【正文】 Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“IT所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。整個過程只用到兩把刀：T01—外圓車刀，T02—槽寬為5mm的切槽刀。 時間常數(shù)的確定： 由于步進電機的轉(zhuǎn)速正比于運行頻率,而步進電機一步的時間T為運行頻率的倒數(shù)。（1）第一象限圓弧插補程序 根據(jù)硬件原理圖，利用8031定時器0或1產(chǎn)生中斷的辦法來實現(xiàn)插補功能，：假定起始坐標X放在R0中，Y放在R1中，偏差F放在R2中，終點判別值放在R3中，采用T1定時中斷，T1工作方式為1。機工作原理，改變繞組通電狀態(tài)，步進電機按規(guī)定方向運轉(zhuǎn)。從步進電機的起動矩頻特性和運行矩頻特性可以看出，隨著運行矩頻的增高，步進電機帶動負載的能力下降。而單片機的I/O口或I/O擴展口的驅(qū)動能力有限，為使步進電機正常運行并輸出一定功率，需有功功率放大環(huán)節(jié)；為避免強電干擾，因此還需采用隔離電路。MCS—51單片機共有四個8位并行I/O口，可提供給用戶使用的只有P1口和部分P3口線，因此不可避免的要進行I/O端口的擴展。8031訪問EPROM時，其所提供的讀取時間t與所選的晶體時鐘有關(guān)，約為3T，不同型號的EPROM工作速度一般為200~450ns，故選取芯片時，應(yīng)使其工作速度小于t。地址譯碼實現(xiàn)片選的方法可分為三種：線選法、全地址譯碼法和部分地址譯碼法。（2）系統(tǒng)擴展能力據(jù)地址總線的寬度，在片外可擴展的存儲器最大容量為64K字節(jié)。軟件是硬件的補充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件。機床硬件電路由五部分組成：1） 主控制器，即中央處理單元CPU；2） 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；3） 存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器；4） 接口，即輸入/輸出接口電路；5） 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器等。：當步進電機為三相六拍時，則（N）。（分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） ； （分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） ； （分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距） 。此時的變形量為：（mm）；= （mm）； （mm）。（1） 進給軸向力的計算 橫向?qū)к墳檠辔残?，計算如下? 由于是燕尾形導軌式中： K=，=則 N。（6）剛度驗算先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，最大軸向力為N，支承間距L=1500mm，絲杠螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負荷的1/3。（3）計算最大動負載Q考慮滾珠絲杠在運轉(zhuǎn)過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負載Q的計算公式為：Q L n式中 ：指滾珠絲杠導程，初選=8； n：指絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）； ：指最大切削力條件下的進給速度（m/min），可取最高進給速度的1/2~1/3，此處取=； ：指使用壽命時間（h），對于數(shù)控機床取T=15000h.。 下圖為縱切和橫切時切削力的示意圖。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進電機驅(qū)動。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品[14]。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。一般認為，1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、意料等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢[4]。 對CA6150車床進行數(shù)控化改造，使其可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件，可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。加工零件的精度高，尺寸分散度小，擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 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。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面：（1）高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉(zhuǎn)速已達60 000r/min。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展[9]。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的NGC(The Next Generation WorkStation/Machine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等[11]。（1）戰(zhàn)略分析我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯”。二、CA6150機床系統(tǒng)的總體設(shè)計 （一）總體方案設(shè)計內(nèi)容接到一個數(shù)控裝置的設(shè)計任務(wù)以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種設(shè)計參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后再分別對機械部分和電氣部分進行設(shè)計。這類機床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試和維修都比較簡單。齒輪傳動也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。主切削力F(N)按經(jīng)驗公式估計算： F=D= （N）按切削力各分力比例： F：F：F=1 ： ： F（N）F（N）主切削力（N）可取縱切的1/2。L：指壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位；：指運動系數(shù)，選=。計算如下：1） 絲杠的拉伸或壓縮變形量（mm）： F=N， L=8mm, EN/mm(材料彈性模數(shù)，對鋼來說是等于這個值)，mm， R=， e=，則 d( mm)；A(mm) （A指滾珠絲杠按內(nèi)徑定的 截面積）。（2）最大動負載Q的計算 n( r/min)L Q（N）查表：可采用WL2506外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，其額定動負載為13100N，符合Q C的條件。定位誤差 (mm) (規(guī)定定位精度)。把這些數(shù)據(jù)代入上式： 。步進電機相數(shù)三相四相五相六相拍數(shù)3648510612按此最大靜轉(zhuǎn)距從表中查出，大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運動矩頻特性。： （開環(huán)系統(tǒng)）（2）選擇中央處理單元CPU的類型根據(jù)設(shè)計要求，CNC系統(tǒng)的主CPU采用8031單片機。（1）軟件設(shè)計步驟軟件設(shè)計步驟分為以下幾步：1） 據(jù)軟件要求實現(xiàn)的功能，制定出軟件技術(shù)要求；2） 將整個軟件模塊化，確定個模塊的編制要求，包括模塊功能，入口參數(shù)，出口參數(shù)；3） 據(jù)硬件資源，合理分配好存儲單元；4） 分別對個模塊編程，并調(diào)試；5） 連接各模塊，進行統(tǒng)一調(diào)試及優(yōu)化；6） 固化到程序存儲器中。片外數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器的操作使用不同的指令和控制信號。這里選用部分地址譯碼法。2）數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器有動態(tài)和靜態(tài)之分，兩者相比，靜態(tài)RAM無須考慮保持數(shù)據(jù)而設(shè)置的刷新電路，擴展簡單，在數(shù)據(jù)存儲器擴展電路中應(yīng)用較廣泛。Intel公司常用的外圍接口芯片有：8158255及8279等。：（環(huán)行分配器）的分析有硬件和軟件分配器兩種，硬件分配器需要的I/O接口連線少，執(zhí)行速度快，需要專用的芯片，軟件則用程序?qū)崿F(xiàn)。產(chǎn)生的主要原因是：作為功率放大器負載的步進電機是電感負載，當改變通電狀態(tài)時，通電繞組的電流將從零逐漸增大，該繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢使電流按指數(shù)規(guī)律上升，并將電源一部分能量存在（電感）繞組中，電流的時間常數(shù)為： 式中：指步進電機一相繞組的平均電感量； ：通電回路的電阻，包括繞組電阻、功率放大器輸出級的內(nèi)阻及串聯(lián)電阻。軟件分配器采用查表法，在微處理器中專門安排一個輸出寄存器作為步進電機的控制寄存器，步進電機的第一相繞組都與這個寄存器中的某一指定位對應(yīng)，寄存器中這位為“1”，對應(yīng)相應(yīng)繞組的通電狀態(tài)為“0”時則斷電；循環(huán)向寄存器中寫入控制字，從而使步進電機繞組按因定的規(guī)律循環(huán)通電和斷電。第一象限圓弧插補源程序：MOV TH1，TCHMOV TL1，TCLMOV A，R2JB 0E7H，LOOP3；F0轉(zhuǎn)DEC R6ACALL PULSE；輸出—X方向進給脈沖MOV A，R0CLR CRLC A；X2MOV R4，AMOV A，R2SUBB A，R4；F—2XINC A；F—2X+1DEC R0SJMP LOOP4；LOOP：INC R7ACALL PULSE；+Y方向進給脈沖MOV