数控立式钻铣床改造(9)

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由于两端均采用推力轴承，且丝杆又进行了预紧，故其拉压刚度可比一端固定的丝杆提高4倍。

?1???1??1.14?10?2?0.285?10?2mm

滚珠与螺纹滚道间的接触变形量?2：

该变形量与滚珠列、圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杆的长度无关。当丝杆在工作时有预紧时，其接触变形量?2为：

1414?2?0.0013Fm3d0FyZ2??0.0013?3233.233.175?425.2?158.32?0.0060mm （4-32）

11（其中Fy为预紧力，Fy?Fmax??12756.7?4252

33Fmax?Coa/f?19125/1.5?12756.7 Z??Z?J?K??d0d??2.5?2?158.3）

因为丝杆加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的1/3，所以 ?2可减少一

???0.0060/2?0.0030mm 2半。因此实际变形量为

支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形根据以上的计算，则总变形量为：

?3：

???1???2???3??0.00285?0.0030?0.0044?0.01025mm

三级精度丝杆允许的螺距误差为15μm/m，故刚度足够。因为滚珠丝杆两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需做稳定性校核。 (三)步进电机的选择

步进电机的选择必须保证步进电动机的输出转矩大于负载所需的转矩。其次应使步进电动机的步距角α与机械系统匹配，以得到机床所需的脉冲当量。第三电动机与机械系统的负载惯量及机床要求的启动频率相匹配，并有一定余量。 （1）负载转矩计算及最大静转矩选择

nmax?Vmax?b2000?0.75??417r/min （4-33） 360?p0.01?36039

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又有J??8.957Kg?cm2，则折算到电动机轴上的总加速力矩为：

Ma?J?2?nmax2??417 ?8.957??10?2?130.38N?cm （4-34）

60t60?0.03折算到电动机轴上的摩擦力矩：

Mf?Gf?L01960?0.2?0.5 ??38.99N?cm （4-35）

2??i2??0.8?1.0预紧力FYJ?4252，滚珠丝杆未预紧时的传动效率取?0?0.95，则附加摩擦力矩

M0?FYJL04252?0.52（4-36） (1??0)??(1?0.952)?41.24N?cm

2??i2??0.8?1.0则步进电动机快速空转启动力矩：

Mkq?Ma?Mf?M0?130.38?38.99?41.24?210.61N?cm （4-37）

对于工作方式为五相十拍得步进电动机最大静转矩：

Mjmax?Mkq?210.61?221.5N?cm?2.22N?m （4-38） 0.951?从相关资料查出130BF001型步进电动机最大静转矩为9.31N?m，大于所需快速空载启动力矩，可作为初选型号。 （2）校核步进电机的空载启动频率 步进电机的空载启动频率为：

fmax?1000Vmax1000?2.0??3333HZ （4-39）

60?60?0.01而130BF001型步进电动机最高空载启动频率为f=3000HZ,因而必须分三个阶段启动，每个阶段启动频率为fq?fmax/3?1111HZ，在0.25s内玩完成升速0.05s过渡，取VS?0.98m/min，则步进电动机运行频率fG为：

fG?1000VS1000?0.98??1633HZ （4-40） 60?60?0.01而步进电机允许的运行频率为16000HZ，因而满足要求。

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第五章 控制系统的设计

一．控制系统总体方案的拟定

机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统的控制对象主要包括各种机床,如车床、铣床、磨床等等。控制系统的基本组成如下图所示: 通信接口 软件 机 主运动驱动电路 图5-1 控制系统的基本组成

微 步进电机驱动电路 开关量控制电步进电机 主轴电动机 机 床 二．总控制系统硬件电路设计

（一）单片机的选用 1．8031芯片

8031芯片内部具有128字节数据存储器RAM，内部编址为00H～7FH,用作工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器，CPU对内部RAM有丰富的操作指令，8031是一个无ROM的8051，单片的8031不能构成完整的计算机，必须接EPROM或ROM作为程序存储器，所以以外接了一片2764芯片。

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221VCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8803180518751图5-2 8031的引脚图

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a.电源及时钟引脚

此部分引脚包括电源引脚Vcc、Vss及时钟引脚XTAL1、XTAL2，电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc：接+5V电源，Vss：接地。

时钟引脚：外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。

XTAL1：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。

XTAL2：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接受振荡器的信号，即把信号直接接至内部时钟发生器的输入端。 b.控制引脚

它包括RST、ALE、PSEN、EA等。此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。

RST/VPD：当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。复位后应使此引脚电平为≤0.5V的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此引脚可接备用电源（VPD），以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（（5±0.5）V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。

ALE/PROG：当单片机访问外部存贮器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是，每当访问外部数据存贮器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。

PSEN：此输出为单片机内访问外部程序存贮器的读选通信号。在从外部程序存贮器指令（或常数）期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存贮器时，这两次有效的PSEN信号不出现。PSEN同样可以驱动8个TTL负载。

EA/Vpp：当EA端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器，但当PC

值超过某值时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当EA端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器。对8031来说，因其无内部程序存贮器，所以该引脚必须接地，即此时只能访问外部程序存贮器。 c.输入/输出引脚

输入/输出（I/O）口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。

P0口（P0.0-P0.7）：为双向8为三态I/O口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是地址总线低8位及数据总线分时复用口，可驱动8个TTL

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负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。

P1口（P1.0-P1.7）：为8位准双向I/O口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入口时，锁存器必须置1），可驱动4个TTL负载。

P2口（P2.0-P2.7）：为8位准双向I/O口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载，一般作为扩展时地址总线的高8位使用。

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