【文章內(nèi)容簡介】 于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁?？偩€則是CPU與存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如3—1所示。由于MCS—51系列單片機在我國機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價廉，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟型數(shù)控車床改造的需要。C6140數(shù)控改造以8031CPU組成的單板機為數(shù)控控制系統(tǒng)。也可直接購買國內(nèi)較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品做為數(shù)控裝置，如南京大方數(shù)控設(shè)備公司生產(chǎn)的JWK系列數(shù)控產(chǎn)品。 單板機控制系統(tǒng)的設(shè)計1. 硬件配置存貯器選用1片4K8的2732EPROM和1片8K8位的6234RAM。監(jiān)控程序固化在2732EPROM內(nèi)，各功能模塊程序及常用零件的的加工存放在2732EPROM內(nèi)。1片6234RAM做為調(diào)試程序存放和運行程序的中間數(shù)據(jù)存放用。I/O接口芯片選用8155可編程I/O擴展接口，它的A口做為X、Y進給系統(tǒng)步進脈沖的輸出口，其中PA0~PA2為X向的輸出口，PA3~PA5為Y向輸出口。B口為為位控方式，其中PB4~PB7為Y、+Y、X、+X的行程越位信號輸入。顯示由8位LED構(gòu)成，具有24鍵的鍵盤。2. 存貯器空間分配單板機可尋址范圍是64K字節(jié)，板上提供的插座占16K，已插入的芯片占10K，其余以備擴展使用。其存貯空間分配如下。0000H~07FFH 2KB EPROM 放監(jiān)控程序0800H~0FFFH 2KB EPROM 放零件加工程序1000H~17FFH 2KB RAM 調(diào)試程序2000H~27FFH 2KB RAM 測試程序等3. I/O口地址分配單板機設(shè)置I/O口地址為80~9FH共32個口地址，分配如下。80H~83H MCS—51 803184H~87H 字形鎖存88H~8BH 字位鎖存8CH~8FH 讀鍵值90H~9FH 用戶使用4. 光電隔離電路在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖信號經(jīng)功率放大器后控制步進電機勵磁繞組。由于步進電機需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果將輸出信號與功率放大器直接相聯(lián)，將會引起強電干擾。輕則影響計算機程序的正常工作，重則導(dǎo)致計算機和接口電路損壞。所以一般在接口電路功率放大器之間都要接上隔離電路。MCS51單片機數(shù)控系統(tǒng)的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，可以用軟件來代替可變頻率脈沖源和環(huán)形分配器等硬件，對步進電機進行控制。用軟件完成環(huán)形分配的優(yōu)點是線路簡單，成本低，可以靈活的改變步進電機的控制方案，驅(qū)動功率放大功能仍由硬件完成。環(huán)形分配器邏輯序列的產(chǎn)生可用循環(huán)移動和查表法實現(xiàn)，本次數(shù)控改造采用JBF系列三相六拍步進電動機，因此，脈沖分配采用三相六拍分配方式。 以X 向步進電機為例，其環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表如下：環(huán)形分配器的輸出狀態(tài) 節(jié)拍序號 地址 代碼 C相 B相 A相 通電順序 0 0700H 01H 0 0 1 001 1 0701H 03H 0 1 1 011 2 0702H 02H 0 1 0 010 3 0703H 06H 1 1 0 110 4 0704H 04H 1 0 0 100 5 0705H 05H 1 0 1 101 將上述步進電機所需的環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表存入EPROM中，根據(jù)加工程序的需要，依次取出表地址至PA口，驅(qū)動X向步進電機。按以上順序進行通電，電機正傳，反之電機反轉(zhuǎn)。X向電機與X向相同，其脈沖輸出狀態(tài)表略。 控制步進電機的速度，實際上是改變輸出狀態(tài)碼之間的間隔時間，通過調(diào)用軟件延時子程序，或者用微機定時器，通過設(shè)定時間常數(shù)加以控制，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出不同頻率的時鐘脈沖，實現(xiàn)不同的電機轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)，采取調(diào)用軟件延時子程序的方法。在數(shù)控系統(tǒng)中，專門將一些寄存器作為步進電機的控制寄存器?？刂谱諪CW用來控制電機轉(zhuǎn)動，通過控制寄存器中的狀態(tài)，使步進電機按確定的運行方式工作。在FCW控制字中，對步進電機的方向控制位，轉(zhuǎn)動控制位以及停止控制位。分別進行定義。FCW中各個控制位含義如下：D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0，且D0X向轉(zhuǎn)?？刂莆唬?轉(zhuǎn)動；0停止）；D1X向方向位（1正轉(zhuǎn)；0反轉(zhuǎn)）；D2Y向轉(zhuǎn)停控制位（1轉(zhuǎn)動；0停止）；D3Y向方向位（1正轉(zhuǎn)；0反轉(zhuǎn)）。第4章 機械部分改造與計算 原始數(shù)據(jù)分析 1. ，1400r/min，最大水平拖動力1500kg=1500N，進給最大速度縱、工件最大重量，500Kg=5000N，機動范圍 縱向680mm、橫向240mm 2. 工藝數(shù)據(jù) 工件加工余糧：最大銑削寬度7mm，最大銑削深度40mm。 刀具數(shù)據(jù)：高速鋼圓柱銑刀，直徑mm，斜刀齒數(shù)34。 工藝數(shù)據(jù)：主軸轉(zhuǎn)速150190r/min，走刀速度4060mm/min。3. 機床進給部件重量估計 軸向（X軸）工作臺，約重220kg=2200N 縱向（Z軸）工作臺約為450kg=4500N 為防止升降臺自行下劃，原機床設(shè)置有單向超越離合器及摩擦片制動器，而且為了保證工件可靠，將摩擦阻力調(diào)到略大于升降臺的重力，在數(shù)控改造后仍要保留此功能，這樣在實際運動時下降的阻力最大，按12KN計算。 滾珠絲杠螺母副的選用設(shè)計（X向）銑床工作臺的進給運動，由進電機的轉(zhuǎn)動，然后帶動銑床絲杠傳動。在數(shù)控銑床上的絲杠傳動，可以用普通的絲杠傳動，也還有應(yīng)用滾珠絲杠來轉(zhuǎn)動。原因是普通絲杠傳動摩擦系數(shù)大，效率低，傳動中有間隙。雖然傳動中的間隙可以用一些辦法來補償，修正，但總是不太穩(wěn)定。 所以，在數(shù)控銑床上要采用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠傳動有一系列的優(yōu)點，但制造工藝較為復(fù)雜，成本高，在某些應(yīng)用上受到一定的限制，但隨著數(shù)控機床的發(fā)展，它的使用將會更加廣泛。 滾珠絲杠傳動都使用防護罩，以防止空氣中的塵土和其它雜物等進入。 滾珠絲杠和滾珠螺母組成滾珠絲杠螺母副，它是把步進電機的轉(zhuǎn)動－角位移，變換成數(shù)控車床工作臺的的直線位移。 滾珠絲杠螺母副，也簡稱為滾珠絲杠副，是一種新的傳動機構(gòu)，它是在絲杠和螺母的螺旋槽之間裝有滾珠，以此作為中間元件的一種傳動機構(gòu)。絲杠和螺母上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線的滾道,滾珠相對于螺母上的滾道滾動,在螺母的螺旋槽兩端應(yīng)用擋住器擋住,沿著這個回路滾道從新返回到滾道的另一端,可以循環(huán)進行不斷地滾動.滾珠絲杠副的優(yōu)點是:傳動效率高,因為它是滾動摩擦,如功率損耗小,傳動平穩(wěn),磨損小,一是:一般的絲杠傳動總是有間隙,而滾珠絲杠可以消除間隙,所以當絲杠轉(zhuǎn)動反向時,可以沒有空程,提高了反向的定位精度,:一般的絲杠傳動只能使旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,而滾小,所以既能把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,也可以從直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\動,珠絲杠副由于傳動的摩擦系數(shù)具有傳動的可逆性,因此可以作為主動件,也可以作為從動件.它也有缺點,主要是元件的精度要求高,光潔度要求也高,所以制造工藝很復(fù)雜,一般要求磨削成型,因而制造困難,也限制了使用.又由于傳動的可逆性,所以不能自鎖,當應(yīng)用在垂直傳動裝置時,由于自重和慣性的關(guān)系,在下降過程中不能立刻停止,因此還需要備有制動裝置.滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)盡管在形式上有很多類型，但其主要區(qū)別是在螺紋滾道的型面形狀，滾珠循環(huán)的方式，軸向間隙的調(diào)整和加預(yù)緊力的方法等三個方面。(1)螺紋滾道型面的形狀螺紋滾道型面的形狀有很多種，目前國內(nèi)正式投產(chǎn)的，僅有單圓弧型面和雙圓弧型面兩種，如圖4－1所示。滾珠與滾道型面接觸點法線與絲杠軸線的垂線之間的夾角，稱為接觸角（）。（a） (b)圖4－1 滾珠絲杠副螺紋滾道型面的截形（a）單圓??； （b）雙圓弧（2） 單圓弧型面 一般滾道的圓弧半徑要比滾柱的半徑