智能車刀刃磨機機械結構設計(六)

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4、力矩換算
步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，由切向力可以估算的所產生的扭矩為
T=K·F·R ………公式1
                         K…………過載系數取1.1
                         F…………砂輪切向力
                         R…………刀桿中心到電機軸心距離
F切向力可以按照表格中的取得最大，由此的到最大扭矩，根據設計的機械結構，若取砂輪的直徑為150mm，根據空間安裝尺寸，則可以對步進電機的扭矩進行估算。
T = K·F·R
=1.1×9.0×0.02
=0.198（N·M）
選取(北京四通電機有限責任公司)步進電機（雙伸型）
步進電機類型相數保持轉矩步距角定位轉矩轉動慣量重量
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
由于設計任務當中提出步距角不能超15分，而我們設計的結構，是刀架和電機直接聯結，采用步進電機提供的接線方式，就不能滿足設計要求，所以必須在控制電路上尋求解決方法。通常采用的是步進電機的細分電路，實現方式有硬件方式也有軟件控制方式，本次設計當中采用硬件電路方式，細分電路位于步進電機驅動器內，通過DIP撥位開關選擇方式就可實現，一般為4、8、16、32、64、128、256型細分。
步進電機細分電路
步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8° 的兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數設置為4，那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分數越大精度越難控制。本次設計當中最大旋轉角度為15分，所以可以設置細分驅動器的細分數設置為4，實現最終控制要求。                    θ= 0.9/4
=0.225(度)<0.25(度)
鍵盤設計
1、硬件電路
設定功能，本次設計采用用AT89C51的并行口P1接4×4矩陣鍵盤，以P1.0－P1.3作輸入線，以P1.4－P1.7作輸出線；在數碼管上顯示每個按鍵的“0－9”序號。對應的按鍵的序號排列如圖所示

設定功能鍵：   X……………X主后刀面鍵
Y……………Y副后到面鍵
Z……………Z前刀面鍵
0～9…………設定輸入的角度值（單位度）
ESC …………復位鍵
OFF …………主機停止
ON …………主機開啟
※1、2、3………復合鍵（刀具類型選擇）
1 ………… 外圓車刀
2 ………… 內孔車刀
3 ………… 螺紋車刀
   顯示電路設計
   由于本次設計當中，作為用戶只需監視輸入值和電機的旋轉角度，所以采用LED顯示就可滿足要求。
LED顯示器顯示原理
發光二極管是一種將電能轉變成光能的半導體器件，流過電流，發光二極就會發光。七段 LED顯示器由七個發光段構成，每段均是一個LED二極管。這7個發光段分別稱為 a、b、c、d、e、f和g，通過控制不同段的點亮和熄滅，可顯示16進制數字0～9和 A、B、C、D、E、F，也能顯示 H、E、L、P等字符。多數7段LED顯示器中實際有8個發光二極管，除7個構成7筆字形外，另外還有一個小數點Dp位段，用來顯示小數。有人也把這種顯示器叫做8段LED顯示器。

圖3-16
LED顯示器有共陽極和共陰極兩種結構。共陽極結構中，各LED二極管的陽極被連在一起，使用時要將它與十5v相連，而把各段的陰極連到器件的相應引腳上。當要點亮某一段時，只要將相應的引腳(陰極)接低電平。對于共陰極結構的 LED顯示器，陰極連在一起后接地，各陽極段接到器件的引腳上，要想點亮某一段時，只要將相應引腳接高電平。
LED數碼顯示器的接口
LED顯示器的一個段發光時，通過該段的平均電流約為10mA～20mA。計算機輸出的TTL電平信號不能直接提供這么大的電流，所以必須用驅動電路對 TTL電平的控制信號進行驅動后，才能提供足夠大的電流。為了在一個 LED顯示器上顯示一個4位二進制編碼的十進制或16進制數，需要將4位二進制數轉換成 LED的七段顯示代碼。一種方法是采用專用的帶驅動器的 LED段譯碼器，實現硬件譯碼。硬件有多種 LED譯碼／驅動器芯片可供選用。常使用輸入為 BCD碼，輸出為段碼的芯片。另一種常用的方法是軟件譯碼。
多個數字顯示法
實際系統中經常要顯示多位數字。若仍采用上述電路，每位需用一片7447，這不僅增大了顯示器的體積和增加了成本，還會加大系統的功耗。比如，某系統中需要顯示7位數字，當7個數位都顯示8時，每個數字的7個段都要點亮。一個 LED中流過的電流為20mA，顯示7位數字時，流過的總電流將達到20mA×7×7＝980mA。這樣的設計顯然無可取之處。為此，在需要顯示多位數字時，常采用多路轉換方法來控制顯示器的工作。

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