【正文】 1世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。但是配置這種系統(tǒng)的數(shù)控機床價格昂貴。系統(tǒng)只需12萬（國外系統(tǒng)則需十幾萬到幾十萬），適合我國中小型企業(yè)的現(xiàn)有普通機床的數(shù)控改造。③適合多品種、中小批量產(chǎn)品的自動化加工，對產(chǎn)品的適應性強。經(jīng)濟型數(shù)控機床可以不用或少用工裝，尤其對于復雜零件可不用靠?；虺尚偷毒摺＝陙?，我國成功應用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)配置車床、銑床、線切割機床、沖床以及普通機床的改造等，并在投入使用后確實成倍提高的生產(chǎn)率，減少了廢品率，取得了顯著的技術經(jīng)濟效益?？衫酶鞣N圓柱銑刀、圓片銑刀、成型銑刀和端面銑刀等，銑削各種平面、斜面、成型表面、溝槽及齒輪等。 圖11 X6132普通升降臺銑床外觀圖將原來的X6132要改造成加工精度高、定位準確、可靠，擴大其加工范圍，提高加工效率，各性能參數(shù)有所提高，使其可以銑削圓弧面與斜面等形狀復雜的高精度零件(如凸輪軸)。另一方面由于步進電機在低速工作時有明顯的沖動，易自激振蕩，而且激振頻率很可能落入銑削加工所用的進給速度范圍內(nèi)，著對加工極為不利，造成工件超差。若采用直流或交流伺服電機的半閉環(huán)控制,過載能力強,有采用反饋控制因此性能遠優(yōu)于步進電機的開環(huán)控制。這個電壓是速度指令電壓。速度環(huán)的作用在于把位置誤差模擬電壓變成一個比較穩(wěn)定的速度模擬電壓。數(shù)控裝置來的位置指令D0與位置反饋系統(tǒng)檢測出的實際位置檢測值Da在位置偏差監(jiān)測器1中比較。v0經(jīng)數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器3成為模擬電壓Uc。設置速度反饋的目的是穩(wěn)定電動機的轉(zhuǎn)速。這個電壓加在伺服電機6上，使它得到角速度θm。圖13 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理控制部分的設計要能控制三個坐標軸的運動,根據(jù)加工要求,至少要控制兩軸聯(lián)動完成圓弧插補,為了在加工中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)控加工按輪廓編程程序而能適應刀具尺寸的變化。普通機床的主軸支承多為滾動軸承或滑動軸承?！?，速度控制要求較高的調(diào)節(jié)精度和較強的抗負載抗干擾能力，以保證動靜態(tài)精度都較高。這樣既能滿足高速加工要求，又能滿足底速加工要求。（1）電氣部分的改造進給傳動是按數(shù)控系統(tǒng)的指令，經(jīng)放大后使刀具精確定位或按規(guī)定的軌跡運動（如直線、圓弧等），加工出符合要求的工件。（2）機械部分的數(shù)控化改造進給系統(tǒng)的改造主要是提高移動部件的靈活性，減少或消除傳動間隙，通常是改造導軌副、進給箱和移動元件。在機床進給傳動中，需將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動。他之所以取代以前的NC系統(tǒng)和當前設計選用的原因，是因為CNC系統(tǒng)具有NC系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點： （1）活性大。 CNC系統(tǒng)的軟件和硬件大多是采用模塊化的結(jié)構(gòu)。（4）可靠性高。 由于采用計算機，使硬件數(shù)量相應減少，加之電子元件的集成度越來越高，使硬件的體積不斷縮小，同時控制柜的尺寸也相應減少。 目前大多數(shù)數(shù)控機床的操作采用了菜單結(jié)構(gòu)，用戶只需根據(jù)菜單的提示，進行正確操作。 數(shù)控機床的許多日常維護工作都由數(shù)控裝置承擔；而且，數(shù)控機床的自診斷功能，可迅速使故障定位，方便維修人員。 圖15 數(shù)控改造設計總圖系統(tǒng)主要由89C51單片機、速度檢測元件、直流伺服電機，及相應的接口電路組成。X6132的工作臺裝有進給伺服系統(tǒng)，床身左側(cè)的電氣箱內(nèi)裝有主控器和強電系統(tǒng)。手動操作時，顯示器可作為數(shù)字讀出裝置使用。　　(3) 指令系統(tǒng)的功能是否強(即編程的靈活性) 。在大多數(shù)相關的機床改造資料及論文中都采用了8031，原因是：8031 單片機是集CPU 、I/ O 端口及部分RAM 等為一體的控制器,開發(fā)手段齊全,指令系統(tǒng)功能強,編程靈活性大,硬件資料也很豐富。8031 的輸入、輸出( I/ O) 線不多, 所以外接8155 芯片以擴展I/ O口。8 位數(shù)據(jù)總線由P0口提供。在實際應用方面比較繁瑣，已被市場淘汰。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)挠嬎悖毒吆蜋C器參數(shù)編輯，診斷處理，鍵信號監(jiān)控處理以及協(xié)調(diào)另兩個CPU同步工作。此外，對輸入/輸出信號進行控制，并完成RS232C通訊功能。為了簡化線路和控制，該設計方案采取借用Z80CPU所具備的總線請求和響應的功能，以中央CPU為主控，當中央CPU需要時，通過I/O口，由芯片8255的輸出向插補CPU的總線請求發(fā)出信號。為了減少芯片數(shù)，插補CPU所用的ROM采用2片EPROM2764，由三根地址線譯碼后，每個輸出Y端控制8K存儲區(qū)。 I/O接口芯片 數(shù)控系統(tǒng)要完成數(shù)據(jù)的輸入/輸出，由于89C51芯片的輸入/輸出接口有限，不能完成設計所需的所有輸入/輸出工作，因此我們使用兩8255芯片來完成。由于數(shù)控裝置在使用RS23C通訊功能時不做其它工作，為了簡化結(jié)構(gòu)，利用8255的一個輸入端口和一個輸出端口，用軟件實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通訊。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。鍵盤與顯示設計在一起，8255的PB口（PB0～PB7）提供鍵盤的列線及顯示器的掃描控制線（字位線）。系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼。89C51的P0口與ALE口連接了一片28引腳8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器0809，在其后裝了測速發(fā)電機，來檢測直流電機的速度輸出，0809的作用是將28CY01測速發(fā)電機傳來的模擬信號變化轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，傳入89C51，以實現(xiàn)對機床的半閉環(huán)控制。X、177。X、177。 圖22 伺服電機的驅(qū)動電路其中：輸入接口主要由A/D轉(zhuǎn)換器0809，接口運算放大器N5和測速發(fā)電機組成。將測速發(fā)電機的輸出信號壓縮在177。光電耦合器于1966年問世，把不同的發(fā)光器件和各種光接收器組合起來，就可構(gòu)成幾百個品種系列的光電耦合器，因而，該器件已成為一類獨特的半導體器件。這樣，光接收器件由于光敏效應而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出。光電耦合的主要特點如下：●輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10 10Ω，耐壓一般可超過1kV，有的甚至可以達到10kV以上?！袢菀缀瓦壿嬰娐放浜稀? 本設計選用的是TLP光電耦合器BJB－34，電路圖如圖23。功率晶體管驅(qū)動伺服電機，可工作在放大區(qū)，構(gòu)成放大型功率晶體管驅(qū)動系統(tǒng)，而工作在開關狀態(tài)，則構(gòu)成開關型功率晶體管驅(qū)動系統(tǒng)。這里采用H型。四個功率晶體管的基極驅(qū)動電壓分為兩組：。和能否導通，取決于續(xù)流電流。若在一個周期內(nèi)，加在和的正脈沖寬度（）和加在和的正脈沖寬度（） 相等（即=T/2，T為周期），和的導通時間與使和飽和導通, 和截的相等，電樞電壓的正負半波面積相等，其平均電壓為零，電動機靜止不動。在設計雙極性PWM驅(qū)動系統(tǒng)時要注意解決以下的問題：1）防止直通。2）開關脈沖頻率的選擇。但開關頻率太高，會是晶體管的動態(tài)損耗太大，直通現(xiàn)象也難以防止，這限制了開關脈沖頻率的提高。微機輸出脈寬控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大，驅(qū)動PWM主電路的功率晶體管開關。替安置信號可以是三角波或鋸齒波。調(diào)節(jié)電位器RP可改變?nèi)遣ǖ念l率。為了提高檢測的靈敏度，將測速發(fā)電機直接連接在電機軸上。當直流測速發(fā)電機有負載時，電樞的旋轉(zhuǎn)線圈便會產(chǎn)生電流，破壞了輸出電壓與轉(zhuǎn)速的線性度，使發(fā)電機的輸出特性產(chǎn)生誤差。將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸同直流伺服電機的轉(zhuǎn)子軸連在一起，則測速發(fā)電機就成為伺服電動機的速度反饋傳感器。它的結(jié)構(gòu)原理如圖29。 圖29 圓盤式感應同步器結(jié)構(gòu)原理圓盤感應同步器的工作原理與直線感應同步器工作原理類似，如圖210。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，感應電勢下降，當兩者剛好錯開四分之一節(jié)距時，到達b點，此時感應電勢為0。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個節(jié)距，感應同步器變化一周。傳統(tǒng)的機床進給是采用人工控制, 這樣含有人為因素的控制既費人力又缺乏精確性。這個信號源發(fā)出的脈沖信號可以通過主控門再經(jīng)放大器放大后驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)(進給機械裝置)。直到下一個信號脈沖到來之前，執(zhí)行機構(gòu)停止動作, 同時預置電路產(chǎn)生清零信號使計數(shù)器回到零狀態(tài), 待下一次進刀時再重新計數(shù)。適當調(diào)節(jié)可變電阻R1 秒的時鐘脈沖, 詳見圖214。元器件參數(shù)值: 門門門門門11 選用T 035/T 065 二輸入四與非門電路, 門門10 選用T 033/T 063 4 輸入二與非門電路。圖215 控制脈沖形成電路（3）可變進制計數(shù)模塊由于進給速度不高, 信號源脈沖信號頻率很低, 可變進制計數(shù)器采用速度較低, 帶負載能力較強的異步計數(shù)電路。由于滿足預置數(shù)時撥碼開關輸出高電平, 經(jīng)門16 倒相后得低電平輸出, 而時鐘脈沖此時低電平經(jīng)門15 輸出高電平。如圖216。門18 起隔離整形作用, 同時可控制翻轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)的管理系統(tǒng)是實現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體，它管理著數(shù)控加工程序從輸入、預處理，到插補運算以及位置控制和輸入、輸出的全過程，并管理著系統(tǒng)參數(shù)設置，刀具參數(shù)設置，數(shù)控加工程序的編輯，數(shù)據(jù)的輸入、輸出及在各種機床運行方式下操作員的操作處理等各種人機交互過程。（1）系統(tǒng)總控程序 系統(tǒng)總控程序是系統(tǒng)軟件的主循環(huán)程序。3）命令分析 它的任務是把從鍵盤上接收的命令進行分析，引導到執(zhí)行該命令的相應處理程序。零件程序緩沖器接收來自閱讀機或零件程序儲存器的程序段。 （3）譯碼程序數(shù)據(jù)段送入零件程序儲存器后，由程序?qū)⑤斎氲牧慵绦驍?shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識別的語言。常用的編輯功能包括插入、刪除、查找、移動等。機床手動調(diào)整動作包括：各坐標軸地運動、主軸運動、刀架的轉(zhuǎn)位、冷卻泵的開停等。 （7）伺服控制程序 伺服控制程序是插補程序每次運行后的結(jié)構(gòu)，通過適當?shù)倪\算后直接輸出控制執(zhí)行元件的程序。 本軟件采用模塊化設計，共分為：系統(tǒng)初始化模塊、工作方式選擇模塊、機床控制模塊、命令處理模塊、中斷處理模塊等。該模塊程序框圖為圖35。當輸入的模擬量分別調(diào)至0V和5V，檢查40H單元內(nèi)容是否分別為0和FFH。顯示電路如圖39，程序框圖如圖310。改造銑床的目的是擴大加工范圍、提高加工精度、提高加工效率、提高加工質(zhì)量。對于大型、重型機床這點尤其突出。而弊在于數(shù)控改造不是所有機床都能改造，必須滿足很多條件，而且改造受到機床原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不可能進行突破性的改造。現(xiàn)在用可編程序控制器（PLC）改造機床也是一個不錯的方案。致謝我能在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的設計任務，除了自身的努力之外，另外是離不開老師的指導和同學的幫助，在此特向我的導師夏老師表示誠摯感謝！在我的畢業(yè)設計、論文的編寫過程中，一直得到夏老師的悉心幫助和教導，并為我提供了大量的理論資料和實踐機會，不僅為本論文的完成打下了堅實的基礎，而且為我個人能力的培養(yǎng)得到了很好的鍛煉。參 考 文 獻【1】 于海生等,微型計算機控制技術,北京：清華大學出版社，1999【2】 劉 堅,機械加工設備,北京：機械工業(yè)出版社，2001【3】 戴 曙,金屬切削機床,北京：機械工業(yè)出版社，1999【4】 張建民,機電一體化系統(tǒng)設計,北京：高等教育出版社，2001【5】 鐘約先等,機械系統(tǒng)計算機控制,北京：清華大學出版社，2001【6】 王貴明,數(shù)控實用技術,北京：機械工業(yè)出版社，2002【7】 中國機械工業(yè)教育協(xié)會,數(shù)控技術,北京：機械工業(yè)出版社，2001【8】 王愛玲,現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng),北京：國防大學出版社，2002【9】 張毅坤等,單片微型計算機原理及應用,西安：西安電子科技大學出版社，1998【10】 于濤等,數(shù)字控制技術與數(shù)控機床,北京：中國計量出版社，2004【11】 方建軍等,光機電一體化系統(tǒng)設計,北京：化學工業(yè)出版社，2003【12】 汪木蘭,數(shù)控原理與系統(tǒng),北京：機械工業(yè)出版社,2004【13】 張新義,經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設計,北京：機械工業(yè)出版社,1994【14】 魏俊民,機電一體化系統(tǒng)設計,北京：中國紡織出版社,1998【15】 李溪冰,機械設備控制技術,北京：電子工業(yè)出版社,2002【16】 李錫雄,微型計算機控制技術,北京：科學出版社,1999【17】 董玉紅,數(shù)控技術,北京：高等教育出版社,2005【18】 許吉慶等，X6132 銑床的數(shù)控改裝與設計，機械設計，7：3638，1997【19】 廖效果等，：華中理工大學出版社,1992【20】 陳 燕，實現(xiàn)機床自動進給的數(shù)控裝置，金陵職業(yè)大學學報，16(1):2931,2001【21】 許吉慶等，單片機在數(shù)控銑床上的應用，機電一體化，10：3233,1999附件圖紙硬件電路圖x6132數(shù)控改造縱向進給圖x6132數(shù)控改造橫向進給圖