修訂車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計[摘要]車刀是一種應(yīng)用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在普通車床和數(shù)控車床上加工端面、圓柱面和曲面等。在車類加工中心或車類數(shù)控機床上，車刀應(yīng)用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時間后就會變鈍，此時必須對其重磨方可使用。否則，加工精度和生產(chǎn)效率都受到嚴重的影響。車刀刃磨機研究的目的就是提高其刃磨質(zhì)量，降低制造成本，提高生產(chǎn)率;通過對車刀刃磨的控制研究，實現(xiàn)對車刀的位置幾何角度自動調(diào)整，提高刃磨質(zhì)量和效率，減少工人的勞動強度，及時滿足生產(chǎn)的需求。本課題主要研究內(nèi)容是分析普通外圓車刀的幾何結(jié)構(gòu)即車刀幾何角度和刃磨方法，建立車刀刃磨刀面的數(shù)學(xué)方程;運用步進電機控制技術(shù)來實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制，從而實現(xiàn)對車刀刃磨角度自動精確調(diào)整。[關(guān)鍵詞]車刀，車刀的幾何角度，車刀的刃磨，車刀刃磨裝置目錄第一章緒論…………1（一）研究的目的和意義………....1（二）國內(nèi)外發(fā)展簡況……………1（三）課題的來源和研究的主要內(nèi)容……………3第二章車刀分析以及刃磨方法……4第一部分車刀的參數(shù)分析………4第二部分車刀的刃磨方法………12第三部分車刀的尺寸大小及角度參數(shù)…………15第三章裝置的設(shè)計............................................................................21第一部分車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)分析……………21第二部分傳動裝置以及電動機的選擇設(shè)計……23第三部分刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設(shè)計…………39第四章總結(jié)…………47感謝......................................................................................................48參考文獻……………..49第一章緒論一研究目的和意義隨著機械制造技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)控加工技術(shù)，柔性加工的廣泛應(yīng)用，對金屬切削加工必不可少的刀具及其制造也提出了更高的要求。刀具狀態(tài)的好壞直接影響著被加工零件的加工質(zhì)量及其機械加工效率，為保證零件的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，刀具在達到磨鈍標準規(guī)定的值時就應(yīng)進行重磨(重新刃磨)然后才能繼續(xù)使用。對金屬切削刀具的刃磨既是刀具制造過程中的最后一道工序，也是刀具多次重磨必須進行的一道工序。刀具的刃磨決定了刀具切削部分的最終形狀及其幾何精度，是保證刀具切削性能和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。車刀是一種應(yīng)用非常普遍的金屬切削刀具，用它可以在車床上加工外圓、車斷面和鏜孔等。在大多數(shù)機加工廠中，車床數(shù)控車床得到廣泛的應(yīng)用，車刀應(yīng)用的頻率更高。車刀和其它刀具一樣，切削一段時間后就會變鈍，此時必須對其重磨方可使用。否則，該車刀報廢，所以車刀的重磨工作量非常大。目前，我國螺旋齒立銑刀的刃磨大約98%以上是在M6020或其變型、改進型的普通萬能工具磨床上進行或者進行手工磨削。磨削質(zhì)量除了取決于機床自身的剛性、精度外，還主要依賴于操作者的技藝和直觀感覺。由于工具磨床是一個通用的刀具磨床，所以這種重磨方法的缺點是:(1)機床調(diào)整麻煩，刃磨效率低;(2)刃磨由工人手工操作，刃磨精度低。車刀刀刃磨技術(shù)及控制研究的目的就是提車刀的刃磨質(zhì)量，降低制造成本提高生產(chǎn)率;通過對車刀刃磨的控制研究，實現(xiàn)對車刀的自動刃磨和重磨，減工人的勞動強度，及時滿足生產(chǎn)的需求。本設(shè)計主要先了解車刀的角度及幾何數(shù)，根據(jù)這些設(shè)計出數(shù)控車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及利用單片機來控制機構(gòu)運行實現(xiàn)車刀的刃磨。二國內(nèi)外發(fā)展簡況對于車刀以及其他復(fù)雜形狀刀具的刃磨技術(shù)和控制研究方面，國內(nèi)外已有許多專家。做了不少的研究，也開發(fā)出了一些的刀具刃磨設(shè)備。在國外，對立車刀及其他復(fù)雜刀具磨削工藝和數(shù)控工具磨床的研究開發(fā)早，己經(jīng)發(fā)展到了很高的水平。對于車刀刀刃的磨削90%以上是在數(shù)控工具磨上進行的，基本上實現(xiàn)了一次裝件自動完成刀刃的全部磨削。有的數(shù)控工具磨還實現(xiàn)了自動上工件(被磨刀具)、自動磨削、自動修整砂輪、自動補償、自動工件的全過程自動化。數(shù)控工具磨床的發(fā)展經(jīng)歷了從低檔到高檔的過程，由三軸數(shù)控發(fā)展到了六軸、八軸數(shù)控，并且己開發(fā)出十軸以上的多軸數(shù)控，多軸聯(lián)動的數(shù)控工具磨床，還開發(fā)出不經(jīng)銑制，直接磨出容屑槽和刀刃的整體、強力磨削的數(shù)控工具磨床。德國WALTER公司的五軸HELITRONICPOWERPRODUCTIONCNC工具磨床，可用于制造各種金屬切削刀具。機床配有測量定位系統(tǒng)，將測頭固定安裝在磨頭上，用于實現(xiàn)刀具定位，可縮短磨削周期。該機床采用WALTER公司自己開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)HMC500及其軟件。除了能提供各種通用刀具磨削軟件外，它還開發(fā)了一種新的“靈活編程”軟件，通過該軟件可以把刀具磨床變成能夠設(shè)計刀具的磨床。瑞士SCHNEEBERGER公司的五軸五聯(lián)動GEMINCNC工具磨床，主要用于生產(chǎn)和修磨各種不同形狀的小尺寸刀具，能自動測量，自動上下料，實現(xiàn)了無人操作。機床配有自動測量系統(tǒng)，方便刀具的安裝及磨削，它采用一個固定安裝的三維測頭，既可用于測定刀具毛坯幾何形狀，在刀具重磨前測量又可用來保證刀具磨削質(zhì)量。還有，美國的HUFFMAN公司的HS-87R型數(shù)控工具磨床，瑞士STRAUSAK公司的57W/CNC-4G四軸數(shù)控磨床，日本牧野公司的NX-40型十軸數(shù)控工具磨床等都是性能優(yōu)越的數(shù)控機床。為了提高我國刀具的制造工藝水平及質(zhì)量，80年代后期國內(nèi)部分廠家陸續(xù)從美國、德國、日本等國引進了數(shù)控工具磨床及CNC磨削技術(shù)。主要有:(1)營口機床廠從德國WALTER公司引進了Helitronic30CNC三軸數(shù)控工具磨床。該機床可實現(xiàn)任意兩軸和三軸聯(lián)動，各軸均由步進電機驅(qū)動。整機剛性和精度較好，適用于立銑刀等的磨削加工。(2)上海工具廠從日本東芝硬質(zhì)合金株式會社引進了一臺RBG-01型模具銑刀數(shù)控專用磨槽機。該機床數(shù)控軸數(shù)為6軸，6M-B控制x,y,A,B,C軸，SM-C控制z軸。聯(lián)動軸數(shù)為4軸(x,y,A,C)由6M-B系統(tǒng)控制。各軸均由直流伺服電機驅(qū)動。該機床剛性好、加工精度高。機床實現(xiàn)了自動上工件、自動磨削、自動下工件等全過程自動化，是80年代屬世界先進水平的數(shù)控工具磨床。(3)VL205-CNC數(shù)控刀具磨床是從法國ROUCHAUD公司引進并進行中法合作生產(chǎn)的六坐標數(shù)控刀具刃磨設(shè)備。它配備NLM760數(shù)控系統(tǒng)，使用RENISHAW測頭進行刀具參數(shù)測量，為刀具刃磨程序的參數(shù)化設(shè)計提供了極為方便的條件。國內(nèi)在數(shù)控工具磨床的研究方面開發(fā)起步較晚，可以說是從80年代中后期才開始的，其研究、開發(fā)還處于樣機或單臺極少量試生產(chǎn)階段。國內(nèi)有幾家研制的數(shù)控工具磨床，其CNC系統(tǒng)都是從國外引進，使機床售價大大的提高，從而影響這些數(shù)控工具磨床的推廣和應(yīng)用。在數(shù)控系統(tǒng)方面，北京航空航天大學(xué)在80年代就開展了數(shù)控刀具刃磨機的研制工作，己開發(fā)了幾種型號的數(shù)控刀具刃磨機。在已有的研究成果上，還開發(fā)了一套性能優(yōu)越的數(shù)控刀具刃磨機數(shù)控系統(tǒng)。該大學(xué)在國家“八五”和“863”計劃中承擔(dān)了高性能開放式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。開發(fā)出了的基于Windows操作系統(tǒng)的開放式數(shù)控系統(tǒng)CH-2010,在車床、銑床、加工中心、凸輪磨床等多種機床上獲得成功應(yīng)用?！叭A中2000型工具磨床專用數(shù)控系統(tǒng)”是在國家“八五”重點攻關(guān)項目“數(shù)控萬能工具磨床產(chǎn)品開發(fā)”科研成果的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出的用于各種回轉(zhuǎn)刀具磨削加工的集成化CNC系統(tǒng)。在數(shù)控磨床方面，武漢機床廠研制的MH6030型刀具磨削中心，該機床采用8050M數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)六軸主聯(lián)動控制。該機床適用于加工復(fù)雜工具、復(fù)雜刀具如模具銑刀等，還適用于磨削加工復(fù)雜的中小型零件。咸陽機床廠MK6025/3三軸聯(lián)動數(shù)控萬能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床，該機床采用了華工I型數(shù)控系統(tǒng)，配有華中理工大學(xué)各種刀具加工軟件，該軟件還可以針對用戶自己的要求進行自行編程并設(shè)計所需軟件。該機床能自動完成各類普通及復(fù)雜刀具的刃磨或重磨，解決了普通工具磨床需要附件才能完成的復(fù)雜刃磨問題;配備測量系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)測量軟件支持下，將被磨刀具的有關(guān)幾何參數(shù)(如螺旋角或?qū)С?及安裝位置(如始點位置)等參數(shù)自動輸入計算機系統(tǒng)，自檢測系統(tǒng)可以自動判斷加工刀具的起始點，自動生成加工程序并實現(xiàn)整個加工過程的自動磨削。還有營口冠華機床廠的M6025K萬能工具磨床和武漢機床附件廠的GW-1萬能磨刀機，均為普通型工具刃磨機床。主要問題國內(nèi)各大中型機械廠，對車刀類的刃磨，主要由工人在萬能工具磨床上進行手工刃磨。工人勞動強度大，刃磨效率和精度低。刀具重磨時，刀具的刃形受到磨損或嚴重的破壞，使得手工刃磨時不容易控制，沒法保證刀具的重磨質(zhì)量。在車刀刃磨技術(shù)及控制技術(shù)研究方面，國內(nèi)起步較晚，而且相關(guān)設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)主要依靠進口和與國外企業(yè)合作開發(fā)，因而，多數(shù)局限于一些復(fù)雜刃形如球頭車刀等的制造和建模，或者直接依賴進口特定的大型數(shù)控加工機床。國外對刀具刃磨的研究雖然起步較早，但所開發(fā)的設(shè)備主要是三軸、多軸聯(lián)動的大型數(shù)控工具磨床或磨削加工中心。對于通用型的車刀刃磨，進口該設(shè)備成本過高，不合乎國情。三課題來源與主要研究內(nèi)容本課題來源于陜西省教育廳培育項目“智能車刀磨裝置”，，該項目為陜西理工學(xué)院，項目主持人為戴俊平教授。課題主要研究內(nèi)容為:根據(jù)車刀角度及幾何參數(shù)，設(shè)計出車刀刃磨裝置。并實現(xiàn)自動化控制。第二章車刀分析以及刃磨方法第一部分車刀的參數(shù)分析一，金屬切削發(fā)展簡史圖2.1車刀的幾何面副正交平面。中測量的角度；副后角副后刀面與副切削平面之間的夾角。基面中測量的角度；主偏角。進給方向與主切削刃在基面上的投影之間的夾角。負偏角（）進給方向與副切削刃在基面上的投影之間的夾角。刀尖角（）主切削刃與副切削刃在基面上投影之間的夾角。有切削平面中測量的角度；刃傾角（）主切削刃與基面之間的夾角。刀具的前刀面，后刀面及主切削刃的方位，用前角，后角，主偏角，刃傾角4個角度就可以確定。其中，于確定了前刀面的方位，和確定了后刀面的方位，與確定了主切削刃的方位。圖2.2車刀正交平面參考系角度標注車刀工作切削角度及車刀種類（圖1.3[切斷車刀]）。圖2.3切斷車刀

成形車刀

成形車刀在結(jié)構(gòu)上有平體形、棱體形和圓形3種（圖1.4[成形車刀]）。圖2.4成型車刀成形車刀只有在前角為零度時其刀刃廓形才與工件的截形相同；前角不是零度時，則稍有不同，需要經(jīng)過計算或用圖解法求出車刀的截形。

自動線和數(shù)控機床用車刀

這類車刀應(yīng)滿足一些特殊要求：切削性能穩(wěn)定可靠，斷屑穩(wěn)定，刀具可快速更換。因此，對刀片的質(zhì)量要求更高，使用中采取強制換刀，以避免過度的磨損。斷屑槽的形狀和尺寸必須根據(jù)加工條件經(jīng)試驗確定，使切屑形狀為碎裂的短弧形。為了減少換刀和調(diào)整的停機時間，刀具的調(diào)整應(yīng)用各種類型的對刀工具或?qū)Φ秲x在機外進行。圖1.5[自動線和數(shù)字控制機床用車刀]圖2.5自動線數(shù)控車刀是利用螺釘或楔塊來調(diào)整車刀的徑向尺寸L軸向尺寸W和刀尖高度H的自動線和數(shù)字控制機床用車刀。第二部分車刀的刃磨方法車刀的刃磨是切削加工中一項具有較高技術(shù)含量的基本操作,操作者需要熟悉相關(guān)理論知識和刃磨原理,熟練掌握刃磨方法及操作技巧。車刀刃磨分為如下幾步：（一）車刀刃磨大概步驟(1)常用車刀種類和材料,砂輪的選用常用車刀五大類,切削用途各不同,外圓內(nèi)孔和螺紋,切斷成形也常用;車刀刃形分三種,直線曲線加復(fù)合;車刀材料種類多,常用碳鋼氧化鋁,硬質(zhì)合金碳硅,根據(jù)材料選砂輪;砂輪顆粒分粒度,粗細不同勿亂用;粗砂輪磨粗車刀,精車刀選細砂輪。(2)車刀刃磨操作技巧與注意事項刃磨開機先檢查,設(shè)備安全最重要;砂輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,雙手握刀立輪側(cè);兩肘夾緊腰部處,刃磨平穩(wěn)防抖動;車刀高低須控制,砂輪水平中心處;刀壓砂輪力適中,反力太大易打滑;手持車刀均勻移,溫高燙手則暫離;刀離砂輪應(yīng)小心,保護刀尖先抬起;高速鋼刀可水冷,防止退火保硬度;硬質(zhì)合金勿水淬,驟冷易使刀具裂;先停磨削后停機,人離機房斷電源步驟為：1)把車刀的前.后.副后面及底面的焊渣磨掉.

2)磨前.后面的刀桿部為,角度比刀片大2~3度

3)粗磨主后角.副后角及前刀面.

4)精磨前刀面及斷削槽

5)精磨主.副后刀面為：第三部分常用車刀的尺寸大小及角度參數(shù)（1）車刀的種類和用途車刀種類很多，具體可按用途和結(jié)構(gòu)分類。1.按用途分類車刀可分為：外圓車刀、內(nèi)孔車刀、端面車刀、切斷車刀、螺紋車刀等。圖2.6常用的幾種車刀a)直頭外圓車刀b)彎頭外圓車刀c)90°外圓車刀d)寬刃精車外圓車刀e)內(nèi)孔車刀f)端面車刀g)切斷車刀h)螺紋車刀按結(jié)構(gòu)分類車刀按其結(jié)構(gòu)可分為：整體車刀、焊接車刀、機夾車刀和可轉(zhuǎn)位車刀。（2）焊接車刀1.車刀刀桿截面形狀及選擇車刀刀桿截面形狀有矩形、方形和圓形三種。一般用矩形，切削力較大時采用方形，圓形多用于內(nèi)孔車刀。刀桿高度H可按車床中心高選擇。2.刀槽形狀及選擇刀槽形狀應(yīng)根據(jù)車刀類型、刀片型號選擇。表1.1所列為常用車刀刀槽形狀。刀槽形狀的選擇原則應(yīng)該是：在保證焊接強度前提下，盡量減少焊接面數(shù)及焊接面積兩種。目前在于盡量減小焊接應(yīng)力。表2.1焊接車刀常用刀槽形狀名稱簡圖特點適用刀具配用刀片開口槽制造簡單，焊接面最少，刀具應(yīng)力小外圓刀、彎頭刀、切槽刀A1、C3、C4、B1、B2半封閉槽夾持刀片較牢固，焊接面大，容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力外圓車刀A2、A3、A4、A5、A6、B3、D1封閉槽夾持刀片牢固，焊接應(yīng)力大，易產(chǎn)生裂紋螺紋刀C1嵌入槽用于底面積較小的刀片，增加焊接面，提高結(jié)合強度切斷刀切刀槽刀A1C3V形槽燕尾槽3.硬質(zhì)合金刀片及選擇（1）刀片牌號指車刀切削部分的刀具材料。一般根據(jù)工件材料選擇刀片牌號。（2）刀片型號指刀片形狀和規(guī)格尺寸。刀片型號由一個字母和三位數(shù)字組成。字母和第一位數(shù)字表示刀片形狀的型號，后兩位數(shù)字代表刀片主要尺寸參數(shù)。我國目前將刀片分A、B、C、D、E、F六種型式，各式又有多種形狀。其中A、B、C型主要用制造各種車刀，D、E用于制造銑刀、鉆頭和絞刀，F(xiàn)型用于制造工具。表2.2為國家標準（GB5244-85、GB5245-85）中部分硬質(zhì)合金刀片的常用型號型號刀片簡圖主要尺寸/mm用途舉例A1L=6～70К1<90°的外圓車刀和內(nèi)孔車刀、寬刃光刀A2L=8～25端面車刀、不通孔車刀A3L=10～4090°外圓車刀、端面車刀A4L=6～50端面車刀、直頭外圓車刀、內(nèi)孔車刀C1B=4～12螺紋車刀C3B=3.5～16.5切斷刀、切槽刀（3）可轉(zhuǎn)位車刀1.可轉(zhuǎn)位車刀特點可轉(zhuǎn)位車刀由刀桿、刀片和夾緊元件組成（圖1.7）。正多邊形刀片上壓制出卷屑槽并經(jīng)過精磨，可以轉(zhuǎn)位使用，幾條切削刃全用鈍后，可更換相同規(guī)格的刀片，使用起來很方便。圖2.7可轉(zhuǎn)位車刀的組成1—刀桿2—刀墊3—刀片4—夾緊元件可轉(zhuǎn)位車刀的幾何角度完全由刀片和刀槽的幾何角度組合而成。切削性能穩(wěn)定，適合于大批量生產(chǎn)。2.硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片刀片形狀很多，常用的有三角形、偏8°三角形、凸三角形、正方形、五角形和圓形等。3.轉(zhuǎn)位車刀刀片夾緊結(jié)構(gòu)對夾緊結(jié)構(gòu)的要求是：夾緊可靠，重復(fù)定位精確，操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，而且夾緊元件不應(yīng)防礙切屑流出。常用的夾緊機構(gòu)有偏心式，杠銷式、杠桿式、楔銷式和上壓式。4.轉(zhuǎn)位車刀與焊接式的刀具比較，有以下優(yōu)點：（1）因刀片不經(jīng)焊接、刃磨，可避免熱應(yīng)力和裂紋，硬質(zhì)合金材料保持了原有的機械性能、切削性能、硬度、抗彎強度，提高了刀具的耐用度。可以工業(yè)大生產(chǎn)的方式，提供了先進的、合理的刀具幾何參數(shù)。（3）只有這種可轉(zhuǎn)位式的車刀才能采用先進的涂層刀片。（4）刀片轉(zhuǎn)位迅速、準確，更換方便，效率提高，在數(shù)控、加工中心、自動線上尤為重要。（5）有利于標準化設(shè)計和大量生產(chǎn)，保證質(zhì)量。（6）刀桿長期使用，節(jié)省大量鋼材；省卻刃磨工序，減少硬質(zhì)合金的額外消耗，刀具費用降低。（4）車刀角度的換算在設(shè)計和制造刀具時，需要對不同參考系之間的角度進行換算。1.法平面與正交平面角度的換算當(dāng)車刀刃傾角較大時，常需要標注出法平面內(nèi)角度?？赊D(zhuǎn)位車刀刀片本身角度是法平面給出的，但安裝到刀槽就需計算出正交平面內(nèi)的角度。圖2.8給出了刃傾角λs≠0°車刀主切削刃上選定點在正交平面、法平面內(nèi)的各標注角度。圖2.8正交平面與法平面的角度換算圖中Mb為正交平面Po與前刀面Ar的交線，MC為法平面Pn與前刀面Ar的交線，Ma為正交平面Po、法平面Pn與基面Pr三者的交線。則有：tanγn=tanγoCosλsCotαn=CotαoCosλs2.垂直于基面的各平面角度與正交平面角度的換算，一般在已知γo、αo、Кr、λs的情況下，可計算出γf、αf和γp、αp。以上為機加車刀與普通車刀不同該車刀大多部分為一次性刀頭，但是該車刀刃磨裝置用于普通外圓車刀，可減少加工成本，一個車刀可多次使用因此使用。因此該裝置可應(yīng)用于大多數(shù)普通機加工廠。2刀具刃磨參數(shù)由于刀具加工材料的不同，對刀具的各項參數(shù)要求也不盡相同。故為了滿足加工需求，必須選出合理的刀具參數(shù)。如表2.3所示為刀具加工不同材料所常用的一些刀具角度。（1）高速鋼車刀工件材料前角后角鋼和鑄鋼（400~500）Mp20~258~12（700~1000）MP5~105~8鎳鉻鋼和鉻鋼(700~800)MP5~155~7灰鑄鋼(160~180)HBS126~8(220~260)HBS66~8可緞鑄鋼(140~160)HBS156~8(170~190)HBS126~8鋼鋁巴氏合金25~308~12中硬青銅及黃銅108鎢2015鈮20~2512~15銅合金3010~12鎂合金25~3510~15電木010~12纖維紙板014~16硬橡膠-2~018~20軟橡皮40~7515~20塑料和有機玻璃20~2530表2.3車刀的刀具角度根據(jù)以上金屬切削資料及刀具資料設(shè)計出車刀刃磨裝置的機構(gòu)和具體設(shè)計及零件設(shè)計。圖3.1車刀刃磨裝置的結(jié)構(gòu)圖1.步進電機2..絲杠3.螺母4.x滑桿轉(zhuǎn)軸5.y滑桿轉(zhuǎn)軸6.車刀7.蝸桿8.刀架9.蝸桿Z軸是通過，蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)傳動的，整個裝置所采用的傳動部件都是具有自鎖功能的，因此減少了裝置的零件數(shù)目，把結(jié)構(gòu)簡單化了。如果在裝置中不采用具有自鎖功能的傳動零件在整個切削過程中，刃磨裝置所受磨削力是可以產(chǎn)生逆?zhèn)鲃拥模虼?，我們采用的是非滾珠絲杠，就是在螺母中沒有滾珠，雖然在傳動過程中，使傳動摩擦大，但是它具有自鎖功能。而在z軸所采用的蝸輪蝸桿機構(gòu)本身是具有自鎖能力的，它們的具體細節(jié)將會在下一部分說明。我們所設(shè)計的車刀刃磨裝置，機構(gòu)不僅可以用于刀具刃磨而且這種機構(gòu)是可以用于其它機床加工復(fù)雜工件。我們在設(shè)計過程中，考慮到工作臺面可繞x軸y軸各旋轉(zhuǎn)正負30度的角度變換，而在z軸可進行完全旋轉(zhuǎn)。這種機構(gòu)的通用性強，使用方便，可以和多種機床進行組合。也可以把該種裝置看成是一個數(shù)控夾具。刀架板的設(shè)計在設(shè)計刀架板時主要要考慮到刀架板在工作時是否對其它零件產(chǎn)生干涉，還有刀架板中刀架的位置，要能切削方便與砂輪有一個好的位置不至于砂輪闖到磨削裝置上。根據(jù)這些要求我們設(shè)計出將刀架部分用一半圓弧凸出使砂輪與磨削裝置有一定距離。我們設(shè)計刀架板厚20mm總長180mm在邊緣處有一半徑為45mm的圓弧突出。具體零件可參考刀架板零件圖。底板的設(shè)計底板設(shè)計中，首先要考慮到板的厚度以及部分細節(jié)方面的設(shè)計eq\o\ac(○,1)再裝絲杠螺母的地方采用厚度為35mm，比其它地方后。這樣要鉆空放入軸承。eq\o\ac(○,2)在其它地方板厚為15mm，底板總長為175mm總寬為165mm。材料為q235第二部分傳動裝置以及電機的選擇設(shè)計一歩進電機選擇計算（一）步進電機的工作原理和特性步進電機如同普通電機，有轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組分成若干相，每相的磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子在軸上也有若干齒。當(dāng)某相定子繞組通以直流電激勵后，便能吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子上的齒和定子上的齒對齊。因此，它是按電磁鐵作用的原理進行工作的，在外加脈沖信號的作用一步一步的運轉(zhuǎn)，是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換相應(yīng)角位移的機電元件。步進電機定子可以做成兩相或三、四、五和十相等。相繞組可以單拍或雙拍方式通電。步進電機主要技術(shù)參數(shù)指標和特性有:(1)步距角。當(dāng)步進電機的定子繞組為m，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Z，通電方式系數(shù)為k時，每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，用表示則有(5-1)單拍通電時k=1，雙拍通電時k=2。(2)靜態(tài)步距角誤差是指步進電機空載時，每步實際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差。以角度單位或理論步距角的百分數(shù)表示。(3)精度通常指的是最大步距誤差和最大累積誤差，步距誤差是空載運行一步的實際轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定值和理論值之間的最大值，用理想步距的百分數(shù)表示。累積誤差時指，從任意位置開始，經(jīng)過任意步后任意的實際角位移和理論角位移之差。(4)最大靜轉(zhuǎn)矩所謂靜態(tài)是指步進電機的通電狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)子保持不動的定位狀態(tài)。靜轉(zhuǎn)矩即是步進電機處于定位狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩，它繞組內(nèi)的電流和失調(diào)角之間的函數(shù)。失調(diào)角就是在定位狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子上加一個負載使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度。并能穩(wěn)定下來，這時轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即為靜轉(zhuǎn)矩。角度B稱為失調(diào)角。對應(yīng)于某式調(diào)角最大的轉(zhuǎn)矩，為最大靜轉(zhuǎn)矩，一般來說材大的電機，負載轉(zhuǎn)矩也大。(5)最大起動轉(zhuǎn)矩只有在外加的轉(zhuǎn)矩小于峨時才能啟動，該性能表示步進電機啟動時的負載能力。(6)響應(yīng)頻率在某一個頻率范圍內(nèi)，步進電機可以任意運行而不丟步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。通常用啟動頻率來作為衡量指標。它是指在一定負載下直接起動而不丟步的極限頻率。(7)運行頻率和矩頻特性運行頻率指拖動一定負載使頻率連續(xù)上升時，能使步進電機不失步運行的極限頻率。矩頻特性包括起動矩頻特性和運行矩頻特性。起動矩頻特性指在給定的驅(qū)動條件下，負載慣量一定時，起動頻率和負載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為牽入特性。運行矩頻特性指負載慣量不變時，運行頻率和負載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為牽出特性。矩頻特性如圖3.2所示。圖圖3.2步進電機矩頻特性圖3.3步進電機慣頻特性(8)慣頻特性在負載力矩一定時，頻率和負載慣量之間的關(guān)系，稱為慣頻特性。慣頻特性分為啟動慣頻特性和運行慣頻特性。如圖5-2所示。對于步進電機的控制，了解其性能參數(shù)必須的，因為在進行步進電機選擇和軟件設(shè)計時，它的性能決定整個控制系統(tǒng)的性能。(二)步進電機選擇和計算1初選步進電機57BYGH10157BYGH10257BYGH20157BYGH20257BYGH20322.41.51.63.48550.7210.65b57BYGH20457BYGH20557BYGH20657BYGH20757BYGH20857BYGH20957BTGH21057BYGH21157BYGH21257BYGH21357BYGH21457BYGH25157BYGH30157BYGH30257BYGH30357BTGH30457BYGH306圖3.457電機的外形圖初步選用型號是57BYGH203系列的混合式步進電機，這種電機產(chǎn)品同時兼有反應(yīng)式和永磁式兩種步進電機優(yōu)點。該產(chǎn)品具有體積小、驅(qū)動電流和功耗小、起動和運行頻率高、動態(tài)性好的特點，同時還具有良好的內(nèi)部阻尼特性，因而運行平穩(wěn)，無明顯的低頻振蕩區(qū)，噪音小，可靠性高。既可用于組建穩(wěn)定、可靠的開環(huán)系統(tǒng)，也可用于組建閉環(huán)系統(tǒng)。工作中要求步進電機能嚴格跟隨指令脈沖,不發(fā)生失頻、振蕩;能快速起動、停止、正反轉(zhuǎn)和高效運轉(zhuǎn);能滿足各項性能指標且具有良好的動態(tài)特性。步進電機選用時首先必須保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率，使電動機的矩頻特性有一定余量以保證運行可靠，一般來說最大靜轉(zhuǎn)矩T-大的電機，負載轉(zhuǎn)矩也大，通常取T/T=0.2~0.5。對于相數(shù)較多，突跳頻率要求不高時取大值，反之取小值。其次要求計算機械系統(tǒng)的負載慣量和產(chǎn)品所要求的啟動頻率，使之與步進電機相匹配并有一定余量，并使最高連續(xù)工作頻率能滿足產(chǎn)品快速移動的要求。選用步進電機時還必須注意到要使其步距角和機械系統(tǒng)相匹配，以得到所需要的脈沖當(dāng)量。57電機的參數(shù)圖3.557BYGH203以及57BYGH301運行矩頻特性2負載轉(zhuǎn)矩和慣量的計算(1)負載轉(zhuǎn)矩的估算精確計算驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩是比較復(fù)雜的，習(xí)慣的做法是根據(jù)實際裝置實測求取，在選擇步進電機時，常常使用近似的公式，先估算出負載的轉(zhuǎn)矩，從而為選定步進電機提供依據(jù)。根據(jù)該課題的要求,估算電機的負載轉(zhuǎn)矩。由機械結(jié)構(gòu)可知,電機驅(qū)動絲杠螺母機構(gòu)在到工作臺，該直線運動系統(tǒng)換到電動機軸的負載轉(zhuǎn)矩一般由下式估算:(3-1)F一直線運動機械的軸向力，kg；D一齒輪齒條傳動中的齒輪直徑，cm；W一負載質(zhì)量，kg；i一減速傳動比；一驅(qū)動系統(tǒng)的效率；一滑動摩擦系數(shù)。式中其中，取0.1～0.3,=0.85～0.950，D=14mm。由機床的結(jié)構(gòu)參數(shù)，估算工作平臺的總質(zhì)量(包括旋轉(zhuǎn)步進電機、蝸輪、蝸桿、刀架等)為15kg，根據(jù)刀具刃磨載荷輕的特點，直線運動受到的軸向力可根據(jù)力矩平衡原理得出，如圖5-3所示，軸向力矩與摩擦分力的力矩相等：（3-2）=≈0.77代入（3-1）可得：=(2)負載慣量的計算根據(jù)慣量的定義，物體對某軸的慣量定義為該物體微小體積的質(zhì)量dm與該微小體積到軸的距離r的平方的乘積之總和，即3-3回轉(zhuǎn)體的慣量計算：3-4式中：—回轉(zhuǎn)體的材料密度D—回轉(zhuǎn)體直徑L—回轉(zhuǎn)體的長度該機構(gòu)是經(jīng)過一級蝸輪蝸桿減速傳到工作臺上故其轉(zhuǎn)動慣量必須經(jīng)過折算，其公式為：3-5①工作臺轉(zhuǎn)動慣量計算步進電機驅(qū)動蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，通過蝸輪蝸桿機構(gòu)傳到工作臺，這時根據(jù)動能守恒定律可得到工作臺運動慣量換算到驅(qū)動軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為：3-6==0.012k②蝸輪軸轉(zhuǎn)動慣量計算=0.029k③蝸輪蝸桿等效為圓柱體，其轉(zhuǎn)動慣量為=0.095k=0.235④換算到電機軸上總慣性負載=0.012+=≈0.012k(3)加速轉(zhuǎn)矩驅(qū)動負載時往往需要進行加減速度運行。慣性體就會產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)矩，其計算式為：式中S—每轉(zhuǎn)走的步數(shù)，，為步進電機的步距角；F—最大驅(qū)動頻率，Hz(pps)；T—加速時間；g—重力加速度，。二絲杠螺母機構(gòu)的選擇計算（一）絲杠螺母機構(gòu)概述1絲杠螺母機構(gòu)的特點（1）用較小的扭矩傳動絲杠，可使得螺母獲得較大的軸向牽引力；（2）可達到很大的降速比，使得機構(gòu)大為簡化；（3）能達到較大的傳動精度。用于機構(gòu)進給時，還可算作測量元件，通過刻度盤讀出直線位移的尺寸，最小度數(shù)值可達到0.01mm；（4）傳動平穩(wěn)，無噪聲；（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進行逆?zhèn)鲃?。此特點可用于部件升降移動，防止因部件自重而降落。2絲杠螺母機構(gòu)的選用根據(jù)該設(shè)計方案，要求工作臺能夠上下移動，而且要能夠自鎖，故根據(jù)選用如圖所示結(jié)構(gòu)：(二)絲杠螺母機構(gòu)的計算1絲杠的導(dǎo)程：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和要求，選用絲杠頭數(shù)k=1,螺距t=4mm,故絲杠螺母機構(gòu)的導(dǎo)程s=kt=4mm。2絲杠的效率：正傳動的效率即回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的效率為：3-7式中：—中徑處的螺紋升角，；—絲杠螺紋中徑；—當(dāng)量摩擦角。==對于滑動絲杠：，當(dāng)f=0.1,=時，。代入數(shù)據(jù)得==0.5113驅(qū)動扭矩M計算設(shè)所受的軸向力為P，則螺紋中徑處的圓周力Q為：3-8=6.9=1.34N驅(qū)動扭矩M為：3-9用代入得：=6.9=8.6N.M4耐磨性計算滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越容易形成過渡磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p,使其小于材料的許用壓力[p]。有耐磨性決定絲杠中徑的公式為：≥3-10式中:p—絲杠所承受的最大軸向力；—螺母的長徑比，，L為螺母的長度（mm）一般取1.2～4，但螺母的螺紋圈數(shù)一般不超過10。因為圈數(shù)越多，載荷分布越不均，第10圈以后的螺紋，實際上起不到分擔(dān)載荷的作用。=16mm故取=16mm,耐磨性核算的公式為：3-11代入數(shù)據(jù)得p==72.580,故滿足要求。三蝸輪蝸桿機構(gòu)選擇計算（一）蝸輪蝸桿傳動的尺寸參數(shù)1蝸輪蝸桿傳動的特點蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu)，兩軸線的夾角圍任意值，通常用的為90。這種傳動有以下的特點：（1）當(dāng)使用單頭蝸桿（相當(dāng)于單線螺紋）時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5～80；在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，傳動比可達300。（2）在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是漸漸進入嚙合及漸漸退出嚙合，同時嚙合的齒對有較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。（3）當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿的傳動具有自鎖性。（4）蝸桿傳動與螺旋齒輪的嚙合相似，在嚙合處有相對的滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便于鋼質(zhì)蝸桿配對組成減摩擦性良好的滑動摩擦副。通常應(yīng)用于減速裝置。2蝸輪蝸桿傳動的主要參數(shù)及尺寸（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)及設(shè)計要求選用普通圓柱蝸桿，蝸桿的的頭數(shù)k=1,模數(shù)m=1，壓力角。和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的幾何尺寸也以模數(shù)為主要的計算參數(shù)。蝸桿和蝸輪嚙合時在中間平面上。蝸桿的軸向模數(shù)應(yīng)和蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等。則有：蝸桿頭數(shù)：蝸輪齒數(shù)：傳動比：分度圓直徑：直徑系數(shù)：蝸桿導(dǎo)程角：（2）蝸輪蝸桿其它的尺寸參數(shù)：中心矩：蝸桿軸向齒距：蝸桿導(dǎo)程：蝸桿分度圓直徑：蝸桿齒頂圓直徑：蝸桿齒根圓直徑：蝸桿齒頂高：蝸桿齒根高：蝸桿齒高：蝸桿導(dǎo)程角：蝸輪分度圓直徑：蝸輪齒頂圓直徑：蝸輪齒根圓直徑：蝸輪齒頂高：蝸輪齒根高：蝸輪齒高：由于該結(jié)構(gòu)承載不大，速度不高，根據(jù)蝸桿材料的選用原則，可選用45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為220～300HBS。蝸輪材料選用鑄造錫青銅三滑桿轉(zhuǎn)軸的設(shè)計（一）x軸滑桿轉(zhuǎn)軸的形狀設(shè)計滑桿轉(zhuǎn)軸是該裝置非常重要的設(shè)計，它的形狀尺寸直接影響著傳動的精度，滑桿轉(zhuǎn)軸起到支撐刀架板，螺母抬高時滑桿轉(zhuǎn)軸繞Y軸滑桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，同時x軸的轉(zhuǎn)軸長度增加，因此在一端要進行緊固，防止在轉(zhuǎn)動時滑落。大概結(jié)構(gòu)如圖圖3.7滑桿轉(zhuǎn)軸的大概形狀圖（二）y軸滑桿轉(zhuǎn)軸的形狀設(shè)計Y軸的設(shè)計與X軸是有所不同首先，轉(zhuǎn)軸的設(shè)計已經(jīng)確定y軸的大概形狀。其中y軸所承受力與x軸所承受的力相同，但是y軸的形狀在于x軸以及轉(zhuǎn)軸的連接處是不同的。在連接處y軸的軸徑要變粗，以便可以在鉆空后插入x軸可以承受一定的壓力。其形狀如圖3.8圖3.8Y軸的形狀設(shè)計（三）X軸和y軸滑桿轉(zhuǎn)軸的力學(xué)設(shè)計以知這兩個軸的所受力的方向和所承受力的因素，我們根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計滑桿轉(zhuǎn)軸的直徑。根據(jù)我們所總結(jié)的自行車心軸尺寸設(shè)計經(jīng)驗，初步定出X軸粗徑直徑為12mm細徑直徑為8mm，采用抗彎性能好的材料硬度較高。Y軸粗徑為20mm細徑直徑為12mm.采用與x軸相同的材料。表面光潔度為1.6Ra.選擇精度等級為IT6級精度。在此不進行彎矩圖和扭矩圖的描述。（四）可轉(zhuǎn)動銷的設(shè)計轉(zhuǎn)動銷在刃磨裝置中也是非常重要的傳動零件之一，滑桿轉(zhuǎn)軸插入轉(zhuǎn)動銷的孔中，而銷子插入螺母中的孔中，詳細裝配位置可見裝配圖。轉(zhuǎn)動銷的設(shè)計為一頭是圓形銷子，另一端是方形中間鉆孔與滑桿轉(zhuǎn)軸配合，該孔與圓形銷子為垂直關(guān)系。其結(jié)構(gòu)如圖3.9圖3.9可轉(zhuǎn)動銷的結(jié)構(gòu)當(dāng)螺母在絲杠上上下串動時，螺母帶動可轉(zhuǎn)動銷上下運動而轉(zhuǎn)動銷的孔中插入滑桿轉(zhuǎn)軸（滑桿轉(zhuǎn)軸一端為鉸鏈）形成一個類似于搖桿滑塊機構(gòu)，而滑桿轉(zhuǎn)軸直接帶動刀架板繞y軸轉(zhuǎn)動。第三部分刃磨裝置控制系統(tǒng)初步設(shè)計在機電一體化系統(tǒng)中各部件不是獨立存在的，而是相互聯(lián)系，構(gòu)成一個有機的整體。其中控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的“大腦”，它處理各種信息，把由傳感器把機械本體的各種信號檢測出來，送到控制器中進行存儲、運算、變換、加工，控制器根據(jù)檢測及運算結(jié)果，發(fā)出相應(yīng)的指令，通過執(zhí)行機構(gòu)使機械本體完成規(guī)定的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品所要求的功能。圖3.8控制系統(tǒng)簡圖在我國，經(jīng)濟型機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)一般以MCS-51系列8位單片機為控制中心。本控制系統(tǒng)如圖十七，控制電路主要由以下幾個部分組成:8031AH最小系統(tǒng)，數(shù)碼顯示及鍵盤輸入電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，1/O接口電路和步進電機驅(qū)動電路等幾個方面。（一）單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計圖3.8為單片機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。該電路以8031AH單片機為核心，從鍵盤選擇刃磨的種類，輸入加工工件的參數(shù)，通過單片機判斷當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，控制步進電機按照工藝要求運動從而完成整個工件的刃磨過程。下面簡要介紹一下各部分的功能:(1)8031AH它是單片機控制系統(tǒng)的核心部分，通過它實現(xiàn)外圍芯片的信息交換和控制，完成機床所需要的控制功能。(1)數(shù)碼顯示及鍵盤輸入電路主要是進行加工工件參數(shù)的輸入、顯示，加工工作狀態(tài)的指示。(2)傳感器信號采集電路主要包括A/D轉(zhuǎn)換電路和其它位置傳感器輸入電路。將外部的傳感器信息的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，讓主芯片進行判斷處理。這里主要是進行機床限、定位傳感器信息的采集，工件在加工過程中所處的位置信息。(3)I/0接口電路實現(xiàn)單片機的輸入輸出控制，并使單片機數(shù)字電路和其控制對象隔離開來，增強單片機的抗千擾能力。這里包括步進電機接口控制電路，傳感器接口電路，照明接口電路等。圖3.9系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖eq\o\ac(○,一)單片機最小系統(tǒng)a.單片機的選擇1980年Intel公司在MCS-48系列單片機的基礎(chǔ)上，又推出了MCS-51系列8位單片機、MCS-96系列16位單片機、以及32位單片機等。目前使用較多的是51系列和%系列的單片機。本課題采用的是8031AH單片機。其主要功能特點如下:(1)8位CPU;(2)片內(nèi)128字節(jié)RAM;(3)特殊功能寄存器區(qū);(4)2個優(yōu)先級的5個中斷源結(jié)構(gòu);(5)4個8位并行1/O口(P0,P1,P2,P3);(6)2個16位定時/計數(shù)器;(7)全雙工串行口;(8)布爾處理器;(9)64KB外部數(shù)據(jù)存貯器地址空間，64KB外部程序存貯器地址空間;(10)片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。該類單片機具有體積小功能全，價廉，面向控制、開發(fā)應(yīng)用方便等優(yōu)點，因此在我國工業(yè)界應(yīng)用廣泛。b最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)由CPU,鎖存器、譯碼器、RAM,EPROM組成，采用12MHZ晶振。由于8031AH單片機內(nèi)部無ROM，且考慮系統(tǒng)開發(fā)所需的容量，在外部擴展了一片2764EPROM,一片6264RAMo51系列單片機采用的是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用技術(shù)，因此在擴展外部1/O口設(shè)備時必須采用鎖存器。由于系統(tǒng)是8位總線方式，故用一片74LS373將與數(shù)據(jù)總線復(fù)用的地址線鎖存，以便使地址和數(shù)據(jù)分離開來。單片機在擴展其它一些外圍1/O接口芯片時，通過將這些1/O接口設(shè)備映像于單片機的地址空間，來訪問這些芯片并進行數(shù)據(jù)交換。尋址1/O接口設(shè)備常用兩種方法:線選法和譯碼法。對于線選法，每條地址線只能尋址一個接口芯片，使得芯片占用地址不連續(xù)，且浪費資源，設(shè)備多時地址線不夠用，所以它一般用于簡單設(shè)備較少的系統(tǒng)設(shè)計中。而譯碼法能使外設(shè)地址連續(xù)分配，并能擴容地址線，如采用一片譯碼器就能將3根地址線擴展為8根地址譯碼線，尋址8個接口芯片。根據(jù)本系統(tǒng)的外設(shè)，采用譯碼法尋址1/O空間，即用一片74LS138產(chǎn)生片選信號。根據(jù)圖十八，擴展的存儲空間的順序為EPROM-RAM-1/0芯片，單片機地址資源進行分配后，CPU運行根據(jù)外圍1/O設(shè)備的地址查找該設(shè)備，進行輸入、輸出操作，即CPU對1/O空間的尋址。相對應(yīng)于單片機1/O接口芯片地址譯碼列表如圖十九圖3.10系統(tǒng)地址分配表eq\o\ac(○,二)I/O接口電路單片機與被控制對象的聯(lián)系是通過接口電路來實現(xiàn)的。接口電路的設(shè)計主要是起到隔離和驅(qū)動作用。主要包括單片機與步進電機驅(qū)動電路的接口和與繼電器接口等。8031AH有四個8位UO口，其中PO作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線用，P2地址總線的高八位使用，P3口是雙功能口，主要是用于系統(tǒng)的控制功能。這樣就只剩下一個P1口，P1口是準雙向口，即用作輸入時，口鎖存器必須先寫“1"。因此在控制步進電機時，擴展一片8255用它的PA.PC口控制幾路步進電機。其接口電路如圖3-118255芯片的端口設(shè)置為輸出方式，從信號端輸入所需的脈沖信號，經(jīng)過光電禍合器，至驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機。圖3.11p1接口的電路外部執(zhí)行裝置不但要求單片機輸出一定的電壓，而且要求輸出一定的電流，以便帶動執(zhí)行裝置動作。設(shè)計的主要問題是執(zhí)行裝置功率與單片機輸入的電信號相匹配。上圖是通過單片機的P1口接74LS04反向器控制三極管C9013來驅(qū)動5V的繼電器來控制外部的220V電壓通斷。eq\o\ac(○,三)鍵盤與顯示電路顯示器和鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)人一機交互界面設(shè)備之一。車刀刃磨時的工藝參數(shù)，主要是車刀(工件)的幾何參數(shù)，車刀切削刃的角度，車刀的前角，車刀的后角，刃傾等。還有選擇刃磨的方式不同，機床調(diào)整的參數(shù)不一樣。該部分電路控制如下圖二十一顯示器接口與布局發(fā)光二極管(LED)是一種簡單而常用的輸出設(shè)備，通常用來指示機器的狀態(tài)或其它信息，它的優(yōu)點是價格低、壽命長、對電流、電壓的要求低及容易實現(xiàn)多路控制等;LED適宜于脈沖工作狀態(tài)，在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強的亮度。LED有單個、七段及點陣等類型本硬件系統(tǒng)中，主要采用單個LED作為狀態(tài)指示，由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容簡單，顯示量少，所以采用八位共陰七段LED作為顯示器，這樣既經(jīng)濟又方便。圖3.12顯示鍵盤控制電路圖在顯示器部分中，左邊的三位用作整個系統(tǒng)的操作指示部分，其余的五位用作數(shù)據(jù)顯示部分，則數(shù)據(jù)輸入的范圍為(0-999.99mm)。其布置如下圖二十三所示。b.鍵盤接口與布局所用的鍵盤可分為兩種基本類型:全編碼鍵盤和非編碼鍵盤。全編碼鍵盤由硬件系統(tǒng)實現(xiàn)對鍵的編碼，鍵盤編碼器自動提供按鍵的編碼，在有新的按鍵按下之前，保持被按鍵的編碼，同時產(chǎn)生一個中斷信號通知CPU產(chǎn)生相應(yīng)的操作。全編碼鍵盤主要是在硬件上處理方便，軟件簡單，但價格昂貴，故應(yīng)用較少。而非編碼鍵盤的硬件無編碼邏輯，僅提供行列矩陣按鍵。鍵的識別、鍵的代碼、消除抖動等按鍵保護均由軟件完成，由于非編碼鍵盤所需硬件少，價格便宜，故應(yīng)用較廣泛。由上述的原因，本系統(tǒng)選用了非編碼鍵盤，并采用了專門管理鍵盤和LED顯示的8279芯片。在實驗平臺進行開發(fā)時，鍵盤采用標準的4x4系列鍵盤如圖二十四所示。16個鍵值是按16進制編寫的，每個鍵可以根據(jù)用戶系統(tǒng)的功能來進行編程自定義。圖3.13顯示器構(gòu)造圖C．鍵盤顯示電路設(shè)計系統(tǒng)的鍵盤、顯示電路采用美國Intel公司生產(chǎn)的8279芯片作為控制核心，它具有16x8位顯示RAM和8x8先進先出(FIFO)鍵盤緩沖區(qū)，可自動提供鍵盤和顯示的掃描信號，識別按鍵，產(chǎn)生鍵碼，并為鍵盤提供抖動消除和多鍵保護功能。其實現(xiàn)鍵盤顯示的接口框圖如圖二十四圖中的SLO-SL3為掃描輸出線，用來掃描鍵盤和顯示器;RLO-RL7為鍵盤矩陣的信號檢測輸入端。圖3.14鍵盤布局接線和編碼8279的鍵盤掃描工作方式分編碼掃描和譯碼掃描兩種。