【正文】 ......................................................................... 23 接口電路的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 23 輔助電路的具體設(shè)計(jì) .................................................................................. 24 控制系統(tǒng)程序編譯 ............................................................................................. 27 直線插補(bǔ)程序 .............................................................................................. 27 圓弧插補(bǔ)程序 .............................................................................................. 29 裝代碼子程序 .............................................................................................. 33 環(huán)行分配器子程序 ...................................................................................... 34 致謝 .................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 切削力的計(jì)算 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 基于單片機(jī)控制的電子部分設(shè)計(jì)提高了工作效率和測量的準(zhǔn)確度、可信度。因此 ,這次對(duì)普通機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)更顯得重要。 第一部分是數(shù)控機(jī)床的概述，第二部分是進(jìn)給系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì)方案，第三部分是 伺服 進(jìn)給機(jī)械部分設(shè) 計(jì)計(jì)算，第四部分是控制部分的單片機(jī)原理及控制程序設(shè)計(jì) 。該儀器采用了 8031單片機(jī)。 縱向絲杠的選擇 ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 38 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 （ 1） CNC 裝置 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，既 CNC 裝置，是 CNC 系統(tǒng)的核心，有微處理器、存儲(chǔ)器、各種 I/O 接口及外圍邏輯電路等構(gòu)成，起主要作用是對(duì)輸入的數(shù)控程序及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理，通過插補(bǔ)運(yùn)算等形成運(yùn)動(dòng)軌跡指令，控制伺 服單元和驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。顯示器常具有多個(gè)軟功能鍵，用于選擇菜單。 （ 4）機(jī)床操作面板 機(jī)床操作面板主要用于手動(dòng)方式下對(duì)機(jī)床的 操作以及自動(dòng)方式下對(duì)機(jī)床的控制或干預(yù)。 （ 5） 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)主要由進(jìn)給伺服單元和伺服進(jìn)給電機(jī)組成，對(duì)于閉環(huán)和半閉環(huán)控制的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，還應(yīng)該包括位置檢測防虧裝置。 一般來說，數(shù)控機(jī)床功能強(qiáng)弱主要取決于 CNC 裝置，而數(shù)控機(jī)床性能的優(yōu)劣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 （ 7）機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造要適應(yīng)數(shù)控技術(shù)發(fā)展，具有剛度大、精度高、抗振性強(qiáng)、熱變形小等特點(diǎn)；由于普通采用了伺服電機(jī)無級(jí)調(diào)速技術(shù)，機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主傳動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)被極大地簡化甚至取消；廣泛采用滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌等高小、高精度傳動(dòng)部件 ；采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)和布局，機(jī)床布局主要考慮有利于生產(chǎn)率的提高，而不象傳統(tǒng)機(jī)床那樣主要考慮方便操作；此外還采用自動(dòng)換刀裝置、自動(dòng)更換工件和數(shù)控夾具等。隨著計(jì)算機(jī)及其軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)趨于一致化，而控制系統(tǒng) 軟件的競爭日益加劇。目前我國一部分普及型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)較為成熟，價(jià)格合理，在國際市場上具有一定的競爭力。同時(shí)，我國也已進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國和高精度精密數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國的行列。行業(yè)現(xiàn)有的信息化技術(shù)來源主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)，對(duì)國外技術(shù)的依存度較高，對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化仍停留 在掌握已有技術(shù)和提高 國產(chǎn)化率上，沒有上升到形成產(chǎn)品自主開發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高度 。我國生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)雖達(dá)百余家，但大多數(shù)未能形成規(guī)模生產(chǎn)，信息化技術(shù)利用不足，創(chuàng)新能力低，制造成本高，產(chǎn)品市場競爭能力不強(qiáng)。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的智能化發(fā)展將通過對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài) 及外部環(huán)境，快速沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 作出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)。隨著 CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了 CAD/CAPP/CAM 集成的全自動(dòng)編程方式，其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與， 直接從系統(tǒng)內(nèi)的 CAPP 數(shù)據(jù)庫獲得，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)通過自動(dòng)運(yùn)行診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 數(shù)控銑床 在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。 普通 銑床 經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。 本次對(duì) X5132 型銑床 進(jìn)給系統(tǒng)微機(jī)數(shù)控 化改造設(shè)計(jì)，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，帶動(dòng)滾珠絲杠副轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)進(jìn)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 圖 21 系統(tǒng)總體框 圖 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬訂應(yīng)包括以下內(nèi)容： 伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式的確定， 控制芯片的選擇等內(nèi)容。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度與輸入的脈沖個(gè)數(shù)具有較嚴(yán)格的比例關(guān)系，而且轉(zhuǎn)動(dòng)與輸入脈沖在時(shí)間上同步，因此可以利用這些特點(diǎn)控制運(yùn)動(dòng)的速度和位移量。但步進(jìn)電機(jī)也有缺點(diǎn)，主要是容易丟步，啟動(dòng)頻率低，工作效率也不夠高，低頻時(shí)振動(dòng)大，可能造成失誤，因此步進(jìn)電機(jī)多用于負(fù)載較小，負(fù)載變化不大或要求不太高的經(jīng)濟(jì)型簡易型數(shù)控設(shè)備中。 數(shù)控系統(tǒng)的核心是微機(jī)，其它裝置均在微機(jī)的控制下進(jìn)行工作。 系統(tǒng)功能 （ 1）橫向，垂直方向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 將 X5132 立式銑床改造成微機(jī)數(shù)控立式銑床， 采用 MSC— 51 系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。m 滾珠絲杠總長度上的變形量 1? 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ?1? ??? LLL0??? ? 4006 1009 3 mm 變形量 ???? 1?? 總 mm 一端固定 ,一端自由的總變形量為 ，滿足定位精度177。 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 絲杠 傳動(dòng)比 i ?i ???pb L??360 0 ??? 45 b? — 步進(jìn)電機(jī)的步距角（初選） ?b? 根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)要求 ，齒輪齒數(shù) 取： 302 ?Z ， 241?Z 。 cm2 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3422 ??? LdJ kg cm2 其中： 1J — 齒輪 1z 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2J — 齒輪 2z 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 sJ — 主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (2)電動(dòng)力矩的計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上 的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ?J ?J =J + mJ =+= kg cm 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸的附加力矩 0M ? ? )1(2 20200 0 ????????????? iLFM p N m ② 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 快M 0MMM f ??快 = + = N m 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 從上面的計(jì)算可以看出，在 起M 、 快M 、 切M 三種工況下 ，快速空載起動(dòng)所需力矩最大，此項(xiàng)為初選電機(jī)的依據(jù)，從表中查出， 步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)， ?? 起M? 最大靜轉(zhuǎn)矩 3 .0 1 ??? ?起MM j N （ 3）計(jì)算電機(jī)工作頻率 步進(jìn)電機(jī)快速運(yùn)行 4000 m a x ?? ??? pq vf ? Hz 最高 工作頻率 100 ????? p sg vf ? Hz 從電機(jī)表中查出 110BC380D 型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為 1400Hz，運(yùn)行頻率為15000Hz。 。 cm2 mmbL 20?? ， mmd 481 ? ????? ? 341 kg cm2 圓錐 齒輪 4z 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3444 ??? LdJ L=50 mm, ?3d 160 mm 344 ?????J = kg cm2 其中： mJ — 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ,初取為 kg cm 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩 tM 0 ??? ??? ??? iLFM tt N cm= N m 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出， 110BC380D 型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為 N 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 四 章 控制系統(tǒng)硬件原理及其控制程序編制 控制器 主控制器及其 選擇 目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片有 8086， 8088， 80286， 80386 以及 8098， 8096等 16 位機(jī)的 CPU，在一般的數(shù)控系統(tǒng)中推薦采用 MCS— 51 系列單片機(jī)作為主控制器。并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，編程靈活性大，硬件資料也很豐富。 ② 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（ 6MHz 或 12MHz） ,每執(zhí)行一條指令時(shí)間為 2μ s或者1μ s。 ⑥ 具有四個(gè) I/O 口， 32 根 I/O線。 ② 控制線： PSEN （中斷取指令控制）， ALE（地址鎖存控制 ） ， EA （中斷存儲(chǔ)器選擇）， RESET（復(fù)位控制） 電源及時(shí)鐘： ccV ， ssV ， 1XATL ， 2XATL 應(yīng)用特性： ① I/O 口線不能都用作用戶 I/O 線，除 8051， 8751 外真正可完全為用戶使用的 I/O 口線，只有 1P 口以及部分作為第一功能使用的 3P 口。 （ 3） 總線結(jié)構(gòu) ① 地址總線 AB 地址總線寬度為 16 位，故其外部存儲(chǔ)器直接熏之范圍達(dá)到 64KB， 16 位地址總線由 0P 口經(jīng)地址鎖存器提供低 8位， 8A ～ 15A 由 2P 直接提供。 （ 5） 擴(kuò)展芯片 I/O 口擴(kuò)展集成電路中有三種專用 I/O 口擴(kuò)展芯片。根 據(jù) CPU 與 EPROM 的匹配要求，應(yīng)滿足 8031 能提供的讀取時(shí)間大于 EPROM 所需要的讀取時(shí)間。因此， EPROM 和 RAM 的地址分配較自由，不必考慮是否發(fā)生沖突。 （ 1） 地址總線 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 將 0A ～ 12A 與 EPROM 的 0A ～ 12A 一一對(duì)應(yīng)連接。 0A ～ 12A 與 RAM 的 0A ～ 12A 一一對(duì)應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。 接口電路 的 設(shè)計(jì) 8155 的內(nèi)部 RAM 和 I/O 的選擇由引腳 IO/M 控制，當(dāng) IO/M =0時(shí)， CPU 訪問RAM， RAM的低 8位 編制為： 00H～ FFH； IO/M ＝１時(shí)， CPU 訪問 IO 口，其低 8 位編址見教材的真值表， 8155 的工作方式選擇通過對(duì) 8155 內(nèi)部命令，寄存器通過設(shè)定控制命令來實(shí)現(xiàn)。 CPU 讀地址時(shí)，做 狀態(tài)寄存器，讀出時(shí)是當(dāng)前 I/O 口和定時(shí)器的狀態(tài)，而寫時(shí)則作為命令寄存器寫入命令。采用外部時(shí)鐘方式，可把 1XTAL 直接接地， 2XTAL 接外部時(shí)鐘源。圖 42 所示為電自動(dòng)復(fù)位與按鈕復(fù)位的組合，在上電瞬間 RC 電路充電， RESET 引腳出現(xiàn)正脈沖，只要電路充電， RESET 端保持 10ｍｓ以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。如圖 43所示。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)選用的步進(jìn)電機(jī)的容量選擇功率放大器。調(diào)整時(shí)間和電流參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論