CK型數(shù)控機(jī)床畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、第1章 總體方案1.1 CK6163的現(xiàn)狀和發(fā)展   數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品；其技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)：(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)：(6)軟件技術(shù)等。計(jì)算機(jī)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征，而且由于信息技術(shù)的滲透，使制造業(yè)猶如朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展天地。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)： 1、智能化 ；  2、網(wǎng)絡(luò)化 ；3、集成化 ； 4、微機(jī)電控制系統(tǒng) ；5、數(shù)字化

2、 。我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考： 1、注重系統(tǒng)配套 ； 2、注重產(chǎn)品的可靠性 ；3、提倡創(chuàng)新，加強(qiáng)服務(wù)。1.2 CK6163臥式車(chē)床及控制系統(tǒng)的總體方案 由于該設(shè)計(jì)給出的已知條件是16級(jí)變速，對(duì)于主軸箱的設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)齒輪、撥叉、電磁離合器實(shí)現(xiàn)主軸的變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。進(jìn)給部分用數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)X、Y兩方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀架采用四方刀架；參考的普通機(jī)床拆除其中的絲杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；在主軸后端加一主軸編碼器，以便加工螺紋。第2章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明2.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 參數(shù)的確定1) 了解車(chē)床的基本情況和特點(diǎn)-車(chē)床的規(guī)格系列和類(lèi)型1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類(lèi)

3、型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車(chē)床是普通型車(chē)床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車(chē)床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說(shuō)明了。 2.車(chē)床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D是630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于315mm；主軸通孔直徑d要大于或等于80mm；主軸頭號(hào)（JB2521-79）是4.5；最大工件長(zhǎng)度L是1500mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：321000r/min；級(jí)數(shù)范圍是：16；縱向進(jìn)給量0.0120.47mm；主電機(jī)功率是13kw。2) 參數(shù)確定的步驟和方法

4、1. 極限切削速度umaxumin根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類(lèi) 工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下：取umax=300m/min； umin=8m/min。加工條件硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件3050硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件150300螺紋（絲杠等）加工鉸孔382. 主軸的極限轉(zhuǎn)速計(jì)算車(chē)床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.10.2）D和（0.450.5）D。由于D=630mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： nmax=r/min （2.1） =7581517r/min ，取=100

5、0r/m； nmin=r/min （2.2）在中考慮車(chē)螺紋和絞孔時(shí)，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況選取0.1D和50左右。 所以 nmin=32r/min由于轉(zhuǎn)速范圍 R= = =31.25 ；因?yàn)榧?jí)數(shù)Z已知： Z=16級(jí) ?，F(xiàn)以=1.26和=1.41代入R=得R=32和173 ，因此取=1.26更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以=1.06的從110000的數(shù)值，因=1.26=，從表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，

6、40，32。3. 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)z和公比 已知 =Rn Rn=且： z=因機(jī)床的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動(dòng)居多，因此，傳動(dòng)系統(tǒng)中若按傳動(dòng)順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位N.m） T=，當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時(shí)，傳動(dòng)件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如下： 16=。4. 主電機(jī)功率動(dòng)力參數(shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目

7、前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類(lèi)、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車(chē)床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)表中推薦的數(shù)值： 取 P=13kw 傳動(dòng)設(shè)計(jì)1) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有Z1、Z2、Z3個(gè)傳動(dòng)副。即 Z=Z1Z2Z3傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2和

8、3的因子積為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子:Z=可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17個(gè)軸向尺寸 19b傳動(dòng)軸數(shù)目 8根操縱機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單，兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定主軸箱、變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖二中，第軸至第軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4=圖一中，第軸至第軸，機(jī)床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)采用分離傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是：（1） 在滿(mǎn)足傳動(dòng)副極限傳動(dòng)比的條件下，可以得到較大的變速范圍。（2） 高速由短支傳動(dòng)，有助于減少高速時(shí)機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺寸可相對(duì)小

9、些。（3） 變速級(jí)數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受2，3因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法配合，幾乎可以得到任意的變速級(jí)數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。2) 主傳動(dòng)順序的安排16級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在軸上如果安裝摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。3) 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排對(duì)于16級(jí)的傳

10、動(dòng)只有一種方案，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該不只有這一個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是： 16=22x 21+ 22x 21+ 22x 21x28傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱(chēng)為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。4) 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植在主傳動(dòng)系統(tǒng)的降速傳動(dòng)中，主動(dòng)齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大，齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比umin，最大傳動(dòng)比umax2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍rmax=umax/nmin8因此，要按照參考書(shū)中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過(guò)極限值的

11、所有傳動(dòng)方案。極限傳動(dòng)比及指數(shù)x，值為：極限傳動(dòng)比指數(shù) 1.26 x：umin= 6 值；umax=2 3 （x+）值：umin=8 95) 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2即是： Z=16=222122282.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具體化。1) 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：1) 電機(jī)功率N：

12、根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 N=13kw2.電機(jī)轉(zhuǎn)速nd 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 類(lèi)比同類(lèi)機(jī)床CM6163，在此處選擇的是： nd=1450r/min 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過(guò)大的升速或過(guò)小的降速傳動(dòng)。3.雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī)4.電機(jī)的安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝

13、圖可由手冊(cè)查到。5.常用電機(jī)的資料 根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用： Y132M-42) 軸的轉(zhuǎn)速 軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)化成主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。 但如果軸上裝有摩擦離合器一類(lèi)部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速不宜太高。 軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：參考這些數(shù)據(jù)，可見(jiàn)，車(chē)床軸轉(zhuǎn)速一般取7001000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與軸間的傳動(dòng)方式，如用帶傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，否則軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計(jì)選

14、用： n1=1000r/min3) 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（如采用先升后降的傳動(dòng)），中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫(xiě)：d 、 m，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于85dB）加大： N空=) KW （2.3）式中：C-系數(shù)，兩支承滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承C=8.5，三支承滾動(dòng)軸承C=10；da-所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）；d主主軸前后軸頸的平均直徑（mm）；n主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。 （2.4）（mz）a所有中間傳動(dòng)齒輪的

15、分度圓直徑的平均值mm；（mz）主主軸上齒輪的分度圓的平均值mm；q-傳到主軸所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì)數(shù)；-主軸齒輪螺旋角；C1、K-系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類(lèi)型及制造水平選取。我國(guó)中型車(chē)床、銑床C1=3.5。車(chē)床K=54，銑床K=50.5。從上訴經(jīng)驗(yàn)公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和n對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正：1.功率較大的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。2.高速輕載或精密車(chē)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。3.控制齒輪圓周速度u8m/s（可用7級(jí)精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。4) 齒輪傳動(dòng)

16、比的限制 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比：1. 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比umax2。過(guò)大，容易引起震動(dòng)和噪音。2. 降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比umin1/4。過(guò)小，則使主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 帶輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動(dòng)比，就可以確定帶輪直徑。(一) 帶輪直徑確定的方法、步驟1. 選擇三角型號(hào)一般機(jī)床上的都采用三角帶。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號(hào)（詳情見(jiàn)機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)4-1節(jié)）。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動(dòng)帶數(shù)為35根為宜。本次設(shè)計(jì)中所選的帶輪型號(hào)和帶輪的根數(shù)如下： B型帶輪 選取3根2. 確定帶輪的最小直徑Dmin（D小）各種型號(hào)

17、膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。根據(jù)皮帶的型號(hào)，從教科書(shū)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程查表可?。?Dmin=186mm3.計(jì)算大帶輪直徑D大根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和滑功率確定D大。當(dāng)帶輪為降速時(shí)： （2.5）三角膠帶的滑動(dòng)率=2%。三角傳動(dòng)中，在保證最小包角大于120度的條件下，傳動(dòng)比可取1/7u3。對(duì)中型通用機(jī)床，一般取12.5為宜。因此， 137.2mmD大343mm經(jīng)查表取： D大=304mm(二) 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。1. 選擇三角帶

18、的型號(hào)根據(jù)計(jì)算功率Nj（kw）和小帶輪n1（r/min）查圖選擇帶的型號(hào)。計(jì)算功率Nj=KWNd kW 式中 Nd電機(jī)的額定功率， KW工作情況系數(shù)。車(chē)床的起動(dòng)載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時(shí)，?。?KW=1.1帶的型號(hào)是： B型號(hào)2. 確定帶輪的計(jì)算直徑D1、D2 1）.小帶輪計(jì)算直徑D1 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑D1不宜過(guò)小，要求大于許用最小帶輪直徑Dmin，即D1Dmin。各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶輪直徑Dmin可查表。 D1=186r/min2）.大帶輪計(jì)算直徑D2 （2.6） =304r/min式中: n1-小帶輪轉(zhuǎn)速r/min; n2-大帶輪

19、轉(zhuǎn)速r/min; -帶的滑動(dòng)系數(shù),一般取0.02.算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)。3）.確定三角帶速度u 具體的計(jì)算過(guò)程如下： （2.7） = =10.6m/s對(duì)于O、A、B、C型膠帶，5m/su25m/s。而u=510m/s時(shí)最為經(jīng)濟(jì)耐用。此速度完全符合B型皮帶的轉(zhuǎn)速。 4）.初定中心距A0： 帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選取： A0=（0.62）（D1+D2） mm =490（0.62）mm =294mm980mm 取 A0=760 mm中心距過(guò)小，將降低帶的壽命；中心距過(guò)大時(shí)，會(huì)引起帶振動(dòng)。中型車(chē)床電機(jī)軸至變速箱帶輪的中心距一般為750850mm。5）.確定三

20、角帶的計(jì)算長(zhǎng)度L0及內(nèi)周長(zhǎng)LN。 三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度是通過(guò)三角帶截面重心的長(zhǎng)度。 （2.8） = =2131.7mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=2132 mm 經(jīng)查表 LN=2000 mm 修正值 Y=336）.驗(yàn)算三角帶的擾曲次數(shù)u 40 次/s （則合格） 式中：m-帶輪個(gè)數(shù)。如u超限。可加大L（加大A）或降低u（減少D2、D1）來(lái)解決。 代入數(shù)據(jù)得 =10.5 次/s 40 次/s是合格的，不需作出任何修改。7）.確定實(shí)際中心距A （2.9） = 710.65 mm8）.驗(yàn)算小帶輪包角1 1180°-（D2-D1）/A*60°120° （2.10） 如果1過(guò)小，

21、應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。 代入數(shù)值如下： （2.11） =176.98°120°經(jīng)校核合格。9）.確定三角帶根數(shù)z （2.12） 式中：N0-單根三角帶在 1=180°、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。 C1-包角系數(shù)。參數(shù)的選擇可以根據(jù)書(shū)中的表差取： N0=2.71C1=0.99Kw=1.1 帶入數(shù)值得：所以，傳動(dòng)帶根數(shù)選3根。次此公式中所有的參數(shù)沒(méi)有作特別說(shuō)明的都是從機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo) 齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)選擇以機(jī)床變速箱中第軸和第軸間，兩嚙合直齒圓柱齒輪Z1和Z2，對(duì)其進(jìn)行齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)方案，主電機(jī)功率13KW,轉(zhuǎn)速1450

22、r/min，要求輸出軸轉(zhuǎn)速1000 r/min，齒輪齒數(shù)比U=1.25。具體計(jì)算如下：（1)大、小齒輪的材料均為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)與表面淬火處理，硬度為4050HRC（2)選小齒輪齒數(shù)=28,大齒輪齒數(shù)=U3=1.25328=35,齒數(shù)比U=1.25（3)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即d1t 1>選取載荷系數(shù) Kt=1.2 2>計(jì)算大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T2 =95.5310P1/n1=95.53103 13/1450 N.mm =8.562310 N.mm 3>選取齒寬系數(shù)d =1 4>查得材料的彈性影響系數(shù)ZE =189.8MPa 5>按齒面硬度查得大、

23、小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1 =Hlim2 =550 MPa 6>計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2 =60n1jLh=6031450313(2383365315)=7.6212310N1 =7.621231031.25=9.5265310 7>查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.86；KHN2=0.88 8>計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得 = =9> 試算小齒輪分度圓直徑d1t,帶入中較小的值d1t =69.429mm10>計(jì)算圓周速度n (2.13)11>計(jì)算齒寬bb=d3d1t=1369.429 mm=69.429 mm12>計(jì)

24、算齒寬與齒高之比b/h模數(shù) mt=d1t/Z1=69.429/28 mm=2.480 mm齒高 h=2.253mt=2.2532.480 mm=5.58 mm b/h=69.429/5.58=12.4413>計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)n=3.64m/s,7級(jí)精度，查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.14；直齒輪，假設(shè)KAFt/b 100 N/mm。查表得KH=KF=1.2；查表得使用系數(shù)KA=1；查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，KH=1.14+0.18（1+0.6d）d+0.23310b將數(shù)據(jù)帶入后，得KH=1.14+0.18（1+0.631）31+0.23310369.429=1.444；由b/h

25、=10.66，KH=1.444查圖機(jī)械設(shè)計(jì)10-13得KF=1.32；故載荷系數(shù) K=KAKvKHKH=131.1431.231.444=1.97514>按實(shí)際的載荷系數(shù)效正所得的分度圓直徑，由式 69.4293mm 15>計(jì)算模數(shù)m m=d1/Z1=79.81/28 mm=2.85 mm（4）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) (2.14)1>查得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限均為FE1=710MPa；2>查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.805,KFN2=0.82；3>計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式 (2.15)4>計(jì)算載荷系數(shù)KK=KAKvKF

26、KF=131.1431.231.32=1.8065>查取齒形系數(shù)查得YFa1=2.61； YFa2=2.52。6>查取應(yīng)力校正系數(shù)查得YSa1=1.58；YSa2=1.625。7>計(jì)算大、小齒輪的并加以比較小齒輪的數(shù)值大。8>設(shè)計(jì)計(jì)算 mm=1.53 mm對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.53并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3 mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=79.81 mm

27、,算出小齒輪的齒數(shù)，取=32 mm (2.16)大齒輪齒數(shù) =U3=1.25332=40，取=40。（5）幾何尺寸計(jì)算 1>計(jì)算分度圓直徑d1= Z13m=3233 mm=96 mm ；d2= Z23m=4033 mm=120 mm 2>計(jì)算中心距 a=(d1+d2)/2=108 mm 3>計(jì)算齒輪寬度b=d3d1=1396 mm=96 mm因?yàn)樽兯傧渲?，小齒輪1固定安裝在第軸上；大齒輪2安裝在第軸上，且為雙聯(lián)滑移齒輪，兩齒輪副傳動(dòng)比取值為1.25，變速箱做減速傳動(dòng)?？紤]整個(gè)變速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其安裝，取B2=108 mm，B1=42 mm。4>驗(yàn)算 (2.17)100

28、 N/mm,合適。5>結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖如下：機(jī)床主軸箱中，第軸和軸間為一對(duì)斜齒輪，兩齒輪的材料選用40Cr，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)與表面淬火處理，硬度為4855HRC，許用接觸強(qiáng)度疲勞應(yīng)力，精度等級(jí)取7級(jí)。經(jīng)校核，齒輪齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。此處，計(jì)算和驗(yàn)算過(guò)程略。兩斜齒輪參數(shù)選擇具體如下：1>齒輪齒數(shù)Z1=30 ； Z2=u3Z1=2330=602>中心距，將中心距圓整為210mm (2.18)3>按圓整后的中心距修正螺旋角：4>大、小齒輪的分度圓直徑 (2.19)5>齒輪寬度圓整后取B2=100 mm，B1=110 mm。6>斜齒輪結(jié)構(gòu)

29、如圖所示電磁離合器的選擇 摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)的接通或脫開(kāi)，且具有結(jié)合平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。選用時(shí)應(yīng)作必要的計(jì)算。 根據(jù)初步的計(jì)算可從離合器的選擇與運(yùn)用一書(shū)中選取，所有的作圖和計(jì)算尺寸都見(jiàn)書(shū)中的表。1.按扭距選擇一般應(yīng)使用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭距Mj和額定扭距Md滿(mǎn)足工作要求，由于普通車(chē)床是在空載下啟動(dòng)和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來(lái)選。即： (2.20)對(duì)于需要在負(fù)載下啟動(dòng)和變速，或啟動(dòng)時(shí)間有特殊要求時(shí)，應(yīng)按動(dòng)扭距設(shè)計(jì)離合器。2.步驟：1）.決定外摩擦片的內(nèi)徑d。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝

30、式時(shí)，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比安裝軸的軸徑大26mm。2）.選擇摩擦片尺寸： 可以在參考書(shū)中選擇，具體的型號(hào)見(jiàn)圖紙。3）.計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù)z (2.21)式中：f-摩擦片間的摩擦系數(shù)（有表可選）； -許用壓強(qiáng)MPa（有表可選）； D-摩擦片內(nèi)片外徑mm（有表可選）； d-摩擦片外片內(nèi)徑mm（有表可選）； Ku-速度修正系數(shù)（有表可選）； Kz-結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)（有表可選）； Km-結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)（有表可選）。代入數(shù)值得：取Z=9。2.1.7 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1軸的材料選用45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)如圖所示：3 由于軸的實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化，而且各部分直徑也大于等于原

31、軸的最小直徑，故軸的強(qiáng)度是可以滿(mǎn)足工作要求的，具體的校核計(jì)算就略去了。（2） 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1軸的材料選用45號(hào)鋼，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。2估算周的最小直徑 查表得常數(shù)， (2.22)3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖如下所示）4 軸的剛度驗(yàn)算 軸的變形條件和允許值軸上裝齒輪和軸承處的撓度和傾角（y和）應(yīng)小于彎曲剛度的許用值Y和，即 yY，。表4-1 軸的彎曲變形的允許值軸的類(lèi)型Y（mm）變形部位（rad）一般傳動(dòng)軸（0.00030.0005）L裝向心軸承處0.0025剛度要求較高（0.0002）L裝齒輪處0.001安裝齒輪軸（0.010.03）m裝單列圓錐滾子軸承0.0006安裝蝸輪軸（0.020.05）m裝

32、滑動(dòng)軸承處0.001裝單列圓柱滾子軸承處0.001L：軸的跨度 ； m：模數(shù) 軸的變形計(jì)算公式： 計(jì)算軸本身彎曲的撓度y及傾角時(shí)，一般常將一軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支架，按材料力學(xué)的有關(guān)公式計(jì)算，當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看做等直徑，采用平均直徑d1計(jì)算，計(jì)算軸時(shí)選擇用平均直徑（d1）或當(dāng)量直徑（d2）。圓軸： 平均直徑 (2.23) 慣性矩 (2.24)矩形花鍵軸：平均直徑 (2.25) 當(dāng)量直徑 (2.26) 慣性矩 (2.27) 軸的力分解和變形合式 對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上的分力，應(yīng)用彎曲變形的公式求出所求截面的兩個(gè)垂直平面的y和，然后進(jìn)行疊加，

33、在同一平面內(nèi)進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩個(gè)垂直面內(nèi)則按幾何合成，求出該截面的總載度和總傾角。 危險(xiǎn)工作截面的判斷： 驗(yàn)算剛度時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件進(jìn)行，一般是軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速最低，傳動(dòng)齒輪直徑最小且位于周的中央，這時(shí)軸的受力將使總的變形劇烈。如果對(duì)兩三種工作工作條件難以判斷哪一種最危險(xiǎn)，就分別進(jìn)行計(jì)算，找到最大彎曲變形值y和。 提高軸的剛度的一些措施加大軸的直徑，適當(dāng)減小軸的跨度或者增加第三支撐，重新安排齒輪在軸上的位置；改變軸的布置方位等。 軸的校核計(jì)算軸的受力簡(jiǎn)圖：軸的傳動(dòng)路線有兩條，一條是、由齒輪9傳動(dòng)至軸上，再又齒輪12至齒輪13帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)；另一條是由齒輪10和齒輪11傳動(dòng)至軸上，再又齒輪12至

34、齒輪13帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。a ) 先校核由齒輪10傳入，齒輪12傳出時(shí)軸的強(qiáng)度1)作軸的水平面（H）彎矩圖和垂直面（V）彎矩圖1>計(jì)算軸上的功率： 軸上的轉(zhuǎn)矩：齒輪11的圓周力齒輪11的徑向力齒輪12的圓周力齒輪12的徑向力齒輪12的軸向力2>求在水平面內(nèi)的支反力，由受力圖,MA=0 ，ME=0 3>求在垂直面內(nèi)的支反力，由受力圖,MA=0 ，ME=0 4>畫(huà)軸水平面（H）和垂直面（V）內(nèi)的受力圖、彎矩圖如下2）作彎矩和轉(zhuǎn)矩圖1> 齒輪11的作用力在水平面的彎矩圖如上：齒輪11的作用力在垂直面的彎矩圖如上：齒輪11在B截面作出的最大合成彎矩為2> 齒輪12的作用

35、力在水平面的彎矩圖如上：齒輪12的作用力在垂直面的彎矩圖如上：齒輪12在D截面作出的最大合成彎矩為3）作B、D兩截面最大合成彎矩圖和扭矩圖4）軸的強(qiáng)度校核，經(jīng)過(guò)分析可知，B所在的截面為危險(xiǎn)截面，按第三強(qiáng)度理論計(jì)算彎矩查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版第四卷，軸的抗彎截面系數(shù) (2.28)故滿(mǎn)足第三強(qiáng)度理論。剛度校核： 在水平面（H）內(nèi)FtB單獨(dú)作用時(shí)FtD單獨(dú)作用時(shí) 在和FtBFtD共同作用下在垂直面（V）內(nèi)：?jiǎn)为?dú)作用時(shí) 單獨(dú)作用時(shí) 在與 共同作用下時(shí)故在共同作用下，處為危險(xiǎn)截面。其最大撓度為而一般y=（0.00030.0005）l =01221750203625mm.故,符合要求。軸的轉(zhuǎn)角校核就不再驗(yàn)算。

36、b）再校核由齒輪9傳入，齒輪12傳出時(shí)軸的強(qiáng)度；步驟方法同上，經(jīng)過(guò)校核軸的強(qiáng)度和剛度均滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)過(guò)程中，依b)組傳動(dòng)方案，此處軸的強(qiáng)度和剛度校核過(guò)程省略。（3） 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸的材料選用45號(hào)鋼，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖。由于主軸的結(jié)構(gòu)基本上采用原CK6163型數(shù)控車(chē)床的主軸，沒(méi)有明顯的改動(dòng)，故具體的校核計(jì)算過(guò)程就略去不作。2.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路組成?？v向進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)減速齒輪滾珠絲桿螺母溜板的傳動(dòng)方式，數(shù)控工作臺(tái)為數(shù)控回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)。 縱

37、向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)質(zhì)量： W=100kgf=1000N時(shí)間常數(shù)： T=25ms滾珠絲桿： Lo=8mm脈沖當(dāng)量： p=0.01mm/脈沖1、 切削力計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知， 最大切削功率： (2.29)式中：-主電機(jī)功率，=7.5kW-主傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，一般為0.70.85，取=0.8則： 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或轉(zhuǎn)矩)和最大切削速度(轉(zhuǎn)速)來(lái)計(jì)算，即： (2.30)式中：-主切削力(N);-最大切削速度(m/min)。按用硬質(zhì)合金刀具半精車(chē)鋼件時(shí)的速度取值=100m/min; (2.31)在一般外圓車(chē)削時(shí)，；??；2、滾珠絲杠副的計(jì)算和選型：滾珠

38、絲杠副的設(shè)計(jì)主要是型號(hào)的選擇和性能驗(yàn)算?？v向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌，按式計(jì)算絲杠軸向進(jìn)給切削力。其中K=1.5，取=0.16，則：最大切削力下的進(jìn)給速度可取最高進(jìn)給速度量的1/21/5(取為1/2)，縱向最大進(jìn)給速度為0.6m/min,絲杠導(dǎo)程=8mm,則絲杠轉(zhuǎn)速為： (2.32)絲杠使用壽命時(shí)間取為T(mén)=15000h。則絲杠的計(jì)算壽命L為： (2.33)根據(jù)工作負(fù)載、壽命L，計(jì)算滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)載荷，取，； (2.34)由參照某廠滾珠絲杠副產(chǎn)品樣本，可采用W6008內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列3.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為181000N，精度等級(jí)選為3級(jí)。其幾何參數(shù)如下：公稱(chēng)直徑=63

39、mm,導(dǎo)程=8mm，螺紋升角, 滾珠直徑=4.763mm,螺桿內(nèi)徑=60mm。按式(5-9)校驗(yàn)絲桿螺母副的傳動(dòng)效率，其中磨擦角 (2.35)縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖所示支承間距。絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。絲杠的變形量計(jì)算如下：滾珠絲杠截面面積，按絲杠螺紋的底徑確定：工作負(fù)載引起的導(dǎo)程的變化量可用下式計(jì)算： (2.36)則絲杠拉伸或壓縮變形量： (2.37)由于兩端均采用角接觸，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度可比一端固定的絲杠提高4倍。其實(shí)際變形量為:：滾珠與螺紋滾道間接變形量按下式進(jìn)行計(jì)算：因絲杠加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的1/3時(shí)，可減少一半

40、，因此實(shí)際變形量為：支承滾珠絲桿的軸承為51209型推力球軸承，幾何參數(shù)為： =40mm,滾動(dòng)體直徑=10mm，滾動(dòng)體數(shù)量=18。軸承的軸向接觸變形量可按式(2.37)計(jì)算：注意，此公式中單位應(yīng)為kg.f。因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量：根據(jù)以上計(jì)算，總變形量為：三級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差為，故剛度足夠。因?yàn)闈L珠絲桿兩端都采用推力球軸承并預(yù)緊，因此不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需做穩(wěn)定性校核。1 ) 減速齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)給定的縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.01mm，滾珠絲杠導(dǎo)程，及初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，可計(jì)算出傳動(dòng)比 (2.38)選取齒輪齒數(shù)為=30、=50，m=2mm。2 ) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇1 > 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)

41、慣量計(jì)算：參考同類(lèi)型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)130BF001，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按表5-15中介紹方法計(jì)算。齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： (2.39)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可從表查出：等效慣量：考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題不完全滿(mǎn)足慣量匹配的要求。1> 負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別進(jìn)行計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩可按下式進(jìn)行計(jì)算考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的磨擦力矩：附加磨擦力矩：=9.98N·cm則： =633.84N·cm快速移動(dòng)

42、時(shí)所需力矩:最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩:從上面計(jì)算看出、三種工況下，以快速空載起動(dòng)的需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。對(duì)于工作方式為五相十拍的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩：從相關(guān)資料查出，130BF001型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但需考核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行特性。2> 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空載起動(dòng)頻率：查相關(guān)資料知：130BF001型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為3000Hz，運(yùn)行頻率為16000 Hz，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)計(jì)算綜合考慮，機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)選用130BF001型步進(jìn)電機(jī)。第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)總體方案的擬定機(jī)電一體化控制系統(tǒng)

43、由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成.控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床,如車(chē)床、銑床、磨床等等.控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示:通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī)3.2總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的設(shè)計(jì)1、MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒(méi)有程序存貯器，必須外接EPROM程序

44、存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分。a.電源及時(shí)鐘引腳此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時(shí)鐘引腳（18、19腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)

45、，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。b.控制引腳它包括RST、ALE、等。此類(lèi)引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為0.5V的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（5±0.5）V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地

46、址的低8位。即使不訪問(wèn)外部存貯器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（29腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問(wèn)外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。/Vpp（31腳）：當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng)PC值超過(guò)某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪

47、問(wèn)外部程序存貯器。對(duì)8031來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問(wèn)外部程序存貯器。c.輸入/輸出引腳輸入/輸出（I/O）口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口（）：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置1），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位

48、復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。2、MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏.MCS-51片內(nèi)有一個(gè)反相放大器,XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端,該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器,產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件.單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種,大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),其并

49、聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同.如下圖所示:MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.2MHz-24MHz之間可以選擇,一般取11.0592MHz.電容C1、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響.C1、C2可在20pF-100pF之間選擇,一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF-70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作.為了提高溫度穩(wěn)定性,應(yīng)采用NPO電容.3、MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)

50、運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作.單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST,高電平有效.它是施密特觸發(fā)輸入,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平,使器件復(fù)位,只要RST保持高電平,MCS-51便保持復(fù)位狀態(tài).此時(shí)ALE ,P0,P1,P2,P3口都輸出高電平.RST變位低電平后,退出復(fù)位狀態(tài),CPU從初始狀態(tài)開(kāi)始工作.復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容.MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式.通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)等的需要,常常需要人工按鈕復(fù)位,如下圖所示:對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,故電阻R2可不接.單片機(jī)在上電瞬間,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms),就能使單片機(jī)有效復(fù)位.當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時(shí),RC的典型值為C=