【正文】 小結(jié) ......................................................53 致 謝 ....................................................54 參考 文獻 ..................................................55 1 [內(nèi)容提要 ]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于 普通機床效率差、性能落后， 世界各工業(yè)發(fā)達國家通過發(fā)展數(shù)控技術(shù)、建立數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，促使機械加工業(yè)跨入一個新的“現(xiàn)代化”的歷史發(fā)展階段，從而給國民經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化。 后。 本系統(tǒng)具有巡檢速度快、精確、方便、可靠性能高、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點，在工商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用地越來越多。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)主要用于舊機床的改造和機械設(shè)備升級換代。 該系統(tǒng)是基于單片機的 應(yīng)用系統(tǒng) ，而 單片機應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機為核心，配以一定的外圍電路和軟件，能實現(xiàn)某種或幾種功能的應(yīng)用系統(tǒng)。速度檢測器件采用光電碼盤，因其輸出為脈沖信號，可以通過計數(shù)器直接進入單片機，這樣就省去了不少中間環(huán)節(jié)，大大降低了成本。在運算過程中，算術(shù)邏輯單元不斷從存儲器中提取數(shù)據(jù)，并將運算結(jié)果送回存儲器中保存。和一般微處理器相比較， 8031 增加了四個 8位 I/O 口、一個串行口、 128B 的 RAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（ SFR）。 ～ ： P2口是一個 8 位準雙向 I/O 端口，它既可作為通用 I/O口使用，也可與 P1 口配和，作為外存儲器的高 8 位地址總線，輸出高 8位地址，使 P2 和 P1 口 一起組成一個 16 位片外存儲器單元地址。當采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 圖 單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機 8031 通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。片總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，即所謂的三總線結(jié)構(gòu)。在 CNC 裝置中一般有三種用途的內(nèi)存儲器和一些外存儲器（視需要配置）。設(shè)計中系統(tǒng)選取常用的 8位數(shù)據(jù)線的 6264做為擴展芯片。 該系統(tǒng)采用帶三態(tài)緩沖器的 8D 鎖存器 74LS373 作為外部地址鎖存器。存儲器所需要連接的地址線數(shù)目由存儲器芯片容量決定。實現(xiàn)了數(shù)字控制的目的。 BYTE1/BYTE 2：字節(jié)順序控制信號。 XFER ：傳送控制信號，低電平有效。 主軸電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 為了實現(xiàn)主軸電機的正反轉(zhuǎn)以及速度的可調(diào)。 24 特別是在頻率起停的應(yīng)用場合。 27 表 36 多功能輸入選擇功能表 端子記號 端子功能說明 規(guī)格 X1COM 多功能輸入選擇 1 X1至 X8為多功能輸入選擇 ， 可 依次 由 功能 碼119～ 126選擇所需功能，各功能碼的內(nèi)容對應(yīng)的能夠見多功能輸入選擇功能表 X2COM 多功能輸入選擇 2 X3COM 多功能輸入選擇 3 X4COM 多功能輸入選擇 4 X5COM 多功能輸入選擇 5 X6COM 多功能輸入選擇 6 X7COM 多功能輸入選擇 7 或測速輸入SM1 X8COM 多功能輸入選擇 8 或測速輸入SM2 FWDCOM 運行控制（正轉(zhuǎn) /停止） REVCOM 運行控制（反轉(zhuǎn) /停止） Y1COM 開路集電極輸出 1 Y1， Y2 對應(yīng)的功能碼為128， 129，功能見開路集電極輸出功能表 Y2COM 開路集電極輸出 2 P24COM 24V 電源 最大輸出電流 100mA VRFGND 外接頻率設(shè)定用電源 +10VDC VCIGND 模擬電壓頻率設(shè)定輸入 輸入范圍 0～ +10V CCIGND 模擬電壓頻率設(shè)定輸入 模擬電流頻率設(shè)定輸入 輸入范圍 0（ 2）～ +10V 輸入范圍 0（ 2）～ +10V FMGND 輸出頻率顯示 0～ +10V AMGND 輸出電流顯示 0～ +10V 28 TA， TB，TC 變頻器正常： TATB 閉合，TATC斷開 變頻器故障： TATC 閉合，TATB斷開 接 點 額 定 值250Vac2A,30Vdc1A 主軸電機控制電路 主軸電機控制電路如圖 所示。系統(tǒng)是通過控制步進電機來實現(xiàn)的。 Uh + 12 V T1 D 2 L T2 Rd D 1 = 1 R c U c U re f + 12 V UL ≥ 1 + + 驅(qū)動邏輯電路 電流檢測環(huán)節(jié) + 5v P 1. 0 圖 具有反饋控制的高低壓驅(qū)動電路 32 由電路可以看出，該電路是在通常的高低壓驅(qū)動電路中加設(shè)了電流檢測電阻 Rd 和反饋控制環(huán)節(jié)以及驅(qū)動邏輯電路 .電路的工作過程：當控制脈沖前沿來到時 異或門和或門的輸出都為“ 1”，則 高壓控制管 T1 與低壓控制管 T2 同時導(dǎo)通，主回路電流 i 按負指數(shù)規(guī)律上升： )(1)(1ri eIeRR U t/ τ0t/ τdCh ?? ???????? （式 31） 式中 Uh— 高電壓； Rc， Rd， r— 分別為限流電阻，電流檢測電阻和 繞組直流電阻； I0— 主回路初始電流； I0= Uh/（ Rc+Rd+r） τ — 主回路電氣時間常數(shù)（ mS）， τ=L/ （ Rc+Rd+r） L— 步進電機一相繞組的電感量（ mH） . 當電流上升到電機額定電流的 120%時，電流檢測電阻 Rd 上的電壓UC 大于參考電壓 Uref，檢測環(huán)節(jié)輸出一個正脈沖使高壓控制管關(guān)斷；此時由低壓電源 UL 經(jīng) D2向繞組供電，使維持電流為電機額定電流的90~100%.因低壓電源提供的維持電流小于高壓電源提供的上升電流； Rd上的電壓 Uc小于參考電壓 Uref，檢測環(huán)節(jié)不再輸出正脈沖，即在一個控制脈 沖周期內(nèi) T1 只導(dǎo)通 /截止一次，大大的減小了 T1 在切換過程中的功耗，使溫度下降 .而 T2 在整個控制脈沖的周期內(nèi)一直處于深度飽和，本身的壓降很?。ㄒ话阈∮?2伏）故發(fā)熱量很小 .控制脈沖及檢測脈沖與電流波形的關(guān)系見圖 。 圖 555 組成的施密特觸發(fā)器的工作原理 （ 2）轉(zhuǎn)速檢 測電路 為了在高速和低速時都能得到較高的精度我們采用 M/T 法測速電路，上述光電碼盤輸出的信號處理后，用 38253 的 T2 對其進行記數(shù)得到 M1同時用的 T1 對頻率為 FOSC 的高頻脈沖進行記數(shù)，得到記數(shù) M2 測速電路如圖 所示 P1 UT+ UT P2 擋光 受光 擋光 受光 擋光 37 G A T E 2 C L K 2 G A T E 1 C L K 2 Q C L K D 速度脈沖 測速起 / 停信號 取 8031 的 I N T 1 端 高頻脈沖 3 8253 圖 轉(zhuǎn)速檢測電路 綜上所述， 半閉環(huán)進給系統(tǒng)的設(shè)計，是 通過鍵盤輸入給定的 X 軸 Y軸的坐標，通過單片機內(nèi)部處理，使單片機輸出的脈沖經(jīng)過光電隔離開關(guān)送入步進電機的驅(qū)動電路，對步進電機實施控制。定時器啟動時后，能對輸入端的脈沖進行記數(shù)，當減法計數(shù)器減至零時，在 TIMOUT端輸出一個脈沖信號。如下圖 所示。 PB0～ PB7是 8 根行線， PC0～ PC5 是 8 根列線，在列線與行線的交叉點上安裝按鍵。 12V 電壓，以及驅(qū)動步進電機的 80V 高壓電源， 43 +12V、 12V、 +5V 電源的設(shè)計 電源在進行電源設(shè)計時功率交流輸入端加一級電源濾波器，以降低工頻頻率的干擾，本方案的直流穩(wěn)壓電源采用通用的橋式全波整流大電容濾波和三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器，輸出電路由 +12V 穩(wěn)壓供給從而大大降低了電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率等指標，為了保證 電路的有效性和可靠性。 （ 1） UZ 的確定： UZ 是穩(wěn)壓管兩端的電壓，我們可以根據(jù)對穩(wěn)壓管的選型來確定穩(wěn)壓管兩段端的電壓，由于要求是 80V 的電壓，所以這里我們選擇穩(wěn)壓管的型號為 IN6023（最大耗散功率 、最大工作電流 ）它可以穩(wěn)定 91V 的電壓，再根據(jù)對取樣比的調(diào)節(jié)，我們就可以得到穩(wěn)定的 +80V 電壓。轉(zhuǎn)速檢測子程序流程圖 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 所示 開 始 初始化 調(diào)用鍵盤掃描子程序 調(diào)用顯示子程序 采樣周期到否？ 調(diào)用 D / A 子程序 清標志位 計算偏差 e ( k ) 調(diào)用 P I D 子程序 調(diào)用步進電機控制子程序 清 D / A 標志位 N Y 47 圖 主程序流程圖 鍵盤子程序流程圖 鍵盤子程序流程圖如圖 所示。 u( k ) u( k 1) u( k ) u ( k 1) u( k ) e ( k ) 輸出 u( k ) N N Y 入口 取 e ( k ) 取 α 0 *e ( k ) 取 α 1 *e ( k 1) u( k 1 ) u ( k ) e ( k 1 ) e ( k ) 返 回 e ( k ) 是否大于 ε e ( k ) 0? Y 圖 PID 控制算法子程序流程圖 52 轉(zhuǎn)速檢測子程序流程圖 轉(zhuǎn)速檢測子程序流程圖如圖 所示。運行中，將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)軟件譯碼形成段選碼后，通過 P0 口輸出給 8155 的 PA口；將要顯示的數(shù)的位置（位選碼），也通過 P0 口輸出給 8155 的 PB口，這樣被選中的位就被電亮。所以要確定 F 就得確定 R1和 R2。其中正電源輸出的穩(wěn)壓選用 W7800 系列的三端穩(wěn)壓器，負電壓輸出的穩(wěn)壓選用W7900系列的三端穩(wěn)壓器，其電路圖如圖 所示。 PB口的 8 根列線按一定時間間隔輪流輸出低電平。總共有兩種顯示方式：分別為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 D0～ D7 是地址、數(shù)據(jù) 線，因為芯片內(nèi)含有地址鎖存器，因此，既能傳遞地址信息，又能傳送數(shù)據(jù)信息。通過單片機內(nèi)部比較，進行調(diào)整，再輸出脈沖控制步進電機，形成一個閉環(huán)控制電路。 電感 L=8mH。 所以系統(tǒng)設(shè)計了步進電機的驅(qū)動電路。來檢測變頻器的正常工作狀態(tài)。 ④ 內(nèi)含制動組件，如制動容量不夠， 可在 PB， P 之間外配電阻或在 P、 N 間外接制動組件； ⑤ 輔助電源引自正負母線 P 和 N。為了使電機的控制更加靈活和方便，系 統(tǒng)采用 了 具 有 多 種 功 能 和 優(yōu) 越 性 的 TD2020 系 列 變 頻 器TD20204T0055G/0075P，來實現(xiàn)對電機的各種運行狀態(tài)進行控制， （ 1）變頻器的概述 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。 （ 3） DAC1208 與 8031 單片機接口如圖 所示。 CS：片選信號，高電平有效。 D/A 轉(zhuǎn)換電路的選擇 對于 D/A 轉(zhuǎn)換的設(shè)計，為了提高分辨率，系統(tǒng)選用了 12 位的 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC1208。在圖 中， 6264 和 2764 接入 13 根地址線（ ～ 、 ～ ），使用 作為片選控制線等。 ① 數(shù)據(jù)線的連接： 存儲器芯片的數(shù)據(jù)線一般連接到 8031 的 P0 端口。 ① 6264 芯片的引腳 62664芯片的引腳排列如圖 所示 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 N C / A 14 A 12/ A 12 A 7/ A 7 A 6/ A 6 A 5/ A 5 A 4/ A 4 A 3/ A 3 A 2/ A 2 A 1/ A 1 A 0/ A 0 D 0/ D 0 D 1/ D 1 D 2/ D 2 G N D / G N D V CC /V CC WE / WE C S 2/ A 13 A 8/ A 8 A 9/ A 9 A 1 1/ A 1 1 O E / O E A 10/ A 10 C S 1/ C S D 7/ D 7 D 6/ D 6 D5 / D 5 D 4/ D 4 D