C6163縱向數(shù)控改造設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、C6163縱向數(shù)控改造設(shè)計(jì)說(shuō)明摘 要目前市場(chǎng)上買一臺(tái)數(shù)控車床的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于改造一臺(tái)普通車床的費(fèi)用，在技術(shù)條件下對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控改造更可行。因此，本課題重點(diǎn)研究普通車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C6163的數(shù)控改造，主要是創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)原機(jī)床的結(jié)構(gòu)，最終使機(jī)床達(dá)到理想狀態(tài)。其中，對(duì)伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。本文研究了數(shù)控伺服系統(tǒng)的工作原理，闡述了C6163機(jī)床的數(shù)控改造方案，分析了數(shù)控改造過(guò)程中數(shù)控系統(tǒng)的選擇。根據(jù)機(jī)械、動(dòng)力和電氣設(shè)計(jì)原理，對(duì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核。根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的要求，計(jì)算切削力和滾珠絲杠，選擇合適的齒輪和進(jìn)給電機(jī)。主要設(shè)計(jì)過(guò)程如下:首先明確

2、設(shè)計(jì)任務(wù)，構(gòu)思總體結(jié)構(gòu)方案，確定主要部件的位置和總體結(jié)構(gòu)。其次，根據(jù)工況進(jìn)行理論計(jì)算，分析性能要求，合理選擇主要零部件。再次，分析設(shè)計(jì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。通過(guò)設(shè)計(jì)，我們可以得到以下結(jié)論:一是機(jī)床數(shù)控化改造后，可以達(dá)到要求的加工精度，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；第二，設(shè)計(jì)理論還不夠成熟。這個(gè)設(shè)計(jì)最大的缺陷是從生產(chǎn)技術(shù)的角度，進(jìn)一步研究設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)用性和推廣性。我們應(yīng)該加強(qiáng)理論和實(shí)踐的結(jié)合，使我們的設(shè)計(jì)越來(lái)越科學(xué)和先進(jìn)。關(guān)鍵詞:C6163車床；數(shù)控；轉(zhuǎn)型設(shè)計(jì)目錄3.2 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例3.2.1 計(jì)算切削力橫切端面式中車床床身上加工最大直徑橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)的式中 走刀方

3、向的切削力（N）垂直走刀方向的切削力（N）3.2.2桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型(1) 計(jì)算牽引力橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).26.2-2；6.2-3表式中：，切削分力（）G移動(dòng)部件的重量（N） 表1-1查得橫向溜板與刀架重力500N滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取=0.15-0.18K考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 取K=1.15(2) 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3P185-P210式中：L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位n絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3 取絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=6mmT為使用壽命（h）,對(duì)

4、于數(shù)控機(jī)床取15000h運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.5(3) 螺母副的選型可采用WD3006外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為9700N,精度等級(jí)按表3-17選為級(jí)。(4) 傳動(dòng)效率計(jì)算式中：螺旋升角，WD3006摩擦角取滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003-0.004(5) 剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖所示，最大牽引力2087.98N,支承間距350mm，因絲桿長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊螺母與軸承預(yù)緊。計(jì)算如下:絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)查閱,根據(jù)2087.98N,D=30mm查出 可算出：c) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖得系列列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量

5、因進(jìn)行了預(yù)緊d)支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形采用推力球軸承5204查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).表5.9-137,d=20mm,滾動(dòng)體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：定位精度(6) 穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載(N) 式中:E材料彈性模量()I截面慣性矩()L絲桿兩軸承端距離(cm)絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支為2.00 一般=2.5-4.0,所以此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 (7) 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù)(見(jiàn)表1)表1參數(shù)名稱符號(hào)關(guān)系式WD3006螺紋滾道公稱直徑30導(dǎo)程6接觸角鋼球直徑3.175滾道法面半徑R1.651偏心距e0.045螺紋升角螺桿外徑

6、d29.365徑26.788接觸直徑26.83螺母螺紋直徑D33.212徑30.6353.2.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=6mm,初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比:考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速。因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2: 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)齒數(shù) Z18452032分度圓d=mz36904064齒頂圓40944468齒根圓31853559齒寬(6-10)m20中心距63523.2.4 橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算，校核和選型(1) 初選步進(jìn)電機(jī)a) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩式中: 脈沖當(dāng)量，取0.0

7、1mm/step.進(jìn)給牽引力(N)步距角，初選雙拍制為電機(jī)絲桿傳動(dòng)效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為b) 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來(lái)估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N.cm)一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取0.4-0.5c) 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩查表3-22如取五相十拍，則d) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動(dòng)頻率式中:最大切削進(jìn)給速度 最大快移速度脈沖當(dāng)量，取 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出150BFG2815最大靜轉(zhuǎn)矩為245N.cm 可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國(guó)同類型機(jī)床進(jìn)行類比的要求。決定采用150B

8、FG2915，但從綜合作業(yè)指導(dǎo)書P24頁(yè)查出，步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為4000Hz,滿足空載時(shí)(3333.33Hz)的要求。(2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。a) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對(duì)齒輪降速時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算:式中:齒輪與其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲桿導(dǎo)程(cm)G工件與工作臺(tái)重量(N) G=500(N)b) 齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算 表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下:對(duì)于鋼材，式中:M圓柱體質(zhì)量 D圓柱體直徑 (cm) L圓柱體長(zhǎng)度或原長(zhǎng)

9、(cm)鋼材的密度為因此基本滿足慣量匹配的要求。c) 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算:eq oac(,1) 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算如下：式中: 快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 在采用絲桿螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計(jì)算：式中:傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)最大角速度電機(jī)最大轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)部件最快速度脈沖當(dāng)量步進(jìn)電機(jī)的步距角運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間(s) 起動(dòng)加速時(shí)間=30(ms)折算到電機(jī)軸上的

10、摩擦轉(zhuǎn)矩式中: 導(dǎo)軌的摩擦力(N)垂直方向的切削力(N) G運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15齒輪降速比傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7-0.8附加摩擦轉(zhuǎn)矩:式中: 滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N)滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取上述三項(xiàng)合計(jì):eq oac(,2) 快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩eq oac(,3) 最大切削負(fù)載時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩式中:折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩從上面計(jì)算看出、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。從表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)為則最大靜轉(zhuǎn)矩為:從表3-23查出150BFG2815最大轉(zhuǎn)矩

11、為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項(xiàng)要求。d) 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333.33Hz,切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1666.7Hz從表3-23中查出150BFG2815型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)膱D3-15，3-16查出150BFG2815步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖3所示:當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BFG2815型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿足要求。3.3縱向進(jìn)給伺服系機(jī)械部分計(jì)算與校核3.3.1計(jì)算切削力主切削力F（N）按經(jīng)驗(yàn)

12、公式估算：走刀方向的切削分力（N）車床身上加工最大直徑（mm）=630mm=10594.63（N） ：=1：0.25：0.4走刀方向的切削力垂直走刀方向的切削力=0.25=2648.66(N)=0.4=4237.85(N)3.3.2絲桿螺母副的計(jì)算和造型(1) 計(jì)算進(jìn)給牽引力縱向進(jìn)給選為綜合導(dǎo)軌。參考表6.22，6.23兩表機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3查書綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22在正常情況下：考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15滑動(dòng)導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.150.18溜板與刀架重力查綜合作業(yè)指導(dǎo)書表11，取=800N=1.152648.66+0.16(4237.85+500)=2175.94(N)(2)

13、 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載CC=參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3P185P210 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌式中：滾珠絲桿導(dǎo)程。 初選為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/21/3 取=1m/min使用壽命（h），對(duì)于數(shù)控機(jī)車取 =15000h 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.21.5（查表314綜合作業(yè)指導(dǎo)取為1.2壽命以 轉(zhuǎn)為1單位絲桿轉(zhuǎn)速r/min125113C=19512.57(3) 滾珠絲桿螺母副的選型可采用WD6008外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動(dòng)負(fù)載為18200（N），精度等級(jí)按表綜合作業(yè)指導(dǎo)書表3-17選為3級(jí)。(4) 傳功效率計(jì)算：=式中：r螺旋升角，WD6008 r=

14、磨擦角取10 滾動(dòng)磨擦系數(shù)0.0030.004(5) 剛度驗(yàn)算先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如A圖所示，最大牽引力2175.94(N)。支承L=1500mm，絲桿螺母與軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷1/3。 絲杠的拉伸或壓縮變形量 圖3-5查綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖3-4，根據(jù)=2175.94(N), 查出10-5 可算出=(0.6510-51500)mm=0.97510-2 mm由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量(mm)為=1/4=0.97510-2/2=0.24410-2mm 滾珠與螺紋滾道間接觸變形查綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖3-5，W系列

15、1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量=6.0m因進(jìn)行預(yù)緊=1/2=1/26.0=3.0m 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形采用D8208型推力球軸承，=35mm,滾動(dòng)體直徑=6.35mm,滾動(dòng)體數(shù)量Z=18,注意此公式中單位應(yīng)為N因施加預(yù)緊力，故=1/2=1/20.009065=0.004528mm根據(jù)以上計(jì)算=0.002440.00300.004528=0.009968479.39N可以滿足要求，但從表中看出130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動(dòng)頻率為3000HZ，不能滿足=3333HZ的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開(kāi)降速程序來(lái)解決。(2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所初步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均

16、為估算，初迭之后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 錯(cuò)誤！未找到引用源。效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖如前（a）所示，根據(jù)綜合作業(yè)指導(dǎo)書表3-24，傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可由下式計(jì)算：=()()步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）.矢輪Z1Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣車（）參考同類型機(jī)床，初步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)BF1，作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：I4()2w()2800.468kgcm24.68Ncm2 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J17.810-44.842=8.281kgcm2=82.81 Ncm2J27.810-412.842=53.678kgcm2 絲桿傳動(dòng)慣量：

17、 J3=7.810-464140=141.52kgcm2=1415.2 Ncm2電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：(J3+J2)+J1+J4 =EQ(141.52+53.68)+0.468+8.281 = 130.52 kgcm2=1305.2 Ncm2(1) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算。快速空載啟動(dòng)所需力矩：最大切削力負(fù)載時(shí)所需力矩：式中：空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩由于絲桿預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)，時(shí)，Ncm當(dāng)時(shí)，預(yù)加載荷則所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩： 快速進(jìn)給時(shí)所

18、需力矩：切削時(shí)所需力矩： 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí)： ，所以選擇型號(hào)WD6008 校核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。已計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333Hz，切削進(jìn)入時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1333.3Hz。從綜合作業(yè)指導(dǎo)書表323中查出型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空BF1-160載起動(dòng)頻率為3000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)木C合作業(yè)指導(dǎo)書圖315，316查出BF1-160步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，時(shí)，,不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩222.916N.cm。直接使用則會(huì)施行失步現(xiàn)象，所以必須采取

19、開(kāi)降進(jìn)控制用軟件實(shí)現(xiàn)，將起動(dòng)頻率到1000Hz起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可增高到588.4N.cm，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，BF1-160型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求：圖3-64 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件就能發(fā)揮作用。 機(jī)床數(shù)控機(jī)床的硬件電路概括起來(lái)又以下四部分組成：中央處理單元CPU。CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心?？偩€。包括數(shù)據(jù)總線（DB） 地址總線（AB）和控制總線（CB）。存儲(chǔ)器。包括只讀可編

20、程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。I/O輸入輸出接口電路。由于8031只有P1口和P3口部分能提供用戶作為I/O口使用，不能滿足輸入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。從附錄H圖H2可以看出，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8155和一片8255可編程I/O接口芯片。8155的片選信號(hào)CE接74LS138的Y0，8255芯片片選信號(hào)CS接到74LS138的Y2端。74LS138三八譯碼器有三個(gè)輸入A、B、C分別接到8031的P2。5，P2。6、P2。7，輸出Y0Y7 8個(gè)輸出，低電平有效。Y0Y7對(duì)應(yīng)輸入A、B、C的000至111的8種組合，其中Y0對(duì)應(yīng)A、B、C為000，Y7對(duì)應(yīng)A、B、C為111。74L

21、S138還有三個(gè)使能端，其中2個(gè)（GA和GB）為低電平使能，另一個(gè)G1為高電平使能。吸有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無(wú)效狀態(tài)。I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的：8155芯片PA0PA7作為顯示器段選信號(hào)輸出，PB0PB7是顯示器的位選信號(hào)輸出，PC0PC4 5根線是鍵盤掃描輸入。8155芯片的IO/M引腳接8031芯片的P2。0，因?yàn)槭褂?155的I/O口故P2。0高電平。8255芯片PA0PA6接X(jué)向、Y向和Z向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器，為輸出，PB0PB7為三個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)與回零輸入，PC0PC5為面板上的選擇開(kāi)頭是輸入，設(shè)有編輯、單步運(yùn)行、單段運(yùn)行、自動(dòng)、

22、手動(dòng)I、手動(dòng)II等方式。系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器與I/O接口芯片的地址編碼如表419所示：X向，Y向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用YB015，32相通電五相十拍方式工作，故A0，A1引腳均接+5V，Z向步進(jìn)電機(jī)配件環(huán)形分配采用YB014，是以23相通電四相八拍方式工作。A0、A1接高電平。三個(gè)芯片的選通輸出控制E0分別接8255的PA0、PA3、PA5，清零R接8255的PA1，正、反轉(zhuǎn)控制端分別接8255的PA2、PA4、PA6，時(shí)鐘輸入端CP接8155芯片的TIMROUT，用以決定脈沖分配器輸出脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)時(shí)不同的進(jìn)給速度，可給8155芯片的定時(shí)/計(jì)數(shù)器中設(shè)置

23、不同的時(shí)間常數(shù)。芯 片接74LS138引腳 地址選擇線片地址單元（B）地址編碼2764（1）000 xxxxxxxxxxxxx8K0000H1FFFH2764 (2 )001xxxxxxxxxxxxx8K2000H3FFFH6264010 xxxxxxxxxxxxx8K4000H5FFFH8155RAM10011110 xxxxxxxx661009EFFHI/O11xxx69FF8H9FFDH8255111xx45FFCH5FFFH 表5，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作，存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)，輸入輸出接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行交換的橋梁?？偩€則是C

24、PU與存儲(chǔ)器，接口以與其它轉(zhuǎn)換的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)行交換和通訊的必由之路。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖為：圖4-14.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 向和X向進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)2 鍵盤顯示3 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制4 螺紋加工控制5 面板控制6 行程控制7其他功能 報(bào)警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。4.2.1 硬件電路的組成采用MCS-5系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下：a) 采用8031作CPUb) 擴(kuò)展了兩片2764芯片、一片6264芯片c) 兩片8155可編程并行I/O接口。d) CPU、存儲(chǔ)器與I/O接口CPU采用8031芯片，選用6MHz晶體振蕩器。它的

25、作為數(shù)據(jù)總線和地址共用。16位地址線由經(jīng)地址鎖存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE為地址鎖存允許。為低電平時(shí)選通外部存儲(chǔ)器（EPROM），相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（）上，輸入到口，8031將指令讀入。RESET為復(fù)位控制，當(dāng)RESET輸入端出現(xiàn)高電平時(shí)，8031被初始化復(fù)位，在復(fù)位有效期向ALE、PSEN也輸出高電平。當(dāng)RESET輸入端返回低電平后，CPU從O地址開(kāi)始執(zhí)行程序。（故設(shè)計(jì)中一定有一片2764芯片連到74LS138的）設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。另外，兩片8155的RESET也與8031的RESET管腳相連，它們可同時(shí)復(fù)位。803

26、1的是片的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出中斷申請(qǐng)，由主軸后面的光電編碼器輸入。當(dāng)車床車螺紋時(shí)，主軸光電編碼器向8031發(fā)出進(jìn)給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個(gè)零位螺紋信號(hào)，輸入8155(1)的，用以防止車螺紋亂扣。8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以與報(bào)警等。其中PA口為輸入口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)I，手動(dòng)和回零。PB口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動(dòng)、暫停、單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當(dāng)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號(hào)，開(kāi)始執(zhí)行進(jìn)給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號(hào)。PC口是輸出口，控制自動(dòng)轉(zhuǎn)

27、位刀架四個(gè)刀位的選刀。用于報(bào)警顯示，系統(tǒng)正常工作時(shí)，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以與鍵盤，顯示電路。其中為輸出口，用于控制Z向、X向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，Z向步進(jìn)電機(jī)為五相，X向?yàn)槿?。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤顯示電路為46鍵和6位顯示器。作為鍵盤的6條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤輸入口。是6位數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)，8031的口是數(shù)碼顯示器的段選信號(hào)。接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在Z向或X向越程時(shí)，即向計(jì)算機(jī)輸入此信號(hào)，使進(jìn)給系統(tǒng)停止。 表6：數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地

28、址分配芯片接74LS138引腳地址選擇線片地址單元地址編碼2764(1)000 xxxxxxxxxxxxx8K0000H-1FFFH2764(2)001xxxxxxxxxxxxx8K2000H-3FFFH6264010 xxxxxxxxxxxxx8K4000H-5FFFH8155(1)I/O00 xxx66100H-6105H8155(2)I/O00 xxx68100H-8105H4.2.2機(jī)械控制系統(tǒng)原理與電路設(shè)計(jì)總結(jié)：設(shè)計(jì)要求:采用MCS-51系列單片機(jī)完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并給出了控制系統(tǒng)的原理圖。包括主鍵盤、LED顯示、電機(jī)啟動(dòng)、停止、單步控制、聯(lián)動(dòng)控制等。同時(shí)還具有一些自動(dòng)錯(cuò)誤處理功能

29、，如限位控制、驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤處理等，所以在程序設(shè)計(jì)中需要提供相應(yīng)的中斷處理程序。(2)方案分析:前置電機(jī)的選擇:選用步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為130BF001。這臺(tái)電機(jī)是五相十拍電機(jī)。從機(jī)電一體化可以知道，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套的驅(qū)動(dòng)電源(驅(qū)動(dòng)器)密切相關(guān)。該驅(qū)動(dòng)器由脈沖發(fā)生器和功率放大器組成。在微機(jī)控制電機(jī)的過(guò)程中，需要使電機(jī)按照一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，控制這種規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)脈沖分配的方法有兩種:計(jì)算機(jī)軟件和硬件電路方法。當(dāng)有圓形脈沖分布時(shí)，仍然不夠。因?yàn)槲覀兊拿}沖是由微電腦單片機(jī)發(fā)出的，屬于低電平，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)候我們可以用功放電路把脈沖功率放大，然后驅(qū)動(dòng)硬件電路。對(duì)于復(fù)雜電

30、路驅(qū)動(dòng)，比如五相十拍電路，有A、B、C、D、E相，他的十拍工作模式是:A B-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-E B- A B-.對(duì)于這種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式，用軟件編程或硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制是相當(dāng)復(fù)雜的。我們采用MCS-51系列8031單片機(jī)作為微機(jī)控制的主芯片。在系統(tǒng)原理圖中，端口P0由74LS373鎖存，同時(shí)擴(kuò)展了一個(gè)2764程序存儲(chǔ)器和一個(gè)6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。同時(shí)需要擴(kuò)展鍵盤和顯示器，所以需要擴(kuò)展接口來(lái)連接。接口擴(kuò)展采用8155，PA口、PC口屬于輸出口，PB口屬于輸入口。PA口的8個(gè)地址連接成一個(gè)44的鍵盤接口電路，PB口用于LED的8路接口，

31、PC口的6路接口用于LED的位置控制接口。同時(shí)，端口P2的P2.5、p2.6、p2.7用于74LS138的片選輸入和2764、6264的片選。系統(tǒng)原理電路圖見(jiàn)附圖(A2圖)。(3)地址計(jì)算:1)8155的地址計(jì)算:在8155中，P1.7用于控制I/M端口，控制I/O和RAM選項(xiàng)。當(dāng)P1.7=0時(shí)，選擇RAM端口，其地址為:0一個(gè)0因此，其地址為4000H-5FFFH(其中P1.7為0)。當(dāng)P1.7=1時(shí)，MCU選擇I/O端口，其地址為:0一個(gè)0因此，其地址為4000H-5FFFH(其中P1.7為1)。因此；8155的具體地址:命令字:4000H答:4001H乙:4002小時(shí)丙:4003小時(shí)低四

32、位:4004H高四位:4005H2)地址2764:采用74LS138片選控制，地址選擇如下:000因此，地址范圍是:0000H-1FFFH3)6264的地址:同樣采用74LS138片選控制，地址選擇如下:00一個(gè)所以地址是2000H-3FFFH。4)芯片列表:序列號(hào)名字模型量一個(gè)微控制器MCS-8031一個(gè)2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)6264一個(gè)三程序存儲(chǔ)器2764一個(gè)四門閂74LS373一個(gè)五翻譯者74LS138一個(gè)六接口芯片8155一個(gè)七鍵盤4x4鍵盤一個(gè)八班長(zhǎng)七段LED數(shù)碼顯示器六九光電耦合器光電耦合器三10電機(jī)驅(qū)動(dòng)HXD55驅(qū)動(dòng)器一個(gè)11電阻幾個(gè)12晶體振蕩器20千赫一個(gè)13電容幾個(gè)4.3 c 6163

33、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)在電機(jī)設(shè)備中，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿平行斜線和圓弧曲線運(yùn)動(dòng)，必須由兩個(gè)方向的組合來(lái)完成。在數(shù)控機(jī)床中，這是根據(jù)插補(bǔ)控制原理，通過(guò)工作臺(tái)在X、Y方向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這里，僅以線性插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)為例:(1)逐點(diǎn)比較法線性插值計(jì)算采用逐點(diǎn)比較法。不采取步驟，需要以下四個(gè)步驟:偏差判別:判別偏差Fm0或Fm0，以決定向哪個(gè)方向進(jìn)給，采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。坐標(biāo)進(jìn)給:根據(jù)直線所在的象限和偏差符號(hào)，決定沿+X、+Y、-X和-y哪個(gè)方向進(jìn)給。偏差計(jì)算:進(jìn)給每一步，計(jì)算新的加工偏差。終點(diǎn)判別:每進(jìn)一步，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減1。如果為0，說(shuō)明插補(bǔ)在終點(diǎn)停止，不為0，則返回第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)的計(jì)算和判斷可以用兩個(gè)方向的坐標(biāo)植物判斷，也可以用一個(gè)方向的坐標(biāo)植物判斷。當(dāng)XeYe時(shí)，x方向的總步數(shù)Xe可以作為判斷終點(diǎn)的依據(jù)。如果動(dòng)點(diǎn)x等于終點(diǎn)Xe，則停止。當(dāng)XeYe時(shí)，y方向的總步數(shù)Ye作為判斷終點(diǎn)的依據(jù)。因此，第一象限直線插補(bǔ)程序的算法如下:a)區(qū)分Fm是大于0還是小于0。b)如果Fm0，則輸