机电一体化系统课程设计—纵向改造CA6140车床说明书

1、一、前言随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造水平的重要标志。目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。采用经济型数控系统对普通机床数控改造，尤其适合我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。电气时代、机械工人、电气应用等多家杂志为满足广大企业技术改造发展生产的需要，多次联合举办学习班，为企业提供权威、经济、可行、实用的技术指导，改造费用为新购置费用

2、的四分之一到三分之一。 普通机床的数控改造有两方面的意义：1、 微观看改造的意义 从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 （1）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 （2）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化

3、，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。 （3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 （4）可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 （5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 （6）由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。 以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以与CIMS（计算机集成制

4、造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 2、宏观看改造的意义 从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以与在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以与在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增

5、强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。二、普通机床的数控改造方案的确定1、系统总体改造方案的确定目前，在机械加工工业中，绝大多数是旧式机床，如果改用微机控制，实现机电一体化的改造，会使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，不但提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短，适合我国国情。利用微机实现机床的机电一体化改造的方法有两种：一种是以微机为中心设计控制部件；另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作

6、为主要控制装置。前者需要新设计控制系统，比较复杂；后者选用国标准化的微机数控系统，比较简单。这种标准的微机数控系统通常采用单片机、驱动电源、步进电机与专用的控制程序组成开环控制，如图2-1所示，其结构简单、价格低廉。对机床的控制过程大多是由单片机按照输入的加工程序进行插补运算，产生进给，由软件或硬件实现脉冲分配，输出一系列脉冲，经功率放大、驱动刀架、纵横轴运动的步进电机，实现刀具按规定的轮廓轨迹运动。微机进行插补运算的速度较快，可以让单片机每完成一次插补、进给，就执行一次延时程序，由延时程序控制进给速度。图2-1 开环控制系统框图2、 机械系统的改造方案的确定在熟悉原机床的操作过程与传动系统后

7、，根据设计要求确定系统的机械传动系统改造方案。包括电机型号的选择，减速比的确定，齿轮模数与齿轮的确定，原有丝杠与导轨是否要重新更换，改换成滚珠丝杠螺母副时丝杠螺母副的型号与安装形式如何确定，导轨的设计方法等。对CA6140车床的纵向（Z向）进给运动进行数控改造，此时可将开合螺母合上，离合器脱开，使主运动与进给运动脱开，此时，将脱落螺杆等横向自动进给机构调至空挡（脱开）位置。若原刀架为自动转位刀架，则可以由微机控制自动转换刀具，否则仍由手动转动刀架。如需加工螺纹，则要在主轴外端或其他适当位置安装一个脉冲发生器来检测主轴转位，用它发出的脉冲来保证主轴旋转运动与纵向进给运动的相互关系。这种改造方案成

8、本较低。但是，为了保证加工精度，还需根据实际情况进行检修，才能保证控制精度。原有机床运动部件（包括导轨、丝杠副等）安装质量的好坏，直接影响阻力和阻力矩的大小，应尽量减小阻力（力矩），以提高步进电机驱动力矩的效率。对丝杠与轴要提高其直线度，导轨压板与螺母的预紧力都要调得合适。为减少导轨副的摩擦阻力可改换成滚动导轨副或采用镶塑料导轨。根据阻力（力矩），切削用量的大小与机床型号的不同，应通过计算，选用与之相匹配的步进电机。如果选用步进电机的最大静转矩过大，价格就贵，机电一体化改造的成本就高，且对用户来说，在使用中，始终用不到那么大的驱动能力，也是一个浪费；如果选得过小，在使用中很可能因各种原因而使切

9、削阻力突然增大，驱动能力不够，将会引起丢步现象的产生，造成加工误差。因此，必须对执行元件进行匹配选择。对加工精度较高的机床，其进给丝杠应换成滚珠丝杠副。3、微机控制系统方案的确定（1）、微机控制系统的总体组成数控部分采用MCS-51系列单片机控制，其典型代表有8031、8051、8075等，其中8031的价格低，功能强，使用灵活等特点，比较适用于一般机床的数控改造，但由于其无存，必须外接存储与I/O扩展芯片才可以成为一个较简单的微机控制系统。存储芯片的选择依据系统控制程序的大小与CPU的字长，I/O扩展芯片的个数根据整个系统需要的I/O通道的个数来确定。（2） 、软硬件任务合理分配 涉与软、硬

10、件任务分配的有：控制步进电机的脉冲发生与脉冲分配；数码显示的字符发生；键盘扫描管理。 上述三个都可以用砖用硬件芯片实现，也可用软件编程实现。用硬件实现，编程时比较简单，但同时增加了硬件成本与故障源。用软件实现，可节省芯片，降低成本，但增加了编程难度。在决定用何种方法实现时，应统筹兼顾，同时还应根据设计者的软、硬件方面的实际经验与能力。计算与说明主要结果 三、机床传动部分的改造（一）系统负载的确定1、 确定系统脉冲当量脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲，此次改造的CA6140车床在纵向的脉冲当量取0.01mm/脉冲。2、

11、切削力计算用经验公式计算主切削力对于车床的主切削力纵切：Fz=0.67（N）Dmax车床床身上加工最大直径（mm） Fz=0.67X=5360（N）按比例分别求出分力Fx和Fy,由Fz：Fx：Fy,=1：0.25：0.4Fx走刀方向Fy切深抗力得：Fx=0.25X5360=1340（N）Fy=0.4X5360=2144（N）作用在进给拖板上的载荷可按下列式子求出：拖板上进给方向载荷：拖板上垂直方向载荷：拖板上横向方向载荷：（二）滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型1、 计算进给率引力Fm(最大工作载荷)Fm=K Fx+( +G)根据设计任务要求，查表34机电一体化专业课程设计指导书，选综合型导轨，

12、其K=1.15, 摩擦系数f=0.16, 工作台重量G=800（N），则：Fm=1.15X1340+0.16X（5360+800）=2526.6（N）2、 计算最大动载荷C=FwFHFm其中：L=；n为丝杠转速（r/min）,n=;Vs为最大切削力条件下的进给速度（m/min）,可取最高进给速度的1/21/3，取Vs=0.6/3=0.2（m/min）;L0为丝杠的导程（mm）;T为使用寿命（h）,对于数控机车T=15000h;为运转系数，查表35机电一体化专业课程设计指导书取=1.3；取硬度52.5HRC，为硬度系数，取=1.35。考虑到丝杠对加工精度和经济性的影响，L0应优先取4、6、8（m

13、m）系列；（1）选基本导程L0=4mm,则： 丝杠转速n=50 (r/min) 寿命L=45 最大动载荷：=FwFHFm=1.31.352526.6=15772（N）（2）选基本导程L0=6mm,则：丝杠转速n=(r/min)寿命L=30最大动载荷：=FwFHFm=1.31.352526.6=13778（N）（3）选基本导程L0=8mm,则：丝杠转速n=25 (r/min)寿命L=22.5最大动载荷：=FwFHFm=1.31.352526.6=12518（N）考虑到工作要求，外循环插管式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副结构简单，工艺性好，安装尺寸小，刚度高等优点可以满足车床改造要求，故选汉江机床厂C1

14、型滚珠丝杠。查机电一体化技术手册表7.213得相应的额定动载荷滚珠丝杠副的尺寸规格和结构类型，选用时应满足<。查表，选择以下验算：当时，=15772（N），表中额定动载荷显示： <故基本导程的滚珠丝杠不符合使用要求。当时，=13778（N）。符合滚珠丝杠系列代号40062.5，公称直径=40，螺旋角=，滚珠直径=3.969列数圈数=12.5，=16083N当时，=12518（N） 符合滚珠丝杠系列代号40082.5，公称直径=40，螺旋角=，滚珠直径=4.763列数圈数=12.5，=20202N3、计算式：丝杠螺旋升角，由算得。摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数f=0.0030.00

15、4,其摩擦角约等于；要求>0.9满足设计要求。丝杠基本导程，丝杠公称直径则滚珠丝杠副的摩擦角=当时，=0.942>0.9满足要求；当时，=0.956>0.9满足要求。4、刚度验算 1) 丝杠的拉伸或压缩变形量 式中-丝杠的最大工作载荷，单位为N；-丝杠两端支承间的距离，单位为mm；-丝杠材料的弹性模量，钢的E=； S-丝杠按底径确定的截面积，单位为；M-转矩，单位为；I-丝杠按底径确定的截面积惯性矩（），单位为。其中，“+”号用于拉伸，“”用于压缩。由于转矩M一般较小，式中第2项在计算式可酌情忽略。当=6mm时，取1185mm-丝杠的公称直径，-偏心距，-螺纹滚道的半径。 故

16、若两端采用角接触球轴承，且丝杠由进行了预紧，预紧力为最大工作载荷的1/3时，其拉伸刚度可比一端固定的丝杠提高4倍，其实际变形量为：2） 滚珠与螺纹滚道间接触变形mm（此项在总变形量中也占比较大的比重）有预紧时：式中：-滚珠直径，单位为；-滚珠总数量，；-单圈滚珠数，（外循环），（循环）-预紧力，单位为N。 Z：一圈的滚珠数（外循环） 取Z=32当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的1/3时，值可减少一半，即： 3） 刚度验算 丝杠的总变形量。一般总变形量不应大于机床规定的精度一半。符合条件要求当=8mm时，1) 丝杠的拉伸或压缩变形量取1185mm-丝杠的公称直径，-偏心距，-螺纹滚道的

17、半径。 故若两端采用角接触球轴承，且丝杠由进行了预紧，预紧力为最大工作载荷的1/3时，其拉伸刚度可比一端固定的丝杠提高4倍，其实际变形量为：2） 滚珠与螺纹滚道间接触变形mm（此项在总变形量中也占比较大的比重）有预紧时：式中：-滚珠直径，单位为；-滚珠总数量，；-单圈滚珠数，（外循环），（循环）-预紧力，单位为N。 Z：一圈的滚珠数（外循环） 取Z=26当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的1/3时，值可减少一半，即： 3）刚度验算 丝杠的总变形量。一般总变形量不应大于机床规定的精度一半。故符合条件。=6mm,=8mm都满足要求。以基本导程最大的滚珠丝杠作为最终选择，即以=8mm的作为计

18、算依据。5、 稳定性的验算 滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆，如果过轴向负载过大，则可能产生失稳现象。失稳时的临界载荷应满足：式中： -临界载荷，单位为N；-丝杠支承系数；-压杆稳定安全系数，一般取为2.54，垂直 安装时取最小值；-滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为。-丝杠材料的弹性模量，E=； I-丝杠按底径确定的截面积惯性矩（），单位为。 因丝杠两端固定，取丝杠支撑方式系数；取1185； 压杆稳定安全系数，取4； 故丝杠不失稳四、电动机的选择计算（一）减速比的确定 减速比为：i=式中：为脉冲当量（mm/plus）;为滚珠丝杆的基本导程（mm）,步进电机的步距角由系统的定位精度要求可确定系统的脉

19、冲当量为：=0.01mm/plus初选三相异步电动机：根据经济性要求，采用三相六拍工作方式的步进电机，步距角为=0.75。i=0.75/(3600.01)=1.67(二) 齿轮传动的确定1、传动链的级数和各级传动比的选择 对于数控机车的齿轮传动，应采用设计、结构和工艺均较简单，而且易获得高精度的平行轴渐开线圆柱齿轮传动。 通常，齿轮传动链的传动级数少一些比较好，因为可以减少零部件的数目，简化传动链的结构，并且可以提高传动精度，减少空程误差，有利于提高传动效率。同时较小，故在此选用圆柱直齿轮单级传动。 一般模数取m=12，数控车取m=2。 齿轮宽b=(36)m，为了消除齿侧隙，宽度可加大到（61

20、0）m。z17，取z=30，m=2，则取取中心距 选小齿轮齿数，小齿轮的齿宽度，大齿轮齿数，大齿轮的齿宽度。对斜齿圆柱齿轮采用轴向垫片调整法，修正或改变轴向调整垫片的厚度以减少侧隙，但不能自动补偿齿隙。（三）步进电机的计算和选用1、转动惯量的计算（1）齿轮、轴、丝杆等圆柱体惯量计算M-圆柱体质量（kg）D-圆柱体直径（cm）L-圆柱体长度或圆度（cm）滚珠丝杆的转动惯量为齿轮的转动惯量为查表3.11机电一体化系统设计，因为选用电机限定工作方式的是三相六拍，步距角为，故符合的是：110BF003和110BF004。电机的转动惯量分别为： 110BF003: 110BF004：（2） 工作台折算到

21、丝杆的转动惯量 v-工作台移动速度(cm/min) n-丝杆转速(r/min) G-工作台的重量(N) g-重力加速度(10m/s)-丝杆导程(cm)(3) 传动系统折算到电机轴上的转动惯量由于：式中：i-系统总的减速比-各转动体的转动惯量(kg.cm)-各转动体的转速(r/min)-电机的转速(r/min)-电机的转动惯量(kg.cm)（4） 系统总的转动惯量2、电机力矩的计算主要考虑快速空载起动时所需力矩和最大切削负载时所需力矩。 电机的启动负载 （1） 空载起动时折算到电机轴上的加速度力矩式中：-传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量(kg.cm)-运动部件最大快进速度(mm/min)-

22、电机最大转速(r/min)-运动部件从停止起动加速到最大进给速度所需时间(s) 综上有电机轴上的加速度力矩：（2）摩擦力矩式中：-导轨的摩擦力（N） -垂直方向的切削力（N） G-运动部件的总重量(N) G=800N-导轨摩擦系数 =0.16 i-齿轮总减速比 i=1.67-传动链总效率，一般可取则有：（3）附加摩擦力矩式中：-滚珠丝杆预加负载（N）,一般取工作载荷的-滚珠丝杆导程(cm) -滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取则有：（4） 折算到电机轴上的切削负载力矩式中：-进给方向最大切削力（N） 快速空载起动时所需力矩最大切削负载时所需力矩在、两种力矩中取大者为选择步进电机的依据。对于大多

23、数数控机床来说，因为要保证一定的动态性能，系统时间常数较小，而等效转动惯量又较大，故电机力矩主要是用来产生加速度的，而负载力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空载起动力矩作为选择步进电机的依据。3、步进电机的选择（1）首先根据最大静态转矩初选电机的型号 步进电机的起动转矩： 由，所以 电机的起动力矩与最大静态转矩之间具有以下关系，见机电一体化专业课程设计指导书表310）：，（因电机工作方式为三相六拍，故取=0.866）查表3.11机电一体化系统设计， 110BF003：=784N.cm 110BF004：= 因为，所以型号为110BF003和110BF004均符合要求，但是，型号为110BF00

24、3的步进电机更符合要求，因为=，裕度较大；且110BF003的最大静态转矩比110BF004的大，静态转矩越大，自锁力矩越大，静态误差就越小。故选型号为110BF003的三相六拍的步进电机。（2）计算电机的工作效率1） 最大空载起动频率式中： -为运动部件最大快速进给速度（m/min）， 故： 满足要求2） 切削时的最大工作频率式中： 为最大切削进给速度（m/min） 故： 由上述计算可知：系统要求的空载起动转矩频率要大于电机的空载起动频率1500Hz,且很难找到空载起动频率满足要求的电机型号，可以采用调压起动等方式起动电机使电机的空载起动频率满足要求；而电机运行频率7000Hz可以满足系统要

25、求。（2） 校核步进电机1） 校核步进电机转矩和惯量的匹配条件为了使步进电机具有良好的起动能力与较快的响应速度，通常推荐： 式中：-步进电机的最大静态转矩（N.cm），见电机一体化系统设计表3-11得： （110BF003）（110BF004） -传动系统折算到电机轴上的负载转矩（N.m）；-步进电机转子的转动惯量(kg.m)，见电机一体化系统设计表3-11得： （110BF003）（110BF004）-传动系统折算到步进电机转子上的等效转动惯量 ()，。 故所选步进电机110BF003具有良好的起动能力与较快的响应速度，满足要求。 故110BF004符合要求2） 校核起动转矩频率特性和运行转

26、矩频率特性 根据计算出的最大空载起动频率和切削时最大工作频率分别查出在此频率下电机不失步是所允许的最大力矩 和，应满足： ， 一般数控机床往往不能满足 的要求，必须采用升降速措施。如果过步进电机起动力矩还不能满足要求，则可以采用高低压驱动功放电路，将步进电机起动力矩在扩大一倍左右。五、系统微机部分改造设计（一） 单片机的选择根据总体方案的鉴定，微机已采用MCS-51系列单片机，51系列相对48系列单片机指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列有三种型号：8031是无ROM的8051；8751是EPROM代替ROM的8051。目前，数控机床中应用最多的是8031单片机，他价格低，功能强，使用

27、灵活等特点。本设计采用8031。（二） 扩展存储器设计1.地址锁存 由8031的P0口分别作地址总线低8位和数据总线，故需采用74LS373作为地址线低8位的锁存器。2.扩展ROM 8031无部ROM，须采用扩展外部ROM，由车床数控系统包含系统控制程序和加工程序，采用16K*8的27128芯片，可与单片机所选的12MHZ时钟相匹配。 ROM的地址围为0000H3FFFH，并且采用译码器，使地址围为无重叠区。3.扩展RAM 8031片仅有RAM128字节需扩展，采用8K*8的6264芯片，其地址围 6000H7FFFH，也采用译码器，使其无重叠区的地址围。（三）I/O扩展 8031只有P1口可

28、作为普通I/O口用，所以需扩展，需要计算一下总共需多少I/O口线，设计中，键盘需要32个键，采用矩形阵式键盘。需要13个I/O口；显示器采用8个LED，需要9个I/O口；一个三相步进电机，采用硬件脉冲分配器，需要5个I/O，两个主标轴的超程式报警与故障显示与急停均采用8031的I/O口，不做存扩展口计算，为使系统出现故障时，仍可控制自动转换刀具或用手动转动刀架，需要6个I/O口；为控制工作台X轴，Z轴的速度和位移，使其具有暂停功能，起动键可继续执行与单步控制功能，需采用一个8155芯片和一个8255芯片，肯定可以满足要求。（四）超程保护电路为防止X，Y工作台越出边界，可设置限位开关，分别为+X

29、，-X，+Y和-Y向4个限位开关，一旦越界，立即停止工作台移动。可利用8031的外部中断引脚INT0，只要有一个开关闭合，即工作台越界，立即停止工作台移动。（五）紧急停电电路 可采用两点控制环节，为便于操作人员的操作也应经过隔音电路。（六）键盘与显示电路 采用一片8155。（七）由地址围计算74LS138译码器接口电路1.芯片27128地址围0000H3FFFH，共有13个引脚。C B 0 0 0 0 00 011 1查机电一体化系统设计表4-6 74LS138功能表C B A，0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 01

30、 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1由于27128需要13个引脚，所以在74LS128中引脚A接地，由C，B引脚来确定中的选择。由地址围可知CB为00，所以选择脚，即当=0，=0和=0时为0000H=0，=0和=1时为3FFFH2.芯片6264地址围6000H7FFFH需要12个引脚。 C B 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1查表4-6 ，74LS138功能表可知CB为0 1时，选脚3. 8155和8255

31、地址围 CB控制方式有=4种，为C B0 0 271280 1 62641 0 1 1 00为27128所采用，01为6264所才采用，则8155和8255在10和11中选一个即可，现8155采用10对应，8255采用11对应，所以8155地址围为8000HBFFFH，8255地址围为C000HFFFFH。（八）驱动电路设计根据所选的110BF003型电机有参数相数步距角电压电流最大静转矩空载起动频率空载运行频率电感电阻分配方式110BF0033075806784150070003550373S相6拍1、确定步进电机运行频率（1）确定步进电机最大转速丝杆的转速为： 其中为工作台的最大切削速度步

32、进电机的最大转速为：（2）确定其运行频率步进电机采用三相六拍方式的控制脉冲 2、驱动回路的时间常数 采用三相六拍方式的控制脉冲。每相工作三拍改变依次通电状态，但为了每一拍都能正常工作，每拍脉冲宽度的时间电流上升至额定电流的60%，即 负载回路的时间常数为： 因此式中：L-步进电机一相绕组的平均电感量；-通电回路的电阻。L和由机电一体化系统设计（表3-11反应式步进电机技术性能数据）。3、若选用线路简单的串联电阻法改善静电流上升沿，其时间常数为：则： 其中：所以 需要串联如此大的电阻，在该电阻上损失的功率为1.26kw显然很不合理，所以采用双电源电路。4、高压电源电压的确定 电机每相工作三拍改变

33、一次通电状态，设要求在控制脉冲宽度时间相电流达到额定电流的60%，这个时间也就是高压电源工作时间，即单稳翻转时间，其值为： 高电压电源电压5、元件的确定 （1）为了使电路简单、紧凑，功率放大T1和T2选用复合管2SD8511501503102830001080150（2）确定和从和性能数据知，负载电流，基极电流为：式中：-电路放大倍数因此等效输入电阻为：光耦合器选用：G0102光耦合器光敏三极管的输入等效电路见下图：从等效电路可得：=+=8.0=-=72选择耦合器输入电流=10mA(最大的电流为50mA),电流传输比=30%；=1030%=3mA解上述方程组得：；。（3）确定 前面已选定耦合器

34、输入电流=10mA，可得到光耦合器输入正向压降为1.3V，所以=（51.3）/=370。（4）确定，a, 若使电流上升沿陡，希望T2工作于饱和状态（实际还没有达到饱和电流，单稳已翻转成低电平）。首先确定基极电流。负载的平均阻抗：/=80/6=13.3b,T2的饱和电流：=（-2-）/ =（192-22-80）/138.31AT2基极电流应为：=/ =8.31/3000 =2.77mA光耦合器输入电流为100mA，所以：光耦合器输出电流：= =10 =3.3mA因此：=-=3.3-2.77 =0.53 mAC, 求（0点电位） 在期间0，是变化的，变化围近似为2至，计算时取平均值：=（2）+（）

35、/2 =（192-2）+（192-80）/2 =151VT2的等效输入电阻为：=/ =8/0.35 =22.86K=（-）/ =（192-2-151）/3.3 =11.82Kd, 确定R9为提供给单稳和驱动门足够输入电流（各5mA），所以：R9=500e, 选择D1，D2选用2CZ13A硅整流二极管f, 单稳态多谐振荡器74221翻转时间的确定 当单稳74221的“清除端”加高电平A端加低电平时，B端正跃变可使单稳的Q端从低电平变成高电平，经过一段时间自动翻转成低电平，恢复到稳定状态，Q端输入一个脉冲，脉冲宽度由外电阻(取10K)和决定，即：=Ln2则： =/（Ln2） =0.667/（Ln2

36、 10） =0.096F74221为双单端多谐振荡器，步进电机需用3片74221。Fz=5360（N）Fx=1340（N）Fy=2144（N）Fm=2526.6（N）=15772（N）=13778（N）=12518（N）因为<基本导程的滚珠丝杠不符合使用要求时=0.942>0.9满足要求时=0.956>0.9满足要求=0.00351(mm)=0.00128(mm)=6mm时（mm）符合=0.0037=0.0014(m m)=8mm 时=0.0051(m m)符合选用基本导程为8mm的滚珠丝杠，型号为4008-2.5丝杠不失稳。当使用110BF003电机当使用110BF004电

37、机当使用110BF003电机当使用110BF004电机当使用110BF003电机当使用110BF004电机初选型号为110BF003的三相六拍的步进电机最终选用110BF003步进电机采用8031采用74LS373采用27128采用6264采用8155和采用8255采用8155=1020HZ采用双电源电路T1和T2选用复合管2SD851光耦合器选用G0102=370=10K=0.096F六、微机控制系统软件设计（一）模块组成本程序主要由如下模块组成：1、主模块用于系统初始化和监控；其中初始化包括8155初始化、缓冲区清零、定时/计数常数的设置、开中断等处理；监控主要判断是否有命令按下，并根据命

38、令调用相应的子程序模块。主模块流程图如下；根据键盘功能键的设定，相应的子程序模块包括“”、“”、“”、“”各个命令与“暂停”命令处理模块。这里设定一标志，其作用是反映XY工作台的当前运动方向。标志位为部RAM区的2BH ，其定义如下：2BH单元值当前运动方向（2B）=01H +X（2B）=02H -X（2B）=03H +Z（2B）=04H -Z（2B）=00H 初始时为00H2、子程序模块使用暂停键“STOP”子模块，暂停键功能是暂时使XY工作台停止移动，因此只需停止步进脉冲信号即可。3、越界报警、急停处理模块本模块的主要功能是当XY工作台移动越出边界时进行应急处理，停止一切正常工作，由复位重

39、新使系统处于正常工作状态。报警用红灯亮指示。4、实时修改显示缓冲区数据模块根据键盘的接口电路，可以用编程扫描方式和定时扫描方式。这里选择后一种，用定时中断模块同时完成键盘和显示的扫描。对于键盘扫描，应该解决去抖动问题，一般调用延时10ms左右来实现，而对于显示扫描，为保证多位同时显示而无闪烁，应使扫描频率高于50Hz。设定定时时间为3ms，即每隔3ms中断1次，修改一次显示位，每位显示的点亮时间是3ms，扫描一遍共需5×3=15ms，扫描频率约64Hz，高于50Hz。 键盘采用每隔3×3=9ms扫描一次，其目的是消除键盘抖动。设置一标志位，其地址为存RAM30H单元，用于计

40、数中断次数，当其等于3时，正好隔9ms，马上查询键盘。另外还应设一标志位，用以标志连续两次查询到按键值是否一样，其地址为31H，定义如下：（31H）=1，表明上次查询有键按下；（31H）=0，则为无键按下。只要当上次有键按下，且隔9ms后再次查询有同一键按下时，才能确认有键按下，否则均视为误动作，不予理睬。5、键盘、显示定时扫描管理模块本模块采用中断方式，其作用是通过对8155定时/计数的输出信号，也即对步进脉冲进行计数，来修改显示缓冲区中工作台当前工作位置。根据步进电机的实际脉冲当量，一个步进脉冲，相当于工作台位移增量为0.01mm，可以设定中断计数常数为10，每中断一次，工作台运动0.1mm，这里用部RAM单元为中断次数计数器。（二）缓冲区设置应设置两个缓冲区：键盘缓冲区和显示缓冲区。1、键盘缓冲区主要用于存放由键盘输入的命令，长度为4字节，地址为8031部RAM区20