【正文】 體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。但過去因 5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比 3軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 mtbf 值已達(dá) 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)的 mtbf值達(dá)到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個方面。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下： ，與國外先進(jìn)水平大約落后 10～ 15 年，在高精尖技術(shù)方面則更大。 我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年，經(jīng)過近 50 年的發(fā)展，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。機(jī)械制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件 和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化 裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：①機(jī)械制造技術(shù)；②信息處理、加工、傳輸技術(shù)；③自動控制技術(shù)；④伺服驅(qū)動技術(shù)；⑤傳感器技術(shù)；⑤軟件技術(shù)等。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控改造 X6132 半閉環(huán)控制 目 錄 前 言 ................................................................... 4 正 文 ................................................................... 9 ................................................... 10 原來的 X6132 普通升降臺銑床的用途 ................................ 10 總體設(shè)計任 務(wù) .................................................... 10 總體設(shè)計方案 .................................................... 10 、主傳動系統(tǒng)的改造 .............................................. 13 電氣部分的改造 ............................................ 13 機(jī)械部分的數(shù)控化改造 ...................................... 13 給傳動系統(tǒng)的改造 ................................................ 13 改造設(shè)計要求 .............................................. 13 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的改造方案 .................................... 14 ....................................... 15 ............................................. 17 ................................................... 17 單片機(jī)的選擇 .................................................... 17 CPU 的比較和選用 .......................................... 17 存儲芯片的選擇 ............................................ 19 I/O 接口芯片 .............................................. 19 越界報警和急停電路 ........................................ 20 伺服電機(jī)的驅(qū)動 .................................................. 21 光電耦合電路 .............................................. 22 功率放大器電路 ......................................... 23 檢測裝置 ........................................................ 26 測速發(fā)電機(jī) ................................................ 26 感應(yīng)同步器 ................................................ 27 實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動進(jìn)給的數(shù)控裝置 ...................................... 28 自動 進(jìn)給數(shù)控裝置框圖 ...................................... 28 總電路圖 .................................................. 29 單元電路 ................................................. 30 ................................................... 32 數(shù)控系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn) .......................................... 33 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .............................................. 35 系統(tǒng)初始化 ................................................ 36 工作方式選擇 .............................................. 36 機(jī)床控制 .................................................. 36 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計舉例 .......................................... 36 A/D 轉(zhuǎn)換電路的程序設(shè)計 .................................... 36 顯示器顯示程序 ............................................ 39 結(jié) ................................................. 錯誤 !未定義書簽。改造后的數(shù)控銑床，不僅適合加工橢圓弧面和凸輪曲面，而且大大地減輕了工人的勞動強(qiáng)度。 本文介紹了一種用單片機(jī)控制伺服電機(jī)的 X6132 萬能升降臺銑床的工作臺的數(shù)控改造的半閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計方案。 前言 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì) 的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資， 不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策。 該新技術(shù)主要是研究更好的具有高效率、高精度、高自動化、高可靠性的設(shè)備――數(shù)控機(jī)床，能滿足各種加工要求，提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益。目前， PC 數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式： (1)專用數(shù)控加 PC 前端的復(fù)合式結(jié)構(gòu) 這類系統(tǒng)的設(shè)計思想是將通用 PC 專用 NC 通過高速信息交換通道連接到一起組成一復(fù)合式數(shù)控系統(tǒng)。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50％，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了 10％。 ，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。 (1)高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。 當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度 降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個新亮點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動化”；加工零件的精度高，尺寸 分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”；可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)；擁有自動報警、監(jiān)控、補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。而將經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 系統(tǒng)用于普通機(jī)床的改造和升級換代是符合我國目前國情的一條有效途徑。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，一般可提高工效 3— 7 倍。④提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，尤其是加工的產(chǎn)品尺寸一致性 好，合格率高。⑥減輕工人的勞動強(qiáng)度。正因為如此，本設(shè)計將對 X6132 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。外觀如圖 11。 例如： 200BF001 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，最大靜轉(zhuǎn)矩為 MN? ，最高運(yùn)行頻率為 11000step/s，步距角為 1/6176。 若采用直流或交流伺服電機(jī)的閉環(huán)控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，調(diào)試和維修困難得多，造價也高。 用直流伺服電動機(jī)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成如圖 12。直流伺服電動機(jī)的基本性能是：轉(zhuǎn)速決定于輸入電壓，電流決定于負(fù)載力矩。位置控制則用以檢查伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)角是否符合位置指令的要求。Δ D 經(jīng)位置控制放大器 2放大后成為速度指令值 v0。因此， Uc 是速度指令電壓。加上速度反饋后轉(zhuǎn)速可以比較穩(wěn)定。速度反饋裝置發(fā)出與伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的速度反饋電壓 Ug，與速度指令電壓 Uc 相比較。直流電機(jī)拖動可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)整，變速范圍寬，主軸箱體結(jié)構(gòu)簡單，振動和噪音較小，加工工件精度較高，不需要改造；如果自動化程度要求較高，經(jīng)常要求變速并且變速特征較好的場合，可用交流異步電動機(jī)的變頻系統(tǒng)，增加一個變頻器，實(shí)現(xiàn)主軸的自動無級變速。 改造設(shè)計要求 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的改造式這次改造設(shè)計的重點(diǎn)，因此它改造后的性能的好壞將直接影響到整個系統(tǒng)性能的好壞。它主要要求伺服系統(tǒng)跟隨指令信號不僅跟隨誤差小，而且響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。 （ 4） 系統(tǒng)可靠性好 數(shù)控機(jī)床的使用率很高，常常是 24 小時連續(xù)加工不停機(jī) ，因而要求系統(tǒng)穩(wěn)定，其工作可靠。一般中小型機(jī)床的數(shù)控化改造多用微機(jī)控制的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，這種方式簡單、經(jīng)濟(jì)、安裝調(diào)試方便，但是控制精度和速度較低。二是在進(jìn)給移動部件在粘接聚四氟乙烯軟帶，改造為粘塑導(dǎo)軌副。采用滾珠絲杠副可以滿足數(shù)控機(jī)床的要求，其精度高、反應(yīng)快、無爬行。這種固定的接線的電路 一旦制成后，就難以改變，而 CNC 系統(tǒng)的數(shù)控功能大多由軟件在通用性較強(qiáng)的硬件的支持下來實(shí)現(xiàn)的，其功能的修改、擴(kuò)充和適應(yīng)性方面都具有較大的靈活性，如果要改變、擴(kuò)充其功能，只需通過對軟件的修改和擴(kuò)充便可實(shí)現(xiàn)。 （ 3）數(shù)控功能豐 富。許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化，采用大規(guī)模和超大規(guī)模通用和專用集成電路，使可靠性進(jìn)一步提高。由于通訊功能的增強(qiáng)，容易組成數(shù)控加工自動生產(chǎn)線，如 FMC、FMS、 DNC 和 CIMS 等。 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有多種編程的功能，并且都具有程序自動校驗和模擬仿真功能。 改造方案總體可以從硬件、軟件兩部分來著手設(shè)計。系統(tǒng)軟件其作用主要是檢測系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理，其中包括 I/O 接口初始化，單片機(jī)定時器 /計數(shù)器初始 化，鍵盤數(shù)據(jù)區(qū)、顯示緩沖區(qū)初始化，各種軟件標(biāo)志初始化，中斷處理等，系統(tǒng)軟件部分采用模塊化設(shè)計。數(shù)控系統(tǒng)為 CNC半閉環(huán)控制，伺服電機(jī)驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。 CPU 的比較和選用 在選擇 CPU 時應(yīng)考慮的因素是 : (1) 時鐘頻率和字長 (即控制數(shù)據(jù)處理的速度 ) 。 (5) 開發(fā)手段 (包括支持開發(fā)的軟件