自动回转刀架的设计

目 录1 绪论 .11.1 国外数控机床状况分析 .11.2 国内数控机床状况分析 .22 卡盘的设计 .52.1 卡盘方案的确定 .52.2 卡盘原理简介 .52.4 卡盘定位分析 .62.4 卡盘夹紧力的计算 .72.5 液压缸的设计 .92.6 弹簧的设计计算 .113 回转刀架的设计 .123.1 回转刀架总体方案选择 .123.2 刀架原理简介 .143.3 回转刀架电机的选择 .163.4 刀架设计的要点及计算 .183.5 刀架三维零件的建立 .224 微机控制系统硬件电路设计 .244.1 控制系统的设计要求 .244.2 硬件组成 .244.3 电气系统的设计 .314.4 程序设计 .33结论 .40致谢 .41参考文献 .421、 绪论数控车床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。卡盘和刀架都是数控车床中的重要组成部分，其功能和精度直接影响整个机床的功能和精度。卡盘是数控车床的通用夹具，在夹持工件时要有足够的夹紧力，而且使工件布发生夹紧变形。刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。此外，刀架的设计还应满足换刀时间短、结构紧凑和安全可靠等要求。1.1 国外数控机床状况分析 (1).国际机床市场的消费主流是数控机床。1998 年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达 70，我国为 60%。目前世界数控机床消费趋势已从以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。 (2).国外数控机床的网络化。随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的 ERP 即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的 ERP 就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。1.2 国内数控机床状况分析1.2.1 国内数控机床现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以 FMS 模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001 年，我国机床工业产值已进入世界第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 47.39 亿美元，仅次于美国的 53.67 亿美元，消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001 年进口机床跃升至世界第 2 位，达 24.06 亿美元，比上年增长 27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等。1.2.2 国内数控机床的特点 (1).新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 (2).数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。2001 年国内数控金切机床产量已达 1.8 万台，比上年增长 28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000 年的 17.4%提高到 2001 年的 22.7%。 (3).数控机床发展的关键配套产品有了突破。近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台。 1.2.3 经济型数控车床我的设计题目为数控车床卡盘和回转刀架的设计，考虑到电气方面单片机的广泛应用，而在数控车床中只有经济型数控车床采用单片机控制，因此，我选择设计经济型数控车床中的卡盘和回转刀架。经济型数控机床就是指价格低廉、操作使用方便，比较适合国内国情的，在普通机床上加装数控系统的高级自动化机床。经济型数控车床。对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧室车床相比，应具有更好的精度，以确保机械传动系统的传动精度和工作稳定性。1.2.4 设计参数：最大回转直径：540mm/260mm最大切削直径：轴类零件 150 mm 盘类零件 400 mm最小外圆车削直径： 10 mm最大车削长度： 500 mm工作进给速度： 0.01 mm/r500 mm/r 1 mm/min2000 mm/min主轴电机功率：连续： 5.5KW; 30min： 7.5KW进给伺服电机：额定功率：1.4KW; 额定转速：1500r/min; 机床质量： 3500Kg.精度横向定位精度 0.025mm/300mm重复定位精度 0.01mm车削工件直径误差 0.018mm圆度误差 0.027 mm端面平面度误差 0.027 mm轮廓尺寸 2395 mmX1385 mmX1860 mm2、 卡盘的设计2.1 卡盘方案的确定在机床中，卡盘是用来定位和夹紧工件的，它是一种典型的机床通用夹具。卡盘的定位精度等直接影响被加工件的质量。卡盘由两爪、三爪、四爪，其中三爪在机床上应用比较广泛，尤其是三爪自定心卡盘是车床上最常用的自定心夹具。它夹持工件时一般不需要找正，装夹速度较快。主要用于加工回转体零件，其主要特点是：夹具都装在机床主轴上，车削时夹具带动工件作旋转运动，由于主轴转速一般都很高，所以要注意解决由于夹具旋转带来的质量平衡问题和操作安全问题。卡盘有液压卡盘，电动卡盘机械手动卡盘，在数控车床中经常用电动卡盘和液压卡盘，液压卡盘噪声小，控制精度高，所以设计为液压卡盘。2.2 卡盘原理简介三爪卡盘是数控车床的夹具。随着主轴转速的提高，实现高速和超高速切削，一般卡盘已不适用，必须采用高速卡盘才能保证安全可靠的加工。目前，卡盘的松夹是靠有拉杆连接的卡盘和液压油缸实现的。装在主轴后端的油缸中，活塞带有拉杆向后移动，拉杆前端的杠杆顺时针旋转，将卡爪组件推向中心，夹紧工件；油缸相反方向进油，拉杆向前移动，杠杆逆时针旋转，松开工件。卡盘的夹紧与松开，尾架的顶紧与退出，防护罩拉门的开、关等均有液压系统驱动与控制。机床采用变量泵，将系统油压调整到规定的压力时，压力油经虑油器进入控制油路。卡盘的夹紧与松开由二位四通阀来控制。夹紧力的大小由减压阀来调整。为了安全操作，在油缸的进出油路上，设置了压力继电器，使得卡盘夹紧力达到一定值后，才能发出指令。 尾架由三位四通换向阀来控制，其顶紧力的大小由减压阀来调整，调整范围为 0.51.5Mpa.拉门的开、关由二位四通阀来控制，在油路中增加了单向阀和节流阀以调节拉门的开关速度。2.4 卡盘定位分析2.3.1 自由度分析在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先将工件放在机床上或夹具中，使它在夹紧之前就相对与机床占有某一正确位置。图 2.1 机床坐标卡盘限制自由度：X 移动，X 转动，Y 移动，Y 转动。2.3.2 定位误差因定位不正确而引起的误差称为定位误差。定位误差 由基准不重合dw和定位副（含工件定位基面和定位元件）制造不准确误差 两部分组成，jb b定位误差 值为上述两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即dw dbjdw对于卡盘来说，定位基准是加工工件的外圆表面，工序基准为外圆表面，所以基准不重合误差 0，三爪卡盘有自定心的作用，所以定位副制造不jb准确误差 0。db2.4 卡盘夹紧力的计算根据力学的基本知识得知，要表述和研究任何一个力，必须掌握力的三个要素，即：力的大小、方向和作用点。对于夹紧力来说，也不例外。2.4.1 卡盘夹紧力的方向首先，夹紧力应垂直于主要定位基准面。为使夹紧力有助于定位，则工件应紧靠支承点，并保证各个定位基准与定位元件接触可靠。一般的讲，工件的主要定位基准面其面积较大、精度较高，限制的不定度多，夹紧力垂直作用于此面上，有利于保证工件的加工质量。其次，夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。2.4.2 卡盘夹紧力的作用力夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。选择作用点的问题是在夹紧力方向已定的情况下才提出来的。选择夹紧力作用点位置和数目时，应考虑工件定位可靠，防止夹紧变形，确保工序的加工精度。车削时夹紧力的方向和作用点如图 2.2图 2.2 夹紧力的方向2.4.3 卡盘夹紧力大小的计算由表 3.1 得知 m.7N4T电动机的额定转矩N7.5KWPN电动机的额定功率NPn9.5T 150r/min7.4X5.9T.n3Nn.D2KMK安全系数M电机输出轴扭据（N.m）D工件最大直径n卡爪数 654310K.K 为各种因素的安全系数，查表得： 0K61.3 考虑工件材料及加工余量均匀性得基本安全系数；1.0 加工性质，精加工； 11.4 刀具钝化程度；2K1.2 切削特点，断续切削；31.0 夹紧力的稳定性，机动夹紧；41.0 操作方便； 5K=1.0 仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触情况。6K 184.20.12.40.316543210 xxKM=47.7N.mn=3 一般钢件接触摩擦系数 =0.15)N(72.308615.x30842n.DKMW2.5 液压缸的设计2.5.1 液压缸工作压力的确定为克服外部载荷所需的压力称为有效工作压力。作用在活塞上的总机械载荷P 主要包括两个部分，即： 式中 为活塞杆上所受的外载，它主m1P1要包括夹紧力在油缸轴向的分力，以及夹紧机构运动部件的磨擦力。 为活Pm塞和活塞杆密封处的摩擦力。这种磨擦力的计算，视密封装置不同而有所不同。对于 O 形密封圈： .根据所确定的 P 值，油缸的工作压力可按表1m03P2.2 确定。表 2.2 油缸工作压力的选择P 吨 5P 公斤力/厘米2812 1525 3035 4050 5017N.3086WK.92Pm=3086.72+92.6=3179.32N=324.4KG=0.3 吨m1P液压缸的工作压力 p=812 公斤力/厘米 2。取 p=12 公斤力/厘米 22.5.2 液压缸内径、活塞杆尺寸的确定在一般情况下，活塞工作面积 可按下式确定：gFgpP式中 P活塞杆上的总机械载荷，公斤力；P液压缸的有效工作压力，公斤力/厘米 2液压缸的机械效率，主要考虑密封处的摩擦损失，一般取 0.95。g 2g456cm.89.12X03pPF求出活塞的工作面积后，就可按下式确定油缸内径 D02c.614.3582Dg根据 GB2348-8 将其进行标准化 D63mm活塞杆直径 d 一般可按下式确定D=(0.30.4)D=0.3x63=18.9mm根据 GB2348-80 将其标准化，d20mm液压缸的工作行程 LL 时，zty1z1cts1y1cts相邻两齿厚的差值 zy12tS不难看出，任意两相邻齿厚之差（沿同一轴向截面上）都是这样的蜗杆从左到右移动时，啮合侧隙将会逐渐减小。zyi1i tS同理，当 时，从左到右齿厚渐薄，当蜗杆向右移动时，啮合侧隙将会逐zt渐变大，要依靠调整环的厚度变化，可使蜗杆轴向移动，以便调整蜗杆蜗轮啮合侧隙。3.4.3 蜗杆轴的支承蜗杆轴跨距较大且工作温度较高，其热伸长量大，因此可才采用一端固定，一端游动支承结构和两端游动。在工作的时候电机有正转和反转，从而蜗杆轴要求能左右双向移动，采用两端游动的轴系结构。啮合传动时，轴将左右移动，为使齿受力均匀，应采用允许轴系能左右小量轴向移动的结构，故两端都选用圆柱滚子轴承。3.4.4 蜗轮蜗杆的设计计算根据刀架尺寸的大小和圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其与蜗轮参数的匹配表3.2 进行选择。表 3.2 蜗轮参数中心距A(mm)模数m(mm)分度圆直径d1(mm)m d12(mm )3蜗杆头数Z1直径系数q分度圆导程角（o）蜗轮齿数z2变位系数x280 2 35.5 42 1 17.75 3 1228 62 0对于蜗轮蜗杆传动来说，传动效率低，所有工作时产生的热量大。对闭式蜗杆传动，摩擦所产生的热量将通过箱体散发到周围空气中去。如果散发条件较差，使油箱不断升温而使润滑失效，从而加剧了磨损，甚至导致胶合。热平衡计算的目的是使工作时减速箱内的油温稳定地处在所规定地使用范围内。3.4.5 蜗轮蜗杆地热平衡计算计算所需箱体散热面积 A取环境温度 ,润滑油工作温度 ，散热系数c20tc70t1cm/15wK2e所需散热面积： 201t 5m.)(KPA3.4.6 蜗轮蜗杆几何尺寸计算蜗杆齿顶圆直径：5m.392x.5m2hdd*a1a1a 蜗杆齿根圆直径： 7.0.1.)c(2h*a1a1f 蜗杆齿宽： 6m.4925x.z5m.b21 取 50b1蜗轮喉圆直径： 5.128x5.124)x2(hdd*aa2a2 蜗轮齿根圆直径： 7m.9.)mc(h2*a2f2f 蜗轮咽喉圆半径： 75.1.480dra2g2 蜗轮齿宽： 2msin.35sib12蜗轮轮缘宽度： 5.348x.0si)x.9(8m.0sin)2cd(B*a1 取 B35mm为切去顶圆齿尖，蜗轮顶圆直径 8m.134)cos501(7.2x5.18)cos(2rdgae2 取 135m3.5 刀架三维零件的建立a b c图 3.3 刀架下刀体a b图 3.4 蜗杆轴a b图 3.5 与蜗轮配合的轴a b图 3.6 上刀架体图 3.7 蜗轮蜗杆啮合a b图 3.8 刀架部分装配4、微机控制系统硬件电路设计4.1 控制系统的设计要求（1）Z 向和 X 向进给伺服运动控制；（2）自动回转刀架控制；（3）螺纹加工控制；（4）行程控制；（5）键盘及显示；（6）面板管理；（7）其他功能：报警、急停、复位等。4.2 硬件组成4.2.1 8031数控系统用 MCS-51 系列单片机控制，其典型代表为 8031、8051、8751，从经济型出发进行比较，采用具有价格低、功能强、使用灵活等优点的 8031有扩展系统的单片机，即用 8031 外接 2732（EPROM） 、6264（RAM）及8155（扩展 I/O）等芯片扩展成一个较简单的微机控制系统。程序存储器扩展为 4K（2732，EPROM） ，数据存储器扩展为 8K（6264，RAM） 。编制的用户程序由键盘输入，修改程序也由键盘来完成。程序存入外部 RAM，如果需要保存该程序，可以把录音机接在录音输出口上将程序录下来，每段程序输入都可以显示。系统中有时钟电路模块、复位和复位电路、数码显示接口电路、光电耦合等。8031 芯片内部无程序存储器，只有 256 字节的数据存储器，地址从00HFFH。内部 256 字节的空间被分成两部分，其中内部数据存储器（RAM）地址为 00H-7FH,特殊功能寄存器（SFR）的地址 80HFFH 为 4 个工作寄存器区，每个区都有 8 个 8 位寄存器 R0-R7，可以用来暂存运算的中间结果以提高运算速度。其中的 R0 和 R1 还可以用来存放 8 位地址，要确定采用哪个工作寄存器，可通过标志寄存器 PSW 中的 RS0、RS1 来指定。8031 在组成控制系统时可根据需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器，由于地址线是 16 位的，故最多能扩展 64K 程序存储器和 64K 数据存储器，其地址均为 0000FFFFH，即程序存储器、数据存储器为独立编址。因此，EPROM 和 RAM 的地址分配比较自由，变成时不必考虑地址冲突问题。 21345627893014536789402019876541320987654321图 4.1 8031 管脚图4.2.2 程序存储器程序存储器一般采用 ROM 芯片，国内一般无条件使用掩膜 ROM，也极少使用 PROM，经常使用的是 EPROM 芯片。紫外线擦除电可编程只读存储器 EPROM 可作为 MCS51 单片机的外部存储器，其典型产品是 Intel 公司的系列芯片 2716（2KX8） 、2732（4KX8） 、2764（8KX8） 、27128（16KX8） 、27256（32KX8） 、27512（64KX8）等，这些芯片上均有一个玻璃窗口，在紫外光下照射 20 分钟左右，存储器中的各位信息均变为 1，此时，可以通过编程将工作程序固化到这些芯片中。2732A 是一种 4KX8 位的紫外线擦除可编程只读存储器，单一+5V 供电，最大静态工作电流为 100mA,维持电流为 35mA，读出时间为 250ns。2732A 为 24 线双列直插式封装。4.2.3 地址锁存器由于 MCS51 单片机的 P0 口是分时复用的地址/数据总线，因此在进行程序存储器扩展时，必须利用地址锁存器将地址信号从地址/数据总线中分离开来。通常，地址锁存器可使用带三态缓冲输出的八 D 锁存器 74LS373 或 8282。19652308741 图 4.2 74LS373 的管脚图4.2.4 138 译码器译码法使由译码器组成译码电路，译码电路将地址空间划分为若干快，其输出端分别选通一片存储器芯片，这样即充分利用了存储空间，又避免了空间分散的缺点，常用的译码器有 74LS138 和 74LS139 等，74LS138 是“38”译码器，具有三个选择输入端，可组成八种输入状态。8 个输出端，每个输出端分别对应8 种输入状态种的一种，0 电平有效。换句话讲，对应每种输入状态，仅允许一个输出端为 0 电平，其余全是 1。表 4.1 74LS138 真值表输入 输出使能 选择 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7E3 #E2 #E1 C B A 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 11 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 11 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 11 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 04.2.5 数据存储器6264 芯片是一个 8KX8 的 CMOS SRAM 芯片，它共有 28 条引出线，包括 13根地址线、8 根数据线以及 4 根控制信号线。 07653210A12098765A4321GNDNE0图 4.3 6264 管脚图4.2.6 I/O 扩展8031 单片机共有四个 8 位并行 I/O 口，但可供用户使用的只有 P1 口及部分 P2 口线。因此在大部分应用系统中都不可避免的要进行 I/O 口扩展。8155 是具有 40 条引脚的双列直插式 RAM/IO/CTC 扩展器。含有 256 个字节的 RAM 存储器，一个 6 位、两个 8 位可编程 I/O 口，一个 14 位可编程的定时器/计数器。8155（1）的 PC.0PC.3 接自动回转刀架（四方刀架）.自动回转刀架需要换刀时，由 PC.0PC.3 发出刀位信号，到达指定的刀位。刀架夹紧后，即发出回答信号，表示已完成换刀过程，可以进行切削加工。换刀回答信号经8155（1）的 PB.5 输入计算机，控制刀架开始进给。8155（1）的 PA.0PA.5 接控制面板上的选择开关，设有编辑、空运行、自动、手动 1、手动 2、回零等选择方式。8155（1）的 PB.0PB.4 接控制面板上的按钮开关，设有启动、暂停、单段运行、连续运行、急停等操作功能。加工螺纹时，与车床主轴相连的光电脉冲发生器发出螺纹加工信号和零位螺纹信号。螺纹加工信号送入 8031 的 T0,通过设置不同的时间常数，可以改变主轴每转时的纵向进给量，从而加工出不同螺距的螺纹。零位螺纹信号送入8155(1)PB6,用来防止多次走刀时螺纹乱扣。系统各芯片采用全地址译码芯片地址编码见表 4.2。操作面板设计如图 4.4。8155（2）的 A 口为控制刀架的横、纵向电机的接口。本系统纵向、横向步进电机都选用三相反应式 55BF004 型软件环形分配器控制高、低压驱动电路。为了防止功率放大器高电压的干扰，步进电机接口与功率放大器之间采用光电隔离。键盘与显示设计在一起，8155（2）的 PC 口（PC0PC5）担任键盘的列线及显示器的扫描控制；PB 口的（PB0-PB5）担任键盘的行线；8031 的 P1 口为显示器的字形输出口。该系统采用 4X6 工 24 个行列式键盘和六位八段共阴极 LED 显示器。为了增加数码管显示亮度，分别在字形口与自位口加 74LS07进行驱动。PB 口剩于的 I/O 线 PB4-PB7 分别作为刀架纵向+、纵向-、横向+、横向-四个方向的行程限位控制信号。在软件设计上 8155（2）的 PA 口、PC 口设置为输出，PB 口设置为输入。计算机随时巡回检测 PB4-PB7 的电平，当某 I/O 线为“0”电平时，应立即停止横、纵向步进电机的驱动，并发出报警信号。表 4.2 芯片地址编码芯片 接74LS138 地址选择线片内地址单元（字节地址编码2764（1） Y0 000x xxxx xxxx xxxx 8k 0000H1FFFH2764（2） #Y1 001x xxxx xxxx xxxx 8k 2000H3FFFH6264 #Y2 0010x xxxx xxxx xxxx 8k 4000H5FFFHRAM #Y3 0111 1110 xxxx xxxx 256 7E00H7EFFH8155（1）I/O #Y3 0111 1111 1111 1xxx 6 7FF8H7FFDHRAM #Y4 1001 1110 xxxx xxxx 256 9E00H9EFFH8155(2)I/O #Y4 1001 1111 1111 1xxx 6 9FF8H9FFDH启 动 暂 停 连 续 单 段+Z-Z+X-X红Z越 界上 挡键 下 挡键 读 磁带 写 磁带 调 用程 序插 入 删 除 挡 段检 查 检 查 Z齿补Mlastnext编 辑空 运 行 自 动 手 动 手 动 1手 动 2回 零红X越 界 绿工 作正 常固 化程 序X齿补TKID启动 电 源急 停图 4.4 数控车床控制面板 5302816794/0123456789.145.39876图 4.5 8155 与 8031 连接4.2.7 驱动门电路7404 为 TTL 非门电路，用于提高 8031I/O 口的驱动能力。4.2.8 光电隔离步进电机控制系统应采用光电隔离电路（光电隔离器） ，其作用是电压隔离。微机系统一般工作在 5V 的弱点条件下，而步进电机的驱动电源为几十伏至几百伏的强电，若部采取措施，强电会通过电气连接耦合到弱点，造成微机系统的损坏，采用光耦器件，可以断绝两者的电气联系。4.2.9 功率放大电路从环形分配器输出的电流很小，而步进电机的额定电流为几百毫安到几十安培，所以必须接功率放大器。功率放大器由前置放大和大功率驱动两部分组成，前者用于推动大功率器件而设置，一般由反相器、射极跟随器等构成；后者都为大功率器件，按电路主要划分为单电压电路、双电压电路、恒流斩波电路、调频调压电路、细分电路等，是步进电机驱动电路种最重要的部分。*单电压电路的特点：用恒流源取代了限流电阻，另外，PNP 工作早放大区，等效电阻大，改善了电流波形，所以这种电路在电流较小的场合具有实用价值。*双电压电路的特点：在绕组通电开始时由高压供电，保证电流快速上升，当电流达到额定值后改为低压供电，改善了电流波形的前沿。电路中的高压可达数百伏，高压的定时脉宽由单稳态电路提供，为固定脉宽，容易引起电流产生过大的超调，解决的办法时采用具有电流反馈的定流高、低压驱动。*恒流斩波电流的特点：绕组电压为为斩波信号，绕组电流在额定电流附近波动，没有大的凹陷或超调，这比单电压驱动和双电压定时驱动的波形有较大的改善，同时，电路效率也高，所以，目前步进电机驱动器很大一部分都采用这种恒流斩波驱动方式。从经济角度和应用考虑，单电压电路即简单又很实用，应用也很广泛。因此选用单电压电路进行功率放大。4.3 电气系统的设计2732 的片选控制端ce 直接接地，系统复位后，8031 从 0000H 开始执行监控程序。6264 的片选端CE 接至 38 译码器 U2 的 Y2 输出端，所以 6264的空间地址为 4000H5FFFH。系统的扩展 I/O 接口电路选用通用可编程并行输入/输出接口芯片 8155（2） 。8155（2）的片选端CE 接至 38 译码器 U2的 Y4 输出端，故 8155（2）控制命令寄存器及 PA 口、PB 口、PC 口的地址号分别为 8000H 及 8001H、8002H、8003H。8155RAM 区的地址为 8000H80FFH。原理中还设计有两个其他辅助电路，它们是：1. 时钟电路：单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。我选用了内部方式。内部方式利用芯片内部振荡电路，在 XTAL1、XTAL2 引脚上外接定时元件，晶体可在 1.212MHz 之间任选，耦合电容在 530uF 之间，对时钟有微调作用。2. 复位电路：单片机的复位都是靠外部电路来实现，在时钟电路工作后，只要 RESET 引脚上出现 10ms 以上的高电平，单片机便实现状态复位，之后 8031 便从 0000H单元开始执行程序。一般数控系统都采用上电与按钮复位组合，上电瞬间，RC电路充电，RESET 引脚端出现正脉冲，只要 RESET 端保持 10ms 以上的高电平，就能使单片机有效的复位。在实际应用系统中，若有些需要复位的芯片其复位电平与 8031 复位要求一致时，则可以直接相连。当晶振频率选用 6MHz 时。4.4 程序设计4.4.1 键盘输入键盘是数控机床最常用的输入设备，它由排列成矩阵形式的一系列按键开关组成。键盘由两种基本类型：全编码键盘和非编码键盘。全编码键盘每按下一个键，其键盘功能由硬件逻辑自动提供被按键的代码，并能产生一选通脉冲通知 CPU。此外，还有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘的优点是使用方便，但价格昂贵，一般系统很少应用。非编码键盘仅仅提供键盘的行和列矩阵，其它全部工作都是用软件来完成。所以非编码键盘是最便宜的微机输入设备。使用非编码键盘必须解决识别键盘矩阵中被按下的键；产生与被按键对应的编码；消除键接触时产生的抖动干扰；防止键盘操作的串键错误。识别被按键有两种方法，一种是行扫描方法，另一种是线反转方法。行扫描方法应用比较广泛。数控机床改装中也适用。键盘行扫描的流程如下：ORG 2200HDISP:LD A, 3FHOUT (DIGIT), A ；使所有引线为低IT A, (KBSEL) ；读列数据AND 1FH CP 1FH ；键盘有键按下吗？JR Z, DISP ；无键入，返回CALL D20ms ；有键入，延时 20ms 消除抖动LD C， DIGIT LD B， 01H ；置行数据初值LOOP1：OUT (C), B ；选第一行键为低电平IN A, (KBSEL) ；读列线数据 AND 1FHCP 1FH ；键盘有键按下吗？JP NZ, LOOP3 ；有键入，则计算键值SLA B ；无键入，扫描下一行LD A, 40HCP BJR NZ, LOOP1 ；未到最后一行则继续下一行JR DISP ；到最后一行，则返回DIGIT：EQU 8CHKBSEL：EQU 90H键扫描以后得到行数据和列数据，再计算键的特征值，就确定是哪一个键。每一个键都是一个特征值。为了较方便的寻找特征值可以将特征值制成表格，放在存储器中，再设置一个计数器作为键值寄存器。由计算出来的键特征值与表中的特征值自上到下逐个进行比较，每比较一次，键值寄存器加一，直到两者相等为止。此时，键值寄存器中得到的数据即为该按键的键值。键值与键值特征值的对应关系如表 4.3 所示。这种产生与被按键对应的编码称为键译码。表 4.3 键值表键名 行值 列值 KYTBL 表中的特征码 键值0123456010202020404040F0F171B0F171BFFEFF7FBDFE7EB00010203040506789ABCDEFEXECSSMONMONLOAD/NEXTDUMP/LASTREG/REGDISP/MENBPMOVEPORTPROM0808080804020101010102040810101010202020200F171B1D1D1D1D1B171E1E1E1E1D1B170F1D1B170FCFD7DBDDEDFD0D0B070EFEEEDECDCBC7BFBDBBB7AF0708090A0B0C0D0E0F101112131415161718191A1B单片机计算键特征是将行数据转换为另一代码和列数据相加。键译码的框图如图 4.4 所示，其程序如下：程序入口： A 累加器存放列值， B 寄存器存放行值。ORG 2300HLOOP3：LD C, 0LOOP5：DEC CSRL BJR NZ, LOOP5 ；行值右移一位，C 减一SLA CSLA CSLA CSLA C ADD A, C ；A 中的键特征值LD HL, KYTBL ；置键特征值表首地址LOOP7：CP (HL)JR Z, LOOP8INC HLINC BJR LOOP7LOOP8：IN A, (KBSEL)AND 1FHCP 1FHJR NZ, LOOP8 ；等待键释放CALL D20ms ；消除抖动LD A, B ；取键值经过上述键扫描和键值译码后，在键按下时，CPU 将立即得到被按键的键值，不仅识别出有否键按下，而且识别出哪一个键按下。返 回 扫 描转 显 示 后 返回 键 扫 描 取 键 值 延 时键 释 放 ？特 征 值 首 地 址+列 数 据寄 存 器 左 移 4位？寄 存 器 右 移 一 点键 值 译 码各 行 都 扫 完 ？行 数 据 左 移 一 下 选下 一 行使 所 有 行 为 低 电 平键 按 下 ？中 行 数 据 置 初 值 ，准 备 行 扫 描延 时键 按 下 ？使 所 有 行 为 低 电 平开 始图 4.4 键译码框图4.4.2 显示程序设计入口：显示存储器地址为 3C00H3FFFH 累加器 A 中保存键值的 ASCLL 码（1）显示字符控制程序：ORG 5300HDISPLY：LD HL, (ADRE) ；显示位置指针CP 0DH ：是回车键CALL Z, ROWCH ；是，转换行LD (HL), A ；字符送显示 INC HLLD A, H ；高位地址是否溢出CP 40HCALL NC, OVERSP ；是，转卷行DISP1：LD (HL) 7FH ；不是，显示光标LD (ADRE), HL ；显示位置保存JP KEY ；转键盘扫描KEY： EQU 5000H(2)换行子程序ROWOH：PUSH AF ；保护现场PUSH BCLD BC, 40H ；一行 64 个字符ADD HL, BC ；地址换行LD A, LAND C0H ；屏蔽低位LD L, APOP BC ；恢复现场POP AFRET(3)清屏子程序ORG 5120HERASEP：PUSH AF ；保护现场PUSH HLLD HL, 3C00H ；从最小地址开始CONUT： LD (HL), 20H ；选空格码INC HL LD A, HCP 40H ；检查高位地址是否溢出JR NZ, CONUT POP HL ；恢复现场POP AFRET(4)卷行子程序OVERSP：PUDH DE ；保护现场PUSH BCLD HL, 3C40H ；第二行地址LD DE, 3C00H ；第一行地址LD BC, 03C0H ；15 行字节数LDIREX DE, HLLOOP1： LD (HL), 20H ；清最后一行字符INC HL LD A, HCP 40H ；检查高位地址是否溢出JR NZ, LOOP1 ；否，继续清字符LD HL, 3FC0H ；最后一行首地址POP BC ；恢复现场POP DERET结 论卡盘和回转刀架在数控车床中占有重要地位，卡盘作为车床中的一个通用夹具，最重要的是即有足够的夹紧力，又不会使工件产生夹紧变形，而且所产生的定位误差在所允许的范围之内。回转刀架如果转位不到位或又很大误差，会使加工的工件报废。因此在设计时除了结构的合理之外，还综合考虑了精度等。得出一下几点结论。(1)夹紧力的计算来确定液压缸的大小、行程，从而在卡盘工作时通过液压缸的运动夹紧工件，这样保证了工件在夹紧时有足够的夹紧力，