【正文】 號。第四章 控制系統(tǒng)的設計 控制系統(tǒng)總體方案的擬定.,如車床、銑床、:通信接口軟件微機 步進電機驅動電路步進電機機床開關量控制電路主運動驅動電路主軸電動機圖41控制系統(tǒng)基本組成圖 總控制系統(tǒng)硬件電路設計 單片機的設計MCS51系列單片機的設計MCS51系列單片機的所有產品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時/計數(shù)器及一些其他特殊部件）。由于選擇的導軌為直線滾動導軌由《指導書》式220L＝50（）每個滑塊的的工作載荷取硬度系數(shù)＝、=＝、＝2預設導軌壽命L=50KM 則根據(jù)此壽命可算出＝ 3267kN故選導軌型號GDA20SV符合要求，查《指導書》表2－16可知其= 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的數(shù)字控制執(zhí)行機構。步進電動機控制系統(tǒng)由硬件電路和軟件程序兩部分組成。 系統(tǒng)設計參數(shù)設計分組最大銑刀直徑最大銑削寬度ae最大銑削深度ap加工材料工作臺加工范圍（mm）最大移動速度416mm5mm2mm碳鋼X=200,y=1503m/min圖21工作臺草圖當傳動比i=1時，可用聯(lián)軸器直接將電機與絲杠連接，這種結構有利于簡化結構，提高精度。因此, 較典型的銑床數(shù)控改造方案可選擇為: 配置專用銑床數(shù)控改造系統(tǒng), 更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。( 5 ) 刀架是否需要配置自動轉位刀架, 若配置需要確定工位數(shù)。( 2 ) 進給運動:進給速度: Z 向( 通常為8～400mm/min ) 。因此, 我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中, 應在考慮各種情況下, 使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近?，F(xiàn)在，數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術(Computer Numerical Control )，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。 數(shù)控(Numerical Control,NC 數(shù)字控制)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。，對執(zhí)行機構進行控制。第一章 緒論 機床數(shù)控改造的意義畢業(yè)設計是機床數(shù)控系統(tǒng)課程的十分重要實踐環(huán)節(jié)之一。主要考慮計算機的選擇或單片機構成電路的選用，考慮電機選擇及驅動力矩的計算，控制電機電路的設計。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的控制功能。 并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造,機床的改造主要具備兩個條件: 第一，機床基礎件必須有足夠的剛性。 X 向( 通常為2 ～100mm/min )。( 6 ) 其他性能指標選擇:插補功能: 銑床加工需具備直線和圓弧插補功能。目前較典型的經(jīng)濟型專用銑床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能:( 1 ) 采用單片微機為主控CPU, 具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數(shù)碼管二坐標同時顯示、自動轉位刀架控制、螺紋加工等控制功能。由 i=(公式21) ①，θb為步進電機步距角Lo為滾珠絲杠導程、為系統(tǒng)脈沖當量。硬件方法就是用脈沖分配器來實現(xiàn), 但是硬件方法的結構復雜,而且成本也很高。它將電脈沖信號轉變成角位移, 即給一個脈沖信號,步進電機就轉動一個角度, 因此非常適合于單片機控制。在控制系統(tǒng)設計中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。RST/VPD（9腳）：當振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的高電平將使單片機復位（RST）。ALE端可以驅動8個TTL負載。所以該引腳必須接地，即此時只能訪問外部程序存貯器。P3口（）：為8位準雙向I/O口，是雙功能復用口，可驅動4個TTL負載。用作程序存貯器的常用的器件是EPROM。如果只擴展一片程序存貯器EPROM，故可將片選端CE直接接地。正因為如此，數(shù)據(jù)存貯器與程序存貯器可完全重疊，均為0000HFFFFH，但數(shù)據(jù)存貯器與I/O口與外圍設備是統(tǒng)一遍址的，即任何擴展的I/O口以及外圍設備均占用數(shù)據(jù)存貯器地址。6264的地址范圍為0000H7FFFH。鍵盤/顯示器接口采用8279芯片，因為8279芯片是專用的鍵盤/顯示器接口芯片，還可以編程。8279配置的8位共陰極LED顯示器，其字位線由掃描線SL0～SL2經(jīng)譯碼器、驅動器提供，字段線由OUTA0～OUTBAOUTB0～OUTB3通過驅動器提供。C口：可分為兩個4位口，用于輸入或輸出；也可用作A口、B口的狀態(tài)控制信號。接著對列線進行掃描以判斷是哪一列閉合。這種筆畫式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量較少，但控制簡單，使用方便。8255的A口掃描總是一位為高電平，即6位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它為高電平。若鍵盤中有一鍵失靈，就可能導致不能取得操作者的控制指令，而使系統(tǒng)失常。軟件設計工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質性的功能；另一類是監(jiān)控（管理）軟件，它是控制微機系統(tǒng)按預定的操作方式運轉的程序。數(shù)控系統(tǒng)加工程序管理與操作模塊插補功能間隙補償步進電機控制速度控制環(huán)行分配管理模塊程序設計自動換刀程序設計鍵盤程序顯示程序鍵盤診斷中斷功能診斷圖46數(shù)控系統(tǒng)框圖第五章 步進電機的控制數(shù)控機械的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般用步進電機作為執(zhí)行驅動元件，因此又稱為開換步進控制系統(tǒng)。再通過機械傳動使電機的轉向、轉速、轉角變?yōu)楣ぷ髋_的進退、移動速度和位移量。如按一定規(guī)律給步進電機一串連續(xù)電脈沖信號，步進電機便一步一步地連續(xù)旋轉。步進電機的控制主要由脈沖分配和驅動電路兩部分組成。從加工效率的觀點而言，我們總是希望要求步進電機的運行速度盡可能快些，快速地達到控制終點。反之，從高速運行，到停止也應該有減速的措施。橫坐標是步數(shù)，其本質上也是位移距離。則同上面的分析方法，有： （48）在步進電機運行了x步（x=P,P+1,…P+S）是4，對應的時間為，有： （49）同理，在步進電機運行了x1步時，對應的時間為，有： （410）式（49）與式（410）相減，得減速階段相鄰兩步的時間間隔Tx為： （411）把式（48）代入式（411）得： x=P,P+1,…,P+S （412）當x=P時，以后各步x(x=P～P+S)間的步進時間間隔可用式（412）遞推出來。終點計數(shù)判別可用兩個方向坐標值來判斷，也可由一個方向的坐標值來判斷。對8位機，一般可用2字節(jié)，而行程較大時則需用3字節(jié)或4字節(jié)才能滿足長度和精度要求。 MOV 2AH, 00H。發(fā)光器件一般為砷化鎵紅外發(fā)光二極管。下圖是使用4N25光電耦合器的接口電路，這里4N25起到耦合脈沖信號和隔離單片機8031系統(tǒng)與輸出設備電氣回路的作用，使兩部分的電流相互獨立。在設計的過程中既要自己不斷的去思考、創(chuàng)造，學會借用現(xiàn)有的資料，又要掌握查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊、及相關技術資料的基本技能以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。此次畢業(yè)設計才會順利完成。由于設計時間和自身水平有限，里面有錯誤或不妥之處，敬請批評指正。 參考文獻[1] 鄭堤 .唐可洪 主編. 《機電一體化設計基礎》. 北京：機械工業(yè)出版社，2006 [2] 何立民主編. 《單片機高級教程》. 北京：北京航空航天大學出版社 ，2000 [3] 上海市科學技術交流站. 《金屬切削手冊》.上海：上海人民出版社 ，1995[4] 馮辛安主編. 《機械制造裝備設計》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2006 [5] 鄒青主編. 《機械制造技術基礎課程設計指導教程》. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2005 [6] 周開勤主編. 《機械零件手冊》第五版. 北京：高等教育出版社 ,2001[7] 周湛學主編. 《銑工》. 化學工業(yè)出版社 ，2005 [8] [J].電訊技術：2002[9] [M].北京：機械工業(yè)出版社，.[10] 甘永立主編．幾何量公差與檢測第五版[M]．上海，上海科學技術出版社，．[11] 陳秀寧、[M].，.[12] [M].北京：機械工業(yè)出版社,[13] 成大先主編．機械設計手冊單行本機械傳動[M]．北京：化學工業(yè)出版社，．致謝首先誠摯地感謝我的導師，在畢業(yè)設計的這段時間里，得到了他的悉心指導和幫助。圖56 光電隔離電路 驅動電路由微機根據(jù)控制要求發(fā)出的脈沖，并依次將脈沖分配到各相繞組，因其功率很小，電壓不足５Ｖ，電流為mＡ級，必須經(jīng)過驅動器將信號電流放大到若干安培，才能驅動步進電動機．因此，步進電機驅動器實際上是一個功率放大器．驅動器的質量直接影響步進電動機的性能，驅動器的負載是電機的繞組，是強電感應負載．對驅動器的主要要求是：失真要小，要有較好的前后沿和足夠的幅度；效率要高；工作可靠；安裝調試和維修方便．圖57是一個Ｌa繞組的高低壓驅動電路，脈沖變壓器Ｔp組成高壓控制電路。由于發(fā)光二極管是電流驅動器件，動態(tài)電阻很小，對系統(tǒng)內外的噪聲干擾信號形成低阻抗旁路，因此抗干擾能力強，共模抑制比高，不受磁場的影響，特別是用于長線傳輸時作為終端負載，可以大大地提高信噪比。 MOV 2EH, 00H。插補程序所用的內存單元如下：28H29H2AH2BH2CHA0HXEYEXYFM電機正反轉控制字電機正反轉控制字為：D7D6D5D4D3D2D1D0D1D0為X向電機控制位。當XEYE，則用Y方向走的總步數(shù)YE作為終點判別的依據(jù)。主程序設T0初值地址指針設頻率階梯計數(shù)