【導(dǎo)讀】聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿螈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薇螁袀膀蠆薃膈膀莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芄荿蚇衿芃蒂袂裊節(jié)蚄蚅膄芁莄羀肀芀蒆螃羆艿薈罿袁羋蟻螁膀莈莀薄肆莇蒃螀莆薅薃羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿螈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薇螁袀膀蠆薃膈膀莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芄荿蚇衿芃蒂袂裊節(jié)蚄蚅膄芁莄羀肀芀蒆螃羆艿薈罿袁羋蟻螁膀莈莀薄肆莇蒃螀莆薅薃羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿螈蚆肁蒈蒈羈羇肅薀螄袃肄螞罿膂肅莂螂肈肂蒄羈羄膁薇螁袀膀蠆薃膈膀莈蝿膄腿薁薂肀膈蚃袇羆膇莃蝕袂膆蒅裊膁膅薇蚈肇芄蝕襖羃芄荿蚇衿芃蒂袂裊節(jié)蚄蚅膄芁莄羀肀芀蒆螃羆艿薈罿袁羋蟻螁膀莈莀薄肆莇蒃螀莆薅薃羈蒞莄袈襖莄蕆蟻膃莃蕿袆聿莂蟻蠆羅莂莁裊袁蒁蒃蚇腿蒀薆袃肅葿螈

　　

【正文】 構(gòu)如圖 43所示，縱、橫向采用步進(jìn)電動機 —減速齒輪 —滾 珠絲杠 —床鞍的傳動方式。分別在 X 軸和 Z 軸的步進(jìn)電機輸出軸端配置減速器，減速器由一對嚙合齒輪組成，通過減速器齒輪傳動，由滾珠絲杠副傳給床鞍，從而帶動拖板的移動。 43傳動機構(gòu) 1步進(jìn)電動機 2齒輪減速裝置 3支承 4絲杠 5床鞍 拆去原機床的溜板箱、絲杠、光杠及安裝座，配上滾珠絲杠以及相應(yīng)的安裝裝置。 26 山 東 大 學(xué) 將步進(jìn)電動機裝在三扛支架右側(cè)，把滾珠絲杠的右側(cè)通過連接套與步 進(jìn)電機輸出軸連接。 選用混合型步進(jìn)電動機，減速比 5/4，保持轉(zhuǎn)矩 *m?；旌闲筒竭M(jìn)電機是專為機床微機系統(tǒng)的電動機，是在 110BF 反應(yīng)式步進(jìn)電動機的基礎(chǔ)上加上齒輪減速裝置的組成的，適用于數(shù)控系統(tǒng)。步進(jìn)電動機經(jīng)無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，將拖動轉(zhuǎn)矩傳給滾珠絲杠副，帶動中滑板沿縱向往復(fù)運動。 滾珠絲杠可采用預(yù)緊安裝方式 ，以減小或消除因絲杠重力而產(chǎn)生的彎曲變形，使絲杠拉壓剛度有較大提高，絲杠不會因發(fā)熱而伸長。 拆除原來的橫向絲杠，換上滾珠絲杠，滾珠絲杠導(dǎo)程 P=5mm；將橫向步進(jìn) 電動機與滾珠絲杠連接。該滾珠絲杠的步距角為 θ＝ ；進(jìn)給速度 vx=3～1500mm/min。 選用混合型齒輪減速步進(jìn)電動機，保持轉(zhuǎn)矩 *m，選擇減速比為 5/12?；旌闲妄X輪減速步進(jìn)電機是專為機床微機系統(tǒng)配套的電動機，是在 110BF 反應(yīng)式步進(jìn)電動機的基礎(chǔ)上加上齒輪減速裝置的組成的，適用于數(shù)控系統(tǒng)。脈沖當(dāng)量 ，通過無間隙聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連。 、安裝 LD4B—CK6140電動刀架。 ，需先拆除原機床的小滑板和刀架，然 后把電動刀架置于中滑板上。此時，刀架高度應(yīng)使車刀前面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調(diào)整其高度。然后，卸掉電動機風(fēng)扇罩殼，逆時針方向轉(zhuǎn)動電動機，使上刀相當(dāng)于下刀體轉(zhuǎn)動 450左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中滑板固定。固定時注意：將刀架兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進(jìn)給方向平行，用墊板來調(diào)整其中心高。使用前調(diào)試運動，運轉(zhuǎn)時要達(dá)到輕松靈活、無噪音。 、安裝 一般數(shù)控車床系統(tǒng)要求才有滾珠絲杠副傳動，目的是為了提高機床的進(jìn)給精度，減小傳動副的摩擦阻力。為此，對滾珠絲杠的選 型是很重要的。 27 山 東 大 學(xué) 根據(jù) C＜ Ca 的原則，使選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷，由 第三章計算的結(jié)果得，選取滾珠絲杠型號為 CDM2020—5，其表示外循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠。公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為 4mm，右旋螺紋，載荷鋼球為 5圈，精度 3級得定位滾珠絲杠。 同時為了滿足高精度，常常采用一端固定、一端鉸支的支承形式。 安裝時，拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通 過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實現(xiàn)剛性聯(lián)接。 44 滾珠絲杠示意圖 28 山 東 大 學(xué) 第 5章 微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計 微機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是軟件編制的前提，有了硬件，軟件才能有效地運行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。 數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計包括以下幾部分內(nèi)容： 控制結(jié)構(gòu)框圖 據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖（見附圖 2）。機床硬件電路由五部分組成： （ 1）主控制器，即中央處理單元 CPU。 （ 2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 （ 3）存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 （ 4）接口，即輸入 /輸出接口電路。 （ 5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機等。 CPU的類型 在微機應(yīng)用系統(tǒng)中， CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素 : （ 1）時鐘頻率和字長，這個指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度。 （ 2）可擴 展存儲器 (包括 ROM和 RAM)的容量。 （ 3）指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性。 （ 4） 1/0口擴展的能力，即對外設(shè)控制的能力。 （ 5）開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。 目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床中，推薦采用 MCS51系列單片微機作為主控制器。 存儲器擴展電路設(shè)計應(yīng)該包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展。程序存儲器主要用于儲存數(shù)控系統(tǒng)程序，而數(shù)據(jù)存儲器用于存放用戶加工程序，為保護(hù)用戶加工程序， 29 山 東 大 學(xué) 數(shù)據(jù)存儲器必須有掉電保護(hù)功能。 在選擇存儲器芯片時 ，要考慮 CPU 與存儲器時序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲器的容量等問題。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量一般在 64K 左右。 在存儲器擴展電路的設(shè)計中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計。 /輸出（ I/O）接口電路設(shè)計 應(yīng)包括 I/O 接口芯片的選用，步進(jìn)電機伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計（如復(fù)位、掉電保護(hù)等）。經(jīng)考慮，選擇 8255為 I/O 接口芯片，液晶顯示控制器 LR—104VRAM來控制 LCD。 CA6140機床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件是硬件 的補充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件。 ： （ 1）據(jù)軟件要實現(xiàn)的功能，能制定出軟件技術(shù)要求； （ 2）將整個軟件模塊化，確定各模塊的編制要求，包括各模塊功能，入口參數(shù)，出口參數(shù)； （ 3）據(jù)硬件資源，合理分配好存儲單元； （ 4）分別對各模塊編程，并調(diào)試； （ 5）連接各模塊，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試及優(yōu)化； （ 6）固化到各程序存儲器中。 （ 1）軟件實現(xiàn)環(huán)行分配器； （ 2）插補運算模塊； （ 3）自動升降速控制模塊。 80C51單 片機及其擴展 80C51 系列單片機源于 MCS—51 系列，美國 Intel公司將 MCS—51 系列單片機實行技術(shù)開放后，眾多的公司，如 Atmel、 Philips、 Dallas等公司均已 MCS—51中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 8051 為基核推出了許多各具特色、各具優(yōu)越性的單片機。 Atmel公司的 AT89S51/52單片機是目前應(yīng)用最為廣泛的單片機之一，是 80C51系列單片機的典型代表。 30 山 東 大 學(xué) 80C51單片機的簡介 AT89S51單片機是 80C51系列的典型代表， 其基本組成如圖 51所示。它主要包括以下幾個主要部分： （ 1） 8位的中央處理器（ CPU） （ 2）片 （ 4）定時 /計數(shù)器 （ 5）振蕩器和時鐘電路 （ 6）并行 I/O 端口 （ 7）中斷（ 8）看門狗 圖 51 AT89S51單片機基本組成 AT89S51單片機的有效引腳為 40根，通常采用 PDIP、 PLCC 和 TQFP三種封裝形式。不同的封裝形式引腳的排列有所不同，在此設(shè)計中用 PDIP的封裝。圖52為單片機的引腳圖。為了盡 可能地縮小體積，減少引腳數(shù)目，部分引腳還具有第二功能。下面對這些引腳的名稱和功能進(jìn)行說明。 （ 1）電源引腳 Vcc和 GND Vcc(40腳 ) 電源端，接 +5 V電源 GND（ 20腳） 接地端 （ 2）時鐘電路引腳 XTAL1`和 XTAL2 XTAL1（ 19腳） 接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于 HMOS單片機，該端引腳必須接地；對于 CHMOS單片機，此引 31 山 東 大 學(xué) 腳作為驅(qū)動端。 XTAL2（ 18腳） 接外部晶體的另一端。在片 AT89S51單片機引腳圖 （ 3）控制信號引腳 RST、 ALE//PROG、 PSEN、 /EA/Vpp RST（ 9 腳） 輸入端 RST 為復(fù)位信號輸入端。單片機剛接上電源時，其地址鎖存允許信號輸出 /編程脈沖輸入引腳。訪問片外存儲器時， ALE 作鎖存擴展地址低位字節(jié)的控制信號（稱允許鎖存地址）。平時不訪問片外存儲器時，該端也以 1/6的時鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時或者其他需要使用；在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時會失去一個脈沖。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為 8 個 LSTTL（低功耗高速 TTL）。第二功能 PROG是用于輸入編程脈沖，此時該 引腳低電平有效。 PSEN（ 29 腳） 片外 ROM 讀選通信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲器讀選通信號。 CPU在向片外存儲器取指令期間， PSEN 信號在 12 個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 PSEN 端同樣可驅(qū)動 8個 LSTTL負(fù)載。我們根據(jù) PSEN、ALE和 XTAL2輸出是否有信號輸出，可以判別 80C51是否在工作。 EA/Vpp（ 31 腳） 外部程序存儲器地址允許輸入端 /編程電壓輸入端。當(dāng) EA端輸 32 12 AT 山 東 大 學(xué) 入高電平時， CPU從片 P0口的 8位雙向 I/O 口線。 ～ （ 1～ 8腳） P1口的 8位準(zhǔn)雙向 I8O 口線。 ～ (21～ 28腳 ) P2口的 8位準(zhǔn) 雙向 I/O 口線。 ～ (10～ 17腳 ) P3口的 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P0～ P3口的主要功能是用于外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的輸入 /輸出。而 P3口在整個系統(tǒng)中還具有 專門的第二功能，如下所示： P3口各位的第二功能 通常情況下，單片機內(nèi)部存儲器容量和外部 I/O 引腳數(shù)都是可滿足應(yīng)用要求，但在有些情況下，由于控制對象的復(fù)雜性和多樣性，使單片機內(nèi)部存儲器、 I/O等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，因此，需要在片外連接相應(yīng)的外圍芯片，對單片機進(jìn)行系統(tǒng)擴展。 80C51的片外總線結(jié)構(gòu)：所有的外部芯片都通過三組總線進(jìn)行擴展。（ 1）數(shù)據(jù)總線（ DB）：由 P0 口提供，數(shù)據(jù)總線要連到連接的所有外圍芯片上，但在同一時間只能夠 有一個是有效的數(shù)據(jù)傳送通道。（ 2）地址總線（ AB）： 16 位，可尋址范圍為 64K 字節(jié)， AB 33 山 東 大 學(xué) 由 P0 口提供低 8 位地址，與數(shù)據(jù)分時傳送，傳送數(shù)據(jù)時將低 8 位地址鎖存；高 8 位地址