裝配圖機(jī)電一體化連桿平行度測量儀,裝配,機(jī)電,電機(jī),一體化,連桿,平行,測量儀 摘 要 連桿是汽車發(fā)動機(jī)的主要傳力構(gòu)件之一，常處于高速運(yùn)動狀態(tài)，因此要求與其它零件間具有較高的配合精度。因而連桿檢測成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。連桿平行度測量儀是專門為檢測汽車連桿而設(shè)計的專用測量工具，其結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高。本設(shè)計是由機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計所組成。包括齒輪傳動的設(shè)計及選擇，滾珠絲杠的設(shè)計及選擇，步進(jìn)電機(jī)的選擇和裝置中機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計，有關(guān)測試系統(tǒng)的控制設(shè)計及選擇。我的設(shè)計內(nèi)容主要是機(jī)械部分的設(shè)計。 關(guān)鍵詞： 連桿 平行度 檢測 IV Abstract The connecting rod is one of motor car engine main power transmission components, often being at the high speed state of motion, therefore, which requests the higher grade of fit with other components. Thus the connecting rod is examined in the production to be frequent and the also essential link. The connecting rod parallelism measuring instrument is specially for examines for measuring tool which the automobile connecting rod design, its structure is simple, the measuring accuracy is high. This design is composed by the mechanical system design and the control system design, which includes the gear drive design and the choice, the ball bearing guide screw design and chooses, motor machine choice and installment mechanical system design, relating test system control design and choice. My design content mainly focuses on the machine part design. Key words：Connecting rod parallelism examination 目 錄 摘 要……………………………………………………………………………I Abstract …………………………………………………………………………II 第1章 緒論 ……………………………………………………………………1 第2章 機(jī)電一體化技術(shù)簡介 …………………………………………………3 2.1 機(jī)電一體化技術(shù)簡介 ………………………………………………3 2.2 機(jī)電一體化技術(shù)體系 ………………………………………………3 2.3 機(jī)電一體化的發(fā)展前景 ……………………………………………3 2.4 連桿平行度測量儀的簡介 …………………………………………4 2.5 Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹……………………………………………4 第3章 連桿平行度測量儀機(jī)械部分的總體設(shè)計 ……………………………9 3.1 進(jìn)給運(yùn)動的要求 ……………………………………………………9 3.2 滾珠絲杠的選擇 ……………………………………………………9 3.3 齒輪傳動的設(shè)計計算………………………………………………14 3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇……………………………………………………16 3.5 液壓夾具的設(shè)計……………………………………………………19 第4章 連桿平行度測量儀中的微機(jī)應(yīng)用及其接口技術(shù)……………………23 4.1 測量儀中主控芯片8088介紹…………………………………… 23 4.2 測量儀中的接口技術(shù) …………………………………………… 24 第5章 傳感器的選擇及測量原理……………………………………………34 5.1 傳感器的選擇及測量方法…………………………………………34 5.2 連桿平行度的分析及計算…………………………………………35 第6章 經(jīng)濟(jì)分析………………………………………………………………37 總 結(jié)……………………………………………………………………………38 致 謝……………………………………………………………………………39 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………40 附錄1專題論文 ………………………………………………………………41 附錄2外文譯文 ………………………………………………………………49 附錄3外文原文 ………………………………………………………………54 第1章 緒論 連桿是汽車發(fā)動機(jī)的主要傳力構(gòu)件之一，常處于高速運(yùn)動狀態(tài)，因此要求與其它零件間具有較高的配合精度。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用放大孔徑公差帶制造，通過分組裝配滿足配合精度要求，因而連桿檢測成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。目前我國連桿檢測常采用兩種方法，一種是采用國產(chǎn)氣動測量儀檢測兩端孔孔徑值，并同時測出兩者的中心距，而對平行度和交叉度則采用手工檢測方法；另一種采用進(jìn)口氣動量儀直接監(jiān)測5-6個參數(shù)。連桿平行度測量儀是專門為測量汽車連桿而設(shè)計的專用測量工具。要求其簡單輕便，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，且測量過程要求自動化，是機(jī)電一體化方面上的設(shè)計題目。 圖1-1 連桿零件圖 連桿平行度測量儀是專門用來檢測連桿平行度的檢測設(shè)備，它避免了手工檢測可能帶來的人為因素導(dǎo)致的誤差，極大地提高了檢測效率，同時也提高了檢測的精度。近些年隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，檢測技術(shù)也是突飛猛進(jìn)。通過自主研發(fā)、引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)、與國外公司合資、合作等方式，迅速提高了國內(nèi)的檢測水平，基本滿足了使用要求。 目前開發(fā)研制成功的連桿綜合檢測儀器，將先進(jìn)的傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、誤差處理技術(shù)及控制技術(shù)融入到整臺設(shè)備中，利用比較測量的方法對連桿主要參數(shù)進(jìn)行綜合測量，與傳統(tǒng)的利用三座標(biāo)測量機(jī)的方法相比，測量效率高、精度高、成本低，是企業(yè)用來對連桿的產(chǎn)品質(zhì)量控制、委外產(chǎn)品驗(yàn)收、工序間檢查的理想測試設(shè)備。 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1-2。 圖 1-2 連桿平行度測量儀立體 68 第2章 機(jī)電一體化技術(shù)簡介 2.1 機(jī)電一體化技術(shù)簡介 在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，任何一項(xiàng)新技術(shù)的產(chǎn)生都是各種技術(shù)互相滲透的結(jié)果。機(jī)電一體化是一種復(fù)合化技術(shù)，它是機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)、信息技術(shù)相互滲透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 機(jī)電一體化的實(shí)體部分是機(jī)械技術(shù)及電子技術(shù)，又通過信息技術(shù)把兩者有機(jī)的結(jié)合在一起，從而構(gòu)成功能更為先進(jìn)的產(chǎn)品，按照系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)，機(jī)電一體化就是把機(jī)械部分和電子部分各作為一個環(huán)節(jié)統(tǒng)一在一個“系統(tǒng)”之中。為了使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)最優(yōu)化，應(yīng)該是構(gòu)成系統(tǒng)的所有硬件采取最佳組合方式，為了強(qiáng)化機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)把機(jī)械部分和電子部分融合在一起進(jìn)行通盤考慮，決定那些采用機(jī)械技術(shù)，那些采用電子技術(shù)，并通過信息傳輸與處理把兩者有機(jī)組合。因此，從某種意義上來說，機(jī)電一體化技術(shù)是系統(tǒng)工程學(xué)在機(jī)械、電子領(lǐng)域的應(yīng)用，而機(jī)電一體化則顯示出它的應(yīng)用效果。 2.2 機(jī)電一體化技術(shù)體系 機(jī)電一體化技術(shù)是一門新興的科學(xué)，所聯(lián)系的主要領(lǐng)域如表2-1所示： 表2-1 機(jī)電一體化所聯(lián)系的主要學(xué)科 機(jī)械學(xué) 控制理論 機(jī)械設(shè)計 動態(tài)系統(tǒng)分析 經(jīng)典控制、數(shù)字控制 現(xiàn)代控制 微處理機(jī) 及常規(guī)儀器儀表 電機(jī)、電器 及電力電子學(xué) 軟件工程 微處理機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 電子學(xué) 計算機(jī)科學(xué) 從上述學(xué)科基礎(chǔ)來看，機(jī)電一體化技術(shù)作為一門綜合性技術(shù)，為這三種工程對象服務(wù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單純的機(jī)械產(chǎn)品及電器產(chǎn)品將越來越少，今后機(jī)電結(jié)合的技術(shù)將在機(jī)械行業(yè)和電工行業(yè)中占主導(dǎo)地位。 2.3 機(jī)電一體化的發(fā)展前景 機(jī)械技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入機(jī)電一體化階段就是使機(jī)械技術(shù)智能化，更好地代替人進(jìn)行各項(xiàng)工作。目前機(jī)械技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到采用微型計算機(jī)的階段。今后計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將在圖象識別機(jī)器上看到文字和聲音認(rèn)別的景象。計算機(jī)完全有可能取代人的五官功能，從而出現(xiàn)接近人類智慧的高度智能機(jī)器人。微細(xì)加工技術(shù)是在尖端技術(shù)領(lǐng)域里進(jìn)一步推進(jìn)精致化、微小化和高度集成化，可以預(yù)見的二十一世紀(jì)，將會出現(xiàn)加工精度達(dá)到原子或分子水平的機(jī)床，加工處理技術(shù)也會在精密測量方面有較大的發(fā)展。 2.4 連桿平行度測量儀的簡介 連桿是汽車發(fā)動機(jī)的主要傳力構(gòu)件之一，常處于高速運(yùn)動狀態(tài)，因此要求與其它零件間具有較高的配合精度。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用放大孔徑公差帶制造，通過分組裝配滿足配合精度要求，因而連桿檢測成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。目前我國連桿檢測常采用兩種方法，一種是采用國產(chǎn)氣動測量儀檢測兩端孔孔徑值，并同時測出兩者的中心距，而對平行度和交叉度則采用手工檢測方法；另一種采用進(jìn)口氣動量儀直接檢測5～6個參數(shù)。連桿中心孔平行度測量儀是專門為測量汽車連桿而設(shè)計的專用測量工具。要求其簡單輕便，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，且測量過程要求自動化，是機(jī)電一體化方面上的設(shè)計題目。 2.5 Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹 1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER Wildfire。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項(xiàng)功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 Pro／ENGINEER是一套由設(shè)計到制造一體化的三維設(shè)計軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)。Pro／ENGINEER已經(jīng)成為當(dāng)今世界上擁有用戶最多的三維軟件，是全球CAID／CAD／CAE／CAM/PDM領(lǐng)域最具有代表性的著名軟件。Pro／ENGINEER總的設(shè)計思想體現(xiàn)了MDA(Mechanical Design Automation)軟件的新發(fā)展，所采用的數(shù)據(jù)比其他MDA軟件更具有優(yōu)越性。Pro／ENGINEER是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是一個參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng),并且具有單一的數(shù)據(jù)庫功能。 Pro／ENGINEER Wildfire是PTC公司推出的又一代新產(chǎn)品。同以前的版本相比，Pro／ENGINEER Wildfire更是將三維設(shè)計軟件無論從易用性、設(shè)計的高效率，還是功能的實(shí)用性都推向了一個新的頂點(diǎn)。如果您是一位結(jié)構(gòu)或工程設(shè)計師，利用該軟件，不但可建立零件模型，還可輕松建立部件、整機(jī)的裝配模型，還可對設(shè)計的產(chǎn)品在計算機(jī)上預(yù)先進(jìn)行動態(tài)、靜態(tài)分析，裝配干涉檢驗(yàn)，甚至進(jìn)行運(yùn)動仿真，今您的設(shè)計不僅快速高效，而且天衣無縫，一次成功。 PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關(guān)的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項(xiàng)目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。PRO/ENGINEER共有六大主模塊，下面我把它們逐一介紹一下。 (一)工業(yè)設(shè)計(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實(shí)體模型，但用3DS生成的模型在工程實(shí)際中是“中看不中用”。用PRO/E生成的實(shí)體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實(shí)上，PRO/E后階段的各個工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。 包括：PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(動畫模擬)、PRO/DESIGNER(概念設(shè)計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。 (二)機(jī)械設(shè)計(CAD)模塊 機(jī)械設(shè)計模塊是一個高效的三維機(jī)械設(shè)計工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用PRO/E生成曲面僅需2步～3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。 它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實(shí)體裝配）、PRO/CABLING（電路設(shè)計）、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計） (三)功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機(jī)械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。 包括：PRO/FEM（有限元分析）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序連接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定環(huán)境下的裝配體運(yùn)動分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（熱分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動力仿真）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震動分析）、PRO/MESH（有限元網(wǎng)格劃分）。 (四)制造(CAM)模塊 在機(jī)械行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工)。說到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件”。當(dāng)時，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進(jìn)了一套五座標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進(jìn)器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。東芝公司因違反“巴統(tǒng)”協(xié)議，擅自出口高技術(shù)，受到了嚴(yán)厲的制裁。在這一事件中出盡風(fēng)頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。 PRO/ES的數(shù)控模塊包括：PRO/CASTING（鑄造模具設(shè)計）、PRO/MFG（電加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（鈑金設(shè)計）。 (五)數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊 PRO/E的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計算機(jī)上對產(chǎn)品性能進(jìn)行測試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計。它就像PRO/E家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務(wù)模塊。并自動跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫中零件的數(shù)據(jù)。這個管家通過一定的機(jī)制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。 它包括：PRO/PDM（數(shù)據(jù)管理）、PRO/REVIEW（模型圖紙評估）。 (六)數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 在實(shí)際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實(shí)際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。 PRO/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個，如：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的數(shù)據(jù)交換）、PRO/CDT（二維工程圖接口）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽車設(shè)計軟件的接口）、PRO/DEVELOP（PRO/E軟件開發(fā)）、PRO/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入）、PRO/INTERFACE（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式擴(kuò)充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303數(shù)據(jù)和PRO/E交換）、PRO/LEGACY（線架/曲面維護(hù)）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)入）、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出） 下面就Pro/ENGINEER的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。 主要特性 全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 常用模塊 Pro/DESIGNIER是工業(yè)設(shè)計模塊的一個概念設(shè)計工具，能夠使產(chǎn)品開發(fā)人員快速、容易的創(chuàng)建、評價和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ停⒛軌蛑苯觽魉偷綑C(jī)械設(shè)計和/或原型制造中。 Pro/NETWORK ANIMTOR 通過把動畫中的幀頁分散給網(wǎng)絡(luò)中的多個處理器來進(jìn)行渲染，大大的加快了動畫的產(chǎn)生過程。 Pro/PERSPECTA-SKETCH 能夠使產(chǎn)品的設(shè)計人員從圖紙、照片、透視圖或者任何其它二維圖象中快速的生成一個三維模型。 Pro/PHOTORENDER 能夠很容易的創(chuàng)建產(chǎn)品模型的逼真圖象，這些圖象可以用來評估設(shè)計質(zhì)量，生成圖片。 Pro/ASSEMBLY 構(gòu)造和管理大型復(fù)雜的模型，這些模型包含的零件數(shù)目不受限制。裝配體可以按不同的詳細(xì)程度來表示，從而使工程人員可以對某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究，同時在整個產(chǎn)品中使設(shè)計意圖保持不變。附加的功能還能使用戶很容易的創(chuàng)建一組設(shè)計，有效的支持工程數(shù)據(jù)重用（EDU）。 Pro/DETAIL 由于具有廣泛的標(biāo)注尺寸、公差和產(chǎn)生視圖的能力，因而擴(kuò)大了Pro/ENGINEER生成設(shè)計圖紙，這些圖紙遵守ANAI、ISO、DIN和JIS標(biāo)準(zhǔn)。 Pro/FEATURE 允許產(chǎn)品設(shè)計人員創(chuàng)建高級特征（例如高級的掃描和輪廓混合）利用簡便的設(shè)計工具，在很短的時間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。 Pro/NOTEBOOK 以“自頂向下”的方式對產(chǎn)品的開發(fā)過程進(jìn)行管理，同時對復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程中涉及的多項(xiàng)任務(wù)自動分配，來增強(qiáng)工程的生產(chǎn)效率。 Pro/SCAN-TOOLS 滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計起點(diǎn)的需求。把模型數(shù)字化，它的形狀和曲面就可以以點(diǎn)數(shù)據(jù)的形式輸入到Pro/SCAN-TOOLS中，因此能產(chǎn)生高質(zhì)量的與物理原型非常匹配的模型。 Pro/SURFACE 能夠使設(shè)計人員和工程人員直接對Pro/ENGINEER的任一實(shí)體零件中的幾何外形和自由形式的曲面進(jìn)行有效的開發(fā)，或者開發(fā)整個的曲面模型。 Pro/WELDINGTM 參數(shù)化的定義焊接裝配體中的對接要求，使用戶很容易的確認(rèn)焊接點(diǎn)，避免裝配零件與焊接點(diǎn)之間發(fā)生干涉，在文件編制和制造中消除錯誤成本。 功能仿真模塊 Pro/FEM-POST 用戶無須離開Pro/ENGINEER環(huán)境，就能夠顯示高級解算器計算的有限元結(jié)果，還鼓勵在產(chǎn)品開發(fā)早期對設(shè)計進(jìn)行驗(yàn)證。 Pro/MECHANICA CUSTOM LOADS 用戶可以把自定義載荷輸入，清楚的編輯和連接到Pro/MACHANICA MOTION的圖形用戶界面上。 第3章 連桿平行度測量儀的機(jī)械部分總體設(shè)計 3.1 進(jìn)給運(yùn)動的要求 連桿平行度測試的進(jìn)給運(yùn)動是數(shù)字控制的直接對象，被測試的連桿的平行度的精度肯定會受到進(jìn)給運(yùn)動傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，在設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)時，充分注意減少摩擦，提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙，以及減少運(yùn)動件的慣性。 3.1.1減少運(yùn)動件的摩擦阻力 摩擦阻力主要來源與傳動系統(tǒng)的導(dǎo)軌和絲杠。因此，為絲杠和導(dǎo)軌的滾動是減少摩擦的重要措施。 3.1.2 提高傳動的精度和剛度 因?yàn)樵谶M(jìn)給系統(tǒng)中，采用滾珠絲杠螺母和支撐結(jié)構(gòu)是決定其傳動精度和剛度的主要部件，故必須保證它們的加工精度。對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的系統(tǒng)尤其如此，此外，還可以用合理的預(yù)緊力來夾緊以消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動間隙，是支撐絲杠的軸承預(yù)緊以提高支撐的結(jié)構(gòu)剛度，這些措施有利于提高傳動精度。 3.1.3 減少傳動慣量 在滿足傳動強(qiáng)度和剛度的要求下應(yīng)盡可能將各元件進(jìn)行合理的配置，并減少它們的慣量。 3.2 滾珠絲杠的選擇 3.2.1 概述 滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動相互轉(zhuǎn)換的新型傳動裝置。其原理如圖。在絲杠和螺母上加工有弧型的螺絲槽，當(dāng)它們套在一起是形成了螺絲滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠相對于螺母旋轉(zhuǎn)時，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則沿滾道滾動，螺母螺絲槽兩端用回珠管連接，使?jié)L珠能周而復(fù)始的循環(huán)，采用滾珠絲杠提高了機(jī)構(gòu)的效率和傳動精度，所以一般精度較高的系統(tǒng)中采用滾珠絲杠來傳動。我設(shè)計的連桿中心孔平行度測量儀的傳動系統(tǒng)就采用了滾珠絲杠，以增加系統(tǒng)的傳動效率，運(yùn)動的平穩(wěn)性及壽命。 圖3-1 外循環(huán)導(dǎo)管式 圖3-2 內(nèi)循環(huán)反向器式 3.2.2 滾珠絲杠的安裝 連桿平行度測量儀的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動精度除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度外，滾珠絲杠正確的安裝及其支撐的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。為了提高支撐的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的，一般采用兩種組合方式：一種是把向心軸承和錐軸承組合使用，其支撐方案，可有以下幾種： （1） 一端裝止推軸承 這種安裝方式因?yàn)樗休d能力小，剛度低，所以一般用于短絲杠。 （2） 一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承 這種安裝用于滾珠絲杠較長時，一端裝止推軸承固定外，另一端再裝向心球軸承，這時需注意止推軸承要遠(yuǎn)離熱源和絲杠上的常用段，以減小絲杠變形的影響。 （3） 兩端裝止推軸承 把止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，這樣有助于提高剛度，但這種安裝方式對絲杠的熱伸縮較為敏感。 （4） 兩端裝推力軸承及向心球軸承 這種結(jié)構(gòu)方式不能精確的預(yù)先測定預(yù)緊力，預(yù)緊力大小是由絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的。 本設(shè)計中由于滾珠絲杠只是帶動測頭部分往復(fù)運(yùn)動，所以軸向力并不是太大，故兩端只采用球軸承支撐。 3.2.3 滾珠絲杠的潤滑及防護(hù) （1） 潤滑 使用潤滑劑可以提高滾珠絲杠的耐磨性和傳動效率，潤滑劑有固體和液體兩種，液體潤滑可用20號或30號機(jī)油，90～180號透平油或140號主軸油。固體潤滑可用高壓潤滑脂或鋰基潤滑脂根據(jù)本裝置要求簡單的特點(diǎn)，故使用固體潤滑，使用兩種潤滑脂均可使用時，潤滑脂直接加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。 （2） 防護(hù) 絲杠預(yù)緊后，軸向間隙小，當(dāng)硬質(zhì)灰或污物等落入螺紋滾道內(nèi)就會妨礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)，并加快磨損，常用的防護(hù)裝置有： (a)密封圈：密封圈裝在螺母的兩端。有接觸式和非接觸式兩種，接觸式的彈性密封圈，用耐油橡膠和尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配合的開頭即與螺紋滾道相結(jié)合，這類密封的防塵效果好，但有接觸壓力會使摩擦力矩加大，非接觸式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道相反，并稍有間隙且不會增加摩擦力，但防塵效果較差。 (b)防護(hù)罩：防護(hù)罩有錐形套管，伸縮管，也有折疊式的防護(hù)罩。對防護(hù)罩的要求是：耐油、耐腐蝕、耐高溫和耐用。 根據(jù)本設(shè)計的要求選用接觸式彈性密封圈進(jìn)行防護(hù)。 3.2.4滾珠絲杠的設(shè)計計算 （1）滾珠絲杠的設(shè)計計算 對于三角形導(dǎo)軌或綜合導(dǎo)軌 Px、Pz——X、Z方向上的切削力。 f’——導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。 k——考慮顛覆力拒影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 對于本裝置k＝1.15 G＝30kg f’＝0.16 Px＝Pz＝0 則 p＝0.16309.8＝47.04N 根據(jù) pQ0 Q0＝最大動載荷 選取公稱直徑 d＝32 則查取《機(jī)械設(shè)計手冊》 表2.2－4－14得 滾珠直徑 螺距 P＝5mm 螺紋升角 ＝2°51′ 額定靜載荷 C0a＝30150N 額定動載荷 Ca＝10900N 接觸角 ＝45° 螺紋滾道半徑 rs＝（1.25-0.65）Dw＝0.63.175＝1.905mm 偏心距 e＝（rs－Dw/2）sin＝0.225 螺桿大徑 d＝dm－（0.2－0.5）Dw＝31.27mm 螺桿小徑 d1＝dm+2e－2rs＝28.64mm 螺桿接觸點(diǎn)直徑 dk＝dm－Dwcos＝29.74mm 螺桿牙頂圓角半徑 ra＝（0.1－0.15）Dw＝0.381 螺母螺紋大徑 D＝dm－2e+2rm 螺母螺紋小徑 D＝dm+0.5（dm－d）＝32.37mm 預(yù)緊力計算： 滾珠和螺紋滾道由于受軸向力的作用而產(chǎn)生軸向變形在彈性范圍內(nèi)，根據(jù)赫茲公式 K——與滾道的曲率半徑、材料的彈性模量有關(guān)。對于確定絲杠，K為常數(shù)。 如圖所示。設(shè)對螺母A、B施加預(yù)緊力P0向?qū)?yīng)變形，當(dāng)外加軸向載荷為P時，螺母B產(chǎn)生了，則 0057 當(dāng)時，這時螺母A中滾珠和滾道剛好接觸，因此要保證絲杠在最大軸向載荷Pmin作用下無間隙，則P0定要滿足一定的關(guān)系： 當(dāng) 時 則螺母B變形為 因?yàn)? 所以 于是 則為使螺母和絲杠之間不出現(xiàn)間隙，應(yīng)使預(yù)緊力近似等于最大軸向載荷的1/3。P0過小不能保證無間隙傳動，P0過大會降低傳動效率和承載能力。 （2）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠是精密的傳動元件，它在軸向的作用下將產(chǎn)生伸長或縮短，這將引起絲杠導(dǎo)程的變化，根據(jù)公式滾珠絲杠在（“+”號用于拉伸，“—”號用于壓縮）工作載荷P和扭矩M的共同作用下，引起每一個導(dǎo)程變形量L為 P——工作載荷 L——滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 E——彈性模量。對于鋼E＝21106（N/cm2） F——滾珠絲杠的截面積 M——扭矩 G——切變模量。對于鋼 Jc—— 截面積慣性矩。對于本設(shè)計 3.3 齒輪傳動的設(shè)計計算 齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動，各種裝置幾乎都離不開齒輪傳動，在數(shù)控傳動裝置中，步進(jìn)電機(jī)常通過齒輪傳動裝置傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使電動機(jī)和螺旋傳動副之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速得以匹配，因此齒輪傳動是設(shè)計數(shù)控機(jī)械的一個重要的組成部分。由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速一般較高，而機(jī)械系統(tǒng)的移動速度有時不能太高，變化范圍不能太大，故往往用齒輪傳動裝置將電動機(jī)輸出軸的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為負(fù)載軸的低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。當(dāng)用齒輪作為進(jìn)給裝置時，需要滿足以下技術(shù)要求： （1） 大齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量要小。 （2） 剛度大。 （3） 無間隙。 （4） 噪聲低。 3.3.1齒輪傳動比的計算 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)步距角 t＝5cm要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 0.01mm/step在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動，齒輪的傳動比 選Z1＝24 Z2＝50 3.3.2確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 因傳動的扭矩較小，取模數(shù)m＝1.5 有關(guān)尺寸： 齒寬b＝9mm d1＝mz＝1.524＝36mm d2＝mz＝1.550＝75mm da1＝d1+2m＝36+21.5＝39mm da2＝d2+2m＝75+21.5＝78mm df1＝d1－21.25m＝32.25mm df2＝d2－21.25m＝71.25mm 3.3.3轉(zhuǎn)動慣量的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式得 式中 Jd——折算到電動機(jī)軸的慣性負(fù)載（kg/cm2） J1——齒輪Z1的轉(zhuǎn)動慣量（kg/cm2） J2——齒輪Z2的轉(zhuǎn)動慣量（kg/cm2） J3——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（kg/cm2） M——移動部件的質(zhì)量（kg） 對材料為鋼的圓柱零件傳動慣量可按下式計算 J＝0.7810－3D4L D——圓柱零件直徑（mm） L——零件長度（cm） J1＝0.7810－33.540.9＝0.0153（kg·cm2） J2＝0.7810－37.540.9＝2.221（kg·cm2） J3＝0.7810－33.2430＝2.455（kg·cm2） 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略，則 （kg·cm2） 3.4 步進(jìn)電動機(jī)的選擇 3.4.1概述 步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電動機(jī)，是將脈沖信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移的電磁機(jī)械裝置，是一種輸入與輸出數(shù)字的脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)一個電脈沖信號，不僅電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個步距角，如按一定規(guī)律給步進(jìn)電機(jī)一串連續(xù)脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)便一步步地連續(xù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn)： （1） 位移量與輸入電脈沖數(shù)具有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，步距誤差不會積累。 （2） 穩(wěn)定運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。 （3） 控制性能好，在一定的頻率下，能按控制脈沖的要求快速啟動，停止或反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖的頻率，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著變化，并在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 （4） 控制系統(tǒng)簡單，工作可靠，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步進(jìn)電機(jī)可廣泛應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換，速度控制和位置控制系統(tǒng)中，是開環(huán)控制系統(tǒng)中的理想執(zhí)行元件。 步進(jìn)電動機(jī)的類型很多，按其工作原理分為反應(yīng)式、永磁式、永磁感應(yīng)式、滾切式以及若干混合式。按勵磁相數(shù)，有3相、4相、5相、6相甚至8相，按其規(guī)律分為快速電機(jī)和功率電機(jī)。 3.4.2步進(jìn)電動機(jī)的工作原理 如圖所示是圓周分相徑向氣隙的3相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖，定子上有6個磁極，每相2個，轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，上面沒有繞組，定子磁極和轉(zhuǎn)子上有很多小齒，齒數(shù)和通電循環(huán)拍數(shù)決定了電機(jī)的步距角。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理與反應(yīng)式同步電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動力矩是靠定子磁極與轉(zhuǎn)子間的磁極和切向分力產(chǎn)生的，當(dāng)定子上A相繞組通電時，由于磁場力使磁組減少，因此轉(zhuǎn)子上離A相磁極相對的位置，當(dāng)A相斷電，受B相繞組所建立的磁場影響最大時，轉(zhuǎn)子齒2和4在磁場力的作用下，逆時針轉(zhuǎn)到和B相磁極相對的位置，即轉(zhuǎn)子前進(jìn)一步。同樣當(dāng)B相斷電，而C相通電時，轉(zhuǎn)子又在磁場力的作用下轉(zhuǎn)動一步，使轉(zhuǎn)子1、3齒與C相磁極對齊，由此可見，按A-B-C-A 順序通電時，電機(jī)便一步步地轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)的步距角 是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一步所轉(zhuǎn)過的角度，由此可見 z——轉(zhuǎn)子齒數(shù) ma——通電循環(huán)拍數(shù) 3.4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇 本設(shè)計中步進(jìn)電機(jī)的選擇： （1） 電機(jī)的步距角 取系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量： 初選步進(jìn)電機(jī)的步距角： （2） 步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T，負(fù)載力為P。根據(jù)能量守恒定律，電機(jī)所做的功與負(fù)載所做的功有如下的關(guān)系： 式中 ——電機(jī)轉(zhuǎn)角 ——機(jī)械傳動效率 S——移動部件的相應(yīng)位移 若取 則 且 P＝Ps+（G+Pz） 所以 (N·cm) Ps——移動部件負(fù)載 G——移動部件重量 Pz——與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力 ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ——電機(jī)步距角 T——電機(jī)軸負(fù)載系數(shù) 本設(shè)計中取＝0.03（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)） ＝0.93， 則 （N·cm） 若不考慮啟動時運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動力矩 取安全系數(shù)為0.3 則啟動力矩 （N·cm） 對于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) （3） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作效率 （N·cm） 表3-1 電機(jī)有關(guān)參數(shù) 型號 主要技術(shù)依據(jù) 55BF004 步距角 （°） 最大靜轉(zhuǎn)矩 （N/cm） 最高空載啟動頻率 相數(shù) 電壓 （V） 電流 （A） 1.513 49 2200 3 27 3 外形尺寸 重量 （N） 外徑 長度 軸徑 6.5 55 62 6 3.5 液壓夾具的設(shè)計 3.5.1液壓夾具的液壓基本回路 根據(jù)本設(shè)計的要求選用定壓回路，一般用定量泵供油，供油率一般為Q=8L/min左右。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定的要求壓力時，溢流閥3自動卸荷，這種回路油溫較高，非生產(chǎn)性消耗大，多用于裝夾較為頻繁的夾具。 3.5.2液壓元件的選擇 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是油的壓力和流量，它們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)，壓力取決于執(zhí)行元件的運(yùn)動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 （1）油泵的選擇 1）確定油泵的最大的工作壓力 根據(jù)設(shè)計要求由于是測連桿的平行度，工件與測頭不接觸，夾具所施加的加緊力只需保證工件不移動即可，不可使工件變形超出允許范圍即可，故設(shè) P1＝200N 則活塞作用力 P＝P1/ ——考慮各種損失的有效系數(shù)，本設(shè)計取＝0.9 則 根據(jù)常規(guī)油缸的系列，選擇D=45cm 則油缸的工作壓力 則油泵的最大工作壓力 本設(shè)計中取 則Pp＝1.4+0.3＝1.7Mpa 2）確定泵的流量Qp K——系統(tǒng)泄油系數(shù)。一般取1.1－1.3。 ——同時動作的油缸的最大的流量。 本設(shè)計中 K＝1.2 當(dāng)p<2MPa時，d＝（0.2-0.4）D 則 Qp=1.25.45=6.54L/min 3）選擇油泵的規(guī)格 根據(jù)求得的Pp和Qp值，選擇CB－B型齒輪泵。 （2）液壓閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大的流量，選擇有型的產(chǎn)品的閥，溢流閥按泵的最大的流量選取。根據(jù)本設(shè)計中的流量選擇溢流閥為YF—L108型，通徑10mm，并采用螺紋連接，重量為2.4 kg。 （4） 管道尺寸的確定 管道內(nèi)經(jīng)按上式計算 根據(jù)管道的標(biāo)準(zhǔn)系列選擇公稱通徑 DN＝8mm 則鋼管外徑 14mm 管接頭連接螺紋 M14×1.5 管子壁厚為1mm （5） 油箱容量的確定 按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量 式中 QV ——油泵每分鐘排出的壓力油的容積（m3） ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，本式中?。? 則 V＝2×6.54×10-3＝1.31×10-2（m3） （6） 濾油器的選擇 根據(jù)設(shè)計需要選擇線隙式濾油器，型號為XU-J10×80 （7） 壓力表的選擇 根據(jù)設(shè)計要求選擇KF－L8/14E型，公稱通徑為8mm，壓力表直徑為mm,接頭螺紋M14×1.5。 （8） 換向閥的選擇 根據(jù)設(shè)計要求選擇WE5N6.2/N型電磁換向閥。 第4章 連桿平行度測量儀中的微機(jī)應(yīng)用及其接口技術(shù) 4.1 測量儀中微處理器8088介紹 8088是Intel公司推出的面向字符處理的16位處理器。其內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位，是一種應(yīng)用非常廣泛的微處理器。 最小方式（最大方式） 圖4-1 8088引線圖 4.1.1 Intel8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu) Intel8088由執(zhí)行單元（EU）和總線接口單元兩部分組成。執(zhí)行單元（EU）負(fù)責(zé)指令的譯碼執(zhí)行，總線接口單元BIU負(fù)責(zé)CPU與存儲器和I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳輸，并產(chǎn)生訪問存儲器和I/O端口的地址信號。 8088采用矢量型中斷結(jié)構(gòu)?？商幚?56種不同中斷，包括硬件中斷和軟件中斷。中斷矢量表位于內(nèi)存0—3FFH區(qū)域。8088有20根地址線，可尋址1M空間。 Intel8088可工作在最小模式或最大模式。最小模式是在系統(tǒng)中只有8088一個微處理器。系統(tǒng)中所有總線控制信號都由8088產(chǎn)生，最大模式除了8088外，還有一個或多個協(xié)處理器協(xié)助8088工作。一般協(xié)處理器常用的有數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器8087和輸入/輸出協(xié)處理器8089。 4.1.2 Intel8088引腳及功能 地址/數(shù)據(jù)復(fù)用腳，雙向，三態(tài)。 地址/狀態(tài)復(fù)用腳。 高8位數(shù)據(jù)總線/狀態(tài)復(fù)用腳。 可屏蔽中斷輸入腳。正沿觸發(fā)。 讀信號，三態(tài)，輸出。 時鐘信號輸入， 等待測試信號。輸入。 復(fù)位信號。 總線同期狀態(tài)信號，輸出，三態(tài)。 4.2 連桿平行度測量儀中的接口技術(shù) 在微機(jī)控制的系統(tǒng)中，除了存儲器外還有很多輸入/輸出裝置，如紙帶閱讀機(jī)、磁盤驅(qū)動器、顯示器、鍵盤、伺服電機(jī)等。如果將這些輸入/輸出裝置與微機(jī)連接起來，就是I/O接口要研究的問題。 4.2.1存儲器選擇及與CPU接口技術(shù) 存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)的一個非常重要的組成部分。它的主要功能是存儲執(zhí)行的程序以及待處理的各種數(shù)據(jù)。計算機(jī)最基本的功能是對程序的讀取，并執(zhí)行，執(zhí)行程序由CPU完成。而要讀取的程序則必須安排在存儲器中。存儲器容量越大，則記憶的信息越多，計算機(jī)功能越強(qiáng)。存儲器的種類可分為：隨機(jī)存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）兩大類。RAM又可分為雙級型和MOS兩大類，RAM又可分為靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM。ROM可分為湮沒ROM、可編程只讀存儲器PROM，可寫可擦的只讀存儲器EPROM，電擦除只讀存儲器E2PROM. 存儲器芯片CPU的連接中考慮如下問題： (1)主存儲器通常RAM和ROM應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求分配適當(dāng)?shù)娜萘坎⑦x擇適當(dāng)?shù)拇鎯π酒? (2)主存儲的RAM，ROM必須要占據(jù)合理的地址空間，并通過適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行控制。 (3)CPU負(fù)載能力有限，存儲芯片負(fù)載也有限，在相互連接時，應(yīng)加緩沖驅(qū)動器。 (4)時序配合是一個重要問題，CPU、存儲器兩者必須相匹配，根據(jù)以上幾點(diǎn)及本設(shè)計的要求，選用隨機(jī)存儲器6264，只讀存儲器為可擦出除存儲芯片2732，即可滿足上述要求，又足夠電路的設(shè)計需要。 圖4-2 存儲器連接圖 存儲器與CPU的連接重要有以下三個部分： (1)地址總線的連接。 (2)數(shù)據(jù)線的連接。 (3)控制線的連接， 下面是8088CPU與存儲器的連接圖，在ROM和RAM之間一般要接地址鎖存器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)規(guī)定D0提供低8位地址線，同時又要作數(shù)據(jù)線，所以分為時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提供低8位地址信息，一般要采用地址鎖存器，根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計采用74LS373作為鎖存器工作時，由CPU發(fā)出地址，允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址存入在地址鎖存器中，74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，用作地址鎖存器時，應(yīng)使其端E為低電平，輸入G與8032的地址鎖存信號ALE連接，當(dāng)G=1時，373的輸出1Q—8D相同，當(dāng)G從高電平返回低電平時將輸入數(shù)據(jù)鎖入1Q—8D中。 4.2.2并行接口芯片的選擇及外設(shè)的接口技術(shù) 當(dāng)CPU要從外設(shè)輸入信號或輸出信號給外設(shè)，可采用程序查詢方式等許多方式，但不論哪一種方式，CPU總要通過接口電路才能與外設(shè)連接。 在接口電路中要有輸入輸出數(shù)據(jù)的鎖存器和緩沖器；要有狀態(tài)和控制命令的寄存器，以便于CPU與接口電路之間用應(yīng)答方式來交換信息，也便于接口電路與外設(shè)間傳送信息，接口電路中不要有端口的譯碼和控制電路以及為了CPU用中斷方式交換信息所需的中斷請示觸發(fā)器，中斷屏蔽觸發(fā)器，這樣才能解決CPU的驅(qū)動能力問題，時序的配合問題和實(shí)現(xiàn)各種控制，CPU能正確地可靠地與外設(shè)交換信息。 現(xiàn)在常用的是Intel公司生產(chǎn)的8255A可編程并行接口芯片。本設(shè)計選用的即是這種芯片。 Intel8255A是一個為8080、8085和8088微型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的通用I/O接口片，與它可用程序來改變功能，通用行強(qiáng)，使用靈活，通過它可直接將CPU總線接向外設(shè)，其引腳如圖： 圖4-3 8255A引腳圖 8255A有三個輸入輸出端口PORTA、PORTB、PORTC。每一個端口都是8位，都可以選擇作為輸入或輸出。 8255A有三種基本工作方式： (1)方式0——基本輸入輸出。 (2)方式1——選通輸入輸出。 (3)方式2——雙向傳送。 8255A的工作方式可由CPU用I/O指令輸出一個控制字到8255A的控制字寄存器來選擇這個控制字，可以分別選擇端口A和端口B的工作方式，端口C分成兩部分，上半部分隨端口A，下半部分隨端口B，端口A有方式0、1、2三種，而端口B只能工作方式0和1。 8255的一些控制命令： (1)CS——選片信號，低電平有效，由它啟動CPU與8255A之間的通信。 (2)RD——讀信號，低電平有效，它控制8255A送出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息至CPU。 (3)WR——寫信號，低電平有效，它控制把CPU的數(shù)據(jù)或命令信號寫到8255A。 (4)RESH——復(fù)位信號，高電平有效，它清除控制寄存器和置所有端口到輸入方式。 4.2.3 8255A及外設(shè)的接口電路設(shè)計 （1）鍵盤接口設(shè)計 因考慮本設(shè)計中的按鍵數(shù)目較多，故采用矩陣方式與計算機(jī)連接，即將所有按鍵排成M行、N列，將行數(shù)和列數(shù)通I/O接口和計算機(jī)的數(shù)據(jù)線相等，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是占用的I/O線少，圖示是以8088CPU為核心的單片機(jī)的鍵盤接口76。8088的數(shù)據(jù)線通過鎖存器741S04及外設(shè)驅(qū)動器與鍵盤的行線相連，鍵盤的列線通過三態(tài)緩沖器與CPU相連。 按矩陣方式連接的鍵盤檢測是否有鍵按下，可用行掃描法。行掃描法的原理是：計算機(jī)向行線輸出信號使所有行線置低電平“0”并由鎖存器存儲，然后輸入列信號，若某列有鍵按下，則該引線必為低電平“0”。當(dāng)CPU檢測到列線中有“0”時，存儲“0”線列號，并延時一段時間消除，接著進(jìn)入掃描過程，從C1行到C6行逐行置0，每置一行便讀一次列值，并判斷是否有“0”，若有“0”則存儲行量，根據(jù)行號可以計算所按下鍵的編碼值，然后根據(jù)該編碼值查鍵值表，查到后便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的鍵處理程序。我們用中斷的方式來實(shí)現(xiàn)進(jìn)行掃描，中斷掃描就是當(dāng)有鍵按下鍵盤接口向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷后，便調(diào)用鍵盤掃描程序，對鍵盤進(jìn)行掃描識別處理，在沒有鍵按下時，CPU不掃描鍵盤，節(jié)省CPU時間，采用中斷掃描。如圖：圖中采用8255作接口芯片，將8255PA和PB口編程為基本輸入輸出方式，單片機(jī)先向8255PA輸出低電平，這樣當(dāng)有鍵按下時，與輸出低電平向單片機(jī)發(fā)出中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)后對鍵盤進(jìn)行掃描。 圖4-4 鍵盤接口原理圖 （2）LED顯示器接口 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，LED顯示控制方法有兩種：一種是靜態(tài)顯示控制，一種是動態(tài)顯示控制，本設(shè)計采用動態(tài)顯示控制，因?yàn)閯討B(tài)顯示控制硬件電路一般較為簡單，動態(tài)系統(tǒng)控制是采用掃描方式。這種方式各位的段位驅(qū)動可分別共用一個鎖存器。為了防止各位數(shù)碼管同時顯示一個字符，需控制顯示位顯示位。需要哪位顯示，便使哪位導(dǎo)通，某位顯示一段時間后，反復(fù)重上位，計算機(jī)送另一位要顯示的數(shù)據(jù)，并選通相應(yīng)的顯示位，重復(fù)上述過程，各位數(shù)碼管便輪流顯示，但由于有關(guān)過程，所以如果輪流時間太長，會發(fā)生閃爍，因此需限制間隔時間，掃描過程可以采用按位掃描和按字段掃描，在顯示器位數(shù)少時，多采用按位掃描。 （3）步進(jìn)電機(jī)的接口技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)與微機(jī)的接口包括硬件接口和相應(yīng)的軟件接口，這里只設(shè)計硬件硬件接口。 微機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口實(shí)際上是微機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的接口，接口電源具有下列功能： ①能將計算機(jī)發(fā)出的控制信號準(zhǔn)確地傳給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源。 ②能按步進(jìn)電機(jī)的工作方式產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，這些控制信號可由計算機(jī)產(chǎn)生，并進(jìn)行接口電路送給步進(jìn)電機(jī)。 ③能實(shí)現(xiàn)升、降速控制。 ④能實(shí)現(xiàn)電壓隔離。 ⑤有足夠的驅(qū)動能力，以驅(qū)動功率晶體管的通斷。 ⑥能根據(jù)不同形式的驅(qū)動電源，提供各種所需的控制信號。 接口一般由以下幾部分組成： 本設(shè)計的計算機(jī)接口選用8255A作為接口芯片，8255A能實(shí)現(xiàn)可編程并進(jìn)行輸入輸出，并可設(shè)計擴(kuò)展接口電路來控制步進(jìn)電機(jī)與其它外設(shè)，脈沖分配器是驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)必不可少的環(huán)節(jié)，其作用是將控制裝置送來的一系列指令脈沖進(jìn)行分配。本設(shè)計使用軟件脈沖分配器，軟件脈沖分配器用軟件編程方法來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電器。脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵磁繞組，由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓高，電流也較大，如果如果將將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起強(qiáng)電器干擾，所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。光電耦合器由發(fā)光器件和受光器件組成，當(dāng)輸入信號加到輸入端時，發(fā)光二極管導(dǎo)通，激發(fā)發(fā)出紅外光，受光三極管受照射后，由于主敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號傳輸。輸入端、輸出端在電氣上完全隔離。由于脈沖分配器的輸出功率小，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前我國步進(jìn)電機(jī)的功率放大器由廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，只需根據(jù)選用的步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。 4.2.4模擬通道接口設(shè)計 計算機(jī)在實(shí)時數(shù)據(jù)采集和實(shí)時控制系統(tǒng)中，檢測和控制的物理量往往是連續(xù)變化的模擬信號，如溫度、壓力、流量等，由于計算機(jī)加工處理的是數(shù)字量，因此必須將這些模擬量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換成模擬量，總之計算機(jī)模擬通道接口的問題，在計算機(jī)應(yīng)用中占有重要的地位。 （1）A/D轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計采用的A/D轉(zhuǎn)換器是AD574，它是混合集成的逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器，它由兩片集成電路進(jìn)行組裝而成，這樣可獲得較高的技術(shù)性能，其中一片為一個12位的D/ A