毕业设计（论文）-cjk6132数控车床及其控制系统设计

第1页共97页一、总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。（一）、主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十部分组成。1、动力源电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。2、定比传动机构具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。3、变速装置传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得18级转速。4、主轴组件机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，第2页共97页5、开停装置用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。6、制动装置用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式制动器。7、换向装置用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。8、操纵机构控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。9、润滑与密封为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。10、箱体上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中采用灰铁铸造箱体。11、刀架数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。（二）、机床主要部件及其运动方式的选定主运动的实现根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。所有的变速都采用液压操作。进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y方向第3页共97页上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。齿轮的消隙采用偏心环调整。数字控制的实现采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。（三）、机床的主要技术参数由设计任务书的要求，现将CJK6132经济型数控车床的主要技术参数及加工范围技术参数列于下项目单位规格床身上最大回转直径MM320最大工件长度MM750最大切削直径MM320最大切削长度MM750床鞍（滑板）上最大切削直径MM250主轴前端锥孔莫氏6号锥度主轴孔径MM350主轴转速范围R/MIN401800主轴转速级数18级主轴电机输出功率（普通）KW5中心高距床身MM250距地面MM1130尾座套筒直径MM65尾座套筒行程MM150尾座套筒锥孔锥度莫氏5号（四）、各组成部件的特性与所应达到的要求1床身第4页共97页机床床身采用优质铸铁，内部筋采用U形布局，床身整体刚性高。滑动导轨面采用中频淬火，淬硬层深。硬度达HRC52以上，拖板滑动面贴塑，使得进给系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都处于最佳状态。2床头箱结构机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于床头箱带轮侧，使床头箱内结构大为简化，便于维修。3进给系统机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。在进给系统各滑动处及两轴丝杠丝母处都设置了润滑点。4刀架机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。5尾座采用手动尾座6冷却系统冷却箱放在后床腿中。7卡盘机床标准配置为_250手动卡盘，8电气系统电路的动力回路，均有过流、短路保护，机床相关动作都有相应的互锁，以保障设备和人身安全。电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观察到机床各部分的运行状态。9安全保护当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给轴，冷却电机等如已在“启动”状态者，将进入“停止”状态；如已在“停止”状态第5页共97页的则不可自行进入启动状态，确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。由于软件的合理设计，报警可通过显示器显示文字及报警号，通过操作面板的指示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类对紧急报警实行“急停”；对一般报警实行“进给保持”；对操作错误只进行“提示”。第6页共97页二、机床主传动设计（一）、主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的，它必须满足以下要求A、直接反映出机床的加工能力和特性；B、决定其他基本参数值的大小；C、作为机床设计的出发点；D、作为用户选用机床的主要依据。对于通用机床（包括专门化机床），主参数通常都以机床的最大加工尺寸表示，只有在不适用于用工件最大尺寸表示时，才采用其他尺寸或物理量。如卧式镗床的主参数用主轴直径，拉床用额定拉力等。为了更完整地表示出机床的工作能力和加工范围，有时在主参数后面标出另一参数值，称为第二主参数。如最大工件长度、最大跨度、主轴数和最大加工模数等。除主参数外，机床的主要技术参数还包括下列基本参数A、与工件尺寸有关的参数；B、与工、夹、量具标准化有关的参数；C、与机床结构有关的参数；D、与机床运动特性和动力特性有关的参数。这些基本参数可以归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数三种。1尺寸参数尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、夹、量具的标准化及机床结构有关的主要参数。如普通车床横刀架上最大工件的回转直径，在相同中心高的情况下，这一尺寸参数既决定加工长工件的最大直径，又决定刀架的厚度及其刚性。机床主要尺寸参数内容见下表（）。与工件主要尺寸有关的参数最大加工尺寸最大加工直径或最大工件直径，最大加工模数、螺旋角主轴通孔直径最大加工长度或最大工件长度最大工件安装尺寸。如工作台尺寸、主轴端面至工作台面最大距离、主轴中心线至工作台面最大距离或立柱间距等第7页共97页最小工件加工尺寸。如主轴中心线至工作台面距离、最小车削直径、最小磨削外径或孔径等部件运动尺寸范围刀架、工作台、主轴箱、横梁的最大行程刀架、工作台、砂轮（导轮）箱或摇臂的最大回转角度与工、夹、量具标准化有关的参数主轴或尾架套筒的锥孔大小工件头架或尾架的顶尖安装锥度刀杆断面尺寸、刀夹最大尺寸、安装的刀具直径工作台T型槽的尺寸和数目与机床结构有关的参数床身或摇臂的导轨宽度花盘或圆工作台的直径主轴中心线或工作台面至地面的高度机床主要尺寸参数内容机床的主参数主要决定于工件的尺寸。对于各类通用机床，已在调查研究各种工件的基础上制定出了机床的参数标准，设计时应该遵照执行。专用机床的主参数则基本上可以根据工件尺寸决定。主参数系列采用优先数系，这样做有如下好处（1）优先数按等比级数分级，能在较宽的范围内以较少的品种，经济合理地满足用户的需要，即可把产品的品种规格限制在必需的最少范围内。（2）优先数系具有各种不同公比的系列，因而可以满足较密和较疏的分级要求。随着形势的发展，可以通过插入中间值使较疏的系列变成较密的系列，而原来的项值保留不变。在参数范围很宽时，根据经济性和需要量等不同的条件，还可以分段选用最合适的基本系列（即选用不同的公比），以复合系列的形式组成最佳系列。（3）优先数系是国际上统一的数值制度，有利于国际的标准化。其他尺寸参数一般根据主参数来确定。但由于机床的使用情况比较复杂，这些尺寸参数的确定还有相似分析法和图解分析法及回归分析法。由此可以得到CK6140数控车床的尺寸参数如下表所示参数项目单位数值床身上最大工件回转直径MM320刀架上最大工件回转直径MM160主轴通孔直径MM35第8页共97页主轴锥孔莫氏NQ6尾架顶尖套锥孔莫氏NQ5最大工件长度LMM750刀杆截面尺寸MM20202运动参数运动参数包括机床主运动（切削运动）的速度范围和级数，进给量范围和级数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动的工艺要求所决定的。主轴极限转速和变速范围对于主运动为回转运动的机床，主轴极限转速为MIN10MINAXMAXRDVNIAXIIN式中的或不是该机床可能加工的的最小或最大直径，而是认为是在MINDAX机床全部工艺范围内可以用最大切削速度来加工时的最小工件直径和用最MAXV小切削速度来加工时的最大工件直径，这样才能得出合理的极限转速值。MINV（1）极限切削速度VMAX、VMIN根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。允许的切削速度极限参考值如下表所示加工条件MAXVMINV硬质合金刀具粗加工80120硬质合金刀具半精加工或精加工150250高速钢刀具低速光刀存储器芯片所要求的读取时间4常用的存储器芯片A、常用的程序存储器ROM芯片及其引脚的功能EPROM芯片，典型的有2716、2732、2764、27128、这里我们选用的是EPROM2764芯片它的容量8KB8读取时间为250MS引脚功能（28脚）下面介绍它的引脚功能电源线VCC5V、VPP编程的电源线、GEND接地数据线8条D0D7地址线13条A0A12控制线片选端线（或片选信号线，低电平有效）CE数据输出选通信号线，低电平有效O编程冒充输入端。只对8751有效PGMB、常用的RAM芯片及其引脚功能常用的有SRAM6116、6264这里我们选用的是6264下面介绍它的引脚功能，读取时间为250MS，28脚双列直接封装的芯片电源线VCC、GND地址线13脚A0A12数据线8脚D0D74控制线第56页共97页片写信号线（片选端）1CSE片写信号线（片选端）2读控信号线低电平有效O写控信号线低电平有效WE5）存储器扩展的常用芯片地址存储器为什么要用地址存储器P0地址/数据复用常用地址锁存器74LS373、74LS273等芯片我们这里选用的是74LS373下面介绍74LS373锁存器引脚功能20脚电源线VCCGND输入输出线输入线D0D7输出线Q0Q7控制线片选端线当0时锁存输出，当1时输出成高阻态AOEEOEG锁存线当G0时D0D7的信息输入Q0Q7的低，B8为地址锁存到锁存器中，当G1时锁存器输出端（Q0Q7）状态和输入，端D0D7状态相同2程序器的扩展（1）类型容量速度。MCS51芯片（8301）用晶体频率为12HZ240MS（2）扩展的方法扩展一片，EPROM（扩展8个KB）包括地址线，控制线，数据线其中控制线包括地址锁存ALE、片选端、输出允许端CEOE两片16KBEPROM第57页共97页3、数据存储器的扩展数据存储器的扩展跟地址存储器差不多，我们需要注意下面几点引脚的功能就可以了就可以了。在这里不详细、1CSWEO、2介绍了。4、存储器地址空间的分配线选法线选法寻址译码器选址部分译码法A全部译码法B5、I/O接口的扩展1）概述简单I/O接口的扩展通过可编程通用I/O扩展芯片来扩展通过串行口来扩展简单I/O口扩展我们采用总线扩展法、或不可编程芯片扩展采用普通TTL芯片扩展构成输出口时，接口芯片应该具有锁存的功能构成输入口时，接口芯片应该具有三态缓冲和锁存功能扩展入口的典型芯片有74LS373、244、245扩展出口的典型芯片有74LS372、27374LS245三态逻辑缓冲器，总线双向扩展芯片1电源线VCC、GND输入输出线A0A7、BOB7控制线片选端，低电平有效。CE方向控制端DIR当0时、0，数据从ABI第58页共97页当0时、1时，数据从BACEDIR74LS244三态逻辑缓冲器总线单向扩展芯片2它的引脚有1A11A42A12A41Y11Y42Y12Y4用控制、1G21CE274LS2738D锁存器3输入线D0D7输出线Q0Q7控制线CLK选通端CLR清零端P26和同时有效时，通过244输入按键的数据RDP27和同时有效时，273输出数据显示W2）利用专用芯片来扩展（8155可编程多功能芯片I/O的扩展）8155引脚功能18155片内含有256个字节RAM1个14位定时/数据器和两个8位，一个16位可编程并行I/O口多功能通用接口芯片8155/8156都是40脚双列直接封装引脚功能2电源线VCC、VSS地址/数据线AD0AD7。ALE1时输出的是地址，ALE0时或其它是数据端口线PA0PA7、PB0PB7、PC0PC5、控制线ALE地址锁存线IO/MIO与存储器选择线。当IO/M为高电平时作I/O口用当IO/M为低电平时，作存储器用（数据）片选端/CE低电平有效（8155）CE（8156）高电平有效CE第59页共97页读写线RDWRST信号传入复位端定时TIMIN输入TIMOUT输出38155工作方式作片外RAMIO/M0时用做扩展I/O使用IO/M1时作定时数据器用4）8155与单片机的连接详细情况见所画电路图5）8255可编程扩展并行I/O接口8255结构特点（可编程通用并行的输入输出标准的借口芯片）140脚双列直接封装由单一的5V电源供电有三个8位并行I/O口PA、PB、PC口具有三种工作方式使用灵活方便通用性强8255引脚功能2电源线VCC、VSS、GND数据线数据输入线D0D7数据输出线PA0PA7PB0PB7数据信号线PC0PC7寻址线、A0和A1CS片选线低电平有效A0和A1地址线与对应的地址总线相连（AO/A1）8031与8255相连，这里不在重复，详细见电路图3（六）、键盘及键盘接口设计键盘可分为独立式键盘、矩阵式键盘、拨码式键盘。工作方式可分为扫描式，中断式编程扫描式、定时扫描式1）、独立式键盘及键盘设计按钮相互独立，每个按键个接一根输入线，一根输入线上的按键工作1状态不会影响其它输入线上的工作状态。它有其优点与缺点优点配置灵活，软件结构简单第60页共97页缺点每个按键需要一口线用扩展I/O接口来搭独立式键盘2采用8155或8255扩展I/O来搭接独立式键盘采用TTL芯片2）、矩阵式键盘及键盘接口设计矩阵式键盘工作原理。由行线和列线组成1矩阵式键盘工作方式。扫描方式（循环扫描和定时扫描）、中断方式2用扩展I/O接口来搭接3本设计采用矩阵式键盘矩阵式键盘适用于按键较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列交叉点上。如一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘等等。在按键数量较多时，矩阵键盘比独立键盘节省了很多I/O口。按键设置在行、列线分别连接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到5V上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在的行和列电平。所以，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，所以分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号将是非常直观的。（七）、显示器接口设计在单片机系统中，常用的显示器有发光二极管显示器，简称LED。LED显示块由发光二极管显示字段组成，有7段和“米”字型之分，一片显示块显示一位字符。共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。由于7段LED显示块有7个段发光二极管，所以其字形码为一个字节；第61页共97页“米”字形LED显示块有15段发光二极管，所以字形码为两个字节。由N片LED显示块可拼接成N位LED显示器，共有N根位选线和8N根段选线，根据显示方式不同，位选线和段选线的连接也各不相同，段选线控制显示字符的字型，而位选线则控制显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。在多位LED显示时，为了节省I/O口线，简化电路，降低成本，一般采用动态显示方式。动态显示方式是一位一位地分别轮流点亮各位显示器，对每位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮和熄灭时间的比例有关。这种显示方式将七段LED显示器的所有段选位并联在一起，由一个8位I/O口控制，实现各位显示器的分时选通。下图是LED显示器采用共阴极方式，6个显示器的段选码由8155的PB口提供，位选码由8155的PA口提供（PA口同时也提供行列式未编码键盘的列线），行列式未编码键盘的行线由PC口提供。图中设置了36个键。如果继续增加PC口线，设全部PC口线（PC0PC5）用作键盘的行线，全部PA口线（PA0PA7）作键盘列线，则按键最多可达86个。下图中8155的PB口扫描输出总是只有一位为高电平，即PB口经反相后仅有一位公共阴极为低电平，8155的PA口则输出相应位（PB口输出为高对应的位显示器）的显示数据，使该位显示与显示缓冲器相对应的字符，而其余各位均为熄灭，依次改变8155的PB口输出为高的位，PB口输出对应的显示缓冲器的数据。第62页共97页123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE29MAY2004SHEETOFFILEG业业业业业业业PROTEL业业业业DDBDRAWNBYABCDEFGH5V5V100851K6AD012PA021AD113PA122AD214PA223AD315PA324AD416PA425AD517PA526AD618PA627AD719PA728PB029CE8PB130RD9PB231WR10PB332IO/M7PB433ALE11PB534PB635PB736TMROUT6PC037PC138TMRIN3PC239PC31PC42RESET4PC558155（八）、步进电机控制电路环行分配器1）常用的环行分配器三相、四相、五相、六相。在本次设计中，X向及Y向均选用的是YB015环行分配器181脚双列直插。先通输控制，低电平有效，用来控制分配器是否输出孙许脉冲。0E清零端低电平有效，输出脉冲前对环行分配器必须清零，使分配器R正常工作。A0、A1通电方式控制端当A0、A10分配器以五相五拍工作当A00、A11五相双五拍工作第63页共97页当A01、A10五相双五拍工作选通输入控制，低电平有效21EEP时钟电路脉冲输入端2）环行分配器与8031，步进电机连接、两个输入控制端，低电平有效。1EA0、A1通电方式控制端。A0、A10时四相四拍，应接地E0是选通输出控制端，由8031、P11、P14来控制、方向控制端，由8031PA0、P13来控制CP时钟脉冲输入端，由8155上TIMOUT提供R清零端，由8031P15提供第64页共97页3步进电机开环驱动原理每输入一个脉冲,步进电机就前进一步,因此,它也称作脉冲电动机其种类很多,但主要分三大类反应式步进电动机,永磁式步进电动机,以及永磁感应式步进电动机反应式电动机结构最简单,是应用最广泛的一种按控制绕组的相树分有三相,四相,五相,六相等等无论哪种步进电动机,他们的工作原理都有相同之处数字式脉冲信号控制定子磁极上的控制绕组,按一定顺序依次通电,在顶子和转子的气隙间形成步进式的磁极轴旋转步进电动机主要用于开环系统,当然也可以闭环系统下图是步进电动机开环伺服系统的原理图,它由以下几部分组成123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE29MAY2004SHEETOFFILEG业业业业业业业PROTEL业业业业DDBDRAWNBY业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业ABC业业业业业业业业业业业业业业业业脉冲信号源是一个脉冲发生器,通常脉冲频率连续可调,送到脉冲分配器的脉冲个数和脉冲频率由控制信号控制因脉冲频率可调,也称为变频信号源脉冲分配器脉冲按一定的顺序送到功率放大器中进行放大，驱动步进电动机工作用硬件进行脉冲顺序的分配，有时称为环行分配器，也简称环分功率放大器将脉冲分配器送来的脉冲放大，使步进电动机获得必要的功率步进电动机伺服系统的执行元件，它带动工作机构，如减速装置，丝杆，工作台脉冲分配对每一个五相步进电动机而言，其脉冲分配方式是五相十拍的的其五第65页共97页相分别用，表示五相十拍的运行方式是顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步转动要改变步进电动机的转动方向，只需改变通电的顺序即可脉冲分配器是将脉冲电源按规定的通电方式分配到各相，该分配可由硬件来实现在微机控制中，脉冲的分配也可由软件来完成，五位分别输出时序脉冲，经光电隔离、驱动放大使步进电机运转延时的长短决定了步进电动机运行一拍的时间，也就决定了步进电机的转速4驱动电路由微机根据控制要求发出的脉冲，并依次将脉冲分配到各相绕组，因其功率很小，电压不足，电流为M级，必须经过驱动器将信号电流放大到若干安培，才能驱动步进电动机因此，步进电机驱动器实际上是一个功率放大器驱动器的质量直接影响步进电动机的性能，驱动器的负载是电机的绕组，是强电感应负载对驱动器的主要要求是失真要小，要有较好的前后沿和足够的幅度；效率要高；工作可靠；安装调试和维修方便下图是一个A绕组的高低压驱动电路，脉冲变压器P组成高压控制电路。第66页共97页123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE29MAY2004SHEETOFFILEG业业业业业业业PROTEL业业业业DDBDRAWNBYT4TPLAUH80VUL12V47KT11001KT2202003TEXTD4TEXTD3D1D2业业业业业业业业业业业无脉冲输入时，均截止，电机绕组A中无电流通过，电机不转有脉冲输入时，饱和导通，在由截止到饱和期间，其集电极电流也就是脉冲变压器的初级电流急速增加，在变压器次级感应一个电压，使导通，高压经高压管加到绕组A上，使电流迅速上升，约经数百微妙，当进入稳压状态后，P初级电流暂时恒定，次级的感应电压降到，截止，这时低压电流经加到绕组A上，维持A中的电流为恒定值输入脉冲结束后，又均截止，储存在A中的能量通过的电阻和二极管泄放，的电阻的作用是减小放电回路的时间常数，改善电流波形后沿由于采用高低压驱动，电流增长快，电机的力矩和运行频率都得到改善，第67页共97页但由于电机转动时产生的反电动势，使电流波形顶部下凹，使平均电流下降，转矩下降5光电隔离电路设计为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜，通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上的隔离的方法。过去通常隔离变压器或中间继电器来实现，而目前已广泛被性能高、价格低的光电耦合器来代替。光电耦合器是把发光元件与受光元件封装在一起，以光作为媒体来传输信息的。其封装形式有管形，双列直插式、光导纤维连接等。发光器件一般为砷化镓红外发光二极管。光电耦合器具有以下特点信号采取光电形式耦合，发光部分与受光部分无电气回路，绝缘电阻高达10101012，绝缘电压为10005000V，因而具有极高的电气隔离性能，避免输出端和输入端之间可能产生的反馈和干扰。由于发光二极管是电流驱动器件，动态电阻很小，对系统内外的噪声干扰信号形成低阻抗旁路，因此抗干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场的影响，特别是用于长线传输时作为终端负载，可以大大地提高信噪比。光电耦合器可以耦合零到数千赫的信号，且响应速度快（一般为几毫秒，甚至少于10NS），可以用于高速信号的传输。下图的光电耦合器是采用硅光电二极管作受光元件。其CTR为10100，脉冲上升和下降时间小于5S，输出电路饱和压降小（02V03V），电路构件简单，是目前应用较多的一种，主要用于驱动TTL电路、传输线隔离、脉冲放大等。晶体管输出型的光电耦合器用于开关信号耦合时，发光二极管和光电晶体管平常都处于关断状态。在发光二极管通过电流脉冲时，光电晶体管在电流脉冲持续的时间内导通。下图是使用4N25光电耦合器的接口电路，这里4N25起到耦合脉冲信号和隔离单片机8031系统与输出设备电气回路的作用，使两部分的电流相互独立。输出部分的地线VSS接地壳或大地，而单片机的电源地线（GND）浮空，这样可以避免输出部分电源变化对单片机电源的影第68页共97页响。123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE4JUN2004SHEETOFFILEG业业业业业业业PROTEL业业业业DDBDRAWNBYVCCVCC5VR12003K业业业业业业业业R2业业业业业业九、部分控制程序1直线圆弧插补程序设计在机电设备中，执行部件要实现平面斜线和圆弧曲线得路径运动，必须通过两个方向得合成来完成，在数控机床中，这是由X，Y两个方向运动得工作台，按照插补控制原理实现得。插补原理在有关课程中学过。2直线插补程序ORG2000HMAINMOVSP，60HLP4MOV28H，0C8H；XEMOV29H，0C8H；YEMOV2AH,00HXMOV2BH,00HYMOV2EH,00HFMOV70H,0AHLP3MOVA,2EHJBACC,7,LP1MOVA,70HSETBACC0CLRACC2第69页共97页MOV70H,ALCALLMOTR；调步进电机得控制子程序，X方向进给一步SUBBA。29H；FYEINC2AH；X1AJMPLP2LP1MOVA，70HSETBACC。2CLRACC0；LCALLMOTR；调步进电机得控制子程序，Y方向进给一步LCALLDELAYMOVA，2EHADDA，28H；FYLP2MOV2EH，AMOVA，28HCJNEA，2AH，LP3；XEXRET程序中MOTR为步进电机得控制子程序。如用硬件实现环分。如采用环形分配器，则需要由软件程序完成硬件环分得功能，见步进电机控制程序设计。3圆弧插补程序得设计XLEQU18HXHEQU19HYLEQU28HYHEQU29HXELEQU1AHXEHEQU1BHYELEQU2BHFLEQU2CH第70页共97页FHEQU2DHORG2400HMAINMOVSP，60H；MOV70H，08H；MOVXL，80H；XLMOVXH，0CH；XHMOVYEL，80H；YELMOVXEL，00H；XELMOVXEH，00H；XEHMOVYL，00H；YLMOVYH，00H；YHMOVFL，00H；FLMOVFH，00H；FHLP3MOVA，FHJNBACC7，LP1MOVA，70HSETBACC2CLRACC0；LCAALMOTR；MOVR1，28H；MOVR0，1CH；MOVR7，02H；LCALLMULT2；2YADDCLRCMOVA,FLADDCA,1CHMOVFL,AMOVA,FHADDCA,1DHF2YMOVFH,A第71页共97页CLRCMOVA,YLADDA,00HMOV28H,AMOVA,YHADDCA,00HMOVYH,ACLRCMOVA,FLADDA,01HMOVFL,AMOVA,FHADDCA,00HMOVFH,AF2Y1AJMPLP2MOVA,70HSETBACC0MOV70H,ALCALLMOTRMOVR1，18H；XLMOVR0，1CHMOVR702HLCALLMULT2，2SUBCLRCMOVA，1CHSUBBA，FLMOVFL，AMOVA，FHSUBBA，1DH第72页共97页MOVXL，AMOVA，XLSUBBA，00HMOVXH，A；X1CLRCMOVA，FLADDA，01HMOVFL，AMOVA，FHADDCA，00HMOVFH，A；F2X1LP2MOVA，YHCJNEA，YEH，LP3A；YHYEMOVA，YLCJNEA，YE，LP3A；YLYELLP3AAJMPLP3ORG2500HMULT2PUSHPSW；双字节乘2子程序PUSHAPUSHBCLRCMOVR2，00HSH1MOVA，R1MOVB,02HMULABPOPPSWADDCA,R2MOVR0,AINCR0INCR1第73页共97页DJNZR7,SH1POPBPOPPSWRET4、LED动态显示程序设计本设计中采用LED动态显示方式其电路接口电路形式为数码管是八位共阴极，所以发光时字形驱动输出“1”有效，位选驱动输出“0”有效。对8155来讲，字形码输出“0”有效，位选扫描电平为“1”有效。各数码管虽然是分时轮流通电，但由于发光管具有余辉特性及人眼具有视觉暂留作用，所以适当选取循环扫描频率时，看上去所以的数码管是同时亮的，察觉不出有闪烁现象。不过这种方式数码管不宜太多，一般在8个以内，否则每个数码管所分配到实际导通的时间会太少，使得亮度不足。通常第74页共97页采用动态显示字形码输出及位选信号输出因经过驱动后再与数码管相连。以下是对LED动态显示电路的程序设计LED动态显示接口MODPUSHACC；保护现场PUSHDPHPUSHDPLSETBRS0MOVR0，CWR；指向8155控制口MOVA，4DH；设置8155工作方式字MOVXR0,A；设A口、C口都为输入DIRMOVR0，DIS5；指向显示缓冲区首单元MOVR6，20H；选中最左数码管MOVXR7，00H；设定显示时间MOVDPTR，TAB；指向字形表首址DIRIMOVA，00HMOVR1，POC；指向8155A口（字形口）MOVXR1,AMOVXA,R0；取要显示的数MOVCA，ADPTR；查表得字形码MOVR1，POA；指向8155A口（字形MOVR1，A；送字形码MOVA，R6；取位选字MOVR1，POC；指向位选口MOVR1，A；送位选字HEREDJNZR7，HERE；延时INCR0；更新显示缓冲单元CLRCMOVA，R第75页共97页RRCA；位选字移位MOVR，AJNZDIR1；未扫描完继续循环CLRRS0；恢复现场POPDPLPOPDPHPOPACCRETTABDB3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07；07DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H；80FH5、串行扩展口的键盘、显示器接口电路软件设计此接口电路能实现的软件功能是上电后要求第一位显示器显示提示符“H”，然后等待键输入。在按“0”或“1”键后将分别转入0键功能和1键功能程序。程序框图如下第76页共97页串行口扩展的键盘、显示接口电路MAINCLRP14清显示SETBP13开显示输入SETBP14开显示MOVSCON,00H设串口方式为0MOVA，76H；“76H”为H的段代码MOVSBUF，A；段选码串行输入STPJNBT1，STP；输出等待CLRT1；清发送完标准，准备下次发送CLRKET；调键盘子程序MOVDPRT，PL0；置散转入地址表第77页共97页MOVR2，A；键值送R2ADDA，R2；由于LJMP为三字节指令，需对键值；进行修正，以形成正确的散转入口偏；移量ADDA，R2JMPADPTRKEYMOVA，00H；送全扫描字，判断是否有键按下MOVSBUF，A；全扫描字从串行口输入STP2JNBT1，STP2；等待发送CLRT1STP3JBP15，STP；若无键按下，等待LCALLTIME；若有键按下，调延时子程序消抖动JBP15，STP；是键抖动，返回键等待MOVR7，08H；查键号初始化，列数R7MOVR6，0FEH；首列扫描子R6MOVR3，00H；首列偏移量R3MOVA，R；送列扫描字KEYSMOVSBUFASTP4JNBT1，STP4CLERT1JBP15，NEXT；若此键按下，准备查询下一列MOVA，00H；若此列键按下，送全扫描字MOVSBUF，ASTP5JMBT1，STP5CLRT1STP6JNBT1，STP；等待键释放，若键未释放，等待第78页共97页MOVA，R3；键号送ARETNEXTMOVA，R6RLAMOVR6，AINCRDJNZR7，KEYS；8列未查完，返回再查LJMZKEY；8列查完返回键扫描子程序入口散转入口地址表PLO00HLJMPPLGM0；PLGM0为00键子程序入口地址PLO03HLJMPPLGM1；PLGM0为01键子程序入口地址6、步进电机控制步进电机的驱动方式采用高低压驱动，即在电机移步时，加额定或超过额定值的电压，以便在较大的电流驱动下，使电机快速移动；而在锁步时，则加低于额定值的电压，只让电机绕组流过锁步所需的电流值。这样，既可减少限流电阻的功率消耗，又可以提高电机的运行速度。步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号，因为步进电机的运动不产生旋转量的误差。在五相十拍得程序中，P1口输出的控制字是在程序中给定的。在五相十拍的控制中，由于控制字较多，故把这些控制字以表的形式预先存放在内部RAM单元中，运行程序时以表的方式逐个取出并输入。假定正反转控制字依次存放在以POINT为首地址的内部RAM中，表中内容如下POINTDB01H正转ADB02H；ABDB03H；BDB04H；BC第79页共97页DB05H；CDB06H；CDDB07H；DDB08H；DEDB09H；EDB10H；EADB00H；循环标志DB01H；反转ADB10H；AEDB09H；EDB08H；EDDB07H；DDB06H；DCDB05H；CDB04H；CBDB03H；BDB02H；BADB00H；循环标志程序ROUTNJBF0，LOOP2；判正反转MOVR1，POINT；建立正转数据指针LOOP1MOVA。R1；读控制字JZLOOP；结束符转MOVP1，AACALLDELAY；延时INCR1；数据指针加1AJMPLOOP1；循环LOOP2MOVA，POINT；建立反转数据指针ADDA，06H第80页共97页MOVR1，AAJMPLOOP1LOOP3DJNZR0，ROUTN；判步数到否RET（控制字表略）PLEASECONTACTQ3053703061GIVEYOUMOREPERFECTDRAWINGS第81页共97页第82页共97页7、自动转位刀架控制T01T04刀位信号有效电平为高。当其中的一个信号为高电平时，表示此时的刀架处于该刀号位置。连接图如下所示刀架定位采用NPN型霍尔接近开关元件发信号，当磁头通过霍尔元件感应头时，霍尔元件导通，发出到位信号给系统。其内部为集电极开路形式，需在信号发送端接2K/1W上拉电阻。如下图第83页共97页换刀过程中，刀架到位后关闭刀架正转输出信号（TL），延迟参数037号设定的时间后系统输出刀架反转信号（TL），其宽度为参数038号设定的时间，之后系统关闭刀架反转锁紧信号（TL），T代码指令结束。程序继续执行下一程序段。开机置初值时，034，037，038，039的初值设定如下参数号含义时间初值034刀架正转最长时间TCTMX换刀极限时间80秒80000（单位为毫秒）037刀架正转停止到反转开始的延时时间T105秒496（单位为毫秒）038刀架反转锁紧时间TLOCK05秒496（单位为毫秒）039总刀位数选择4（单位刀位数）在显示屏幕的左下角的T显示当前指令的T代码及刀补号。开机时，T代码为上次刀号值。当换刀正常结束时，系统自动修改此值。当指令T代码后，由于某种原因刀架没有到位时，T显示换刀前的刀号值不变。当指令的刀号与显示刀号一致时，系统不进行换刀。手动换刀时，在换刀结束后，T代码才修改为新的值。换刀时序图如下第84页共97页图中TCTMX等是参数设置的时间参数。刀架到位信号（T08T01），由003号参数的TSGN位设定为高或低电平有效。TSGN0刀架到位信号高电平有效。（常开）1刀架到位信号低电平有效。（常闭）（3）ESP1紧急停止信号该信号为常闭触点信号。当触点断开时，控制系统复位，并使机床紧急停止。通常这个信号由按钮开关的B触点指令。产生急停后，系统准备好信号MRDY将断开。同时封锁运动指令输出。本系统具有软件限位功能以进行超程检查，可以不安装超程检查限位开关。但是，当驱动器产生故障，使机床的运动超出软件限位的范围时，为使机床能停止运动，必须安装行程限位开关。连接图如下所示第85页共97页第86页共97页五、外文资料翻译STRESSANDSTRAIN1INTRODUCTIONTOMECHANICSOFMATERIALSMECHANICSOFMATERIALSISABRANCHOFAPPLIEDMECHANICSTHATDEALSWITHTHEBEHAVIOROFSOLIDBODIESSUBJECTEDTOVARIOUSTYPESOFLOADINGITISAFIELDOFSTUDYTHATISKNOWNBYAVARIETYOFNAMES,INCLUDING“STRENGTHOFMATERIALS”AND“MECHANICSOFDEFORMABLEBODIES”THESOLIDBODIESCONSIDEREDINTHISBOOKINCLUDEAXIALLYLOADEDBARS,SHAFTS,BEAMS,ANDCOLUMNS,ASWELLASSTRUCTURESTHATAREASSEMBLIESOFTHESECOMPONENTSUSUALLYTHEOBJECTIVEOFOURANALYSISWILLBETHEDETERMINATIONOFTHESTRESSES,STRAINS,ANDDEFORMATIONSPRODUCEDBYTHELOADSIFTHESEQUANTITIESCANBEFOUNDFORALLVALUESOFLOADUPTOTHEFAILURELOAD,THENWEWILLHAVEOBTAINEDACOMPLETEPICTUREOFTHEMECHANICSBEHAVIOROFTHEBODYTHEORETICALANALYSESANDEXPERIMENTALRESULTSHAVEEQUALLYIMPORTANTROLESINTHESTUDYOFMECHANICSOFMATERIALSONMANYOCCASIONWEWILLMAKELOGICALDERIVATIONSTOOBTAINFORMULASANDEQUATIONSFORPREDICTINGMECHANICSBEHAVIOR,BUTATTHESAMETIMEWEMUSTRECOGNIZETHATTHESEFORMULASCANNOTBEUSEDINAREALISTICWAYUNLESSCERTAINPROPERTIESOFTHEBEENMADEINTHELABORATORYALSO,MANYPROBLEMSOFIMPORTANCEINENGINEERINGCANNOTBEHANDLEDEFFICIENTLYBYTHEORETICALMEANS,ANDEXPERIMENTALMEASUREMENTSBECOMEAPRACTICALNECESSITYTHEHISTORICALDEVELOPMENTOFMECHANICSOFMATERIALSISAFASCINATINGBLENDOFBOTHTHEORYANDEXPERIMENT,WITHEXPERIMENTSPOINTINGTHEWAYTOUSEFULRESULTSINSOMEINSTANCESANDWITHTHEORYDOINGSOINOTHERSSUCHFAMOUSMENASLEONARDODAVINCI14521519ANDGALILEOGALILEI15641642MADEEXPERIMENTSTOADEQUATETODETERMINETHESTRENGTHOFWIRES,BARS,ANDBEAMS,ALTHOUGHTHEYDIDNOTDEVELOPANYADEQUATETHEORIESBYTODAYSSTANDARDSTOEXPLAINTHEIRTESTRESULTSBYCONTRAST,THEFAMOUSMATHEMATICIANLEONHARDEULER17071783DEVELOPEDTHEMATHEMATICALTHEORYANYOFCOLUMNSANDCALCULATEDTHECRITICALLOADOFACOLUMNIN1744,LONGBEFOREANYEXPERIMENTALEVIDENCEEXISTEDTOSHOWTHESIGNIFICANCEOFHISRESULTSTHUS,EULERSTHEORETICALRESULTSREMAINEDUNUSEDFORMANYYEARS,ALTHOUGHTODAYTHEYFORMTHEBASISOFCOLUMNTHEORYTHEIMPORTANCEOFCOMBININGTHEORETICALDERIVATIONSWITHEXPERIMENTALLYDETERMINEDPROPERTIESOFMATERIALSWILLBEEVIDENTTHEORETICALDERIVATIONSWITHEXPERIMENTALLYDETERMINEDPROPERTIESOFMATERIALSWILLBEEVIDENTASWEPROCEEDWITH第87页共97页OURSTUDYOFTHESUBJECTINTHISSECTIONWEWILLBEGINBYDISCUSSINGSOMEFUNDAMENTALCONCEPTS,SUCHASSTRESSANDSTRAIN,ANDTHENWEWILLINVESTIGATEBATHEBEHAVINGOFSIMPLESTRUCTURALELEMENTSSUBJECTEDTOTENSION,COMPRESSION,ANDSHEAR2STRESSTHECONCEPTSOFSTRESSANDSTRAINCANBEILLUSTRATEDINELEMENTARYWAYBYCONSIDERING