【導(dǎo)讀】有技術(shù)條件下，對(duì)普通車床的數(shù)控化改造更可行。所以，本課題著重對(duì)普通車床的數(shù)控。使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。其中主要對(duì)伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等方面做了詳細(xì)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。造過程中數(shù)控系統(tǒng)的選型。根據(jù)機(jī)械、動(dòng)力學(xué)及電氣設(shè)計(jì)原理，對(duì)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)。首先，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，構(gòu)思總體結(jié)構(gòu)方案，確定主要構(gòu)件位置和總體結(jié)構(gòu)；其次，根據(jù)工作條件進(jìn)行理論計(jì)算，分析性能要求，合理選擇主要零部件；一是，機(jī)床數(shù)控化改造后，能夠達(dá)到所要求的加工精度，有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，億美元，僅次于美國(guó)的億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停

　　

【正文】 實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。其中 70 PAPA?為輸出口，用于控制 Z 向、 X 向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)， Z 向步進(jìn)電機(jī)為五相， X 向?yàn)槿?。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤顯示電路為 4? 6鍵和 6 位顯示器。 50 PCPC ? 作為鍵盤的 6 條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。 30 PBPB? 接行線作為鍵盤輸入口。 50 PCPC ? 是 6位 數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)， 8031 的 1P 口是數(shù)碼顯示器的段選 36 信號(hào)。 74 PBPB? 接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在 Z 向或 X 向越程時(shí)，即向計(jì)算機(jī)輸入此信號(hào)，使進(jìn)給系統(tǒng)停止。 表 6 ： 數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配 芯片 接74LS1 38引腳 地址選擇線 片內(nèi)地 址單元 地址編碼 2764(1) 0Y 000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H1FFFH 2764(2) 1Y 001xxxxxxxxxxxxx 8K 2020H3FFFH 6264 2Y 010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H5FFFH 8155(1)I/O 4Y 0110000100000xxx 6 6100H6105H 8155(2)I/O 4Y 1000000100000xxx 6 8100H8105H 機(jī)械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì)總結(jié)： 設(shè)計(jì)要求 : 采用 MCS51 系列單片機(jī)來完成此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,完成控制系統(tǒng)原理圖等 . 主要包括鍵盤 ,LED 顯示 ,電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、單進(jìn)控制、聯(lián)動(dòng)控制等的控制 .同時(shí)還要有一些自動(dòng)錯(cuò)誤處理功能 .如限位控制 ,驅(qū)動(dòng)出錯(cuò)處理 ,這就需要在程序設(shè)計(jì)時(shí)提供相應(yīng)的中斷處理程序。 (2)方案分析 : 由前面電動(dòng)機(jī)的選擇 :選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 130BF001 的步進(jìn)電機(jī) .此電機(jī)是一個(gè)五相十拍的電動(dòng)機(jī)。由《機(jī)電一體化》可以知道步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性與配套的驅(qū)動(dòng)電源（驅(qū)動(dòng)器）由密切的關(guān)系。驅(qū)動(dòng)器由脈沖發(fā)生器和功率放大器兩大部分組成的。在微機(jī)控制電機(jī)過程中，需要使電機(jī)按照一定規(guī)律變化進(jìn)行運(yùn) 37 動(dòng)，而控制這部分規(guī)律變化的部分叫做脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)脈沖分配有兩種方法：計(jì)算機(jī)軟件和硬件電路法。當(dāng)有了環(huán)形脈沖分配后，還是不夠的。由于我們的脈沖是由微機(jī)單片機(jī)發(fā)出的，屬于低電平，是不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的 ，這時(shí)我們可以采用功率放大電路將脈沖進(jìn)行功率放大，然后驅(qū)動(dòng)硬件電路。 對(duì)于復(fù)雜的電路驅(qū)動(dòng)，如五相十拍電路，具有 A,B,C,D,E 無相，他的十拍工作方式為： ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEABAB…… 對(duì)于這這種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式，如果采用軟件編程或者硬件電路來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制都是比較復(fù)雜的，這時(shí)我們可以采用專用驅(qū)動(dòng)控制芯片，這里采用 HXD55 型五相混合式驅(qū)動(dòng)器。 我們采用 MCS51系列的 8031 型的單片機(jī)作為微機(jī)控制的主芯片。系統(tǒng) 原理圖中，采用 74LS373進(jìn)行 P0 口的鎖存，同時(shí)擴(kuò)展一片 2764 的程序存儲(chǔ)器和一片 6264 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)之用。同時(shí)，我們需要擴(kuò)展鍵盤和顯示，就需要擴(kuò)展接口來連接。采用 8155 進(jìn)行接口擴(kuò)展， PA 口，PC口屬于輸出口， PB口屬于輸入口。 PA口的八根地址連接成 4? 4的鍵盤接口電路， PB口用于 LED 的八路接口，同時(shí)用 PC 口的 6路進(jìn)行 LED 的位控接口。同時(shí)由 P2口的 , 74LS138的片選輸入，對(duì) 2764和 6264進(jìn)行 片選。系統(tǒng)原理電路圖見附圖（ A2 圖紙）。 （ 3）地址計(jì)算： 1） 8155 的地址計(jì)算： 在 8155 中，采用 來控制 IO/M 口，進(jìn)行 I/O 和 RAM 選項(xiàng)控制。 當(dāng) =0 時(shí)，選擇 RAM口，其地址為： 0 1 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 所以其地址為 4000H5FFFH（其中 為 0） 當(dāng) =1 時(shí)，單片機(jī)選中 I/O 口，其地址為： 0 1 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 所以其地址為 4000H5FFFH（其中 為 1） 因此： 8155 的具體地址： 命令字： 4000H 38 A 口： 4001H B 口： 4002H C 口： 4003H 低四位： 4004H 高四位： 4005H 2） 2764 的地址： 采用 74LS138 片選控制，地址選擇如下： 0 0 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 所以地址范圍為： 0000H1FFFH 3） 6264 的地址： 同樣采用 74LS138 片選控制，地址選擇如下： 0 0 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 所以地址范圍為： 2020H3FFFH 4）芯片列表： 序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 1 微控制器 MCS8031 1 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 1 3 程序存儲(chǔ)器 2764 1 4 鎖存器 74LS373 1 5 譯碼器 74LS138 1 6 接口 8155 1 39 芯片 7 鍵盤 4x4 鍵盤 1 8 顯示器 LED 七段數(shù)碼顯示器 6 9 光電耦合器 光電耦合器 3 10 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 HXD55 驅(qū)動(dòng)器 1 11 電阻 若干 12 晶振 20KHZ 1 13 電容 若干 C6163 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 在電機(jī)設(shè)備中，執(zhí)行部件如果要實(shí)行平行斜線和圓弧曲線的路經(jīng)運(yùn)動(dòng)，必須通過兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的合成來完成。在數(shù)控機(jī)床中，這是由 X、 Y 兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，按照插補(bǔ)控制原理來實(shí)現(xiàn)的。 在這里只以直 線插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 為例： (1) 逐點(diǎn)比較法 用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線插補(bǔ)計(jì)算，沒走一步，都需要以下四個(gè)步驟： 偏 差判別：判別偏差 Fm≧0 或 Fm≦0 ，從而啊決定哪個(gè)方向進(jìn)給和采用哪個(gè)偏差計(jì)算公式。 坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿 +X、 +Y、 X、 Y 的哪個(gè)方向進(jìn)給。 偏差計(jì)算：進(jìn)給每一步，計(jì)算新的加工偏差。 終點(diǎn)判別：進(jìn)給每一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減 1， 若為 0，表示到達(dá)終點(diǎn)停止 40 插補(bǔ)不為 0，則返回到第一步繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)計(jì)算判別可用兩個(gè)方向的坐標(biāo)植來判別，也可以由一個(gè)方向的坐標(biāo)植來判別。當(dāng) Xe﹥ Ye，可用 X 方向的總步數(shù) Xe作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，如動(dòng)點(diǎn) X 等于終點(diǎn) Xe 則停止。當(dāng) XeYe，則用 Y 方向走的總步數(shù) Ye作為終點(diǎn) 判別的依據(jù)。 由此，第一象限直線插補(bǔ)程序的算法如下： a) 判別 Fm是大于 0還是小于 0。 b) 若 Fm≧0 ，則想 +X方向輸出一進(jìn)給脈沖，計(jì)算新的偏差 Fm=FmYe，并修改動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為 X=X+1；若 Fm0 則向 +Y 方向輸出一進(jìn)給脈沖，計(jì)算新偏差 Fm=Fm+Xe，并修改動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為Y=Y+1。 c) 終點(diǎn)判別：若 X=Xe（ Y=Ye），則停止插補(bǔ)運(yùn)算。否則轉(zhuǎn)入第一步，重復(fù)上述步驟。 第一象限直線插補(bǔ)程序框圖如 (2) 程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)程序時(shí)，在 RAM 數(shù)據(jù)區(qū)分別存放終點(diǎn)坐標(biāo)值 Xe， Ye，動(dòng)點(diǎn)坐 標(biāo)值 X、Y，偏差 Fm。對(duì) 8 位機(jī)，一般可用 2字節(jié)，而行程較大時(shí)則需用 3 字節(jié)或 4 字節(jié)才能滿足長(zhǎng)度和精度的要求。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進(jìn)行初始化，如置初始值、X、 Y 向步進(jìn)電機(jī)初態(tài)（控制字）。 插補(bǔ)程序所用的內(nèi)存單元如下： 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)框圖 如下： 28H 29H 2AH 2BH 2CH 70H Xe Ye X Y Fm 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字 41 圖 42 D1D0 為 X向 電機(jī)控制位。 D0=1 運(yùn)行， DO=0 停止； D1=1 正轉(zhuǎn)， D1=0 反轉(zhuǎn)。 D3D2 為 Y向電機(jī)控制位。 D2=1 運(yùn)行， D2=0 停止； D3=1 正轉(zhuǎn)， D3=0 反轉(zhuǎn)。 第一象限的直線插補(bǔ)程序如下： ORG 2020H MAIN： MOV SP， 60H； LP4： MOV 28H， 0C8H； Xe MOV 29H， 0C8H； Ye MOV 2AH， 00H； X MOV 2BH， 00H； Y MOV 2EH， 00H； F MOV 70H， 7AH 42 LP3： MOV A， 2EH JB ， LP1 MOV A， 70H SETB CLR MOV 70H， A； 置電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為 0B，+X方向進(jìn)給 LCALL MOTR； 調(diào)步進(jìn)電機(jī)的控制子程序，+X方向進(jìn)給一步 LCALL DELAY MOV A， 2EH SUBB A， 29H； FYe INC 2AH； X+1 AJMP LP2 LP1： MOV A， 70H SETB CLR ； 置電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制字為0E， +Y 方向進(jìn)給 LCALL MOTR； 調(diào)步進(jìn)電機(jī)的控制子程序，+Y方向進(jìn)給一步 LCALL DEALAY MOV A， 2EH ADD A， 28H CJNE A， 2AH， LP3； Xe=X？ RET 綜上所述，雖然設(shè)計(jì)中存在一些缺點(diǎn)，但是這些都不會(huì)影響設(shè)計(jì)要 求，并且都可以達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)中的要求，所以上述設(shè)計(jì)是滿足設(shè)計(jì)要求的，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)控制。 43 參考文獻(xiàn)： 〈〈單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)〉〉 房小翠 等主編 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 〈〈機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)〉〉 張建民 等主編 高等教育出版社 〈〈機(jī)電一體化使用技術(shù)手冊(cè)〉〉 主編 周斌 兵器工業(yè)出版社， 1994 年 3月 〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)〉〉 機(jī)械工業(yè)出版社 〈〈數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)〉〉 文懷興 〈〈如何正確選用電動(dòng)機(jī)〉〉 周希章 主編 機(jī)械工 業(yè)出版社 2020 〈〈加工中心 結(jié)構(gòu)、調(diào)試與維護(hù)〉〉 沙杰 主編 機(jī)械工業(yè)出版社