C620普通車床進(jìn)行數(shù)控改造-正文

1、摘 要 針對(duì)現(xiàn)有常規(guī) C620 普遍車床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通 車床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過程，較詳盡地介紹了C620 機(jī)械改造部分的設(shè) 計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。采用以8031 為 CPU 的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處 理，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn) 動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 改造過程如下： （1）機(jī)械部分的改造，包括縱向進(jìn)給方向的改造和橫 向進(jìn)給方向的改造。主要包括對(duì)滾珠絲杠螺母副及反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選 擇及縱向 、橫向機(jī)構(gòu)裝配圖方案的制定。 （2）電氣控制部分的設(shè)計(jì)，

2、主 要包括 MCS-51 系列單片機(jī)及擴(kuò)展 芯片的選用和電氣控制圖的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：數(shù)控 ，單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī) ，滾珠絲杠 ，改造 ABSTRACT To remedy the defects of ordinary lather C620, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve

3、production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。Afte

4、r transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 Reform process as follows:(1)The reformation of machine part, include to enter lengthways to the reformation of the direction with horizonta

5、l enter to direction of reformation. Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways, horizontal organization assemble diagram project. (2)The reformation of electricity part, mainly include the choice of MCS-5

6、1 family single-chip and expand chip and the design of electric control chart. Key words : numerical control ,single-chip ,stepping motor , ball screw shaft ,reform 目目 錄錄 摘 要. ABSTRACT（英文摘要）. 目 錄. 引引 言.1 第一章 總體方案的設(shè)計(jì).3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù).3 1.2 總體方案的論證.3 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì).3 1.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì).4 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì).4

7、 1.3 總體方案的確定.5 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) .6 2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì).6 2.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用.6 2.1.1.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量.7 2.1.1.2 車削力的計(jì)算.7 2.1.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型.7 2.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選用 . 11 2.1.1.1 脈沖量的計(jì)算. 11 2.1.1.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算. 11 2.1.1.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算. 12 2.1.1.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇. 12 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)得改造設(shè)計(jì). 13 2.2.1 橫向滾珠絲杠副的選用 . 13 2.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量. 13 2.

8、2.1.2 車削力的計(jì)算. 13 2.2.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型. 14 2.2.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 . 17 2.2.2.1 脈沖量的計(jì)算. 17 2.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算. 17 2.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算. 18 2.2.2.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇. 18 2.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整. 19 第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) .22 3.1 單片機(jī)的選擇. 22 3.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng). 23 3.2.1 環(huán)形脈沖分配器的選擇 . 24 3.2.2 功率放大器的選用 . 25 3.3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制. 28 結(jié)論.30 致謝. 31 參考文獻(xiàn).32 引言

9、 現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是能源部門的需求，使高溫高壓水廣泛應(yīng)用 于相關(guān)的領(lǐng)域中，對(duì)國(guó)民生產(chǎn)和人民生活起著越來越重要的作用，例如： 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注， 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用 數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì) 算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的理想手段。 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們 對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性 能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一

10、體 化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具 和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾 緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù) 字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼， 運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工 件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件 ；在數(shù)控機(jī)床上改變 加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，

11、改善勞動(dòng)條件； 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控 機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高 速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn) 國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。 我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能 落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10 左右，差距太大， 急待改造。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置， 使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著

12、數(shù)控 機(jī)床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi) 工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面 購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、 PC 技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好 的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出 相當(dāng)大的資金去購(gòu)買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提 高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。 1984 年，我國(guó)開始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì) 型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù) 控系統(tǒng)。可以預(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控

13、化改造將迅速發(fā)展和普及。所 以說，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性 。 第一章 總體方案的設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) C620 普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用 單片機(jī)對(duì)縱、橫 向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制，縱向（ Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，橫向（ X 向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾 珠絲杠副 。 1.2 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿 足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠。 為了

14、保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。 同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)齒輪 也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 此設(shè)計(jì)過程主要是縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給的 改造，關(guān)鍵是步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的選用。 改進(jìn)后的車床簡(jiǎn)易傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-1： 圖 1-1 改進(jìn)后的車床傳動(dòng)系統(tǒng) 1.小刀架 2.橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板 5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1.2.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因?yàn)殚_環(huán)控 制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使 用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以

15、，本設(shè)計(jì)決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地 運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中， CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素： 1.時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； 3. I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān) 。 在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU 和 MCS-51 系 列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋?，普及性、通用性?qiáng)，制造和維 修方便，完

16、全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)以8031 芯片為 核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。 1.3 總體方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定C620 車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 方案。 C620 車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動(dòng)變速。車床的縱向 （Z 軸）和橫向（ X 軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 將原來機(jī)床的普通 絲杠改為滾珠絲杠以減小摩擦力。并將8031 單片機(jī)組成 的微機(jī)作為數(shù)控 裝置的核心，由 I/O 接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車床的縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 2

17、.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 2.1.1縱向滾珠絲杠副的選用 滾珠螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生 滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。螺母上設(shè)有返向器，與 螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過 盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。 滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或其它直線運(yùn)動(dòng)副相比，有下列特點(diǎn)： (1) 傳動(dòng)效率高 一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá)9095，耗費(fèi)能 量?jī)H為滑動(dòng)絲桿的 1/3。 (2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很 小。啟動(dòng)時(shí)無沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛

18、度和傳動(dòng)精度。 (3) 工作壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 (HRC5862)、 高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲桿副的 410 倍以上。 (4) 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、 無爬行、無間隙，通過預(yù)緊進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定 位精度和重復(fù)定位精度。 (5) 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部 件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。 (6) 可靠性高 潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 (7) 不能自鎖 用于垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。 (8) 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面

19、粗糙度要求 高，故制造成本較高。 2.1.1.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 在數(shù)控機(jī)床中，一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸位移量叫做脈沖當(dāng)量，通常用 表示，也稱機(jī)床的最小設(shè)定單位。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一 個(gè)基本技術(shù)參數(shù) ，按機(jī)床設(shè)計(jì)的加工精度選定。本設(shè)計(jì)所要求的C620 的脈沖當(dāng)量為： 縱向（Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，橫向（ X 向）脈 沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖。 2.1.1.2 車削力的計(jì)算 在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí)，計(jì)算傳動(dòng)和導(dǎo)向元件，選用伺服電機(jī)等都 要用到切削力。 現(xiàn)我們利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主切削力。 車床的主切削力可用下式計(jì)算：)(NFZ 5 . 1 max 67 . 0

20、DFZ 式中車床床身加工的最大直徑單位為mm。 max D 因 C620 床身加工的最大直徑 410mm，則：NFZ 3 . 556241067 . 0 5 . 1 按以下比例分別求出 分力和， x F y F4 . 0:25 . 0 :1: yxZ FFF 則：，NFx1391NFy2226 2.1.1.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇機(jī)構(gòu)類型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠 絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定后，再計(jì)算和確定其他參數(shù)，包括：公稱 直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、精度等級(jí)等。d 0 Ljk 本設(shè)計(jì)中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的

21、預(yù) 緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊。 圖2-1 雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu) 1、2-單螺母 3-平鍵 4-調(diào)整螺母 1 23 4 (1)計(jì)算進(jìn)給率牽引力 m F 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削力時(shí)的走刀抗力以及移 動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形 式有關(guān)。的計(jì)算公式如下 : m F 縱向進(jìn)給導(dǎo)軌為三角形，則：)( GFfKFF zxm N)800 3 . 5562(15 . 0 139115. 1 ( N2554 三角形導(dǎo)軌選取參數(shù)：NGfK800,15 . 0 ,15 . 1 (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C 選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠

22、 0 d 在回轉(zhuǎn) 100 萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大 值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)荷。計(jì)算步驟如下：C 絲杠轉(zhuǎn)速其中= 0 1000 L n s s min75 . 0 m6 0 L min125 6 75 . 0 1000 rn 壽命（） 6 10 60Tn L r 6 1025.11 10 150012560 6 最大動(dòng)負(fù)荷 NFjLC Mw 13.858425545 . 125.11 33 (3)計(jì)算最大靜負(fù)荷 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（）情況下工作時(shí)，滾珠絲杠min10rn 副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當(dāng)塑性變形超過一定限度就 會(huì)破壞滾珠

23、絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬(wàn) 分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)載稱為允許的最大靜負(fù)荷。選取靜 0 C 態(tài)安全系數(shù)=2，滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜 s f2254 maxm FF 負(fù)荷為：。510825542 max0 FfC s (4)選擇滾珠絲杠副 見表 2-1 5)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 943 . 0 0506 . 0 0477 . 0 542tan 442tan tan tan 0 0 表 2-1滾珠絲杠副參數(shù) 型號(hào) 公稱 直徑 mm 基本導(dǎo) 程 mm 螺旋升 角 絲杠外 徑 )(mm 絲杠內(nèi) 徑 )(mm 額定動(dòng) 載荷 )(N 絲杠長(zhǎng)

24、度 mm 額定靜載荷 )(N 5 . 34006406 442o 2 . 3998.3524100120082400 (6)剛度校核 主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩 T 共同作用下引起的每導(dǎo)程變 m F 形量是否符合絲杠精度要求。L 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計(jì)算L 2 00 21 L EF LF LLL m GJ TL0 選取 )(10 6 . 20 4 mmNE 2 2 1 )(88.1017 4 mm d F mm EF LF L m5 4 0 1 103 . 7 88.101710 6 . 20 62554 mm L L 4 4 0 2 102 . 2 2 1028 . 2 6 2 其

25、中： 444 1 102 . 8 64 mmdJ mmmm 4 4 1028 . 2 102 . 8824 62554 則： 21 LLL 45 102 . 2103 . 7 mm 4 1093 . 2 mmmL L /000293 . 0 6 100100 1 mmm/0049 . 0 查表所得，所選用的級(jí)絲杠精度允許誤差 為，滿足要求。Dmm/10 (7) 穩(wěn)定性校核 機(jī)床在進(jìn)給時(shí)滾珠絲杠通常 是受軸向力的一壓桿。若軸向力過大， 將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時(shí)必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核。如果滿足 穩(wěn)定性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) ()，則絲杠安全，不會(huì)失穩(wěn) ： k n k n )( k

26、 m k k n F p n 式中()許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2.54。 k n 絲杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載，由 ： k p 2 )( l EJ pk 式中 絲杠長(zhǎng)度 l 絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定 。 截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓 J 4 1 64 dJ 對(duì)于水平絲杠要考慮自重影響可取 ()4。 k n 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得 Npk115776 )12001 ( 102 . 810 6 . 20 2 462 )(45 2554 115776 kk nn 絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 2.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選用 2.1.2.1脈沖量的選擇 初選三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為，當(dāng)三相六拍（ 12 00 5 . 175 .

27、0 相勵(lì)磁）運(yùn)行時(shí)，步距角其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 0 75 . 0 rpS480 75 . 0 360360 0 00 脈沖當(dāng)量： 由此可得中間齒輪傳動(dòng)比為pmm01 . 0 i 25 . 1 48001 . 0 6 S L i 2.1.2.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1.空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 LF T m i L T s LF 046 . 0 25 . 1 8 . 02 006 . 0 80006 . 0 2 2.車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 L T m LFWF T Si yx L 5 . 1 25 . 1 8 . 02 006 . 0 222680006 . 0 1391 2 2.1.2.3等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的計(jì)算 1.

28、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 S J 2 344 0 00237 . 0 32 1085 . 7 2 . 104 . 0 32 m ld JS 2.拖板運(yùn)動(dòng)慣量換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J m i L g W Jw 5 2 2 2 2 1076 . 4 25 . 1 1 2 006 . 0 8 . 9 8001 2 3.大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2g J 選取大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。45 2 Z36 1 Zmmm2 2 34 2 4 2 2 0005056 . 0 32 1085 . 7 01 . 0 09 . 0 32 m bd Jg 4.小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1g J 2 34 1 4 1 1 0004

29、142 . 0 32 1085 . 7 02 . 0 072 . 0 32 m bd Jg 換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣性負(fù)載 L J 2 2 1 i JJ JJJ sg wgL 2 2 0023. 0 25 . 1 00237 . 0 0005056 . 0 0000476. 00004142. 0 m 2.1.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 的選擇 已知 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 110BF003，mTL5 . 1 23 103 . 2mJL 步距角三相六拍。其中最大靜扭矩，轉(zhuǎn)子慣量 0 75 . 0 mT 8 max ，由此可得： 23 10 8 . 36mkgJm , 5 . 018 . 0 8 5 . 1

30、 max T TL 2 3 3 25 . 0 10 8 . 36 103 . 2 m L J J 1 4 1 max T JL 經(jīng)驗(yàn)算可知電動(dòng)機(jī)合格。 110BF003 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖如圖2.2： 外型圖: 圖 2-2 110BF003 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 2.2.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的選用 橫向進(jìn)給方向的設(shè)計(jì)過程同縱向方向相同。 2.2.1.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 橫向（X 向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖。 2.2.1.2車削力的計(jì)算 車床的主切削力可用下式計(jì)算 ：)(NFZ 5 . 1 max 67 . 0 DFZ 式中車

31、床刀架加工的最大直徑單位為 mm。 max D 因 C620 床身加工的最大直徑 210mm，則：NFZ203921067 . 0 5 . 1 按以下比例分別求出分力和， x F y F4 . 0:25 . 0 :1: yxZ FFF 則:，NFx510NFy 6 . 815 2.2.1.3滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇機(jī)構(gòu)類型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠 絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定后，再計(jì)算和確定其他參數(shù)，包括：公稱 直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、精度等級(jí)等。d 0 Ljk 本設(shè)計(jì)中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副 的預(yù)緊方法選擇雙螺母

32、 螺紋預(yù)緊。 (1)計(jì)算進(jìn)給率牽引力 m F 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率牽引力主要包括切削力時(shí)的走刀抗力以及移 動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形 式有關(guān)。的計(jì)算公式如下 : m F 橫向進(jìn)給導(dǎo)軌為 燕尾形，則：)2( GFFfKFF xzym N 6 . 1873 )60051022039(2 . 0 6 . 8154 . 1 燕尾形導(dǎo)軌選取參數(shù)：NGfK600, 2 . 0, 4 . 1 (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C 選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠 0 d 在回轉(zhuǎn) 100 萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大 值即稱為該

33、滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)荷。計(jì)算步驟如下：C 絲杠轉(zhuǎn)速其中= 0 1000 L n s s min6 . 0m5 0 L min120 5 6 . 01000 rn 壽命（） 6 10 60Tn L r 6 10 8 . 10 10 150012060 6 最大動(dòng)負(fù)荷 MwF fLC 3 6212 6 . 18735 . 1 8 . 10 3 (3)計(jì)算最大靜負(fù)荷 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（）情況下工作時(shí)，滾珠絲杠min10rn 副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當(dāng)塑性變形超過一定限度就 會(huì)破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬(wàn) 分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負(fù)

34、載稱為允許的最大靜負(fù)荷。選取靜 0 C 態(tài)安全系數(shù)=2，滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷 故最大靜 s f 6 . 1873 maxm FF 負(fù)荷為 2 . 3747 6 . 18732 max0 FfC s (4)選擇滾珠絲杠副 表 2-2 滾珠絲杠 副參數(shù) 型號(hào) 公稱 直徑 mm 基本導(dǎo) 程 mm 螺旋升 角 絲杠外 徑 )(mm 絲杠內(nèi) 徑 )(mm 額定動(dòng) 載荷 )(N 絲杠長(zhǎng) 度 mm 額定靜載荷 )(N 5 . 22005205 334 3 . 19 2 . 171265028031600 (5)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 965 . 0 0825 . 0 0796 . 0 43

35、4tan 334tan tan tan 0 0 (6)剛度校核 主要校核滾珠絲杠在工作負(fù)載和扭矩 T 共同作用下引起的每導(dǎo)程變 m F 形量是否符合絲杠精度要求。L 每導(dǎo)程變形量可按以下公式計(jì)算L 2 00 21 L EF LF LLL m GJ TL0 選取 )(10 6 . 20 4 mmNE 2 2 1 )(23.232 4 mm d F mm EF LF L m4 4 0 1 100 . 2 23.23210 6 . 20 5 6 . 1873 mm L L 3 3 0 2 101 . 2 2 1064 . 2 5 2 其中： 434 1 103 . 4 64 mmdJ mmmm 3

36、5 1064 . 2 43 . 0 10 4 . 82 5 6 . 1873 則 21 LLL 34 101 . 2100 . 2 mm 3 103 . 2 mmmL L /0023 . 0 5 100100 1 mmm/046 . 0 查手冊(cè)所得，所選用的級(jí)絲杠精度允許誤差為，滿足要求。Gmm/60 (7) 穩(wěn)定性校核 機(jī)床在進(jìn)給時(shí)滾珠絲杠通常是受軸向力的一壓桿。若軸向力過大，將使 絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生翹曲，所以選用時(shí)必須進(jìn)行穩(wěn)定性校核。如果滿足穩(wěn)定 性安全系數(shù)大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) ()，則絲杠安全，不會(huì)失穩(wěn) ： k n k n )( k m k k n F p n 式中()許用穩(wěn)定性安全系

37、數(shù)，一般取2.54。 k n 絲杠失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載，由 ： k p 2 )( l EJ pk 式中 絲杠長(zhǎng)度l 絲杠軸端系數(shù)，由支承條件定。 截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓J 4 1 64 dJ 對(duì)于水平絲杠要考慮自重影響可取 ()4。 k n 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式中可得 Npk 7 2 362 1012 . 1 )2801 ( 103 . 410 6 . 20 )(6000 6 . 1873 1012 . 1 7 kk nn 絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 2.2.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 2.2.2.1脈沖量的選擇 初選三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為，當(dāng)三相六拍（ 12 相勵(lì) 00 5 . 175 . 0 磁）運(yùn)行時(shí)，步距角

38、其妹轉(zhuǎn)脈沖數(shù) ： 0 75 . 0 rpS480 75 . 0 360360 0 00 初選脈沖當(dāng)量： 由此可得中間齒輪傳動(dòng)比為pmm005 . 0 i 08 . 2 480005 . 0 5 S L i 2.2.2.2等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1.空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 LF T m Li T s LF 017 . 0 8 . 02 48 . 0 005 . 0 60006 . 0 2 2.車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 L T m LiFWF T S yx L 29 . 0 8 . 02 48 . 0 005 . 0 6 . 81580006 . 0 510 2 2.2.2.3等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的計(jì)算 1.滾動(dòng)絲杠的

39、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 S J 2 344 0 000034 . 0 32 28 . 0 1085 . 7 02 . 0 32 m ld JS 2.拖板運(yùn)動(dòng)慣量換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 w J mi L g W Jw 52 2 2 2 1089 . 0 48 . 0 2 005 . 0 8 . 9 600 2 3.大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2g J 選取大齒輪齒數(shù)，小齒輪齒數(shù)，模數(shù)。50 2 Z24 1 Zmmm2 2 34 2 4 2 2 00077 . 0 32 1085 . 7 01 . 0 1 . 0 32 m bd Jg 4.小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1g J 2 34 1 4 1 1 000082 . 0 3

40、2 1085 . 7 02 . 0 048 . 0 32 m bd Jg 換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總慣性負(fù)載 L J 2 21 )(iJJJJJ sgwgL 2 2 000276 . 0 48 . 0 )000034 . 0 00077 . 0 (0000089 . 0 000082 . 0 m 2.2.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 的選擇 已知 初選步進(jìn)電mTL29 . 0 2524 1082 . 2 1076 . 2 mkgmJL 機(jī)型號(hào)為 90BF002，步距角三相六拍。其中最大靜扭矩 0 75 . 0 ，轉(zhuǎn)子慣量，由此可得：mT92 . 3 max 25 1064.17mkgJm ,5 . 0074

41、 . 0 92 . 3 29 . 0 max T TL 2 5 5 25 . 0 1064.17 1082 . 2 m L J J 1 4 1 max T JL 經(jīng)驗(yàn)算可知電動(dòng)機(jī)合格。 電動(dòng)機(jī)外形圖 及矩頻圖 如圖 2-3： 圖 2-3 110BF003 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖及矩頻特性圖 2.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整 在橫向進(jìn)給和縱向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠間都是通過一對(duì)減速 直齒輪傳動(dòng)的，這就要求我們對(duì)齒輪的傳動(dòng)間隙進(jìn)行調(diào)整。 常用的直齒輪調(diào)整齒側(cè)間隙的方法有以下幾種。 (1)偏心套(軸)調(diào)整法 如圖 2-4 所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的 一個(gè)齒輪 4 裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2 安裝在偏心套

42、 1(或偏心軸 )上， 通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套 (偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消 除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ) 償。 圖 2-4 偏心套式間隙消除機(jī)構(gòu) 1偏心套 2電動(dòng)機(jī) 3減速箱 4、5減速齒輪 (2) 軸向墊片調(diào)整法 如圖 2-5 所示，齒輪 1 和 2 相嚙合，其分度圓 弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3 使齒輪 2 沿軸向 移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片3 的厚度應(yīng)使得齒輪 1 和 2 之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點(diǎn)同偏心套(軸)調(diào)整法。 圖 2-5 圓柱齒輪軸向墊片間隙消除機(jī)構(gòu) (3) 雙片薄齒輪錯(cuò)齒

43、調(diào)整法 這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個(gè) 做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)和 另一個(gè)薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間 隙，反向時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)，具體調(diào)整措施如下： 周向彈簧式 (圖 2-6) 在兩個(gè)薄片齒輪 2 和 4 上各開了幾條周向圓弧 槽，并在齒輪 3 和 4 的端面上有安裝彈簧 2 的短柱 1。在彈簧 2 的作用下 使薄片齒輪 3 和 4 錯(cuò)位而消除齒側(cè)間隙。這種結(jié)構(gòu)形式中的彈簧2 的拉 力必須足以克服驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能起作用。因該方法受到周向圓弧槽及彈簧尺寸 限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于驅(qū)動(dòng)裝置。 可調(diào)拉簧式 (圖 2-7)

44、 在兩個(gè)薄片齒輪 1 和 2 上裝有凸耳 3，彈簧的 一端鉤在凸耳 3 上，另一端鉤在螺釘 7 上。彈簧 4 的拉力大小可用螺母 5 調(diào)節(jié)螺釘 7 的伸出長(zhǎng)度，調(diào)整好后再用螺母6 鎖緊。 本設(shè)計(jì)所選用的是雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法中的可調(diào)拉簧式。由此就 可以將縱向及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的裝配圖設(shè)計(jì)并畫出，具體請(qǐng)見圖紙。 圖 2-6 薄片齒輪周向拉簧錯(cuò)齒調(diào)隙機(jī)構(gòu) 圖 2-7 可調(diào)拉簧式調(diào)隙 第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) 在這一部分我們采用 MCS-51 系列單片機(jī)控制主控系統(tǒng)， 51 系列相對(duì) 48 系列指令更豐富，相對(duì) 96 系列價(jià)格更便宜， 51 系列中，是無 ROM 的 8051，8751 是用 EPRO

45、M 代替 ROM 的 8051。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是 8031 單片機(jī)。本設(shè)計(jì)以 8031 芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和 面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng) 。 3.1單片機(jī)的選擇 圖 3-1 8031 引腳圖 本設(shè)計(jì)選用 8031 芯片，片內(nèi)無 ROM 或者 EPROM，使用時(shí)必須配置外 部的程序存儲(chǔ)器 EPROM。本設(shè)計(jì)選用了 27128 擴(kuò)展其空間， 8031 的引腳 分 3 大功能： （1）I/O 口線 P0,P1,P2,P3共 4 個(gè)八位口。 （2）控制口線 PSEN(片外取指控制 )、ALE（地址鎖存控制）、 EA（片外存 儲(chǔ)器選擇）、 RESET（復(fù)位控制）。 （3）電源

46、和時(shí)鐘。 8031 最小應(yīng)用系統(tǒng)。 8031 內(nèi)部不帶 ROM，需要外接 EPROM 作為外部 程序存儲(chǔ)器。又因?yàn)?8031 在外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)地址的低8 位信息和數(shù)據(jù)信息分時(shí)送出，故還需要采用一片6264 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器儲(chǔ)存數(shù) 據(jù)。這樣，一片 27128EPROM 和一片 6264 組成了一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)。 圖 3-2 系統(tǒng)存儲(chǔ)器 3.2步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源有密切關(guān)系。驅(qū)動(dòng)電源由脈 沖分配器、功率放大器組成 ，驅(qū)動(dòng)電源是將變頻信號(hào)源送來的脈沖信號(hào)及 方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)的循環(huán)供給電機(jī)各組繞組，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子 正反向旋轉(zhuǎn)。 3.2.1

47、環(huán)形脈沖分配器的選擇 步進(jìn)電機(jī)的各組繞組必須按一定的順序通電才能正常工作。這種使電機(jī) 繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱環(huán)形脈沖分配 器。所以不同相的電機(jī)應(yīng)選用不同的環(huán)形分配器。本設(shè)計(jì)中所選用的電機(jī)， 縱向部分為 110BF003 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，與其相配的環(huán)形脈沖分配器為 CH250，其管腳圖見圖 3-3： 圖 3-3 CH250 管腳圖 CH250 有 A、B、C 三個(gè)輸出端，當(dāng)輸入端 CL 或 EN 加上時(shí)鐘脈沖后， 輸出波形將符合三相 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的要求，輸出電流能力為0.5mA，經(jīng) 推動(dòng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)放大后即可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)繞組。 CH250 在供三相六拍步進(jìn)電機(jī)工

48、作時(shí)，線路中的接線見圖3-4： 圖 3-4 三相六拍時(shí) CH250 接線圖 橫向部分為 90BF002 五相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，與其相配的環(huán)形脈沖分配 器為 PMM8714，其管腳圖 見圖 3-5。 3.2.2功率放大器的選用 從計(jì)算機(jī)輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號(hào)脈沖電流一般只有幾個(gè)毫安， 不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，必須采用功率放大器將脈沖電流進(jìn)行放大，使其增 大到幾至十幾安培，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)所使用的功率放大器有電壓型和電流型。電壓型又有單電壓型、 雙電壓型（高低壓型）。電流型中有恒流驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)等。 圖 3-5 PMM8714 管腳圖 (1) 單電壓功率放大電路 此電路的優(yōu)點(diǎn)是

49、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不足之處是Rc 消耗能量大，電流脈 沖前后沿不夠陡，在改善了高頻性能后，低頻工作時(shí)會(huì)使振蕩有所增加，使 低頻特性變壞。 (2) 高低電壓功率放大電路 電源 U1 為高電壓，電源大約為 80150V，U2 為低電壓電源，大約為 520V。在繞組指令脈沖到來時(shí)，脈沖的上升沿同時(shí)使VT1 和 VT2 導(dǎo)通。 圖 3-5 單電壓功率放大器 由于二極管 VD1 的作用，使繞組只加上高電壓U1，繞組的電流很快達(dá) 到規(guī)定值。到達(dá)規(guī)定值后， VT1 的輸入脈沖先變成下降沿，使VT1 截止， 電動(dòng)機(jī)由低電壓 U2供電，維持規(guī)定電流值，直到VT2輸入脈沖下降沿到 來 VT2截止。 不足之處是在高低壓

50、銜接處的電流波形在頂部有下凹，影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 的平穩(wěn)性。 圖 3-6 高低電壓功率放大電路 （3）斬波恒流功放電路 該電路的特點(diǎn)是工作時(shí) Vin 端輸入方波步進(jìn)信號(hào)：當(dāng) Vin 為“0”電 平，由與門 A2輸出 Vb為“0”電平，功率管（達(dá)林頓管） VT 截止，繞組 W 上無電流通過，采樣電阻上R3上無反饋電壓， A1放大器輸出高電平； 而當(dāng) Vin為高電平時(shí)，由與門 A2輸出的 Vb也是高電平，功率管 VT 導(dǎo)通， 繞組 W 上有電流，采樣電阻上 R3上出現(xiàn)反饋電壓 Vf，由分壓電阻 R1、R2得到設(shè)定電壓與反饋電壓相減，來決定A1輸出電平的高低，來決 定 Vin信 號(hào)能否通過與門 A2。若

51、 VrefVf時(shí) Vin信號(hào)通過與門，形成 Vb正脈沖， 打開功率管 VT；反之， VrefVf時(shí) Vin信號(hào)被截止，無 Vb正脈沖，功率 管 VT 截止。這樣在一個(gè) Vin脈沖內(nèi)，功率管 VT 會(huì)多次通斷，使繞組電流 在設(shè)定值上下波動(dòng)。 圖 3-7 斬波恒流功放電路 通過比較選擇，本設(shè)計(jì)中選用單電壓功率放大電路。為了避免功放后 強(qiáng)電對(duì)弱電產(chǎn)生干擾，應(yīng)在 環(huán)形分配器和功率放大電路之間加一個(gè)光電隔 離電路。 3.3步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)的工作過程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計(jì)者的要求完成 一定的控制過程，使功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。簡(jiǎn)單 地控制過程可以用各種邏輯電路來實(shí)

52、現(xiàn)，但缺點(diǎn)是線路復(fù)雜，控制方案 改變困難，自從微處理器問世以來，給步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。 各種單片微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和普及，為設(shè)計(jì)功能很強(qiáng)而價(jià)格低廉的步進(jìn) 電機(jī)控制器提供了條件。使用微型計(jì)算機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制有串行和并行 兩種方式。 串行控制。具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源之間具 有較少的連線。將信號(hào)送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的環(huán)形分配器，所以在這種系 統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電源中必須含有環(huán)形分配器。這種控制方式的示意圖見圖3- 8。 方式信號(hào) 方向信號(hào) CP 脈沖 圖 3-8 串行控制示意圖 P1.0 P1.1 8031 P1.2 步 進(jìn) 電 機(jī) 環(huán) 形 分 配 器 功 率 放 大 電 路 并行控制。用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)