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畢業(yè)設計(論文)
Φ500mm的數(shù)控車床總體設計
及縱向進給設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
通過該課題的研究，努力達到以下目的：
1、加強數(shù)控機床結構設計和模塊化訓練；
2、加強數(shù)控機床功能部件的選型與設計計算的訓練；
3、加強數(shù)控機床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練
普通機床數(shù)控化改造的研究意義：
1）節(jié)省資金。?機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，
大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。
2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。
3）?提高生產(chǎn)效率。?機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高?3 至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期
關鍵詞：車床，數(shù)控，伺服電機，滾珠絲杠
II
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 1
1.1 數(shù)控機床及其特點 1
1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別 1
1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍 2
1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 2
1.3 數(shù)控機床發(fā)展趨勢 3
1.4 機床數(shù)控化改造的優(yōu)越性 4
第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 6
2.1總體方案設計的內容 6
2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定 6
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 7
2.1.3執(zhí)行機構傳動方式的確定 7
2.1.4計算機的選擇 8
2.2總體設計方案的確定 8
2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 8
2.2.2計算機系統(tǒng) 8
2.2.3機械傳動方式 8
第3章 確定切削用量及選擇刀具 1
3.1刀具選擇 1
3.2切削用量確定 1
3.3切削三要素 1
3.4加工精度和表面粗糙度 2
3.5刀具材料 5
第4章 縱向進給系統(tǒng)設計計算 6
4.1 選擇脈沖當量 6
4.2 計算切削力 6
4.3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 7
4.4 齒輪進給齒輪箱傳動比計算 11
4.5 步進電機的計算和選型 12
第5章 微機數(shù)控系統(tǒng)的設計 16
5.1 微機數(shù)控系統(tǒng)的設計綱要 16
5.1.1 硬件電路設計 16
5.1.2 軟件電路設計 17
5.2 8031單片機及其擴展 18
5.2.1 8031單片機的簡介 18
5.2.2 8031單片機的系統(tǒng)擴展 19
5.2.3 存儲器擴展 21
5.2.4 I/O口的擴展 22
5.2.5 步進電機驅動電路 23
5.2.6 脈沖分配器（環(huán)行分配器） 24
5.2.7 光電隔離電路 24
5.2.8 功率放大器 24
5.2.9 其他輔助電路 25
結 論 27
致 謝 28
參考文獻 29
IV
第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述
近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，尤其是機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設備的數(shù)控化率已達到85%以上，而我國的機械設備的數(shù)控化率不足20%，隨著我國機制行業(yè)新技術的應用，數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。1.高速、高精加工技術及裝備的新趨勢2.軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展3.智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢4.重視新技術標準、規(guī)范的建立其中包括：a.關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范b. 關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范，加強數(shù)控銑床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練。
研究此課題的意義在于：針對大學畢業(yè)生技能的需求，在培養(yǎng)過程中，加強實踐環(huán)節(jié)，把自己置身于工程背景之中，以提高我們的專業(yè)水平。通過此設計，我們可以初步掌握改造一般銑床的方法與步驟，可為我們今后工作打下良好的基礎。將大學三年所學到的知識進行匯總，考核我們所學知識的牢固度，檢驗我們運用知識的能力。
1.1 數(shù)控機床及其特點
1.1.1 數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別
數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有以下明顯特點：
1. 適合于復雜異形零件的加工
數(shù)控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應用。
2. 加工精度高
3. 加工穩(wěn)定可靠
實現(xiàn)計算機控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質量穩(wěn)定可靠。
4. 高柔性
加工對象改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準備時間。在數(shù)控機床的基礎上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)—FMS。
5. 高生產(chǎn)率
數(shù)控機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機床的 3～5 倍，對某些復雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。
5. 勞動條件好
機床自動化程度高，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好。
7. 有利于管理現(xiàn)代化
采用數(shù)控機床有利于向計算機控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造了條件。
8. 投資大，使用費用高
9. 生產(chǎn)準備工作復雜
由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準備工作較為復雜，包含工藝確定、程序編制等。
10. 維修困難
數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，技術含量高，對維修人員的技術要求很高。
1.1.2 數(shù)控機床的適用范圍
由于數(shù)控機床的上述特點，適用于數(shù)控加工的零件有：
·批量小而又多次重復生產(chǎn)的零件；
·幾何形狀復雜的零件；
·貴重零件加工；
·需要全部檢驗的零件；
·試制件。
對以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。
1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度
數(shù)控銑床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等回轉體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。
由于數(shù)控銑床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控銑床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通銑床要寬得多。
1.精度要求高的回轉體零件
由于數(shù)控銑床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。
2.表面粗糙度要求高的回轉體零件
數(shù)控銑床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控銑床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。
3.輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的回轉體零件
由于數(shù)控銑床具有直線和圓弧插補功能，部分銑床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的回轉體零件。
1.3 數(shù)控機床發(fā)展趨勢
1. 高速、高效、高精度、高可靠性
（1） 高速、高效加工
進入21世紀，機床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質量和精度.上世紀90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。
（2）高精度、超精密化加工
當前，機械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達到5微米;精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級(0.001微米)，主軸回轉精度要求達到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工〔特高精度加工)，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10nm).其應用范圍日趨廣泛
（3）高可靠性
是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000小時.當前國外數(shù)控裝置的MIBF值已達60000小時以上，驅動裝置達30000小時以上.
2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化
(1)模塊化、專門化與個性化
為了適應數(shù)控機床多品種、小批量的特點.機床結構模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢.
(2)智能化
在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內容包括①為追求加工效率和加工質量方面的智能化:如自適應控制，工藝參數(shù)自動生成:②為提高驅動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算等:③簡化編程、簡化操作方面的智能化:④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容等。
(3)柔性化和集成化
數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化FA)、體(CIMS,分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展.
3. 開放性
為適應數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢是體系結構的開放性，設計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數(shù)控的計劃等。
1.4 機床數(shù)控化改造的優(yōu)越性
1. 費用低，經(jīng)濟性好.改造周期短.可滿足生產(chǎn)急需
同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%-80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，以大型的龍門加工中心為例，進口新的需要1000-5000萬元.而升級改造只需要100-500萬元。僅占成本的1/10。交貨期短。
2. 改造后的機床機械性能穩(wěn)定可靠、功能增強、質量好、效率高，可作為新設備繼續(xù)使用多年.
3. 降低了對操作者的技術要求，更易提高管理水平
操作者只需編程、裝夾工件和按開關，加工全部由電腦控制自動完成，即使再復雜的工件也能快速完成，省去了對技術要求的煩惱.同時提高了定額管理水平。
4. 可以采用最新的控制技術，可根據(jù)技術革新的速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率。提高設備質量和檔次。
第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較
2.1總體方案設計的內容
針對X5032銑床的特點，在滿足生產(chǎn)的前提下，對原銑床做盡可能少的改動，利用數(shù)控系統(tǒng)控制銑床運動，實現(xiàn)工作臺X、Y、z軸的三坐標控制及任意三軸的聯(lián)動控制，提高銑床的加工精度和自動化水平，完成銑床的數(shù)控化改造
數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應包括以下內容:系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定、計算機系統(tǒng)的選擇等內容。
將一臺X5032普通升降臺立式銑床，改造成三坐標控制，三軸聯(lián)動加工的數(shù)控銑床，用以實現(xiàn)平面、凸輪、溝槽、圓弧槽等復雜零件的自動銑削加工。
根據(jù)設計任務要求，有三種方案可供選擇：
方案一：將工作臺升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進給改為微機控制，實現(xiàn)三坐標控制,三坐標聯(lián)動的開環(huán)控制。
方案二:將主軸升降(Z向)、縱向(X向)、橫向(Y向)的進給改為微機控制，實現(xiàn)三坐標控制，任意兩坐標聯(lián)動的開環(huán)控制。
方案三:僅將工作臺X、Y軸進給運動改為微機控制，實現(xiàn)兩坐標控制，兩坐標軸聯(lián)動的開環(huán)控制
對上述三個改造方案綜合考慮，結合銑床升降臺需要修理等實際情況.在符合經(jīng)濟型數(shù)控改造一般原則的前提下選擇確定第一方案，其具體方案如下:
(1)拆除機床工作臺X、 Y、 Z軸原進給系統(tǒng)。將滑動絲杠副更換為滾珠絲杠副，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進電機。對機床傳動系統(tǒng)設計計算，選擇合適的滾珠絲杠安裝方式。完成齒輪傳動機構設計，步進電機選擇等，垂向工作臺傳動升降機構在更換滾珠絲杠后會因失去自鎖而自動下滑.必須增加平衡裝置和制動裝置。
(2)選擇經(jīng)濟型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、實現(xiàn)機床工作臺X、Y、Z軸3/3數(shù)控。主軸的部分數(shù)控功能要求X、Y、Z向步進精度為O.OO5/0.005/0.O1mm/setp;軸向定位精度0.015 mm;重復定位精度0.008 mm。
2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定
數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和點位/直線控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。例如，數(shù)控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點位控制方式。對于點位控制系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。
連續(xù)控制系統(tǒng)要求工作臺和刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數(shù)關系，能夠控制刀具沿任意直線或曲線運動，控制每一個軸的位置和速度，使得各個軸同步協(xié)調到達目標點。連續(xù)控制系統(tǒng)不僅控制目標點，而且控制刀具到達這些目標點的整個路徑，使刀具始終接觸工件并制造出希望的形狀，所以具有連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床可以加工各種外形輪廓復雜的零件，故而連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)或仿型系統(tǒng)。在點位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中所具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點位系統(tǒng)的功能。例如，數(shù)控銑床、數(shù)控銑床等。
點位-直線系統(tǒng)，不但要求工作臺運動的終點坐標，還要求工作臺沿坐標軸運動過程中切削工作，進行簡單的銑削和銑削作業(yè)。其控制方法與點位系統(tǒng)十分相似，故有時也將這兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為點位控制系統(tǒng)。例如，數(shù)控鏜銑床等。
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)主要由步進電機驅動。開環(huán)伺服系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，容易掌握，調試和維修都比較簡單。目前國內大力發(fā)展的經(jīng)濟型數(shù)控機床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機或交流伺服電機驅動。但閉環(huán)系統(tǒng)造價高、結構和調試較復雜，多用于精度要求高的場合。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是檢測元件測出驅動軸的轉角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。
2.1.3執(zhí)行機構傳動方式的確定
為確定數(shù)控系統(tǒng)傳動精度和工件平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適當?shù)淖枘岜纫蟆Ｔ谠O計中應考慮以下幾點：
盡量采用低摩擦的傳動和導向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌、貼塑導軌等。
盡量消除傳動間隙。例如，采用消隙齒輪等。
提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度、減小傳動鏈誤差。也可以
用預緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如，采用預加負載的滾動導軌和滾動絲杠副等。
2.1.4計算機的選擇
微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅動電路、檢測電路等組成。
2.2總體設計方案的確定
2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇
由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控銑床應具有定位、直線插補、順圓插補、逆圓插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度不高，為了簡化結構、降低成本容易調試和維護，經(jīng)濟型數(shù)控銑床應選用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.2.2計算機系統(tǒng)
根據(jù)機床要求采用8位微機。由于MCS-51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的80C31單片機擴展系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進電機功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。
2.2.3機械傳動方式
為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動給絲杠。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，應盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載的結構。齒輪傳動也要采用消除齒側間隙的結構。
29
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1刀具選擇
（一）刀具選擇：
銑平面：硬質合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。
凸臺、凹槽、箱口面：立銑刀。
毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。
立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。
（二）原則：
安裝調整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。
（三）排序原則
減少刀具數(shù)量；
裝夾一次，盡是加工完；
即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開；
先銑后鉆；
精加工，先曲面后二維輪廓；
盡可能自動換刀。
3.2切削用量確定
粗：效率；半精、精：質量、兼顧效率。
1、主軸轉速n：根據(jù)線速度v確定：π
V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min)
2、切深t：最好是t等于加工余量。
3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。
L＝0.6－0.9d
粗加工：大切深、大進給、低切速。
精加工：小切深、小進給、高切速。
3.3切削三要素
主軸轉速、切削深度、進給速度。少切削，快進給。
3.4加工精度和表面粗糙度
1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。
（1）尺寸精度：公差與配合國家標準（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。
新公差等級與舊公差等級的對照及應用
新公差等級
舊精度等級
加工方法
應用
軸
孔
IT01－IT2
無
研磨
用于量塊、量儀制造
IT3－IT4
研磨
用于精密儀表、精密機件的光整加工
IT5
1
無
研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉
用于一般精密配合。IT7－IT6在機床和較精密的機器、儀器制造中用得最為普遍
IT6
2
1
IT7
3
2
磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金
IT8
3－4
IT9
4
銑、鏜、銑、刨、插
用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合
IT10
5
IT11
6
粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄
用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合
IT12－IT13
7
IT14
8
沖壓、壓鑄
用于非配合
IT15－IT18
9－12
鑄、鍛、焊、氣割
（2）形狀精度：零件上的線、面要素的實際形狀相對于理想形狀的準確程度。
國家標準（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
?。?）位置公差：零件上點、線、面要素的實際位置相對于理想位置的準確程度。
國家標準（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項位置公差：
定向：平行度、垂直度、傾斜度。
定位：同軸度、對稱度、位置度。
跳動：圓跳動、全跳動。
2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標準（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83）
輪廓算術平均偏差：
Ra＝ 或近似于Ra＝
微觀不平十點高度：
Rz＝(+)
在常用數(shù)值范圍內（Ra＝0.25－5.3μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應優(yōu)先選用Ra。
表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表
表面要求
表面特征
Ra(μm)
Rz(μm)
加工方法
舊國際光潔度級別代號
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
不
加
工
毛坯表面清除毛刺
1600
∽
1250
1000
800
630
500
100
400
粗
加
工
明顯可見的刀紋
80
320
粗銑
粗銑
粗刨
鉆
粗銼
▽1
63
250
50
200
可見刀紋
40
160
▽2
32
125
25
100
微見刀紋
20
80
▽3
15.0
63
12.5
50
半
精
加
工
可見加工痕跡
10
40
半精銑
精銑
精銑
精刨
粗磨
▽4
8
32
5.3
25
微見加工痕跡
5
20
▽5
4
16
3.2
12.5
不見加工痕跡
2.5
10
▽6
2
8
1.6
精
加
工
可辨加工痕跡的方向
1.25
5.3
精鉸
刮
精拉
精磨
▽7
1.00
5
0.8
4
微辨加工痕跡的方向
0.63
3.2
▽8
0.5
2.5
0.4
2.0
不辨加工痕跡的方向
0.32
1.6
▽9
0.25
1.25
0.2
1.00
精
密
加
工
暗光澤面
0.16
0.80
精密磨削
珩磨
研磨
超精加工
拋光
▽10
0.125
0. 63
0.1
0.50
亮光澤面
0.080
0.40
▽11
0.063
0.32
0.05
0.25
鏡狀光澤面
0.040
0.20
▽12
0.032
0.16
0.025
0.125
霧狀光澤面
0.020
0.10
▽13
0.016
0.080
0.012
0.063
鏡面
0.010
0.050
鏡面磨削
研磨
▽14
0.008
0.040
0.025
0.032
3.5刀具材料
碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200 -250℃，V＜8m/min。
合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。
高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min；
110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃
4、硬質合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。
另外，還有新型硬質合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。
第4章 縱向進給系統(tǒng)設計計算
4.1 選擇脈沖當量
脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù)。經(jīng)濟型數(shù)控車床、車床常采用的脈沖當量是0.01~0.005mm/step。
根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量：
縱向：0.01mm/step, 橫向：0.005mm/step(半徑)
4.2 計算切削力
用車床經(jīng)驗公式F=D來計算主切削力
式中D指車床身上最大加工直徑（mm）。橫切端面時主切削力可取縱切時F的1/2。
求出主切削里F以后再按以下比例分別求出分力F和F。
F：F：F=1 ：0.25 ：0.5
式中 F：指走刀方向的切削力（N）；
F：指垂直走刀方向的切削力（N）。
下圖為縱切和橫切時切削力的示意圖。
圖2—縱切和橫切時切削力的示意圖
1、 縱車外圓
主切削力F(N)按經(jīng)驗公式估計算：
F=D= （N）
按切削力各分力比例：
F：F：F=1 ：0.25 ：0.4
F（N）
F（N）
4.3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型
（一） 縱向進給絲杠
1、 計算進給軸向力F（N）
縱向進給這里為三角形導軌：F
式中K：指顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導軌取K=1.15；
：指滑動導軌摩擦系數(shù)取0.15~0.18之間的值；
G：指流板及刀架重力，G=1100N。
則 F=（N）
2、 計算最大動負載Q
考慮滾珠絲杠在運轉過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負載Q的計算公式為：
Q
L
n
式中 ：指滾珠絲杠導程，初選=8；
n：指絲杠轉速，（r/min）；
：指最大切削力條件下的進給速度（m/min）,可取最高進給速度的1/2~1/3，此處取=0.3；
：指使用壽命時間（h）,對于數(shù)控機床取T=15000h.。
L：指壽命，以10轉為一單位；
：指運動系數(shù)，見表1，選=1.3。
表1—運轉系數(shù)
運轉狀態(tài)
運轉系數(shù)
無沖擊運轉
1.0~1.2
一般運轉
1.2~1.5
有沖擊運轉
1.5`-~2.5
則 n( r/min)
L
Q（N）
3、 滾珠絲杠螺母副的選型
從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應的動負載C的滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結構類型，選用時應滿足Q C的條件。
查表：可采用WL5008外循環(huán)調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，2.5圈1列，其額定動負載為23400N，符合Q C的條件。精度等級按表 2，選為1級。
Vmm
表 2—滾珠絲杠行程公差
項目
符號
有效行程（mm）
精度等級
1
2
3
4
5
目標行程公差
e
6
8
12
16
23
315~400
7
9
13
18
25
400~500
8
10
15
20
27
500~630
9
11
16
22
30
行程變動量公差
V
6
8
12
16
23
315~400
6
8
12
17
25
400~500
7
10
13
19
26
500~630
7
11
14
21
29
任意300 mm內行程變動量
V
6
8
12
16
23
2弧度內行程變動量
V
4
5
6
7
8
4、傳動效率計算
式中 ：指螺旋升角，=255
：指摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)其摩擦角，約等于。
則
5、剛度驗算
先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖3所示，最大軸向力為N，支承間距L=1500mm, 絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的1/3。
圖3—縱向進給系統(tǒng)計算簡圖
計算如下：
（1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量（mm）
F=N，
L=8mm,
EN/mm(材料彈性模數(shù)，對鋼來說是等于這個值)，
mm, R=2.477, e=0.068mm
則 d( mm)
A(mm) （A指滾珠絲杠按內徑定的 截面積）
絲杠導程L的變化量為：
總長度L=1500mm，絲杠上的變形量，由于兩端均采用推力球軸承，則值：
(mm)
(2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形（mm）
由d=4.763mm, F=kgf,
承載滾珠數(shù)量 ZZ
由于滾珠絲杠副施加預應力，且預應力F為軸向負載的1/3，則變形
=0.0013
（mm）
(3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變（mm）
這里采用有預緊時的推力球軸承則
查《機械設計手冊》中表6-2-82，采用51109型推力球軸承，其d=45mm,
滾動體直徑D=3.969 mm, 滾動體數(shù)量Z=22，
（mm）
則定位誤差
=0.01785mm0.025mm(規(guī)定定位精度)
6、穩(wěn)定性校核
滾珠絲杠兩端采用推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需作穩(wěn)定性校核。
4.4 齒輪進給齒輪箱傳動比計算
1、縱向進給齒輪箱傳動比計算
已確定縱向進給脈沖當量，滾珠絲杠導程，初選步進電機步距角，可計算出傳動比：
在閉式軟齒面齒輪傳動中，齒輪的彎曲強度總是足夠的，因此齒數(shù)可取多些，推薦取Z=24~40。所以可選定齒輪數(shù)為：
2、橫向進給齒輪箱傳動比計算
已確定縱向進給脈沖當量，滾珠絲杠導程，初選步進電機步距角，可計算出傳動比：
可選定齒輪數(shù)為：
因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關參數(shù)參照表5。
表5—傳動齒輪幾何參數(shù)
所處位置
縱 向
橫 向
齒數(shù)
24
40
18
45
分度圓直徑
48
80
36
90
齒頂圓直徑
52
84
40
94
齒根圓直徑
43
75
31
85
齒寬
（6~10）m
16
16
16
16
中心距
64
63
4.5 步進電機的計算和選型
（一） 縱向進給步進電機計算
1、 等效轉動慣量計算
傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉動慣量可由下式計算：
式中 ：指步進電機轉子轉動慣量；
、：指齒輪、的轉動慣量；
：指滾珠絲杠轉動慣量；
：指工件及工作臺重量（N）；
：指絲杠導程（）；
參考同類型機床，初選反應式步進電機150BF，其轉子轉動慣量。
（分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬）
（分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬）
（分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距）
把這些數(shù)據(jù)代入上式：
2、 電機力矩計算
機床在不同的工況下，其所需轉矩不同，下面分別按個階段計算：
（1）快速空載起動力矩
在快速空載起動階段，加速度所占的比例較大，具體計算公式如下：
以上式中 ：指空載起動時折算到電機軸上的加速度力矩（）；
：指折算到電機軸上的摩擦力矩（）；
：指絲杠預緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩（）；
：指傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉動慣量；
：指電機最大角加速度（）；
：指電機最大轉速（）；
：指運動部件最大進給速度（）；
：指脈沖當量（）；
：指步進電機步距角（）；
：指運動部件從停止起動到最大快進速度所需時間（s），這里是30ms；
：指導程的摩擦力（N），；
：指垂直方向的切削力（N）；
：指工件及工作臺重量（N）；
：指導軌摩擦系數(shù)，；
：指運動部件的總重量（N）；
：指齒輪降速比；按計算；
：指傳動鏈總效率，一般可??；
：指滾珠絲杠預加負載，一般取/3，為進給軸向力（N）；
：指滾珠絲杠導程；
：指滾珠絲杠未加預緊時的傳動效率，一般取。
將以前計算所得數(shù)據(jù)代入：
（）
（）
（）
則 （）
（2）快速移動時所需力矩
（）
（3）最大切削負載時所需力矩
（）
從上面計算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項作為初選步進電機的依據(jù)。
由表6得：當步進電機為三相六拍時，，則（N）。
表6—步進電機起動轉距與最大靜轉距關系
步進
電機
相 數(shù)
三 相
四 相
五 相
六 相
拍 數(shù)
3
6
4
8
5
10
6
12
0.5
0.866
0.707
0.809
0.951
0.866
0.866
按此最大靜轉距從表中查出，150BF002型最大靜轉距為13.72，大于所需最大靜轉距，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運動矩頻特性。
3、 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率
可查出150BF002型步進電機允許的最高空載啟動頻率為2800運行頻率為8000，再從圖5查出150BF002步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。從圖中看出，當步進電機起動時，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩（800.77），直接使用則會出現(xiàn)失步，所以必須采用升降速控制（用軟件實現(xiàn)），半起動頻率降到1000，起動力矩可提高到588.4，然后在電路上再采用高低壓驅動電路，還可以將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。當快速運動和切削進給時，150BF002型步進電機運行矩頻則完全可以滿足要求。
圖5—150BF002型步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性
（二） 橫向進給步進電機計算和選型
與縱向進給步進電機計算的方法一樣，如果縱向的步進電機能滿足條件那橫向的就也可以滿足條件，則這選用與縱向相同的步進電機。
第6章 微機數(shù)控系統(tǒng)的設計
5.1 微機數(shù)控系統(tǒng)的設計綱要
5.1.1 硬件電路設計
硬件是組成系統(tǒng)的基礎，也是軟件編程的前提，數(shù)控系統(tǒng)硬件設計包括以下幾部分內容：
1、 繪制系統(tǒng)電氣控制的結構框圖
據(jù)總體方案及機械結構的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結構圖。
機床硬件電路由五部分組成：
（1） 主控制器，即中央處理單元CPU；
（2） 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；
（3） 存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器；
（4） 接口，即輸入/輸出接口電路；
（5） 外圍設備，如鍵盤、顯示器等。
機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如圖6所示：
圖6—機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)）
2、 選擇中央處理單元CPU的類型
根據(jù)設計要求，CNC系統(tǒng)的主CPU采用8031單片機。
3、 存儲器擴展電路設計
存儲器擴展包括數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器擴展兩部分。
選擇EPROM作程序存儲器時，應考慮：
（1） 速度應與CPU時鐘匹配；
（2） 容量適中。
4、 I/O接口電路設計
設計內容包括：據(jù)外部要求選用I/O接口芯片，步進電機伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設計（如復位、掉電保護等）。這部分設計要求考慮系統(tǒng)的驅動能力。驅動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠。
在存儲器擴展和I/O接口電路中，均涉及到地址譯碼問題。
5.1.2 軟件電路設計
軟件是硬件的補充。確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設計軟件。
1、 軟件設計步驟
軟件設計步驟分為以下幾步：
（3） 據(jù)軟件要求實現(xiàn)的功能，制定出軟件技術要求；
（4） 將整個軟件模塊化，確定個模塊的編制要求，包括個模塊功能，入口參數(shù)，出口參數(shù)；
（5） 據(jù)硬件資源，合理分配好存儲單元；
（6） 分別對個模塊編程，并調試；
（7） 連接各模塊，進行統(tǒng)一調試及優(yōu)化；
（8） 固化到程序存儲器中。
2、 數(shù)控系統(tǒng)中常用的軟件模塊
（1） 軟件實現(xiàn)環(huán)形分配器；
（2） 插補運算模塊；
（3） 自動升降速控制模塊等。
5.2 8031單片機及其擴展
5.2.1 8031單片機的簡介
1、8031芯片引腳及片外總線結構
（1）8031芯片引腳功能
8031芯片有40個引腳，引腳配置見圖7：
圖7—8031芯片引腳
（2）各引腳按功能可分為三部分：
l I/O口線：P0，P1，P2，P3共4個8位口；
l 控制口線：，ALE，，RST；
l 電源及時鐘：V、V；XTAL1，XTAL2。
（3）應用特性：
l I/O口線不能都用作用戶I/O口線；
l I/O口的驅動能力，P0口可驅動8個TTL門電路，P1，P2，P3則只能驅動4個；
l P3是雙重功能口。
2、8031單片機片內結構
8031單片機由7個部件組成，既微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、特殊功能寄存器、I/O口、串行口、定時/計數(shù)器及中斷系統(tǒng)，它們都是通過片內單一總線連接而成的。
5.2.2 8031單片機的系統(tǒng)擴展
8031單片機內無程序存儲器，如不擴展外部程序存儲器則不能工作，且片內僅有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，對于需要較多數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的程序來說，片內RAM也不夠用，須擴展。8031片內四個I/O口中僅P1口可作為8位雙向的I/O接口用戶使用，也須擴展，有些情況還須擴展定時/計數(shù)器等。
1、8031的片外總線結構
所有的外部芯片都通過三組總線進行擴展：
（1） 數(shù)據(jù)總線（DB）：由P0口提供，數(shù)據(jù)總線要連接到連接的所有外圍芯片上，但在同一時間只能夠有一個是有效的數(shù)據(jù)傳輸通道。
（2） 地址總線（AB）：16位，可尋址范圍為64K字節(jié)，AB由P0口提供低8位地址，與數(shù)據(jù)分時傳送，傳送數(shù)據(jù)時將低8位地址鎖存。高8位地址由P2口提供。
（3） 控制總線（CB）：系統(tǒng)擴展用控制總線有、、、ALE、。
2、系統(tǒng)擴展能力
據(jù)地址總線的寬度，在片外可擴展的存儲器最大容量為64K字節(jié)。
片外數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器的操作使用不同的指令和控制信號。允許兩者的地址重復。故片外可擴展的數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器分別為64K。
擴展的I/O口與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。
3、地址鎖存器
8031擴展系統(tǒng)時，由P0口提供數(shù)據(jù)及低8位地址，分時傳送，故須地址鎖存。常用的地址鎖存器芯片是74LS373（帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器），其引腳及連接見圖8。
圖8—74LS373引腳及連接圖
圖中：
D~D：信號輸入端；
Q~Q：信號輸出端；
G：下降沿時，將D~D鎖存于內部；
E：使能端，E=0時，三態(tài)門處于導通狀態(tài)，輸出端Q~Q與輸入端D~D連通，當E=1時，輸出三態(tài)門斷開，輸入數(shù)據(jù)鎖存。
4、地址譯碼
8031擴展電路中，都涉及到外部地址空間分配問題，即當8031數(shù)據(jù)總線分時與多個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送時，首先要進行片選，然后再進行片內地址選擇。
地址譯碼實現(xiàn)片選的方法可分為三種：線選法、全地址譯碼法和部分地址譯碼法。這里選用部分地址譯碼法。這種方法是線選與地址譯碼相結合。圖9為74LS138碼器的引腳圖。
當G時，74LS138工作。C、B、A的輸出決定譯碼器的輸出引腳。
圖9—74LS138引腳圖
5.2.3 存儲器擴展
1、存儲器常用芯片
（1）EPROM芯片
常用的程序存儲器芯片（EPROM）有2761（2K8）、2732（4K8）、2764（8K8）、
27128（16K8）、27256（32K8）和27512（64K8）等，均為28腳雙列直插式扁平封裝長片，圖10為常用EPROM引腳。
圖10—常用EPROM引腳排列
EPROM選用原則：
（a） 據(jù)控制對象和任務的復雜程度，以及是否需要大量計算來確定存儲系統(tǒng)容量（粗略估計，留有一定余地，以備系統(tǒng)的功能擴展用），為使電路簡化，盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合。
（b） 芯片的工作速度滿足系統(tǒng)的時序要求。8031訪問EPROM時，其所提供的讀取時間t與所選的晶體時鐘有關，約為3T，不同型號的EPROM工作速度一般為200~450ns，故選取芯片時，應使其工作速度小于t。
（2）數(shù)據(jù)存儲器
數(shù)據(jù)存儲器有動態(tài)和靜態(tài)之分，兩者相比，靜態(tài)RAM無須考慮保持數(shù)據(jù)而設置的刷新電路，擴展簡單，在數(shù)據(jù)存儲器擴展電路中應用較廣泛。
常用的靜態(tài)RAM有6116（2K8）、6264（8K8）、62256（2K8）等，它們都由單一的+5V電源供電，28腳雙列直插式扁平封裝，典型存取時間為150~200ns。其引腳如圖11所示：
圖11—常用RAM的引腳
2、存儲器的擴展
8031芯片與存儲器的連接
存儲器擴展實質是三總線的連接。
1） 據(jù)芯片存儲容量的大小確定數(shù)據(jù)、地址線的根數(shù)。
2） 數(shù)據(jù)線的連接：將8031芯片的P~P按位與RAM數(shù)據(jù)線D~D直連。
3） 地址總線的連接：據(jù)確定的地址線根數(shù)，將相應的低位地址線相連，剩余高位地址線作片選。
4） 控制總線的連接：對應控制線連接。
5.2.4 I/O口的擴展
MCS—51單片機共有四個8位并行I/O口，可提供給用戶使用的只有P1口和部分P3口線，因此不可避免的要進行I/O端口的擴展。Intel公司常用的外圍接口芯片有：8155、8255及8279等。此外還有74LS系列的TTL電路和CMOS電路鎖存器、三態(tài)門電路也可以為擴展I/O口。
1、 I/O口擴展方法
據(jù)擴展并行I/O口時數(shù)據(jù)線的連接方式，I/O口擴展方式可分為三種：
1） 總線擴展方法
2） 串行口擴展方法
3） 通過單片機片內I/O口的擴展方法
2、 常用接口芯片
（1）8155芯片
8155芯片內具有256個字節(jié)RAM、2個8位、1個6位的可編程I/O口和1個14位計數(shù)器。
8155的結構和引腳見圖12：
（a） (b)
圖12—8155的邏輯結構與引腳
(2)8255芯片
8255具有3個8位的并行I/O口，分別為PA、PB、PC口，其中PC口又分為高4位（PC~PC）和低4位（PC~PC）。
（3）8279芯片
8279內部有168顯示數(shù)據(jù)RAM，通過命令字可選擇顯示器的4種工作方式，內部還有6字節(jié)。
5.2.5 步進電機驅動電路
在經(jīng)濟型數(shù)控機床中，大多采用步進電機開環(huán)控制。而單片機的I/O口或I/O擴展口的驅動能力有限，為使步進電機正常運行并輸出一定功率，需有功功率放大環(huán)節(jié)；為避免強電干擾，因此還需采用隔離電路。其控制電路框圖如圖14所示：
圖14—步進電機控制框圖
5.2.6 脈沖分配器（環(huán)行分配器）
有硬件和軟件分配器兩種，硬件分配器需要的I/O接口連線少，執(zhí)行速度快，需要專用的芯片，軟件則用程序實現(xiàn)。
脈沖分配器的芯片
目前采用的TTL集成脈沖分配器有三相、四相、五相和六相，其型號分別為YB0B、YB014、YB015及YB016，都為18個引腳的直插式封裝。其主要性能參見表8：
表8—TTL脈沖分配器主要性能參數(shù)
輸入高電平（V）
輸入底電平（V）
輸出高電平（V）
輸出高電平（V）
吸收電流（mA）
工作頻率（Hz）
電源電壓（V）
環(huán)境溫度（）
2.4
0.4
0.8
2.4
1.6
0~160
5
0~+70
5.2.7 光電隔離電路
單片機系統(tǒng)要控制電壓高、電流大的信號，必須采用電氣上的隔離并抑制干擾，光電耦合器就是利用光傳遞信息的器件，使電路的輸入和輸出在電氣上完全隔離，大大提高了系統(tǒng)安全可靠性，并可實現(xiàn)共模噪聲的抑制和電源的變換等。
光電耦合器的類型按輸出結構可分為直流和交流輸出兩類。直流輸出可采用：（1）晶體管輸出；（2）達林頓管輸出；（3）史密特觸發(fā)器輸出。交流可采用：（1）單向可控硅輸出；（2）雙向可控硅輸出等。
5.2.8 功率放大器
脈沖分配器的功率很小，不能滿足步進電機的要求，必須將它放大以產(chǎn)生足夠大的功率，驅動步進電極正常運轉。
從步進電機的起動矩頻特性和運行矩頻特性可以看出，隨著運行矩頻的增高，步進電機帶動負載的能力下降。產(chǎn)生的主要原因是：作為功率放大器負載的步進電機是電感負載，當改變通電狀態(tài)時，通電繞組的電流將從零逐漸增大，該繞組中產(chǎn)生感應電勢使電流按指數(shù)規(guī)律上升，并將電源一部分能量存在（電感）繞組中，電流的時間常數(shù)為：
式中：指步進電機一相繞組的平均電感量
：通電回路的電阻，包括繞組電阻、功率放大器輸出級的內阻及串聯(lián)電阻。
而斷電繞組電流是下降的，這時存儲于繞組中的勢能將以電流式釋放出來，使電流按指數(shù)規(guī)律下降，其時間常數(shù)為：
式中：指放電回路電阻，包括繞組電阻，續(xù)流二極管正向電阻等。
這樣就使繞組中電流緩慢增加和下降，步進各相繞組電流幾乎同時存在，步進電機負載能力下降，嚴重時會出現(xiàn)失步。
為提高步進電機動態(tài)特性，可采用以下幾種方法：（1）電阻法；（2）雙電源法。
5.2.9 其他輔助電路
1、 掉電保護電路
RAM中存放的數(shù)據(jù)一掉電就會全部丟失。為了保護RAM中的信息，采用掉電保護電路。圖15所示為一簡單掉電保護電路的工作原理。圖中V為電源電壓，V為備用電池電壓，并且VV；V為RAM的電源端。
圖15—掉電保護電路
2、 越界報警電路
為防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關，一旦某一方向越界應立即停止工作臺移動，圖16（a）為報警指示, （b）為報警信號的產(chǎn)生，這里利用的8031的外部中斷INT0來控制報警。
（a） (b)
圖16—越界報警電路
結 論
為期幾個月的畢業(yè)設計已結束，回顧整個過程，我覺得收益匪淺。畢業(yè)設計是檢查學生綜合設計能力的一個重要環(huán)節(jié)，是對學生獨立設計能力的一次考驗，使理論與實踐更加接近，找出了我在設計中的不足處和能力欠缺之處，加深了我對理論知識的理解，強化了畢業(yè)設計中的感性認識，提高了獨立設計能力。深入了解機械產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程及新技術、新設備在機械制造業(yè)中的應用，了解生產(chǎn)的組織管理、企業(yè)改革的情況。深入實際，體會到理論聯(lián)系實際的必要性，認識到學校學過的許多知識與解決實際生產(chǎn)問題還有很大的差距，而縮短差距的方法只有到實踐中去。利用一切方法和手段了解本課題所涉及的研究、生產(chǎn)、銷售、使用等方面的實際情況以及有關的數(shù)據(jù)、圖表、文獻資料。向生產(chǎn)實踐學習，了解與課題有關的生產(chǎn)線、設備、工藝等實際知識。
總的說來，這次畢業(yè)設計，使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛煉。提高了我創(chuàng)新設計的能力，鍛煉了我認真工作的作風，為將來走上工作崗位打下了良好的基礎。
在這次畢業(yè)設計期間,我們得到了指導老師教授及工人師傅的教導與幫助，在此表示深深的謝意！
致 謝
緊張的畢業(yè)設計就要結束了?；厥走@幾個月的畢業(yè)設計生活，雖然辛苦，但看到自己能順利的完成畢業(yè)設計還時感到由衷的高興。要想自己的設計從頭至尾，每一個細節(jié)，每一步計算都明明白白，