智能车刀刃磨机机械结构设计(六)

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4、力矩换算
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，由切向力可以估算的所产生的扭矩为
T=K·F·R ………公式1
                         K…………过载系数取1.1
                         F…………砂轮切向力
                         R…………刀杆中心到电机轴心距离
F切向力可以按照表格中的取得最大，由此的到最大扭矩，根据设计的机械结构，若取砂轮的直径为150mm，根据空间安装尺寸，则可以对步进电机的扭矩进行估算。
T = K·F·R
=1.1×9.0×0.02
=0.198（N·M）
选取(北京四通电机有限责任公司)步进电机（双伸型）
步进电机类型相数保持转矩步距角定位转矩转动惯量重量
57BYG250C-BAFRMC-0152 2 1.5N·M 0.9/1.8 0.06 330g·cm2 1.5kg
86BYG250B-BAFRBC-0202 2 ≥5.0 N·M 0.9/1.8 0.2 3000g·cm2 3.2kg
86BYG250C-BAFRBC-0302 2 ≥7.0 N·M 0.9/1.8 0.2 4500 g·cm2 4.2kg
由于设计任务当中提出步距角不能超15分，而我们设计的结构，是刀架和电机直接联结，采用步进电机提供的接线方式，就不能满足设计要求，所以必须在控制电路上寻求解决方法。通常采用的是步进电机的细分电路，实现方式有硬件方式也有软件控制方式，本次设计当中采用硬件电路方式，细分电路位于步进电机驱动器内，通过DIP拨位开关选择方式就可实现，一般为4、8、16、32、64、128、256型细分。
步进电机细分电路
步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8° 的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。本次设计当中最大旋转角度为15分，所以可以设置细分驱动器的细分数设置为4，实现最终控制要求。                    θ= 0.9/4
=0.225(度)<0.25(度)
键盘设计
1、硬件电路
设定功能，本次设计采用用AT89C51的并行口P1接4×4矩阵键盘，以P1.0－P1.3作输入线，以P1.4－P1.7作输出线；在数码管上显示每个按键的“0－9”序号。对应的按键的序号排列如图所示

设定功能键：   X……………X主后刀面键
Y……………Y副后到面键
Z……………Z前刀面键
0～9…………设定输入的角度值（单位度）
ESC …………复位键
OFF …………主机停止
ON …………主机开启
※1、2、3………复合键（刀具类型选择）
1 ………… 外圆车刀
2 ………… 内孔车刀
3 ………… 螺纹车刀
   显示电路设计
   由于本次设计当中，作为用户只需监视输入值和电机的旋转角度，所以采用LED显示就可满足要求。
LED显示器显示原理
发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件，流过电流，发光二极就会发光。七段 LED显示器由七个发光段构成，每段均是一个LED二极管。这7个发光段分别称为 a、b、c、d、e、f和g，通过控制不同段的点亮和熄灭，可显示16进制数字0～9和 A、B、C、D、E、F，也能显示 H、E、L、P等字符。多数7段LED显示器中实际有8个发光二极管，除7个构成7笔字形外，另外还有一个小数点Dp位段，用来显示小数。有人也把这种显示器叫做8段LED显示器。

图3-16
LED显示器有共阳极和共阴极两种结构。共阳极结构中，各LED二极管的阳极被连在一起，使用时要将它与十5v相连，而把各段的阴极连到器件的相应引脚上。当要点亮某一段时，只要将相应的引脚(阴极)接低电平。对于共阴极结构的 LED显示器，阴极连在一起后接地，各阳极段接到器件的引脚上，要想点亮某一段时，只要将相应引脚接高电平。
LED数码显示器的接口
LED显示器的一个段发光时，通过该段的平均电流约为10mA～20mA。计算机输出的TTL电平信号不能直接提供这么大的电流，所以必须用驱动电路对 TTL电平的控制信号进行驱动后，才能提供足够大的电流。为了在一个 LED显示器上显示一个4位二进制编码的十进制或16进制数，需要将4位二进制数转换成 LED的七段显示代码。一种方法是采用专用的带驱动器的 LED段译码器，实现硬件译码。硬件有多种 LED译码／驱动器芯片可供选用。常使用输入为 BCD码，输出为段码的芯片。另一种常用的方法是软件译码。
多个数字显示法
实际系统中经常要显示多位数字。若仍采用上述电路，每位需用一片7447，这不仅增大了显示器的体积和增加了成本，还会加大系统的功耗。比如，某系统中需要显示7位数字，当7个数位都显示8时，每个数字的7个段都要点亮。一个 LED中流过的电流为20mA，显示7位数字时，流过的总电流将达到20mA×7×7＝980mA。这样的设计显然无可取之处。为此，在需要显示多位数字时，常采用多路转换方法来控制显示器的工作。

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