傳統(tǒng)機械加工設備的機電一體化改 造與設計

1、返回目錄回看結束放映1第八章第八章 傳統(tǒng)機械加工設備的 機電一體化改造分析與設計第一節(jié) 傳統(tǒng)機械加工機床 機電一體化改造分析第二節(jié) 微機控制系統(tǒng)的設計分析習題與思考題返回目錄回看結束放映2 在機械加工工業(yè)中， 如果絕大多數(shù)傳統(tǒng)機床，改用微機控制，實現(xiàn)機電一體化改造，將會適應多品種、小批量、復雜零件加工的需求，不但提高加工精度和生產(chǎn)率，而且會降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期，更加適合我國國情。利用微機實現(xiàn)機床的機電一體化改造的方法有兩種，一種是以微機為中心設計控制系統(tǒng)；另一種是采用標準的步進電動機數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置，前者需要重新設計控制系統(tǒng)，比較復雜；后者選用國內標準化的微機數(shù)控系統(tǒng)，比較簡

2、單。這種標準的微機數(shù)控系統(tǒng)通常采用單扳機、單片機、驅動電源、步進電動機及專用控制程序組成的開環(huán)控制，如下圖所示， 其結構簡單、價格低廉。對機床的控制過程大多是由單片機或單扳機， 按照輸入的加工程序進行插補運算 ，由軟件或硬件實現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大、驅動縱橫軸運動的步進電動機來實現(xiàn)的。 返回目錄回看結束放映3返回目錄回看結束放映4 1.車床機械傳動系統(tǒng)的改造設計方案析 右圖a、b為C620-l機床外形與改造方案，下圖為CA6140機床改造方案。這些改造方案均比較簡單，當數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍可使用原驅動系統(tǒng)進行手動加工。改裝時，只要將原機床進給絲杠尾部加裝減速箱和步進電動機(如

3、圖中A和B)即可。對CA6140車床（如下圖）的縱向(z向)進給運動，可將對開開合螺母合上，離合器M5脫開，以使主運動與進給運動脫開，此時，將脫開蝸桿等橫向自動進給機構調整至空擋（脫開）位置。若原刀架換為自動轉位刀架則可以由微機控制自動轉換刀具，否則仍由手動轉動刀架。返回目錄回看結束放映5 CA6140車床的改造方案 如需加工螺紋，則要在主軸外端(如圖所示)或其他適當位置安裝一個脈沖發(fā)生器C 檢測主軸轉位，用它發(fā)出的脈沖來保證主軸旋轉運動與縱向進給運動的相互關系，因為在車螺紋時，主軸轉一轉，車刀要移動一個螺距(單頭螺紋)。為了每次吃刀都不亂扣，也必須取得脈沖發(fā)生器的幫助。 上述改造方案成本較低

4、。但是，為了保證加工精度，還需根據(jù)實際情況對機床進行檢修，以能保證控制精度。原機床運動部件(包括導軌副、絲杠副等)安裝質量的好壞，直接影響阻力和阻轉矩的大小，應盡量減小阻力(轉矩)，以提高步進電動機驅動轉矩的有效率。對絲杠要提高其直線度，導軌壓板及螺母的預緊力都要調得合適。為減少導軌副的摩擦阻力可改換成滾動導軌副或采用鑲塑料導軌。根據(jù)阻力(轉矩)、切削用量的大小及機床型號的不同，應通過計算，選用與之相匹配的步進電動機。返回目錄回看結束放映6 如果選用步進電動機的最大靜 轉 矩 冗余過大，價格就貴，改造成本就高，對用戶來說，在使用中，轉矩的冗余部分始終用不上 ，是一個極大的浪費；如果選得過小，在

5、使用中很可能會因各種原因而使切削阻力 突 然增大、驅動能力不夠，引起丟步現(xiàn)象的產(chǎn)生，造成加工誤差。因此，必須采用第六章介紹的方法對執(zhí)行元件進行匹配選擇。對要求加工精度較高的機床，其進給絲杠應改換為滾珠絲杠。 2 銑床機械傳動系統(tǒng)改造的方案分析 1） X52K立式銑床傳動系統(tǒng)改造方案分析 X52K立式銑床的原傳動系統(tǒng)原理 如下圖如下圖a a所示。其主軸轉動由電動機1經(jīng)變速齒輪驅動。其主軸的升降用手柄5經(jīng)錐齒輪副3、絲杠2手動操作。工作臺的X軸(縱軸)和Y軸(橫軸)均通過離合器6和離合器7，由進給電動機10通過變速齒輪驅動絲杠副4和8機動進給。工作臺的升降由電動機10通過離合器9將運動傳給絲杠副1

6、1實現(xiàn)。 為實現(xiàn)復雜零件的自動銑削加工，可以將工作臺升降、工作臺X與Y軸的進給運動、或將主軸升降和工作臺的X、Y軸的進給運動、或僅將工作臺的X、Y軸進給運動改為微機控制實現(xiàn)三軸或二軸的開環(huán)同步控制或非同步控制。上述方案中的第一種方案，由于工作臺較重，升降所需步進電動機轉矩大，功率損失也大，改造成本高，故一般不采用。而第三種方案僅為二軸控制，不能自動銑削三維曲面零件，顯然改造的意義不大。第二種方案實現(xiàn)較容易、成本也較低，故多被采用。現(xiàn)就第二種方案的改造設計思路作說明。返回目錄回看結束放映71、10-電動機；2、4、8、11-.絲杠副；3.錐齒輪副；5-受柄；6、7、9-離合器返回目錄回看結束放映

7、812-絲杠副；13-橢輪；14-偏心套；15-電動機；16、17-步進電機返回目錄回看結束放映9 為保留原機床的半自動功能，應對原系統(tǒng)作盡可能少的改動，即一旦控制系統(tǒng)出了問題，機床還可以手動進行加工，以免影響生產(chǎn)。為此可進行以下改動（如上圖如上圖b b 所示）：保留原機床主軸傳動系統(tǒng)；保留機床工作臺X、Y軸進給系統(tǒng)，脫開離合器6、7去掉手輪，將滑動絲杠副換為滾珠絲杠副(也可用原有絲杠副)，并改裝減速齒輪箱、減速齒輪、步進電動機（16、17）；主軸垂直升降進給運動：拆去原手動錐齒輪副3及絲杠副2，更換成滾珠絲杠副12或采用滑動絲杠副并將絲杠上的錐齒輪改為圓柱齒輪，由于安裝電動機受到減速齒輪副中

8、心距尺寸的限制，故可安裝一個采用偏心軸支承的中間輪(惰輪13)，設計并安裝減速箱，將電動機15安裝在減速箱的偏心套14上。 為了調整齒輪傳動間隙；可通過惰輪軸（偏心軸）調整與絲杠軸上齒輪的嚙合間隙。調整偏心套14又可調整電動機輸出軸上的齒輪與中間軸齒輪之間的傳動間隙。 2）XA6132型升降工作臺臥式銑床傳動系統(tǒng)改造方案分析 對于XA6132普通升降工作臺臥式銑床可采用下圖下圖所示的改造方案。其改造目的主要是加工不同品種的凸輪軸。由于凸輪軸所需加工的輪廓外形含有直線、圓弧和漸開線，要求的輪廓的尺寸公差為0.1mm，表面粗糙度為Ra1.6,因此，采用了三坐標聯(lián)動方案。返回目錄回看結束放映10返回

9、目錄回看結束放映11 為使銑床的機電一體化改造后的性能不低于原銑床，選X、Z坐標快進速度不低于2.4mmin，水平拖動力按15kN計算，則要求電動機功率 P152.4600.6kW，如選用步進電動機作為執(zhí)行元件，則步進電動機達不到此功率要求。例如，200BF001反應式步進電動機，其最大靜轉矩為14.7N . m，最高空載運行頻率為l1000steps，步距角為0.16/step。 若取最高工作頻率下的工作轉矩為最大靜轉矩的14，則高速運行工作狀態(tài)下所需功率為PH1414.7110000.162 360O112.9(W)=0.1129kW，因此，如果選用步進電動機，必須相應地降低快速性要求。又

10、由于步進電動機在低速工作時有明顯沖擊，易引起自激振蕩，而且其振蕩頻率很可能與銑削加工所用進給速度相近或一致，對加工極為不利。故不宜采用步進電動機驅動。若采用直流或交流伺服電動機的全閉環(huán)控制方案，結構復雜技術難度大，成本高。如果采用直流或交流伺服電動機的半閉環(huán)控制，其性能介于開環(huán)和閉環(huán)控制之間。由于調速范圍寬；過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于步進電動機開環(huán)控制；反饋環(huán)節(jié)不包括大部分機械傳動元件，調試比閉環(huán)簡單，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較易保證，所以比閉環(huán)容易實現(xiàn)。 返回目錄回看結束放映12 但是采用半閉環(huán)控制，調試比開環(huán)控制步進電動機要困難些，設計上要有其自身的特點；另外反饋環(huán)節(jié)外的傳動零件將會直

11、接影響機床精度和加工精度，因此在設計中也必須給予足夠重視。在直流和交流伺服電動機之間進行比較時，交流調速逐漸擴大了其使用范圍，似乎有取代直流伺服電動機的趨勢。但交流伺服的控制結構較復雜，技術難度高，而且價格高；此外，相比于直流伺服的大慣量電動機，交流伺服電動機自身慣量小，調試時困難大一些，維修時元件來源也較困難。直流伺服電動機的控制系統(tǒng)技術較成熟，普及較廣。 通過上述比較分析，確定采用直流伺服電動機驅動半閉環(huán)控制為宜。x、y、z 軸采用其中二軸作插補聯(lián)動； 第三軸作單獨的周期進刀， 故稱2.5軸聯(lián)動加工；其傳動方案如下圖a所示。下圖下圖b b為結構改裝裝配原理圖。圖b 改裝部分裝配原理圖 圖a

12、 XA6132銑床改造方案示意圖1-離合器；2-錐齒輪副；3-滾珠絲杠副；4-減速齒輪；5-直流伺服電動機(2.5kW，1000rmin)；6-(橫向)直流伺服電動機(1.4kw，1500rmin)；7-(縱向)直流伺服電動機 (14kW，1500rmin)；8-減速齒輪；9-滾珠絲杠副 返回目錄回看結束放映13 二、機械傳動系統(tǒng)的簡化二、機械傳動系統(tǒng)的簡化 以車床C620-1為例，如果原機床不再考慮原手動傳動系統(tǒng)的使用問題，其機械系統(tǒng)將得到大大簡化。圖8.2b所示車床改裝時需要改動的部分為： 掛輪架系統(tǒng)： 全部拆除。進給齒輪箱：箱體內零件全部拆去，原絲杠端加一個軸承套。溜板齒輪箱：拆去箱體部

13、分光杠、操作桿、增加滾珠絲杠支承架和螺母座。橫向拖板：安裝步進電動機，并通過減速齒輪、聯(lián)軸器將電動機軸與橫向滾珠絲杠連接起來。改造后，主傳動系統(tǒng)與進給系統(tǒng)互相獨立。刀架體：采用自動轉位刀架或根據(jù)需要加裝縱、橫向微調裝置，供調整刀具用。 改造后，車床的主運動：驅動主軸電動機V型帶傳動主軸變速齒輪傳動主軸;進給運動：步進電動機減速齒輪傳動絲杠傳動溜板刀架。改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖C620-1C車床的改造方案b所示。返回目錄回看結束放映14 自動轉位刀架具有重復定位精度高、剛性好、壽命長等特點。按其工作原理可分為螺旋升降轉位刀架、槽輪轉位刀架、棘 輪棘爪轉位刀架及電磁轉位刀架等。下圖a為螺旋升降轉位

14、刀架原 理 圖，電動機l經(jīng)彈簧安全離合器2、蝸輪蝸桿副3帶動螺母6旋轉，并將刀架5推起使端齒盤7的上、下盤分離，隨即帶動刀架 旋 轉 到 位，然后，由內裝信號盤4發(fā)出到位信號，讓電動機反轉鎖緊。圖b為槽輪轉位刀架原理圖。它是利用十字槽輪原理進行轉位和鎖緊定位的。銷釘盤2每轉一周，帶動槽輪轉過一個槽，使其刀架4轉過360/K(K為刀架工位數(shù))。 轉位刀架原理圖 返回目錄回看結束放映15 右圖為四工位自動轉位刀架結構原理圖。這種刀架適用于多種車床。其轉位、定位鎖緊過程如下：轉換刀位時，微機發(fā)出信號，電動機1旋轉，經(jīng)蝸輪蝸桿副3、鍵2使螺桿4轉動，迫使刀架體5與其相聯(lián)的雙頭螺母6軸向上移動，使端齒盤

15、11的上、下齒盤脫開，與螺桿4一起旋轉的撥套9撥動撥塊10，從而強制帶動刀架體轉位，實現(xiàn)90、180、360轉位、換刀。換刀到位時，行程擋塊觸發(fā)微動開關8，使電動機反轉帶動螺桿4反轉，螺母6帶刀架體5軸向下移，至使上、下端齒盤重新嚙合、定位，達到預定鎖緊力后，電動機停止轉動，完成換刀過程。四工位自動轉位刀架結構原理返回目錄回看結束放映16 三、三、 機床機電一體化改造的性能及精度選擇機床機電一體化改造的性能及精度選擇 機床的性能指標應在改造前根據(jù)實際需要作出選擇。以車床為例，其能加工工件的最大回轉直徑及最大長度、主軸電動機功率等一般都不改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度及粗糙度等基本上仍取

16、決于機床本身原來的水平。但有一些性能和精度的選擇是要在改裝前確定，主要包括： 1）主軸）主軸 主軸變速方法、級數(shù)、轉速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。 2) 進給運動進給運動 進給速度：Z向(通常為8400mmmin)；X向(通常為2100mm/min)； 快速移動：Z向(通常為1.24m/min); X向(通常為1.25m/min); 脈沖當量：在0.0050.01mm)內選取，通常Z向為X向的2倍。 加工螺距范圍：包括能加工何種螺紋(公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等)，一般螺距在10mm以內。通常進給運動都改裝成滾珠絲杠副傳動。 3）刀架）刀架 是否需要配置自動轉位刀架，若配置自動轉

17、位刀架時需要確定工位數(shù)，通常有4、6、8個工位；刀架的重復定位精度通常為5角秒以內。返回目錄回看結束放映17 4) 4) 其他性能指標的選擇其他性能指標的選擇 刀具補償?shù)毒哐a償：指刀具磨損后要使刀具微量調整的運動量。 間隙補償：在傳動鏈中，影響運動部件移動的齒輪或其他構件造成的間隙，常用消除間隙機構來消除，也可以用控制微機發(fā)脈沖來補償?shù)簦瑥亩岣呒庸ぞ取?顯示顯示： 采用單板機時其顯示用數(shù)碼管顯示的位數(shù)較少，如不能滿足要求，必要時可以采用顯示熒光屏，這樣可以清楚地把許多條控制機床工作的數(shù)控程序都完整地顯示出來。甚至可以把加工過程工件及刀具的運動圖形顯示出來。 診斷功能診斷功能：為防止操作者輸

18、入的程序有錯和隨之出現(xiàn)誤動作，指示出機床某部分有故障或某項功能失靈，都可在改裝時加入必要的器件和軟件，使數(shù)控機床具有某些診斷功能。 以上是車床改裝時考慮的一些共性問題，有時改裝者根據(jù)需要還提出一些專門要求。例如，有的要求能車削大螺距的螺紋；有的要求控制機與電氣箱能防灰塵，在惡劣環(huán)境下工作；有的要求車刀能高精度且方便地對刀等。 返回目錄回看結束放映18四、機床進給系統(tǒng)機電有機結合四、機床進給系統(tǒng)機電有機結合 匹配選擇計算匹配選擇計算返回目錄回看結束放映19刀具角度及切削力方向 返回目錄回看結束放映20返回目錄回看結束放映21返回目錄回看結束放映22返回目錄回看結束放映23返回目錄回看結束放映24

19、返回目錄回看結束放映25返回目錄回看結束放映26第二節(jié)第二節(jié) 微機控制系統(tǒng)設計分析微機控制系統(tǒng)設計分析 從機床的開環(huán)控制系統(tǒng)框圖可看出，系統(tǒng)應具有以下功能(或部分功能)及特點：控制機床刀具、工作臺縱、橫向和主軸z向的速度和位移；可控制加工端面、內外圓以及由任意錐面、球面、逼近的任意曲面；控制走刀速度，一般分0、1、2、9、A、BF等16擋，并可隨時進行換擋；加工程序中可給出一定的延時，在加工中執(zhí)行延時程序時，車床刀架在預定時間內停止運動；具有程序暫停功能，當執(zhí)行到暫停程序時，刀架停止運動，再按下啟動鍵，可繼續(xù)執(zhí)行程序；微機I/O端口可發(fā)出和接受各種信號，作為限位、刀架(車床)回轉、電動機正、反

20、轉等的控制及反饋信號。它與程序的自動循環(huán)功能相結合，可實現(xiàn)加工的全自動化；程序固化在EPROM中，使用時只要將所需程序調至內存即可，并可較方便地修改加工程序；具有點動和單步控制功能，以便調試、校對原點及修正加工尺寸；具有一定的自診斷功能，以便調試、校對原點及修正加工尺寸；具有一定的自診斷功能。返回目錄回看結束放映27 一、選擇Z80CPU的控制系統(tǒng)設計(以車床為例) 利用標準的單板機(如TP801A)作為控制器，控制車床的縱、橫軸及自動轉位刀架時，首先應熟悉單板機提供的資源，包括硬件資源和軟件資源。硬件資源主要是指單板機的硬件配置及提供給用戶擴展用的硬件特性；軟件資源主要指單板機的監(jiān)控程序，特

21、別是供調用的基本子程序。對用戶關系較大的資源、特點分析與選用如下： 1. 主要技術特性和硬件配置 （1) 中央處理機為Z80CPU，晶振頻率為3.9936MHz，不分頻時其系統(tǒng)時鐘為4MHz。 （2) 存儲器共有七個24腳插座，可以插5片2k8位的6116RAM和2片2k8位的2716EPROM或者插上7片全是2716EPROM或4k8位的2732EPROM。作為車床改造的控制系統(tǒng)選用3片2k8位的2716EPRON和二片2k8位的6116RAM就足夠了。2716的讀周期是450ns，6116的讀寫周期小于200ns，CPU的時鐘周期是250ns，所以在搭配上符合要求。監(jiān)控程序固化在一片271

22、6EPROM內，各功能模塊程序存放在另一片2716EPROM內，剩下的一片EPROM芯片用于存放常用零件的加工程序。這樣安排的好處是更換零件加工程序時，只需更換一塊芯片即可。2片6116RAM作為調試程序存放和運行程序的中間數(shù)據(jù)存放用。返回目錄回看結束放映28 （3) I/O口，Z80PIO并行接口芯片，有二個8位可編程I/O口，全供用戶使用。這里將A口做為X、Z軸進給系統(tǒng)步進脈沖的輸出口，其中 PA0PA2為X向的輸出口，PA3PA5 為Z向輸出口。B口為位控方式，其中PB0PB3為+x、-x、+z、-z的行程越位信號輸入，PB5為急停信號輸入，PB6、PB7為系統(tǒng)工作正常、報警信號輸出。

23、（4) 計數(shù)器定時器。它有Z80-CTC計數(shù)器定時器芯片一片。它的4個通道中0#和3#通道在應用程序中使用，其余由監(jiān)控程序使用。 （5) 顯示器由6位LED構成。 （6) 具有31個鍵的鍵盤，包括16個數(shù)字鍵、14個命令鍵及一個復位鍵。足夠控制使用。另外還有S-100總線插孔一組。 2. 存儲器空間分配 返回目錄回看結束放映29 3. I/O地址分配 4. 單板機部分相關電氣工作原理設計 返回目錄回看結束放映30返回目錄回看結束放映31 5. 驅動電路設計 下圖為步進電動機驅動電路原理之一。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在驅動電路(功率放大)與I/O口之間用光電隔離器連接。圖中，由于x、z軸步進電動

24、機的U、V、W相控制信號輸入端均接入一驅動器(跟隨器)以提高驅動能力。當I/O口輸出為高電平時，經(jīng)驅動器后仍為高電平，此時發(fā)光二極管不發(fā)光，使光電隔離器中的光敏三極管截止，則VT1、VT2均截止，VT3、VT4基加壓導通，相繞組通電。反之，相繞組不通電。 驅動電路原理返回目錄回看結束放映32 6. 其他輔助電路 為了防止機床行程越界，所以在機床上裝有行程控制開關。為了防止意外，裝有急停按鈕。因為這些開關都安裝在機床上，距控制箱較遠，容易產(chǎn)生電氣干擾。為了避免這種情況發(fā)生，在電路和接口之間實行光電隔離。 為了報警，還設有報警電路。當綠色的發(fā)光二極管亮時表示工作正常。當紅色發(fā)光二極管亮時，表示溜板

25、箱已到極限位置。 7. 控制系統(tǒng)軟件設計 為了讓車床自動加工零件，必須先將人的意圖，用機 器 所能接受的語言，編制加工程序，程序格式不同，其設計方法也不同。下面以某廠生產(chǎn)的微機數(shù)控裝置為例，對控制系統(tǒng)的程序設計做一簡要說明。 （1) 加工程序的總格式。該系統(tǒng)在進行某段工序加工時，需將加工量以十進制的mm數(shù)送入，然后送入加工速度字、方向字等。因此，在車床進行加工之前，必須根據(jù)零件圖紙給出每道工序的刀具運動方向和位移長度。根據(jù)零件材料和車床的特性以及工藝要求，給出車床的切削速度。該加工程序以四個字節(jié)至八個字節(jié)為一段程序，先以一段為開頭，中間為加工程序段，最后為結尾，參看教材圖8.12。 （2) 主

26、程序。根據(jù)上面規(guī)定的加工格式，畫出控制系統(tǒng)的主程序流程 圖，參看教材圖。返回目錄回看結束放映33 二、單片機控制系統(tǒng)設計二、單片機控制系統(tǒng)設計( (以工作臺為例以工作臺為例) ) X-Y工作臺的工作原理比較簡單，X、Y 向均采用步進電動機并通過齒輪減速器和絲杠傳動副帶動工作臺沿 X和 Y向運動,與車床X軸、Z軸和銑床的X軸、Y軸與Z軸的傳動原理相同。 如對工作臺的控制要求先作如下規(guī)定：步進電動機選用四相八拍，其脈沖當量為0.01mm/step；能用鍵盤輸入命令，控制工作臺的X向、Y向運動及實現(xiàn)其他功能，其運動范圍均為0200mm；能實時顯示工作臺的當前運動位置； 具有越程指示報警及停止功能；采

27、用硬件進行環(huán)形分配，字符發(fā)生及鍵盤掃描均由軟件實現(xiàn)。 單片機控制系統(tǒng)的硬件構成: 現(xiàn)選用803l單片機芯片作為主芯片。它有P0、P1、P2、P3 四個8位口，P0口可以驅動8個TTL門電路，16根地址總線由它經(jīng)地址鎖存器(74LS373)提供低8位A0 A7,而高8位A8A15由P2口直接提供。數(shù)據(jù)總線由P0口直接提供。控制總線由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立的控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。僅剩P1口可供控制外設。因此，不能滿足上述控制要求，又由于8031芯片無ROM，且只有128字節(jié)的RAM也是不夠用的,故也需要進行擴展?，F(xiàn)采用8155 和 2764、6264芯片作為I/O口

28、和存儲器擴展芯片。顯示器采用LED數(shù)碼顯示， 從控制要求來看， 需要5位數(shù)碼顯示， 其中整數(shù)部分3位，小數(shù)部分2位。其他輔助電路有復位電路、時鐘電路、越位報警指示電路。延時可利用8155的定時器計數(shù)器的引腳TMRIN和TMROUT。 綜上所述繪制單片機(8031)控制系統(tǒng)工作原理圖如下圖所示。返回目錄回看結束放映34 單片機控制系統(tǒng)工作原理返回目錄回看結束放映35 圖中， 單片機時鐘利用內部振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，晶振可以在1.212MHz間任選，電容在530pF之間，對時鐘有微調作用。越位超程報警、指示電路，采用4個限位開關，一旦越位，應立即停止工作臺移動。這里

29、采用中斷方式，利用8031的外部中斷，只要有一個開關閉合，即工作臺的X向或Y向有一項越位，便能產(chǎn)生中斷信號 。為了報警,設置了兩個發(fā)光二極管燈，一個紅燈用于越位報警，另一個為綠燈，工作正常時亮，兩燈均由803l的P1.6控制。為了整體控制需要，應將8155的輸出端TMROUT與803l的T0端相連，且還應與步進電動機控制用環(huán)形分配器的CP端相接。 返回目錄回看結束放映36 三、三、 XA6132XA6132型銑床的多型銑床的多CPUCPU直流伺服直流伺服 系統(tǒng)設計簡介系統(tǒng)設計簡介 根據(jù)第一節(jié)XA6132普通升降工作臺臥式銑床所選定的直流伺服驅動與加工要求，所配數(shù)控裝置應實現(xiàn)閉環(huán)(半閉環(huán))控制；

30、提供模擬量控制信號，接收半閉環(huán)的反饋信號；要能控制三個坐標軸的運動，其中至少需同時控制兩軸聯(lián)動完成圓弧插補；為了在加工中可使用不同尺寸的刀具，數(shù)控裝置應具有刀具的半徑和長度的補償功能，以便數(shù)控加工中按輪廓編制程序而能適應刀具尺寸的變化。為了適應將來發(fā)展的需要，數(shù)控裝置應具備通信接口。因此確定選用MTC-1M銑床數(shù)控裝置。MTC-lM是三坐標2.5軸聯(lián)動的銑床用多CPU數(shù)控裝置。該裝置除了有一般數(shù)控功能之外，還具有子程序和參數(shù)編程，特別是鏡像功能，很適合具有對稱輪廓工件的數(shù)控加工編程。此外，它還具有示教、錄返和用RS232C通信的功能。該數(shù)控裝置還可以控制主軸轉速，但由于主軸所需調速范圍小，調速

31、機會也不多，而且主軸電動機功率較大，如采用調速裝置將會增加不少投資，所以改造中未采用數(shù)控裝置調速，而仍保留原機床上的手動機械換擋方式對主軸實行變速。返回目錄回看結束放映37 由于采用現(xiàn)成的MTC-1M數(shù)控裝置，在選配時要考慮功能需求，與伺服單元的配接，其他的輸入輸出控制信號及控制能力。在配接時要考慮接口的數(shù)量及參數(shù)，必要時要設計信號變換電路，在設計參考點信號的電路時，采用了光電隔離；另外為了在接近開關及其電源、引線等發(fā)生故障時，能有一定的保護，設計了邏輯檢測電路。此邏輯檢測電路的作用是當發(fā)生元件損壞、斷線或短路時發(fā)出信號，起到緊急停機的作用。為了能用一般的8位微處理器芯片完成插補運算，而且還要

32、監(jiān)控鍵盤，對顯示屏幕的不斷刷新等，系統(tǒng)采用了多CPU結構。多CPU結構是數(shù)控系統(tǒng)為了適應功能強、速度快、分辨力高而發(fā)展起來的很有生命力的結構型式。 下圖數(shù)控裝置采用三個CPU，分別是中央CPU，顯示和鍵盤管理CPU以及插補和輸入/輸出CPU。中央CPU起主要控制作用，負責數(shù)控程序的編輯、數(shù)控程序段的譯碼預處理、刀具半徑補償?shù)挠嬎?、機器和刀具參數(shù)編輯與診斷處理，按鍵信號監(jiān)控處理等，并且要協(xié)調另兩個CPU的同步工作。 顯示CPU主要功能是按照中央CPU送來的顯示命令和顯示內容，組成相應的顯示頁面，負責產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻掃描信號，控制顯示器按規(guī)定的顯示方式顯示有關信息。此外，掃描鍵盤，將接受的鍵盤和開關信號經(jīng)譯碼后送給中央CPU進行相應處理。插補CPU主要進行插補運算，發(fā)生伺服驅動所需的控制信號，接收測量元件的反饋信號，實現(xiàn)速度和位置的控制。此外，對輸入輸出信號進行控制，并完成RS232C通信功能。 返回目錄回看結束放映38數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 返回目錄回看結束放映39 插補CPU接收中央CPU送來的程序段信息和其他命令，并返回插補完成情況及出錯信號。為了完成信息交換，中央CPU與顯示