【文章內(nèi)容簡介】 具備3/6拍轉(zhuǎn)換控制信號 具備脫機(jī)（FREE）控制信號 靜止時(shí)自動半電流鎖定 輸入輸出信號光電隔離（2） 適配電機(jī)11150系列三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（3） 輸入輸出端子端子標(biāo)記功能說明CP步進(jìn)脈沖信號輸入端光耦開通沿有效，最小脈寬10usCW/CCW方向控制信號輸入端光耦關(guān)斷時(shí)為正轉(zhuǎn)，關(guān)斷時(shí)為反轉(zhuǎn)F/H步距控制信號輸入端光耦關(guān)斷時(shí)為6拍，開通時(shí)為3拍FRE脫機(jī)控制信號輸入端光耦開通時(shí)輸出電流為0，電機(jī)無鎖定轉(zhuǎn)矩POW電源指示輸出光耦副邊集電極開路輸出（50V/20mA）。電源正常時(shí)POW腳和COM腳之間三極管開通TIM相原點(diǎn)指示輸出光耦副邊集電極開路輸出（50V/20mA）。相原點(diǎn)時(shí)TIM腳和COM腳之間三極管開通COM信號公共端CP、CW/CCW、F/H、FRE、POW、TIM內(nèi)部光耦的公共地POWER電源指示電源正常時(shí)發(fā)光管亮（紅色）TIMING相原點(diǎn)指示相原點(diǎn)時(shí)發(fā)光管亮（綠色）AA相頭輸出AA相尾輸出BB相頭輸出BB相尾輸出CC相頭輸出CC相尾輸出AC220V電源輸入額定電壓AC220V（AC110～220V），10A 注：信號輸入腳內(nèi)部光耦和電阻適合于5V信號，非5V信號請?jiān)谕獠考酉鄳?yīng)電阻（4） 硬件連接（5）、安裝尺寸 脈沖編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器每轉(zhuǎn)發(fā)出一定數(shù)量的脈沖。因此，每個脈沖代表一定的轉(zhuǎn)角。這個轉(zhuǎn)角經(jīng)絲杠使執(zhí)行件移動一定的距離。每個脈沖所對應(yīng)的執(zhí)行件移距，稱為脈沖當(dāng)量或增量或分辨率，設(shè)為a(mm每脈沖)。伺服電動機(jī)每轉(zhuǎn)，反饋裝置應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)b為 可知=5mm a= i=1 則 b=500個 查得可選旋轉(zhuǎn)編碼器參數(shù)如下： ⑴ 特征性能：① 旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)集機(jī)、光、電技術(shù)于一體，通過光電轉(zhuǎn)換，強(qiáng)角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字信號輸出的位移傳感器。與數(shù)控系統(tǒng)配套使用，實(shí)現(xiàn)各種螺紋的自動加工；② 工作電壓：DC+5V；③ 分辨率：1200P/R。 ⑵ 接線表： 信 號＋VSIG ZSIG AOVSIG BSIG SIG SIG 屏 蔽插座號（7芯）12345－－－67插座號（10芯）12345678910注：① 航插7腳已接編碼器外殼，電纜屏蔽線應(yīng)接航插的7腳（7芯），或10腳（10芯），另一端屏蔽線應(yīng)懸空。② 標(biāo)準(zhǔn)電纜長度為3米。 ⑶ 安裝尺寸第四章 微處理數(shù)字控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 微處理數(shù)控設(shè)計(jì)概述數(shù)控系統(tǒng)是在硬件的支持下，執(zhí)行軟件未進(jìn)行工作的。其控制功能在相當(dāng)程度 L取決于硬件結(jié)構(gòu)。最早的數(shù)控系統(tǒng)采用硬接線方式（ NC），其通用性和靈活性差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，硬接線方式數(shù)控（NC）系統(tǒng)很快被計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）系統(tǒng)所取代?，F(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)取代了小型計(jì)算機(jī)，隨之出現(xiàn)了微機(jī)數(shù)控（MNC）系統(tǒng)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床所配的控制系統(tǒng)都為MNC系統(tǒng)，但是習(xí)慣上仍然沿用計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）一詞。 按照美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)化委員會的定義，CNC系統(tǒng)是借助于計(jì)算機(jī)通過執(zhí)行其存貯器內(nèi)的程序來完成數(shù)控要求的部分或全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動裝置的一種專門計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。CNC是在NC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其部分或全部控制功能通過軟件來賣現(xiàn)。只要更改控制程序，無需更改硬件電路，就可改變控制功能。因此，CNC系統(tǒng)在通用性、靈活性、使用范圍諸方面具有更大的優(yōu)越性。 CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置，CNC裝置主要用于控制機(jī)床的運(yùn)動，完成各種曲線輪廓的加工。不論進(jìn)行哪種加工，CNC裝置都執(zhí)行同一基本控制流程，即首先讀取零件程序（輸入），再進(jìn)行程序段的譯碼（對數(shù)控源程序代碼進(jìn)行翻譯）和預(yù)處理（刀具補(bǔ)償處理和進(jìn)給速度處理），然后根據(jù)程序段指令，進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算和位置伺服控制。車床數(shù)控系統(tǒng)是專為控制車床而設(shè)計(jì)的CNC系統(tǒng)，用戶根據(jù)零件圖紙，按照規(guī)定的格式，編制出零件加工程序，然后通過鍵盤把程序輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在管理程序的控制下，通過專用控制程序（數(shù)控軟件）把用戶加工程序（應(yīng)用軟件）轉(zhuǎn)化成一定數(shù)量（位移）和頻率（速度）的脈沖信號。這些指令脈沖經(jīng)過擴(kuò)展的I/O口和光電隔離，再經(jīng)過功率放大，然后驅(qū)動兩臺步進(jìn)電機(jī)，帶動工作臺和刀架完成縱、橫兩個方向的進(jìn)給，使車刀走出直線、斜線或圓弧等軌跡。自動刀架上可裝四把刀，當(dāng)需要換刀時(shí)，由計(jì)算機(jī)發(fā)出驅(qū)動刀架旋轉(zhuǎn)的信號，經(jīng)過驅(qū)動電路使刀架電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動刀架換位。刀架到位夾緊后，給計(jì)算機(jī)一個回答信號。計(jì)算機(jī)接到回答信號后再繼續(xù)執(zhí)行下一道加工程序，從而完成對各種零件表面的加工。主軸脈沖編碼器是用來車削螺紋的。它把主軸旋轉(zhuǎn)的角位移以電脈沖的形式輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過軟件控制使車刀的進(jìn)給運(yùn)動與工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動保持正確的運(yùn)動關(guān)系。本章將對其各硬件部分進(jìn)行討論。 微處理CPU選擇及其接口芯片微處理數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部件，決定了機(jī)床的加工能力，它由眾多芯片組成，本屆將詳細(xì)討論。 微處理器 當(dāng)控制功能不十分復(fù)雜，多采用單微處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器結(jié)構(gòu)多采用以下兩種結(jié)構(gòu)形式：l）專用型。專用型數(shù)控系統(tǒng)其硬件是由制造廠專門設(shè)計(jì)和制造的，因此不具有通用性。其中又有大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)之分。大板結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置，將主電路板做成大印刷板電路板，其它電路板為小板，小板插在大板的插槽內(nèi)。模塊化結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置，將整個數(shù)控裝置按功能劃分若干模塊，每個功能模塊制成尺寸相同的印刷電路板，各印刷電路板均插到母板的插槽中。2）通用型。通用型數(shù)控裝置指的是采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)（如工業(yè)M機(jī)）構(gòu)成的數(shù)控裝置。只要裝入不同的控制軟件，便可構(gòu)成不同類型的數(shù)控裝置，無需專門設(shè)計(jì)硬件，因而具有比較大的通用性，硬件故障維修方便。 為了滿足高速化、復(fù)合化．智能化、系統(tǒng)化等要求，現(xiàn)代數(shù)控裝置多采用多微處理器結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是： （1）多微處理器結(jié)構(gòu)多采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有比較好的擴(kuò)展性。 （2）多微處理器結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置可提供多種供選擇的功能，可以配置多種控制軟件，因而可適用于多種機(jī)床的控制。 （3）由于新元器件（如超大規(guī)模集成電路）和新技術(shù)的使用，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。 （4）具有很強(qiáng)的通信功能，能很方面地進(jìn)入FMS、CIMS。 （5）采用多種語言顯示。本論文所研制的車床控制系統(tǒng)，由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，采用單微處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器結(jié)構(gòu)數(shù)控裝置，由于只有一個微處理器，因此多采用集中控制，分時(shí)處理的方式完成數(shù)控的各種任務(wù)。有的數(shù)控裝置雖然有兩個或兩個以上的微處理器，但其中只有一個微處理器能夠控制系統(tǒng)總線，占用總線資源，而其它微處理器不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，只作為一個智能部件工作，各微處理結(jié)構(gòu)組成主從結(jié)構(gòu)，這種數(shù)控裝置也屬于單微處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器的數(shù)控裝置其處理器（CPU）通過總線與存儲器（RAM、EPROM），可編程邏輯控制器（PLC）、位置控制器及各種接口（如電動機(jī)驅(qū)動器接口、I/O接口和MDI/CRT接口等）相連。由于所有數(shù)控功能，如數(shù)據(jù)儲存、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入/輸出控制、顯示等由一個微處理器完成，因此這這種數(shù)控裝置的功能將受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制。為了提高處理速度，增強(qiáng)數(shù)控功能，常采用以下一些措施：l 采用協(xié)處理器（增強(qiáng)運(yùn)算功能、提高運(yùn)算功能）；l 由一些硬件完成一部分工作；l 采用帶有微處理器的PLC和CRT等智能部件。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置常采用8位的微處理器芯片或采用單片機(jī)芯片（8位或16位）作為微處理器，一般數(shù)控裝置常采用16位或32位微處理器芯片。常見的有：Inle公司的80880880185028803880486 MOt（）IO］O公司的6800、68068000、68068068030； Zilog公司的280、28000、280000。 現(xiàn)在，有些數(shù)控裝置已采用64位微處理器芯片。本論文所研制的數(shù)控系統(tǒng)屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，為了得到較高的性能價(jià)格比，采用單片機(jī)作為微處理器。在我認(rèn)為，現(xiàn)階段流行的單片機(jī)為 MCS51和 MCS96系列的單片機(jī)。 MCS51系列在總體性能上不如 MCS96系列，但是， MCS51系列由于有一個布爾處理機(jī)，所以，其在進(jìn)行邏輯處理時(shí)，表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)越性，這為編制軟件時(shí)處理各種各樣的狀態(tài)量帶來很大的便利。本系統(tǒng)采用8031芯片，8031單片機(jī)內(nèi)部沒有程序存儲器，因此必須外接EPROM電路。一個8031單片機(jī)最多可外接64KB外部程序存儲器，系統(tǒng)的單片機(jī)外接了一個EPROM芯片插座，可以插接27256（32K8）或者27512（64K8），二者通過跨接線選擇。8031單片機(jī)內(nèi)部僅有128字節(jié)的RAM存儲器，為了存放用戶加工程序和加工數(shù)據(jù)。必須外接數(shù)據(jù)存儲器。為此，車床開環(huán)系統(tǒng)利用8031單片機(jī)的擴(kuò)展功能，外接了一片6264（8K8）隨機(jī)存取存儲器（RAM）。 8031本身提供給用戶的I/O口并不多，只有P1口8位I/O線和P3口的某些位可作輸入輸出線用，這對于微機(jī)數(shù)控和數(shù)字調(diào)節(jié)是不夠的。因此，車床開環(huán)系統(tǒng)對I/O口也進(jìn)行了擴(kuò)展，采用了一片8255可編程并行I/O接口和一片8279可編程鍵盤、顯示接口芯片。為了使用戶能輸入加工程序，車床開環(huán)系統(tǒng)配備了一個ISO編碼鍵盤和一組顯示器。其中的編碼鍵盤即為該數(shù)控裝置的面板，采用薄膜面板、觸摸式按鍵。鍵盤與CPU板通過一插口相連拔插方便。車床開環(huán)控制系統(tǒng)CPU板接線圖如下圖所示： 車床開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)CPU板原理圖 CPU板各芯片的簡介以及接口電路 微處理器8031 8031單片機(jī)內(nèi)部僅有128字節(jié)的RAM存儲器，為了存放用戶加工程序和加工數(shù)據(jù)。必須外接數(shù)據(jù)存儲器。為此，車床開環(huán)系統(tǒng)利用8031單片機(jī)的擴(kuò)展功能，外接了一片6264（8K8）隨機(jī)存取存儲器（RAM）。 8031本身提供給用戶的I/O口并不多，只有P1口8位I/O線和P3口的某些位可作輸入輸出線用，這對于微機(jī)數(shù)控和數(shù)字調(diào)節(jié)是不夠的。因此，車床開環(huán)系統(tǒng)對I/O口也進(jìn)行了擴(kuò)展，采用了一片8255可編程并行I/O接口和一片8279可編程鍵盤、顯示接口芯片。 8031管腳圖 儲存器 數(shù)控裝置的軟件分系統(tǒng)軟件和用戶軟件。系統(tǒng)程序通常存放在可擦除的只讀存貯器EPROM中，采用專門的寫入器將程序?qū)懭耄绦蛞坏懭氡憧砷L期保存。寫入的程序可以用紫外線擦除。常用的EPROM有271273276271227256等。系統(tǒng)程序也可存放在電可改寫的只讀存貯器莊PROM中，如2864等中。用戶軟件即零件加工程序，存放在RAM中。運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)和參數(shù)也存放在RAM中?？梢允筊AM隨機(jī)讀寫，但斷電后信息隨即消失，而零件加工程序和一些重要參數(shù)必須長期保存，為此，數(shù)控裝置的RAM常帶有后備電池，或者將零件加工程序、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)和參數(shù)等存放在磁泡存貯器、EPRAM或Flash Memory等非易失性數(shù)據(jù)存貯器中。本系統(tǒng)采用8031單片機(jī)作為微處理芯片，采用EPROM27256存貯器，用于存放系統(tǒng)監(jiān)控程序己經(jīng)足夠，故不需另外擴(kuò)展程序存儲器。27256的儲存容量是32k8位，其引腳如圖示。 27256管腳圖芯片的主要引腳包括：15條地址線A14A0、8條數(shù)據(jù)線Q0Q7（D0D7）、芯片允許（兼編程控制）、輸出允許（兼編程電壓VPP輸入）和工作電壓輸入VCC。27256的工作模式見表。27256的工作模式引腳工作方式 //VPPVCCQ0Q7讀出LL+5VDOUT輸出禁止LH+5V高阻未選中H+5V高阻編程寫入50ms負(fù)脈沖+21V+5VDIN編程禁止H+21V+5V高阻讀Intel標(biāo)識符LL+12V+5V編碼 RAM6264是8k8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲器芯片，采用COMS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mW，典型存取時(shí)間200ns，為28線雙列直插式封裝，管腳如圖。 6264管腳圖 各腳含義如下： A0A12為13條地址線； I/O0I/O7為雙向數(shù)據(jù)線； 為片選信號線1，為片選信號線2； 為輸出允許信號； 為寫信號。6264的工作方式有4種：方式D0D71未選中高阻抗0未選中高阻抗1011輸出禁止高阻抗0011寫DIN1010讀DOUT 6264的工作方式 機(jī)床輸入／輸出（I／0）接口電路 機(jī)床接口電路綜述 機(jī)床1／0接IJ電路用來接收機(jī)床操作面板上的開關(guān)、按鈕信號以及機(jī)床的各種限位開關(guān)信號；讓用來把各種機(jī)床工作狀態(tài)指示燈信號送到操作面板，把控制機(jī)床動作的信號送到強(qiáng)電柜。機(jī)床1／0接口電路是在CNC裝置與機(jī)床及伺服系統(tǒng)之間進(jìn)行信息傳遞所需的必不可少手段，