数控移动工作台的设计独家优秀】

摘 要 数控车床又称数字控制（ 称 床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机， 动装置， 数控移动工作台 的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。 此次设计包括 移动工作台 的进给设计。控制系统部分包括步进电机的选用及硬件电路设计和工作台 系统设计，说明了的扩展，键盘显示接口的设计等等。该控制系统采用 工作台 中断控制系统结构及子程序结构，因为子程序结构简单、条件明确在数控系统中应用比较多。中断结构采用模块化结构设计，因为这种 结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理机方向发展。 本文以普通 数控移动工作台 为研究对象，介绍 数控移动工作台 主 设计采用 为上位机， 8051 为核心的单片机系统作下位机，以打印口作为两者间的通讯接口，构成主 从式控制系统。该类型机床可以利用微型计算机丰富的软硬件资源，可以编制出具有友好的人机界面的系统控制 工作台 ；可以利用单片机系统结构相对简单、工作可靠、价格便宜的特点，并借助 C 语言、汇编语言等编制出执行机构的位置控制软，可以使原 数控移动工作台的扩充性及开放性更强，使数控 编程更加方便、高效，也为将来 数控移动工作台 的网络控制打下基础。本文着重阐述 数控移动工作台 及及主 位机与下位机间通讯接口及通讯模式的选择；下位机硬件设计；步进电动机控制程序。 关键词： 数控移动工作台 ；开放式数控系统；电动机 he is C) It is on is It is by is so to so as of a In to PC to of is to in to of at NC to of of NC C t a in of in NC of 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 3 两坐标数控 移动工作台 的课题研究意义 . 3 两坐标数控 移动工作台 的课题研究主要内容 . 3 第 2 章数控 移动工作台 机械结构 . 3 进给系统组成 . 3 齿形带传动设计 . 4 带和带传动 . 4 形带的选择 . 6 步进电机的选择 . 7 步进电机概述 . 8 步进电机的选择 . 10 丝杠螺母设计 . 11 滚珠丝杠螺母副类型选择 . 11 滚珠丝杠螺母副型号及其校核 . 12 第 3 章 数控 移动工作台 工作台控制系统 . 13 工作台控制系统的组成 . 13 工作台控制的组成 . 14 信号流程分析 . 14 主要功能介绍 . 15 第 4 章 工作台基本结构 . 19 工作台整体结构 . 19 运动结构 . 19 中断工作台结构 . 20 工作台基座的结构 . 20 滑座的结构 . 22 第五章 控制系统工作台部分 . 25 械加工主体运行程序 . 25 一 象限到 四象限直线插补主体加工子程序 . 26 结 论 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 31 第 1 章 绪论 两坐标 数控移动工作台 的课题研究意义 数控移动工作台 具有经济实用，结构简单，操作方便，价格低廉的特点 ，它的特控制系统通常采用单片机（ 8 位、 16 位、 32 位 ） 作控制器，驱动电机采用步进电动机，多数采用开环控制，由于数控系统具有较高的性能价格比，因而广泛地应用于机床产品的升级换代和普通普通机床的技术改造上。近年来，我国在经济系统的研究开发和生产上投入了大量人力和物力，在 数控移动工作台 领域里经历了几个五年计划之后已经取得了可喜成果， 数控移动工作台 在我国机床市场上占有较大比重，成为我国制造业不可或缺的一部分。 两坐标 数控移动工作台 的课题研究主要内容 数控移动工作台 控制系统采用 列单片机 8031 作为控制系统 要扩展程序存储器，数据存储器，键盘与显示电路， I/O 接口电路， D/A 转换电路，串行接口电路等。 数控移动工作台 驱动电机采用步进电机，多数采用开环控制，需要选择和计算主要机械传动部件，如滚珠丝杠，螺母副和步进电机等，绘制机床进给传动机构装配图，绘制单片机控制系统的硬件线路图。 第 2 章 数控移动工作台 机械结构 进给系统组成 数控移动工作台 是一种利用数控技术，准确地按照事先安排的工艺流程，实现 规定加工动作的金属切削机床，它主要由控制介质、数控装置、伺服机构、机床、测量装置。 各部分的 工作原理简述如下： 1、控制介质 进行 数控移动工作台 加工时，需在任何机床之间建立某种联系，以便机床正确 的执行认的意图，这种进行联系的中间介质机控制介质又称为信息载体。信息以代码的形式存储在介质上， 常用的控制节有：穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带；最常用的十八单位标准黑色穿孔纸带。每行共9 个孔，大孔为 信息孔，其中 1。 33 毫米；小孔为同步孔，其中 1。 17 毫米。国际上通用 的代码为 码和 码。 2、计算机数控装置 计算机数控装置是数控装置的核心，其绝大部分采用微型计算机控制； 它 有输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器组成。 输入设备即把控制介质上的信息翻译成计算机能够识别的信息代码 并送到指定的存储器中以便进行运算处理。 输出设备即将经计算机处理过的信息代码经过翻译之后转变成机床能 够执行的指令和人能够识别的信息符号。 运算器是对计算机中的信息进行算术或逻辑运算的器件。存储器是用 来存储计算机所需的各种信息代码的器件。控制器是用来控制计算机内部的运算并按照一定的顺序使各个部件协调工作的部件。 3、伺服机构 伺服构的作用是把数控装蛊的运动指令转 变成机床移动部件的运动，使 工作台按照预先规定的轨迹运动，以便使加工出符合图纸要求的工件。伺服机构由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机组成。常用的伺服电机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。 4、机床 数控移动工作台 是高精度和高生产率的自动化加工机床，它具有更好的抗震性 和刚度，相对运动面的摩擦系数小，进给传动部份的间隙小的特点。 5、测量装置 测量装置江机床移动的实际位置、速度检测出来转变成电信号，并反馈 至计算机中使计算机能随时判断机床的实际位置、速度与指令要求是否一致 ，并发出相应指令纠正所产生的误差。 齿形带传动设计 带传动是利用张紧在带论上的带传递运动和动力；通常是靠带和带轮之 间的摩擦力来传递动力的，也有靠带和带轮上的齿的啮合来传递动力的例如：同步齿形带。带的形式有：三角形带、平带、同步齿形带等。带的传动形式有：开口传动、交叉传动、半交叉传动、张锦纶传动。 带和带传动 一、 带 的种类 1)V 带。 v 带有普通 v 带、窄 v 带和宽 V 带等类型。一般多使用普通的 v 带。 v 带的结构为：顶胶、承载层、底胶、包布组成。 窄 v 带采用合成纤维绳或者钢丝绳作为承载层 ，它传递的功率比普通 的 v 带大，允许速度和曲挠次数高，传动的中心距较小。 普通 v 带有 Y、 Z、 A、 B、 C、 D、 E 七种型号。普通的 V 带的承载层由 胶帘布或者胶绳芯承担；适合高速传动。 2)平带。胶帆布平带强度高、价廉，在平带中应用最多。此外，也有用 麻、丝或者棉轮等材料贬值而成的编织带，承载层为涤纶绳，表面服役耐磨油胶布或者聚氨脂的高速胶带，也有以棉轮片作为承载层的。 带轮通常由三部分组成：轮缘、轮毂、轮辐。在结构上代轮应易于制造， 能避免由于铸造而产生的内应力，重量应轻。高速带还要进行动平衡。带轮 通常按照此公式计算：轮宽的计算公式： B=( e+2× f； +2× h。： ， h。 二 、 带传动 带传动的主要几何参数有：中心距 a：带长 L；带轮直径 D。；包角 带传动的力分析：带传动中呈环形，并以一定的拉力套在一对带轮上， 使带和带轮互相压紧。当带轮不工作时两边的拉力相等。工作时，由于带和带轮之间的摩擦力使得带轮一边的拉力加大，而另外一边的拉力减小，两者之差为带轮的有效拉力，它 等于沿着带轮上的接触户的摩擦力之和。，在一定条件下，若阻力大于极限值，带就会出现打滑现象。 有效力的计算如下： F=000p v 带的应力计算： 1)紧变得应力计算： 1=A 2)松边的应力的计算： 2=A 式中： 紧边拉力； 松边拉力； A 为带的横截面。 松边与紧边的应力差 ： = 1 2=F A 由于带轮是弹性体受力不同时，带的伸长量是不等的，从而使带发生打 滑现象。打滑时，带的速度落后与带轮的速度。 有如下措施可以提高带 传动的工作能力： 增大摩擦系数； 2)增大包角； 3)尽量使传 动在最佳速度下工作； 4)采用新型带传动； 5)采用高强度带材料。 形带的选择 下表 2齿形带的计算校核方法公式表 表 2算项目 符号 设计公式 计算功率 = 为同步齿形带的工作系数 ) 选择带型和节距 p 查相关的图标进行选取 传动比 i I=n1/10 齿数 1 Z 2=I× Z 2(Z 小带轮的最小齿数， I 为传动比 ) 齿轮节园直径 2 D 1 =Z 1×P/ D 2=Z×P/速 v V=D1×0×1000m/s 初定中心距 a 1a2×(2) 带长及其齿数 L A a 1 D m L=×(D+D)/2+r (D 2)/2+2r/2) D m+2a+2/a A=()/4+() 21/2/4 a 1 =180 0-(D 2)/a)×60 0 上式中： D m=(D 2+D 1)/2, =(D 2 /2 R(D 2)/a r/2) 1-(r/2) 2/2 实际中心距 A A=(m)/4×(32) 1/2 /4 小带轮啮合齿数 1 2一 20a (圆整成整数 ) 基本额定功率 o=(×v 1000 b。所能传递的功率 b。同步带的许用拉力 b。的同步带质 量 带宽 b B=b。 ×() 。 剪切应力计算 =(b×zM u)×103 比压验算 p p P=103P P轴上载荷 F F =1000P N 步进电机的选择 一 、 步进电动机及其发展 步进电动机又称脉冲电动机或者称为阶跃电动机，目前，随着电子技术、 控制技术以及电动机本体的发展和变化，传统的电机分类的间 界面越来越糊：步进电动机的传统定义为，根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度，若不改变励磁状态则保持一定的状态而静止：广义的定义为步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的电动机。 步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其源始模型起源于 1830 年至 间。在 20 世纪 60 年代后期，随着永磁材料的发展，各种实用型的 步进电动机应运而生，半导体的发展使得步进电机得 _至 泛的应用。我国的 步进电机开始于 21 世纪 50 年代后期 ，其发展过程大致经历了四个阶段：第一 阶段，从 50 年代后期到 60 年代后期主要是高等院校和科研机构开发并使用少 量的步进电机，以多段结构三相反应式步进电动机为主：第二阶段， 70 年代初 期反映在步进电机的生产和研究发展到了一个较水平：第三阶段， 70 年代中 期至 80 年代中后期新品种高性能电动机层出不穷，各种混合式步进电动机及 驱动器作为产品得到广泛应用。 二 、 步进电动机的特点 步进电机有三大部分组成：步进电动机本体、步进电动机控制器及步进电 动机驱动器。其特点如下： 1)用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。 2)位移与输入脉 冲数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构简单又 具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高时组成闭环控制系统。 3)无刷，电动机本体部件少，可靠性高。 4)抑郁起动正反传和变速停止，响应性好。 5)平滑性好，步距角选择范围大，停止时可有自锁能力 三 、 步进电动机的类型 从广义上讲步进电机的类型可分为：机械式、电磁式和组合式三大类型。 从结构特点可分为：旋转电动机包括反应式步进电动机 ( )、永磁式步进 电动机 ( )、混合式步进电动机( )：直线电动机包括 、 及 ：下面分别介绍几种典型性的步进电机的结构： 1 步进电动机的结构 步进电机有四部分组成：定子部件、转子部件、机壳和端盖。定子部 件由铁心、绕组和绝缘体组成，一般的铁心由无方向性的硅钢片叠加而成定子铁心上开了许多大齿， 大齿上开许多小齿以增加电磁力和控制的准确性 转子部件由转子铁心、永磁材料和轴组成。转子铁心通常也由硅钢片组成，采用冷冲压后叠压成型。转子铁心必须选用耐磨材料而且磁损耗较小：机盖的作用有三个： l)加强电机刚度 2)保护电机 3)构成定子铁心的部分电路，机盖 一般为圆筒形 ，表面一般作防秀处理。端盖起支撑转子保证气隙和通风散热的作用，对机械加工的同轴度、圆柱度要求较高。 2 步进电机的结构 步进电机的结构与 的结构相似，其不同之处在于转子铁心为一 个铁心，同时转子上不使用永磁材料。 3 步进电动机 其转子由永磁材料和轴组成，转子上没有齿：永磁材料圆周方向充磁，材 料一般使用氧化铁和铝镍钴居多。 4 直线步进电动机 直线步进电动机由固定定子和可动转子两部分组成。其定子铁心形 成主磁路，相当于旋转型的电动机的定子铁心在一维空 间展开。 步进电机概述 一 、 步进电机的工作原理 ， 步进电动机是一种将电的脉冲信号转换成交位移活现位移的机电元件。 通俗的讲，就是外加一个脉冲信号于这种电动机时，它就运行这一步。步进电动机大致可以分为：反应式、永磁式、混合式和直线式四大类 a 下面以三相反 应式步进电机为例，简要说明步进电机的基本工作原理 a 三相反应式步进电机由定子和转子组成。它的定子上有三对磁极，每一对 磁极上绕有一相绕组，绕组通电时这两个磁极的极性相反：三相绕组接成星形。转子铁心和定子极靴上有小齿，定子和转子 的齿距相等。 当某一向 绕组通电时电动机内部建立以该绕组为轴线的磁场。由于定子和转子上有齿和 槽，所以当定子和转子齿的相对位置不同时，磁路的磁导也不同，定转子齿对齿处的极磁导为最大，定转子齿对槽处的每个极磁导为最小。转子的稳定平衡位置是使通电相磁路的磁导为最大的位置，所以通电时，齿对齿的位置为平衡位置。 三相反应式步进电动机有 A， B， C 三相绕组，各相绕组的轴线夹角为 120。： 当 A 相极下定转子齿对齿时： B 相磁极上定子齿的轴线，沿 向超前转子 齿的轴线 l 3 齿距： C 相极下定子齿的轴线，沿 向超前转子齿的轴 线 2 3 齿距。 在 A 相断电的同时，给 B 相通电，则磁场空间转过了 转子齿的轴线 将力求与 于 B 相轴线还 没有与转子齿的轴线对齐所以将对转子产生一个逆时针方向的电磁力迫使转子转动以达到平衡位置：从而使电动机开始转动起来。如果对 A、 B、 C 三相绕 组按照一定的规律分时的通电则转子可以连续的转动起来，从而实现电信号转化为机械信号即旋转运动。改变通电的顺序可以改变转子的转向，三相反应式步进电动机可以按照三相单三拍方式运行 (ABCA)，每改变一 次通电状态电动机内磁场轴线转过 转子转过 l 3 齿距；也可以以三相双 三拍方式 (cB)运行，每改变一次通电状态电动机内磁场轴线 转过 转子转过 l 6 齿距：也可采用三相六拍方式 (A)运行，每改变一次通电状态电动机内磁场轴线 转过 60。，转子转过 l 6 齿距。 从上面的分析可知：同一台电机可以有不同的通电方式和不同的运行拍 数。若用 m 表示运行拍数， z 表示转子齿数，则每改变一次通电状态时转子转 过角度的平均值称为步距角，用 表示，则： =360° m× z× K 通电方式，相同时为 1，不同时为 2 从上是可以看出：转子齿数，运行拍数不同时其步距角也是不同的。设步 进电机的转速为 n(r f 表示控制脉冲的频率， 0 表示步距角则步进电机 转速计算公式为 n=× f 6 由上式可以看出：当转子的步距角一定时，步进电动机的转速与输入脉冲 频率成正比。 二 、 步进电机的常用术语 1步 距角 指每给一个电脉冲信号电动机转子所应转过的角度的理论值。步距角 0b=360° m× z× k 2齿距角 s 相邻两齿中心线的夹角，通常转子和定子具有相同的齿距角。齿距角 0s=360° 距角特性 指不改变各相绕组通电状态，即一相或者几相绕组同时直流电时电磁转 距与失调角的关系：即： T=f( ) 5失调角 指转子偏离零位时的角度。 6零位或初始稳定平衡位置 指不改变绕组的通电状态， 转子在理想空载下的平衡位置 7最大静转距 距角特性上转距最大值 步进电机的选择 一 、 步进电机的主要特性参数 1)步距角 每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。步 进电动机的步距角可按下式计算： =360° m× k× z 式中 通电方式为单拍时， k=1：双拍时， k=2。 2)静态步距角误差 空载时，以单脉冲输入，步进电动机的实际步距 角与理论步距角的差值称为静态步距角误差。它与步进电动机的制造精度有关，精度越高，误差值越小。 3)最大静转距 当步进电动机不改变通电状态，转子不动时， 在轴 上加一负载转距定子与转子就有一个角位移，该角位移称为失调角。转子刚刚离开平衡位置的极限转距值称为最大静转距。静转距越大，步进电机承受的外加转距也越大，一般产品中给出的最大静转距是指在额定电流即规定的通电方式下的静转距。 4)空载起动频率 电动机在空载情况下，不失步所能允许的最高频 率称为空载起动频率。在有负载的情况下，不失步所允许的最高频率将大大降低。为了缩短起动时间，可使加到电动机的电脉冲频率按一定频率逐渐增加。 5)连续运行的最高频率 (即距频特性 )步进电动机起动后，电动机速度能 跟随控制脉 冲频率连续上升而不失步运行的频率称为连续运行频率：其值也随所形成的负载转距的转距的增加而逐渐下降。在不同频率下产生的转距称为动态转距。在产品样本中也标有连续运行频率值，作为选择电动机的依据之一。 二 、 步进电动机的选择 1)必须保证步进电动机的输出转距大于负载转距，使电动机的距 频 特性有一定裕量，以保证可靠运行，即在实际工作时，各种频率下的负载转距必须在距 频特性曲线范围之内： 2)要求计算的机械系统负载转动惯量与步进电动机转子的转动惯量相匹 配，并有一定的裕量： 3)是最高频率能满足产品快 速移动的要求： 4)使步进电动机的步距角与机械系 统相匹配，区得到击穿的脉冲当量 丝杠螺母设计 滚珠丝杠螺母副由专门的工厂制造，当类别、型号选定和校核后，可以 外购。滚珠丝杠螺母副按其工作方式可以分为：钢球循环方式、循环列数与圈数、预紧方式；钢球循环方式又可以分为：内循环反向器式和外循环插管式；预紧方式也可以分为：单螺母和双螺母滚珠丝杠。按丝杠的旋向也可以分为右旋和左旋丝杠；按其螺母副的类型可以分为：定位滚珠丝杠螺母副和传动滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠的精度等级有： 1， 2， 3， 4， 5， 7， 个 精度等级 钢珠在丝杠和螺母之间的滚动是一个循环闭路。钢珠的每一个循环闭路 称为列，每个钢珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有 2 列、 3 列、 4 列、 5 列等几种，每列只有一圈。 为了消除间隙和提高滚珠丝杠副的刚度，可以加预紧力，使它在过盈的 条件下工作，这种工作方式称为预紧。常用的预紧方式有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧，预紧后的刚度可以提高两倍。但是预紧力过大，丝杠的寿命 滚珠丝杠螺母副类型选择 主要的参数及代号 1滚珠丝杠副 的主要参数 (1)公称直径 称直径即丝杠螺母副的名义直径， 大，承载能 力和刚度越大。数控移动工作台 上常用的进给丝杠的直径为： 30 80 (2)基本导程 杠相对于螺母旋转 2，螺母的轴向位移。 基本的导程称为螺距。它按程载力选取，并与进给的脉冲当量有关。 (3)精度等级。滚珠丝杠可以分为 7 个精度等级 ，即 I、 2、 3、 4、 5、 7、 10 七个精度等级， 1 级最高，其次递减。一般选用 4 级 7 级， 数控移动工作台 及 精密机械可选用 2 级 3 级。滚珠丝杠副的精度直接影响 定位精度、承载能 力、接触刚度，因此它丝滚珠丝杠副的重要质量指标。 2滚珠丝杠副代号的标注 滚珠丝杠副的标注顺序为：循环方式、预紧方式、结构特征、公称直径、 公称导程、螺纹旋向、负载钢球圈数、类型、精度等级。例如： 3 一 其中 c 表示外循环方式，D 表示双螺母垫片预紧方式， M 表示导珠管埋入式， 50 表示公称直径， 3 表示负 载钢球圈数， 3 表示 精度等级为 3 级。 滚珠丝杠螺母副型号及其校核 一、最大工作载荷计算 丝杠上的工作载荷 指滚珠丝 钢负载驱动工作台时滚珠丝钢所承受 的轴向力，也叫进给牵引力。它包括三个力：滚珠丝钢的走刀抗力、工件的重力、作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。矩形导轨的工作载荷 计算公式为： FL+f (C+G) 其中： 工作台的进给方向的载荷； 垂直方向的载荷； 横 向的工作载荷。对不同的导轨，工作载荷的计算公式是不同的，实验系数 K 和导轨上的摩擦系数 f 也是不同的。 二 、 最大动载荷的计算及主要尺寸的初选 滚珠丝杠的最大载荷 c 可用下列公式计算： C=L 中： L 为工作寿命，单位 106r， L=60n 为丝杠转速 (r n=v 为最大切削力条件下的进给速度 (m 可取最高进给速度的 l 2 1 3： 丝杠基本导程(m)： t 为额定使用寿命 (h)，可取 t=15000h： 运转系数，无冲击时 l 1 2，一般情况下取 1 21 5 有冲击振动时取 l 5 2 5： 珠丝杠工作载荷 (N)。选尺寸时，额定动载荷需大于最大动载荷。 三 、 传动效率的计算 用查表法 选型号查出； 0 为摩擦角；滚珠丝杠副的传动效率较高，一般在 0 8 O 9之间。 四 、 刚度的验算 滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响定位精度和运动平稳性。滚珠丝杠副的轴向变形包括：丝杠的拉压变形、丝杠与螺母之间滚道的接触变形、丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 滚珠丝杠的扭转变形较小可以忽略不计，螺母座的只要设计合理，器变形量也可以忽略不计。对于轴承的轴向接触变形，只要滚珠丝杠支承的刚度设计的好，轴向接触变形也可以忽略不计。 1丝杠的拉压变形量的计算 1 1=± EA(式 中： 为在工作载荷 下 丝杠总长度上拉伸或压缩变形量 (丝杠的工作载荷 (N)： l 为滚珠丝杠在支承间的受力长度 ( E 为材料弹性模量， E=20 6×104A 为按内径确定的横截面积 ()“+”号用于拉伸； “一 ”用于压缩。 2滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 无预紧时 2=0 0038(Z ) 2 D， ) 1/3。 (有预紧时 2=0 () 1/3(式中： 滚珠直径 ( Z ：滚珠 总数量 Z =z×圆数 ×列数； Z 为滚珠一圈的滚珠数， z= 循环 )， z=( 3(内循环 )； 滚珠丝杠的公称直径 ( 预紧力； 滚珠丝杠工作载荷。 3滚珠丝杠副刚度的验算 丝杠的总变形量 = 1+ 2 应小于允许的变形量 。 五压杆稳定性验算 滚珠丝杠通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力过大时，使丝杠失去稳定而产生纵向弯曲即失稳。失稳时的临界载荷 ： Fk=2N) 式中： E 为杠材料弹性模量，对于 钢 E=20 6×104I 为截面惯性距，对丝杠圆截面I= 64(丝杠底径 )； L 为丝杠最大工作长度 (mm)丝杠支承方式系数。 临界载荷 F。与丝杠工作载荷 比称为稳定性安全系数 n。：若 n。大于许用安全系数 n。 ，则滚珠丝杠稳定即 k 否则失稳。 六 、 一滚珠丝杠副安装时应注意以下几点 。 1丝杠不能外露； 2螺母在有效行程内配置限位装置以避免滚珠流失； 3滚珠丝杠必须润滑，常用锂树脂。 第 3 章 数控移动工作台工作台 控制系统 工作台控制系统 的组成 从 1974 年微处理机问世以后，微处理机为基础的微型计算机数控 (代了小型计算机数控。现在所说的 ( 置，其主要分为两种形 式：一种是单个 成的控制系统，另一种是由两个或两个以上的 数控移动工作台 大多数采用一个 完成机床的 控制。 工作台控制 的组成 数控移动工作台 由一个 8031 单片机、一个 74址锁存器、一个 74址译码器 两个 2764储器、两个 8155 接口、光电各 电路、功率放大电路、 Z 向电机和 x 向电机等组成。 信号流程分析 数控移动工作台 依靠输入的程序指令来实现对零件进行各种形状的 加工，各种指令在计算机中是以信号的形式存在的；下面就简要分析一下 数控移动工作台 的的信号流程： 一 、 信号的采集 本电路的信号采集有两个地方： l)码盘。此拨码盘与 8031(1)的 和 相连，在此拨码盘上输入每条指令对应的二进制代码后，即 可完成信息的采集。 2)计算机键盘，在键盘上分别输入各条指令的助记符， 计算机会根据键盘上输入的字符扑做相应的二进制代 码信息，然后进行传送、处理等操作。 二 、 信号的输入 当信息被输入后，就要进行信号的传输了。信号的传输通过地址线和数 据线进行传输，控制线控制相应信号的各种动作。本通过 8031 的 和 8255(2)的 相连的部分；信号以低电平的形式被采集，以高电平 的形式被传输；因为当某一路的信息被采集后则相应的线路就被导通，这时， 8031 的 的相应位变为高电平，信号就被传输到了 8031 的 。 三 、 信号的处理 当指令信号被输入到 8031 后，接着就要进行信号的算术逻辑运算处理 了，计算机 通过行算术逻辑运算，在控制器的控制下进行，将处理过的 信号变成各种相应指令控制计算机完成该指令的功能。同时对外界做出相应的反应，使数据存储器和程序存储器与之保持相应的协调一致。 四 、 信号的输出 。 信号被处理后便可以输出了；信号的输出有两个方向： l)信号直接输入 到 8255(2)接口以控制 x 电机和 Z 电机做出相应的动作，从而达到 加工出相应零件的目的。 2)信号也可以在地址锁存允许信号 控制之下，被输 入到相应的数据存储器或者数据存储器中，以便下次调用或者程序的备份。 五 、 单片机数控系 统的的特点 数控移动工作台 控制系统与普通机床相比较有如下特点： 用该系统加工零件可以降低对工件加具的要求，又免去了划线工作，可 是加工镇被时间大大减少。在加工过程中，又有较高的重复精度，节省了对零件的检验时间；在零件的改型时只需更换指令程序即可，节省了准备和调整时间。 采用开环控制系统可以实现对零件的精确控制，减轻劳动强度，改善劳 动条件，简化了工人的操作从而降低了对工人的加工技术水平的要求。 在产品的更新换代时只需更换相应的加工程序即可，无需制造、更换夹 具和模具，更不需用直接调整机床了。 主要功能介绍 8031 单片机 8031 单片机的基本特征： 8031 单片机是美国 司的产品 51 单片机的一个型号，是目前性能较高的 8 位单片微型计算机。 8031 单片机 内部包含一个 8 位 28 字节的 个 16 位定时器， 4 个 8 位并行 接口，一个全双功能串行口，可扩展的外围程序存储器和俄数据存储器的容量各 64K 字节，具有 5 个中断源并配有两个优先级，还有 21 个特殊功能 寄存器。 8031 单片机是一个有 40 根引脚的双列直插式器件，引脚图如 图 3引 脚功能说明如下： 图 3031 单片机示意图 编程和正常操作的电源电压端，电压为 +5V ： 8 位双向 I/O 口，既是数据线，又是 8 位 地址 线，分时使用。 ： 8 位双向 I/O 口，专供用户使用，此处为技术人员进行数据输入 端口及结果的输出端口 ： 8 位 双向 I O 口，系统外围存储器扩展时，律高 8 位地址线使用， 系统不需要扩展时，也可以供用户使用。 ： 8 位 双向 I O 口，是一 个双功能口，第一功能和 一样可以 作为通用 i o 口，工作于第二共猛士，各端口的定义如下： 0行输入； 1行输出； 2围中断输入； 3围中断输入； 4时器 0 外围输入端； 5时器 l 外围输入端； 6信号； 7信号； 问外围存储器时，用 于锁存地址低 8 位字节地址锁存允许 输出。 外为存储器存取数据时把 的低位地 址字节锁存到外界的锁存器中。这个引脚也是 程时的编程脉冲输 入端 ( 序锁存允许输出，是外围程序存储器的读选通信号。 高电平时， 行内部程序存储器的指令。 低电 平时 行外部承袭存储器的指令。使用 8031 单片机时， 须接地。 荡器的反向放大器输入，使用外部振荡器时必须接地； 荡器的反 向放大器输出，使用外围振荡器时，接收外围振荡 信号； 位控制信号，在振荡器运行时，使 至少保持两个 机器周期为高电平时，可实现复位操作。在电源关断之前加上掉电保护电路， 内容将不会丢失。 2、 存储器扩展电路 8031 单片机没治师 28 字节的 有 床数控系统需要的程序 存储器和数据存储器的容量较大，必须外接程序存储器 (数据存 储器 ( (1)程序存储器的扩展 常用的 储器有： 2716、 2732、 2764、 27128、 27256 等，其容 量分别为： 2K、“、 8 K、 16K、 32K。该系统使用的是 2764。 (I) 2764 介绍 2764 是一种位容量为 8 它有 地址线 ( 8 条数据引脚 ( 2 个电压输入端 此之外，还有 l 个允许端 编程脉冲控制端 (址锁存器 74图 374一个带三态门的 8D 锁存器，他作为 8031 外部的一个扩展输出口；其工作原理：当 8031 把数据准备好后，便 通过 出一个控制信号加 到 37