機電一體化自動回轉(zhuǎn)刀架設計說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄1.自動回轉(zhuǎn)刀架總體設計1 1.1概述1 1.2控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢1 1.3自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理21 主要傳動部件的設計計算4 2.1 設計題目4 2.2 蝸桿副的設計計算4 2.3 蝸桿軸的設計6 2.4 蝸輪軸的設計12 2.5 中心軸的設計13 2.6 齒盤的設計14 2.7 軸承的選用153.電氣控制部分設計16 3.1中央處理單元MS-89C5116 3.2 MCS-51單片機的工作方式17 3.3端口擴展單元8255的介紹19 3.4 硬件電路設計25 3.5 控制軟件設計264. 刀架體的設計30心得體會31結 論31參考文獻331.

2、自動回轉(zhuǎn)刀架總體設計1.1 概述數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結構直接影響機床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結構和性能體現(xiàn)了機床的設計和制造技術水平。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀架結構形式也在不斷翻新。其中按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。自1958年首次研制成功數(shù)控加工中心自動換刀裝置以來，自動換刀裝置的機械結構和控制方式不斷得到改進和完善。自動換刀裝置是加工中心的重要執(zhí)行機構，它的形式多種多樣，目前常見的有：回轉(zhuǎn)刀架換刀，更換主軸頭換刀以及帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)。初步了解了設計題目（電

3、動刀架）及發(fā)展概況，設計背景，對刀架有了一些印象，對整理設計思路 安排設計時間有很好的輔助作用。對一些參數(shù)的進行了解同時按準則要求來完成設計。1.2 數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準備時間，消除人為

4、誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種。數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點。這就要求設計的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點。它的原理

5、采用蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。1.3 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機械螺母升降轉(zhuǎn)位式。工作過程可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾個步驟。圖1.1為螺旋升降式四方刀架，其工作過程如下： 刀架抬起 當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后, 通過接口電路使電機正轉(zhuǎn), 經(jīng)傳動裝置、驅(qū)動蝸桿蝸輪機構。蝸輪帶動絲桿螺母機構逆時針旋轉(zhuǎn) ,此時由于齒盤處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機構轉(zhuǎn)動時，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤松開并抬起,直至兩定位齒盤脫離嚙合狀態(tài),從而帶動上刀架和齒盤產(chǎn)生“上抬”動作。 刀架轉(zhuǎn)位 當圓套逆時針轉(zhuǎn)過150°時，齒盤完全脫開，此時銷釘準確進入圓套中的

6、凹槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。 刀架定位 當上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后（旋轉(zhuǎn)90°、180°或270°），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關中的某一個選通,當磁性板與被選通的霍爾開關對齊后,霍爾開關反饋信號使電機反轉(zhuǎn),插銷在彈簧力作用下進入反靠盤地槽中進行粗定位，上刀架體停止轉(zhuǎn)動，電機繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過螺母絲桿機構使上刀架移到齒盤重新嚙合, 實現(xiàn)精確定位。刀架壓緊 刀架精確定位后，電機及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當兩齒盤增加到一定夾緊力時， 電機由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn)，防止電機不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞，從而完成一次換刀過程。 圖1.1 螺旋升降式四方刀架圖1.2自動換刀流程 a b

7、 c d 圖1.3刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置a) 換刀開始時，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對滑動。b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1的槽內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動圓柱銷2及上刀體一起轉(zhuǎn)動。c)上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動時，反靠銷6可以從反靠圓盤7的槽左側(cè)斜坡滑出。d)找到刀位時，刀架電動機反轉(zhuǎn)反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)粗定位。1.上蓋圓盤、2.圓柱銷、3.彈簧、4.上刀體、5.圓柱銷、6.反靠銷、7.反靠圓盤。2. 主要傳動部件的設計計算2.1 設計題目自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機，其中蝸桿與電動機直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時蝸輪與上刀體直聯(lián)。已知電動機額定功率P1=90W，額定轉(zhuǎn)速n1=1440rmi

8、n，上刀體設計轉(zhuǎn)速n2=30rmin。2.2 蝸桿副的設計計算由已知得：蝸桿副的傳動比i= =48。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。(1)蝸桿的選型 GBT10085-1988推薦采用漸開線蝸桿(ZI蝸桿)和錐面包絡蝸桿(ZK蝸桿)。本設計采用結構簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿(ZI型)。(2)蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCuSnl0P1，采用金

9、屬模鑄造。(3)按齒面接觸疲勞強度進行設計 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，在進行承載能力計算時，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再按齒根彎曲疲勞強度進行校核。按蝸輪接觸疲勞強度條件設計計算的公式為： 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 設蝸桿頭數(shù)Z1=1，蝸桿副的傳動效率取=0.8。由電動機的額定功率P1=90W，可以算得蝸輪傳遞的功率P2=P1,再由蝸輪的轉(zhuǎn)速n2=30r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩： 2)確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)K=KAKBKV，。其中KA為使用系數(shù)，由表6-3查得，由于工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，因此取KA=1.15；KB為齒向載荷分布系數(shù)，

10、因工作載荷在起動和停止時有變化，故取KB=1.15；Kv為動載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取Kv=1.05。則載荷系數(shù)： K=KAKBKV=1.15×1.15×1.051.393)確定彈性影響系數(shù)：鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從有關手冊查得彈性影響系數(shù)。4)確定接觸系數(shù)：先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值，從而可查出=2.95)確定許用接觸應力H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSnl0P1、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，查表可得蝸輪的基本許用應力H =268MPa。已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時每個輪齒嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速n1=30rmi

11、n；蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。則應力循環(huán)次數(shù)： N=6Qjn2Lh=60×1×30 x 10000=1.8×107 壽命系數(shù)： 許用接觸應力： H=KHNH=0.929×268Mpa 2496) 計算中心距 查表得，取中心距，已知蝸桿頭數(shù)=1，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm。這時0.448，從而可查得接觸系數(shù)，因為，因此以上計算結果可用。蝸桿和蝸輪主要幾何尺寸計算（1）蝸桿 分度圓直徑：d1=28mm 直徑系數(shù)：q=17.92， 蝸桿頭數(shù)：Z1=1 分度圓導程角：=3°1138 蝸桿軸向齒距：PA=3.94mm；

12、蝸桿齒頂圓直徑： 蝸桿齒根圓直徑： 蝸桿軸向齒厚： =2.512mm 蝸桿軸向齒距：（2）蝸輪 蝸輪齒數(shù)：Z2 =45 變位系數(shù)=0 驗算傳動比：i=/=45/1=45 蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=72mm 蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=93.5 蝸輪喉母圓直徑：rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 蝸輪齒頂圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑： 蝸輪外圓直徑：當在z=1時，2.3 蝸桿軸的設計（1） 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應力考慮軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動裝置。選用45號鋼，正火處理，（2） 按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的最小直徑 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)

13、變應力，取=0.6 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 取dmin=15.14mm（3） 確定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度。 圖2.1 蝸桿軸d1=d5 同一軸上的軸承選用同一型號，以便于軸承座孔鏜制和減少軸承類型。d5軸上有一個鍵槽，故槽徑增大5%d1=d5=d1×(1+5%)=15.89mm ,圓整d1=d5=17mm所選軸承類型為深溝球軸承，型號為6203，B=12mm，D=40mm，d2起固定作用，定位載荷高度可在（0.070.1）d1范圍內(nèi)，d2=d1+2a=19.3820.04mm，故d2取20mmd3為蝸桿與蝸輪嚙合部分，故d3

14、=24mmd4=d2=20mm,便于加工和安裝L1為與軸承配合的軸段，查軸承寬度為12mm，端蓋寬度為10mm，則L1=22mmL2尺寸長度與刀架體的設計有關，蝸桿端面到刀架端面距離為65mm，故L2=43mmL3為蝸桿部分長度L3（11+0. 6z2）m=38mm圓整L3取40mmL4取55mm，L5在刀架體部分長度為（12+8）mm，伸出刀架部分通過聯(lián)軸器與電動機相連長度為50mm，故L5=70mm兩軸承的中心跨度為128mm，軸的總長為230mm（4）蝸桿軸的校核作用在蝸桿軸上的圓周力 其中d1=28mm則 （2-24） 徑向力 切向力 圖2.2 軸向受力分析 求水平方向上的支承反力 圖

15、2.3 水平方向支承力 求水平彎矩,并繪制彎矩圖圖2.4 水平彎矩圖求垂直方向的支承反力 查文獻9表2.24，其中， 圖2.5 垂直方向支承反力 求垂直方向彎矩，繪制彎矩圖圖2.6 垂直彎矩圖求合成彎矩圖，按最不利的情況考慮 圖2.7 合成彎矩圖計算危險軸的直徑 查文獻9表151，材料為調(diào)質(zhì)的許用彎曲應力，則 所以該軸符合要求。（5）鍵的選取與校核 考慮到d5=105%×15.14=15.89mm, 實際直徑為17mm，所以強度足夠由GB1095-79查得，尺寸b×h=5×5，l=20mm的A型普通平鍵。 按公式進行校核 ，。查文獻9表62，取則 該鍵符合要求。由

16、普通平鍵標準查得軸槽深t=3mm,轂槽深t1=2.3mm。2.4 蝸輪軸的設計（1） 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應力考慮到軸主要傳遞蝸輪轉(zhuǎn)矩，為普通中小功率減速傳動裝置選用45號鋼，正火處理， （2） 按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑 查文獻9表151，取45號調(diào)質(zhì)剛的許用彎曲應力，則由于軸的平均直徑為34mm，因此該軸安全。（3） 確定各軸段的直徑和長度根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度即蝸輪輪芯為68mm為蝸輪軸軸徑最小部分取34mm軸段與上刀架體有螺紋聯(lián)接，牙形選梯形螺紋，根據(jù)文獻表8-45取公稱直徑為=44mm，螺距P=12mm，H=6.5mm查表8-46得，外

17、螺紋小徑為31mm 內(nèi)、外螺紋中徑為38mm 內(nèi)螺紋大徑為45mm內(nèi)螺紋小徑為32mm 旋合長度取55mmL2尺寸長度為34mm，蝸輪齒寬b2 當z13時，b20.75da1=15.6mm 取b2=15mm2.5 中心軸的設計（1） 中軸的材料選擇,確定許用應力考慮到軸主要起定位作用，只承受部分彎矩，為空心軸，因此只需校核軸的剛度即可。選用45號鋼，正火處理，（2） 確定各軸段的直徑和長度根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度d1=15mm,d2與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm所以d2=17mmd3與軸

18、承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為51204，d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm分配各軸段的長度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm（3） 軸的校核軸橫截面的慣性矩車床切削力F=2KN,E=210GPa 因此yy中心軸滿足剛度條件2.6 齒盤的設計（1） 齒盤的材料選擇和精度等級上下齒盤均選用45號鋼，淬火，180HBS。初選7級精度等級（2） 確定齒盤參數(shù)考慮齒盤主要用于精確定位和夾緊，齒形選用三角齒形，上下齒盤由于需相互嚙合，參數(shù)可相同。當蝸輪軸旋轉(zhuǎn)150°時，上刀架上升5mm，齒盤的齒高取4mm由 得算式 4=（2×1+0.25）m，

19、標準值ha*=1.0, c*=0.25。求出m=1.78mm,取標準值m=2mm。故齒盤齒全高h=（2ha*+c*）m=(2×1+0.25)×2=4.5mm。取齒盤內(nèi)圓直徑d為120mm，外圓直徑為140mm，齒頂高 ha=ha*m=1×2=2m齒根高 hf=(ha*+c*)m=2.5mm 齒數(shù)z=38，齒寬b=10mm，齒厚，齒盤高為5mm。（3） 按接觸疲勞強度進行計算1）確定有關計算參數(shù)和許用應力 2）取載荷系數(shù)kt=1.53）由文獻表9-12取齒寬系數(shù)d=1.04）由表9-10查得材料的彈性影響系數(shù)Ze=189.8，取=20°，故ZH=2.55）

20、查表取Hlim1=380，取Hlim2=3806）Lh=60×24×1×(8×300×15)。N2=5.18×1077）由圖9-35查得接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1.1 ，ZN2=1.18）計算接觸疲勞需用應力 取安全系數(shù)SH=1。 （4）按齒根抗彎強度設計抗彎強度的設計公式為 確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值1）由文獻圖9-37查得，抗彎疲勞強度極限2）由文獻圖9-38查得，抗彎疲勞壽命系數(shù)YN1=1.0，YN2=1.03）查圖?。?）計算抗彎疲勞許用應力，取抗彎疲勞安全系數(shù)=1.4 5）彎曲疲勞強度驗算。故滿足彎曲疲勞強度要求2.7 軸承的選

21、用圓錐滾子軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。（1） 軸承的類型考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的深溝球軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：6203（2）滾動軸承的配合滾動軸承是標準

22、件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。（3）滾動軸承的密封 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩大類。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的緊扣作用而緊套在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應朝外。3.電氣控制部分設計3.1 中央處理單元MS-89C51（1）MCS-51單片機基本結構內(nèi)部結構簡圖如圖3

23、-1所示 包括：CPU、存儲器（ROM、RAM）、I/O接口等計算機的基本組成。 圖3-1 內(nèi)部結構（2）MCS-51外部引腳及功能、I/O接口電路1、外部引腳MCS-51共40個引腳，大致可分為四類，其管腳分布如圖3-2所示。 1）電源引腳VCC和VSSVCC：40腳，電源端，+5VVSS：20腳，接地端（GND） 2）時鐘電路引腳XTAL1：19腳，外接晶振輸入引腳。XTAL2：18腳，外接晶振輸出引腳。 3）控制線引腳共4根，其中3根為雙功能RST/VPD ：9腳，復位/備用電源。RST-通過外接復位電路實現(xiàn)上電復位或按鍵復位。VPD-可外接備用電源，在VCC掉電時向RAM供電。/VPP

24、 ：31腳，內(nèi)外ROM的選擇/ EPROM編程電源。 =0：訪問外部ROM； =1：訪問內(nèi)部ROM；PC值超過0FFFH（4KB）時，自動轉(zhuǎn)向外ROM。VPP -在8751片內(nèi)EPROM編程期間，為21V編程電源輸入端。ALE/ ：30腳，地址鎖存允許/編程脈沖。 4) I/O引腳P0口：P0.0P0.7，3932腳，外接存儲器時作地址/數(shù)據(jù)分時使用口線；不接外部存儲器時，可用作為8位準雙向 I/O口。P1口：P1.0P1.7，18腳，8位準雙向I/O口。P2口：P2.0P2.7，2128腳，8位準雙向I/O口。外接存儲器時，作為高8位地址總線。P3口：P3.0P3.7，1017腳，8位準雙向

25、I/O口，出于芯片引腳數(shù)的限制，P3口具有第二輸出、輸入功能。3.2 MCS-51單片機的工作方式 MCS-51系列單片機共有復位、程序執(zhí)行、低功耗、編程和校驗四種工作方式，下面介紹前三種. 1)復位方式:單片機對復位信號的要求：一是復位信號為高電平，二是復位信號有效持續(xù)時間不少于24個振蕩脈沖（兩個機器周期）以上。在這里特別要提醒的是，在一個應用系統(tǒng)中，如果有幾片單片機同時工作，在程序上有連接關系，系統(tǒng)復位時，應確保每一片單片機同時復位。復位信號由單片機的RST引腳輸入，復位操作有上電自動復位、按鍵復位和外部脈沖復位三種方式。隨著單片機技術的發(fā)展，目前有些單片機內(nèi)部帶有看門狗電路，當程序進行

26、出錯或進入了無休止循環(huán)時，看門狗電路將利用軟件強行使系統(tǒng)復位。 2)程序執(zhí)行方式:程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。系統(tǒng)復位PC=0000H，程序從0000H開始執(zhí)行，考慮到單片機存儲器結構的特殊性（0003H-0002BH共四十個單元，預留用于中斷程序），在0000H-0002H中放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，程序從指定的地址開始執(zhí)行。配合程序調(diào)試，程序又可運行在單步、跟蹤、全速運行三種執(zhí)行方式。隨著科學技術的發(fā)展，在線可編程（ISP）單片機已經(jīng)走向應用，如STT89C58、AT89S51、AT89S52芯片，都具有在線可編程功能。 3)低功耗工作方式MCS-51單片機有待機和掉電保護兩種低功耗工

27、作方式，單片機低功耗方式的設置是通過電源控制寄存器（PCON）的相關位來實現(xiàn)的。電源控制寄存器如下：SMOD 波特率培增位，在串行通信時使用，用來輔助設置通信速度。GF1 通用標志位1。GF0 通用標志位0。PD 掉電方式設置位，PD=1，進入掉電工作方式。IDL 待機方式設置位，IDL=1，進入待機工作方式。PCON是一個8位的寄存器，不具備位尋址功能，設置任意一位都要通過字節(jié)尋址命令。如：進入掉電工作方式：MOV PCON，#02H進入待機工作方式：MOV PCON，#01H 4)待機工作方式 (1）待機工作方式特征:系統(tǒng)進入待機工作方式，CPU停止工作，與CPU相關的特殊功能寄存器和全部

28、通用寄存器被“凍結”在原狀態(tài)，此時振蕩器仍在工作，中斷功能繼續(xù)存在。 (2）進入待機工作方式設置:要使系統(tǒng)進入待機工作方式，只要寄存器PCON中的IDL=1即可。指令 MOV PCON，#01H 實現(xiàn)待機工作方式設置。 (3)退出待機工作方式:在待機工作方式下，通過引入外中斷信號的方法，使待機工作方式退出。單片機在響應外部中斷時，PCON0位（IDL）被硬件自動清“0”。這樣在中繼服務程序中只要用返回指令（RETI）即可使系統(tǒng)恢復正常工作。 5)掉電工作方式 (1）掉電工作方式的特征:單片機進入掉電工作方式，只有內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容被保存，其它一切工作都停止。 (2）掉電工作方式設置:要使系統(tǒng)

29、進入掉電工作方式，只要寄存器PCON中的PD=1即可。指令 MOV PCON，#02H 實現(xiàn)掉電工作方式設置。 (3）掉電工作方式退出:當電源恢復正常后，只要硬件復位信號維持10ms以上，即能使單片退出掉電保護工作方式。3.3端口擴展單元8255的介紹 8255可編程并行輸入/輸出接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的標準外圍接口電路。它采用NMOS工藝制造,用單一5V電源供電,具有40條引腳,采用雙列直插式封裝。它有A、B、C3個端口共24條I/O線，可以通過編程的方法來設定端口的各種I/O功能。由于它功能強,又能方便地與各種微機系統(tǒng)相接,而且在連接外部設備時,通常不需要再附加外部電路,所以得到了廣

30、泛的應用。8255的內(nèi)部結構: 8255的內(nèi)部結構如圖3-2所示,由以下幾部分組成。數(shù)據(jù)端口A、B、C 8255有3個8位數(shù)據(jù)端口,即端口A、端口B和端口C。編程人員可以通過軟件將它們分別作為輸入端口或輸出端口，不過這3個端口在不同的工作方式下有不同的功能及特點，如表3-1所示。 圖3-2 8255 的內(nèi)部結構圖A組和B組控制電路: 這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。它們的控制寄存器先接受CPU送出的命令字,然后根據(jù)命令字分別決定兩組的工作方式,也可根據(jù)CPU的命令字對端口C的每1位實現(xiàn)按位“復位”或“置位”。 A組控制電路控制端口A和端口C的上半部(PC7PC4)。B組控

31、制電路控制端口B和端口C的下半部(PC3PC0)。 表3-1 8255 端口功能表 8255的芯片引腳 8255是一種有40個引腳的雙列直插式標準芯片,其引腳排列如圖3-3所示。除電源(5V)和地址以外,其它信號可以分為兩組：(1)與外設相連接的有： PA7PA0：A口數(shù)據(jù)線 PB7PB0：B口數(shù)據(jù)線 PC7PC0：C口數(shù)據(jù)線(2)與CPU相連接的有：D7D0：8255的數(shù)據(jù)線,和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。RESET:復位信號,高電平有效。當RESET有效時,所有內(nèi)部寄存器都被清除,同時,3個數(shù)據(jù)端口被自動設為輸入方式。片選信號,低電平有效。只有當有效時,芯片才被選中,允許8255與CPU交換信息。讀

32、信號,低電平有效。當有效時,CPU可以從8255中讀取輸入數(shù)據(jù)8255 的工作方式8255有3種工作方式,即方式0、方式1和方式2,這些工作方式可用軟件編程來指定。3種工作方式的傳送示意圖如圖3-4所示。 圖3-3 8255 的芯片引腳圖 圖3-4 8255 的3種工作方式(a)方式0； (b)方式1； (c)方式2方式0(基本輸入/輸出方式)方式1(選通輸入/輸出方式)方式1下A口、B口均為輸入,在方式1下,A口和B口均工作在輸入狀態(tài)時,需利用C口的6條線作為控制和狀態(tài)信號線,其定義如圖3-5(a)所示。C口所提供的用于輸入的聯(lián)絡信號有： (Strobe)：選通脈沖信號(輸入),低電平有效。

33、當外設送來信號時,輸入的數(shù)據(jù)被裝入8255的輸入鎖存器中。IBF(InputBufferFull)：輸入緩沖器滿信號(輸出),高電平有效。此信號有效時,表示已有一個有效的外設數(shù)據(jù)鎖存于8255的口鎖存器中,尚未被CPU取走,暫不能向接口輸入數(shù)據(jù),它是一個狀態(tài)信號INTR(InterruptRequest)：中斷請求信號(輸出),高電平有效。當IBF為高、信號由低變高(后沿)時,該信號有效,向CPU發(fā)出中斷請求。方式1 數(shù)據(jù)輸入過程如下：當外設的數(shù)據(jù)準備好后,發(fā)出信號,輸入的數(shù)據(jù)被裝入鎖存器中，然后IBF信號有效(變?yōu)楦唠娖?。 數(shù)據(jù)輸入操作的時序關系如圖3-5所示。 圖3-5方式1下的信號定義

34、(a)A口、B口均為輸入時；(b)A口、B口均為輸出時 圖3-6 方式1下的輸入時序 方式1下A口、B口均為輸出 與輸入時一樣,要利用C口的6根信號線,其定義如圖3-5(b)所示。用于輸出的聯(lián)絡信號有：(1)(Acknowledge)：外設響應信號(輸入),低電平有效。 (2)(OutputBuffeFull)：輸出緩沖器滿信號(輸出),低電平有效。(3)INTR：中斷請求信號(輸出),高電平有效。 方式1下數(shù)據(jù)輸出過程如下： 當外設接收并處理完1組數(shù)據(jù)后,發(fā)回響應信號。數(shù)據(jù)輸出操作的時序關系如圖3-7所示。應當指出,當8255的A口與B口同時為方式1的輸入或輸出時,需使用C口的6條線,C口剩

35、下的2條線還可以用程序來指定數(shù)據(jù)的傳送方向是輸入還是輸出,而且也可以對它們實現(xiàn)置位或復位操作。當一個口工作在方式1時,則C口剩下的5條線也可按照上述情況工作。 圖3-7 方式1下的輸出時序方式2 8255只有A口具有這種雙向輸入輸出工作方式,實際上是在方式1下A口輸入輸出的結合。在這種方式下,A口為8位雙向傳輸口,C口的PC7PC3用來作為輸入/輸出的同步控制信號。在這種情況下,B口和PC2PC0只能編程為方式0或方式1工作,而C口剩下的3條線可作為輸入或輸出線使用或用作B口方式1之下的控制線。 圖3-8 方式2下的信號定義在方式2時,其輸入輸出的操作時序如圖3-9所示。1) 輸入操作當外設向

36、8255 送數(shù)據(jù)時,選通信號STBATX-也同時送到,選通信號將數(shù)據(jù)鎖存到8255A的輸入鎖存器中,從而使輸入緩沖器滿信號IBFA成為高電平(有效),告訴外設,A口已收到數(shù)據(jù)。選通信號結束時,使中斷請求信號為高,向CPU請求中斷。2)輸出操作CPU響應中斷,當用輸出指令向8255的A端口中寫入一個數(shù)據(jù)時,會發(fā)出寫脈沖信號。 圖3-9 方式2下的時序圖 8255與系統(tǒng)的連接 由于8255是Intel公司專為其主機配套設計制造的標準化外圍接口芯片,因此它與MCS-51單片機的連接是比較簡單方便的。 一般來說,MCS-51單片機擴展的I/O接口均與片外RAM統(tǒng)一編址。由于單片機系統(tǒng)片外RAM的實際容

37、量一般均不太大,遠遠達不到64KB的范圍,因此I/O接口芯片大多采用部分譯碼的方法,而用得比較多的則是直接利用地址線的線選法。這種方法雖然要浪費大量的地址號,但譯碼電路比較簡單。圖3-10就是一種較常用的連接實例。 圖3-10 8255 與8031的連接圖3-9中,P0口為地址/數(shù)據(jù)復用口。數(shù)據(jù)通過P0口直接傳送,地址的低8位是需通過鎖存器74LS373得到的,而地址的高8位則由P2口傳送。 現(xiàn)采用線選法,利用高8位地址線的P2.7作為線選信號,直接與8255A的片選端 相連,而A1、A0則與地址的最末2位相連。由圖510所示接法,可得到8255A各個端口的地址,如表3-2所示。 表3-2 8

38、255A各端口的地址 3.4 硬件電路設計（1）自動回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊,如圖示收信電路 圖a中,發(fā)信盤上的4只霍爾開關,都有三個引腳,第1腳接+12V電源,第2腳接+12V地,第3腳為輸出.轉(zhuǎn)位時刀臺帶動磁鐵旋轉(zhuǎn),當磁鐵對準某以個霍爾開關時,其輸出端第3腳輸出低電平;當磁鐵離開時,第3腳輸出高電平.4只霍爾開光輸出的4個刀位信號T1-T4分別送到圖b的4只光耦合器進行處理,經(jīng)過光電隔離的信號再送給I/O接口芯片8255的PC4-PC7.（2）發(fā)信電路 圖c為刀架電動機正反控制電路,I/O接口芯片8255的PA6A與PA7分別控制刀架電動機的正轉(zhuǎn)與反

39、轉(zhuǎn)。其中KA1為正轉(zhuǎn)繼電器的線圈，KA2 為反轉(zhuǎn)繼電器的線圈.因刀架電動機的功率只有90W，所以圖d中刀架電動機與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器，而不必采用繼電器-接觸器控制電路，以節(jié)約成本,較低故障率。圖c中,正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián),而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)，這樣就構成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路,以防操作系統(tǒng)失控時導致短路現(xiàn)象。KA1與KA2的觸點接通380V電壓時,會產(chǎn)生較強的火花,并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作,為此,在圖d中布置了3對R-C阻容用來滅弧,以抑制火花產(chǎn)生。  電氣化原理圖a)發(fā)信盤上的霍爾元

40、件 b）刀位信號的處理 c)刀架電機正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動機正反轉(zhuǎn)3.5 控制軟件設計 對于四工位自動回轉(zhuǎn)刀架來說,它最多裝4把刀具,設計控制軟件,使其選中任意以把刀具 ,讓其轉(zhuǎn)到工作位置, 設控制系統(tǒng)的 CPU為AT89C51單片機,擴展8255芯片作為自動回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制,已知8255芯片的控制地址2FFFH，則匯編程序清單如下： 圖3-11 換1#刀的流程圖 設控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機，擴展8255芯片作為自動回轉(zhuǎn)刀架的收信與控制，已知8255芯片的控制口地址為2FFEH,匯編程序清單如下：ORG 2FFFH MOV DPTR,#2FFEH ；指向8255的PC口

41、 MOVX A,DPTR ；讀取PC口的內(nèi)容 CJNE R1,#4,TY1 ；R1里為想換的刀號，要不與#4相等則轉(zhuǎn)移到TY1 JNB ACC.4,TEND ；測試PC4=0?若是，則說明1#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND AJMP TY4TEND: LJMP T ；無條件調(diào)轉(zhuǎn)到T處TY1: CJNE R1,#5,TY2JNB ACC.5,TEND AJMP TY4TY2: CJNE R1,#6,TY3JNB ACC.6,TENDAJMP TY4TY3: JNB ACC.7,TENDTY4: MOV DPTR,#2FFCH ；指向8255的PA口地址 MOVX A,DPTR ；讀取PA口鎖存器

42、的內(nèi)容CLR ACC.6 ；令PA6=0,刀架電動機正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=0,刀架電動機正轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR,A ；刀架電動機開始正轉(zhuǎn) CALL DE ；延時20msTY01: MOV DPTR,#2FFEH ；第一次讀取8255的PC口 MOVX A,DPTR ；讀取PC口的內(nèi)容 CJNE R1,#4,T21 ；刀號判斷JNB ACC.4,TY21AJMP T24T21: CJNE R1,#5,T22JNB ACC.5,TY21AJMP T24T22: CJNE R1,#6,T23JNB ACC.6,TY21AJMP T24T23: JNB ACC.7,TY21T

43、24: CALL DE ；延時20msTY10: MOV DPTR,#2FFEH ；第二次讀取8255的PC口MOVX A,DPTR ；讀取PC口的內(nèi)容CJNE R1,#4,T31 ；刀號判斷JNB ACC.4,TY21AJMP T34T31: CJNE R1,#5,T32JNB ACC.5,TY21AJMP T34T32: CJNE R1,#6,T33JNB ACC.6,TY21AJMP T34T33: JNB ACC.7,TY21T34: CALL DE ；延時20msTY11: MOV DPTR,#2FFEH ；第三次讀取8255的PC口MOVX A,DPTR ；讀取PC口的內(nèi)容CJNE

44、 R1,#4,T41 ；刀號判斷JNB ACC.4,TY21 AJMP TY21T41: CJNE R1,#5,T42JNB ACC.5,TY21AJMP TY21T42: CJNE R1,#6,T43JNB ACC.6,TY21AJMP TY21T43: JNB ACC.7,TY21TY21: MOV DPTR,#2FFCH ；指向PA口MOVX A,DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動機正轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR,A ；刀架電動機停轉(zhuǎn)CALL DE1 ；延時150msCLR ACC.7 ；

45、令PA7=0,刀架電動機反轉(zhuǎn)有效SETB ACC.6 ；令PA6=1,刀架電動機正轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR,A ；刀架電動機開始反轉(zhuǎn) CALL DE1 ；延時設定的反轉(zhuǎn)鎖緊時間150ms SETB ACC.6 ；令PA6=1,刀架電動機正轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA6=1,刀架電動機反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR,A ；刀架電動機停轉(zhuǎn)T: RET ；換刀結束DE: MOV R7,#200 ；定時程序20msDEL1: MOV R6,#125DEL2: DJNZ R6,DEL2DJNZ R7,DEL1DE1: MOV R7,#200 ；定時程序150msMOV R5,#3DEL11: M

46、OV R6,#100DEL12: DJNZ R6,DEL12 DJNZ R7,DEL11 DJNZ R5,DEL11 END 在清楚了自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結構、電氣控制電路，并完善編制刀架自動轉(zhuǎn)位的控制軟件后，自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀就可由控制電路和驅(qū)動系統(tǒng)來實現(xiàn)。4. 刀架體的設計刀架體設計首先要考慮刀架體內(nèi)零件的布置及與刀架體外部零件的關系，應考慮以下問題： (a) 滿足強度和剛度要求。因為刀架體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 (b) 結構設計合理。如支點的安排、開孔位置和連接結構的設計等均要有利于提高刀架體的強度和剛度。 (c) 工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱

47、處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方面的工藝性。 (d) 造型好、質(zhì)量小。 刀架體的常用材料有： 鑄鐵，多數(shù)刀架體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動性好，收縮較小，容易獲得形狀和結構復雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強，動態(tài)剛性和機加工性能好，價格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。 鑄造鋁合金，用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進行強化，有足夠的強度和較好的塑性。 我所設計的下刀架體采用HT150鑄造。心得體會 對于機電一體化這門專業(yè)的課程設計，相對以往來說，更加繁瑣，是專業(yè)性很強的綜合性課程！在這次課程設計當中，遇到過各式各樣的問題，但我覺得，存在這諸多問題并非是件不好的事情，反而更能夠彌補很多我們之間的不足和