可将地址数据线 ADo AD1 直接与 8031 的 Po 口相联，通过 ALE 控制，读 RD，写 WR 信号与 8031 对应相联，I0/M 控制端通过电阻 R 接高电平，故只能选中 8155 的 I/O 口。 8155 的片选端 CE 接 3-8译码器 （ 74LS138）的输入端，故 8155 控制命令寄存器及 PA 口， PB 口， PC 口的地址信号分别为 8000H及 8001H， 8002H， 8003H， 8155 的 RAM 区的地址为 8000H 80FFH，而 I/O 的地址为 8000H8005H。 (7) 键盘，显示器的接口电路 键盘、显示器是数控系统常用的人机交换的外围设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的显示 Intel8279 芯片是一种通用的的编程的键盘显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和 LED显示控制两种功能，所以选用 8279 来做键盘和显示器的接口， 8279 键盘部分提供的扫描方式，可以和具有 64 个按键或传感器相连。能自动消除开关抖动以及 n 键同时按下的保护。显示部分nts 18 为扫描工作方式。可以显示 8 位或 16 位 LED 显示块，具体连接见电路图。 3.4 步进电机驱动电路的设计 步进电机是一种用脉冲信号控制的电动机在负载能力及动态特性的范围内，电动机的角位移与控制脉冲数成正比，在多数情况下，用电动机作为执行元件的数控系统中不需要 D/A 或 A/D的相互转换，可采用简单的开怀系统控制，因而步进电动机为经济型数控系统主要的伺服执行元件。 (1) 计算机接口 在数控系统 中，步进电动机的接口电路至关重要。没有接口电路将无法实现微机对步进电机的控制。 8031 单片机一般含有 4 个并行 I/O 口，可以采用 P1 口或 8155 可编程并行输入输出接口芯片设计扩展接口电路，用来控制步进电机及其它外部设备。 (2) 脉冲分配器 脉冲分配器又称环形分配器，是驱动电路不可缺少的重要环节，步进电机的控制方式由环形分配器来加以实现，其作用是将数控装置送来的一系列脉冲按一定的分配方法和顺序输送给步进电机的各相绕组，来实现电机的正转或反转。 所选的脉冲分配为 TTL 集成电路 YB013 它为 18 个管脚的直插式封 装，外圆拄凸轮加工工作台数控系统中采用 YB013 硬件分配器的步进电机接口线路， YB 系列脉冲分配器的引脚功能如下： 0E选通输出控制 1E、2E选通输入控制 A0、 A1励磁方式控制 CP时钟脉冲输入 +电机正转控制电位 -电机反转控制电位 A、 B、 C输出控制 R 清零端 A0、 A1确定通 电方式，通电相数和拍数 A0 接高电平为三相六拍工作方式 (3) 隔离电路的设计 高压电源电压的确定 nts 19 负载电路的时间常数： h / 0 . 3 5 5 / 0 . 3 7 0 . 9 6 ( )nL R s 单稳翻转时间： 312bt fr13 fr运行频率，取 fr=1270Hz 231 0 . 5 2 5 ( )2 1 . 2 7btSKH 则0 . 5 1 50 . 9 61 . 5 3 . 2 9 1 1 . 4 1 211 ibiMH tIRE v Vee 取 元器件的确定 功率放大器放大级 T1， T2 选用复合管 YZ23F；硅型流管 D1、 D2 选用 2CZ13A。 表 3-1 复合管 YZ23F 性能表 表 3-2 2CZ13A主要参数 额定工作 电压 (V) 额定电流 IF(mA) 正向电压降 UF(V) 反向电流 IR(Ma) 20 125 100 5000 0.8 1 20 确定 R5、 R6 的值 从 T1、 T2 特能数据知 UBE2.5V，取 UBE=2.5V 而步进电机相电流 In=7A， T1 基极电流 IB1=In/hFE经查复合管 YZ32F 性能表，取 hFE=4500 则 IB=7/4500=1.6(mA) T1 等效输入电组 RT1=UBE/IBI=2.5/1.610-3=1.56K 选光电隔离器输入电流 Ii=10mA,查 C0100 系列，知 GR =30 ,I5=IiCTR=1030 =3mA I5=I6+IB1 I6R6=UBE EN=I5R5+UBE 即 En=80V R5=25.8K R6=1.47K 确定 R1(或 R2) BUCBO (V) BU(CEO) (V) BU(BEO) (V) ICEO (mA) UCES (V) VBE (V) hfz (倍 ) Icm (A) Pcw (W) T1 ( ) 200 80 3 2 2.0 2.5 3000 5000 10 50 150 nts 20 因 Ii=10mA，查 C0100 系列表得到光电隔离器输入正向压降为 1.3V，则 R1=(5-1.6)/1010-3=340 确定人 R3、 R4 负载的平均阻抗 / 8 0 / 7 1 1 . 4 ( )nnZ E I T2 的饱和电流 2 ( 2 ) /H n C E SCBI E E U Z 经查 2GEBA 得 UCES=2(V) Ics(2)=(244-80-22)/11.4=14A IB2=ICS(2)/nFE=12000/4500=2.67(mA) I3=I4+IB2 , I4=I3-IB2 I3=IiCTR=3mA, I4=0.33(mA) 0 点电位 U0 为： U0=(EH-UCES)+(EH-En)/2=(244-2)+(244-80)/2=203V T2 的等效输入电阻为： RT2=UBE/IB2=2.5/2.610-3=940 R4=UBE/I4=2.5/0.3310-3=760 R3=(EH-U0-UCES)/I3=(244-203-2)/310-3=1300 确定 R7 的值 R7=5/1010-3=500 图 3-1 当单稳 74221 的清零端 CLR 加高电平，口端加低电平时， B 端正跃变可使单稳的 Q 端从低nts 21 电平变为高电平，经一段时间自动翻转成低点平，恢复到稳定状态， Q 端输出一个脉冲，脉冲宽度由外接电阻 RT 和 CX 决定，即脉冲宽度。 tb=RTCXIn2 取 RT=10K， CX=tb/RTIn2 74221 为单稳态多谐震荡器，一块 0.048F， 74221 可供 步进电机两端工作，所以三相六拍步进电机需 2 片 74221。 隔离电路的分析： 图 3-2 在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。由于步进电机需要的驱动电压，电流较高，如果将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，轻则影响计算机程序的正常工作，重则导致计算机和接口电路的损坏，所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路。 光电耦合器由发光器件和受光器件组成，联接发光源的引线为输出端。通常发光器件为发光二极管，受光器件为光敏二极管， 4N25 光电耦合器的共发射 极照射后，由于光敏效应产生电流，通过输出端输出，从而实现了以光为介质的电信号传输
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