【正文】 第4章 控制系統(tǒng)設計數(shù)控機床一般要求能夠正確無誤的驅動步進電機和運用開關來實現(xiàn)整臺機器的各種控制，譬如能實現(xiàn)機器的自動起動和自動停止，自動換當以及能夠自動的對軸的運動狀態(tài)進行檢測等等功能。而本數(shù)控升降臺銑床主要要求實現(xiàn)的功能是通過控制系統(tǒng)能很好的驅動步進電機，也就是能夠具體的實現(xiàn)步進的隨時停和運動的功能，還有也就是能夠通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動換當?shù)墓δ??？刂葡到y(tǒng)可以直接購買國內外較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品作為數(shù)控裝置，還可以由設計人員對其進行配套的專業(yè)設計。一般如果機器對于控制系統(tǒng)部分要求非常嚴格的話，這時就要求專業(yè)的自動控制人員對其進行專業(yè)的設計，而本方案只要求實現(xiàn)的是開控制系統(tǒng)，只要求能夠驅動步進電機和實現(xiàn)變頻電機的調速以及鍵盤顯示和對汽缸進行簡單的運動和停止控制即可，因而不是很復雜的電路設計，可以套用典型電路控制，也可以進行簡單的各部分控制即可實現(xiàn)。由于單片機具有體積小、可靠性高、控制功能強的優(yōu)點，而本臺機器要求的存儲空間不是很大，控制也相當?shù)暮唵蚊髁耍琈CS51單片機相對u，n sp 單片機來說，其價格廉價，而且也能實現(xiàn)上述要求，電路結構也不復雜，性能控制也非常優(yōu)秀，故本臺機器的的現(xiàn)場控制采用MCS51單片機來實現(xiàn)控制。 單片幾控制系統(tǒng)是由軟件和硬件共同組成的。對于某些既可用用硬件實現(xiàn)、又可用軟件實現(xiàn)的功能，在進行設計時主要充分考慮硬件和軟件的特點，合理地分配與協(xié)調起功能。軟件可以減少硬件的數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性，增加系統(tǒng)控制的靈活性。但是系統(tǒng)的工作速度要相應降低，而且軟件初次研制成本較高，因此它適用于大批生產(chǎn)。硬件可以減輕軟件設計工作量，增加系統(tǒng)的快速性。但因連接點數(shù)增加而是故障點增多，不可靠因素也隨之增多，并且使單臺成本增加。如下圖系統(tǒng)結構總圖41：圖41 控制系統(tǒng)機構總框圖 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來有以下幾個部分組成：（1）中央處理單元CPU。（2）總線 包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。（3）存貯器 包括可擦除存貯器（EEPROM）和隨機存貯器（RAM）。（4）I/O輸入/輸出接口電路。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路的協(xié)調工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應用中所需的各種數(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。其電路圖如下圖42控制電路圖：圖42控制電路圖軟件設計采用模塊化程序結構，主要由主程序、控制算法子程序、系統(tǒng)初始化程序、升降頻控制程序、顯示鍵盤子程序等組成。如圖43 主程序流程圖主 程 序顯示子程序有鍵按下？系統(tǒng)初始化主電路V、I檢測正常調動處理子程序啟動鍵？調動處理子程序YNNN正常運行Y轉速測量及PID調節(jié)運算處理子程序變速運行？停車？調動處理子程序變速處理子程序停車處理及顯示Y圖43 主程序流程圖 步進電機的控制原理步進電機是將電能轉化為機械能的電磁元件。步進電機是手脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，已防止電源串路。具體控制電路如圖42控制電路圖所示。 變頻電機的相關控制對于變頻電機而言，主要是實現(xiàn)其相應速度的控制，也就是通過單片機輸出的脈沖來控制變頻電機的輸出轉速，實現(xiàn)機床主軸的無極變速。單片機中，通過對整流電路、逆變器電路、PWM模塊、門極可關斷可控硅（GTO）驅動電路、檢測保護電路和轉速測量電路，對變頻電機加以變速控制和安全保護，從而能使變頻電機的正常工作。電路圖如圖42控制電路圖所示。 譯碼法尋址由于擴展的存貯器和其它外圍芯片的數(shù)量較多，常常采用譯碼法尋址，由譯碼器組成譯碼電路對系統(tǒng)的高位地址進行譯碼，譯碼電路將地址空間劃分若干塊，其輸出作為存貯器芯片的片選信號，分別選通各芯片。這樣既充分利用了存貯器空間，又避免了空間分散的缺點，還可以減少I/O口線。本數(shù)控機床采用74LS138地址譯碼器如 鍵盤顯示器接口鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機對話的外圍設備，鍵盤可以完成程序數(shù)據(jù)的輸入，顯示器顯示計算機運行時的狀態(tài)數(shù)據(jù)。鍵盤接口電路，用8255作為并行接口使用。8255的地址，數(shù)據(jù)線和凌陽單片機的接口直接連接，由片選信號控制實現(xiàn)分時信息傳遞。 程序存儲器（EEPROM）芯片由于數(shù)控機床在加工的時候要進行加工程序的監(jiān)控，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有程序存儲器，放置監(jiān)控程序。本數(shù)控機床選用EEPROM （容量為8K）。 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）芯片由于數(shù)控機床在加工的時候要進行加工程序的調試，所以數(shù)控系統(tǒng)需要有隨機 儲器，放置調試程序。本數(shù)控機床選用靜態(tài)RAM6264（容量為8K）。結論 我國數(shù)控車床從20世紀70年代初進入市場，至今通過各大機床廠家的不懈努力，通過采取與國外著名機床廠家的合作、合資、技術引進、樣機消化吸收等措施，使得我國的機床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機床中占有較大的比例。目前，國產(chǎn)數(shù)控車床的品種、規(guī)格較為齊全，質量基本穩(wěn)定可靠，已進入實用和全面發(fā)展階段。但是在這些數(shù)控機床中，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當一部分處于效率不高，加工不精密的狀態(tài)。 在本次設計中，在參考國內外同類機床產(chǎn)品結構的下，完成了主傳動系統(tǒng)的動力參數(shù)設計和結構設計，合理布置了各軸空間位置，并繪制了主軸箱主傳動系統(tǒng)圖，而且主軸轉速由普通數(shù)控機床單一轉速設計為兩級變速，使其滿足不同材料的表面對其加工的要求。本項目的研究，有利于改善加工中心的性能，使得產(chǎn)品的加工更加高效，更加精密。致 謝 本論文是在xxx老師的悉心指導下完成的。陳老師作為一名優(yōu)秀的、經(jīng)驗豐富的教授，具有豐富的知識和經(jīng)驗，在整個論文實驗和論文寫作過程中，對我進行了耐心的指導和幫助，提出嚴格要求，引導我不斷開闊思路，為我答疑解惑，鼓勵我大膽創(chuàng)新，使我在這一段寶貴的時光中，既增長了知識、開闊了視野、鍛煉了心態(tài)，又培養(yǎng)了良好的實驗習慣和科研精神。在此，我向我的指導老師表示最誠摯的謝意！在論文即將完成之際，我的心情久久無法平靜，從開始選題到順利論文完成，有不知多少多少可敬的師長、同學、朋友給了我無數(shù)的幫助。感謝學校在過去的四年里為我提供的良好的學習環(huán)境和氛圍，感謝學校在我學習期間曾給予的各種資助和獎勵，這些都為我能正常完成學業(yè)提供了莫大幫助；感謝曾給我授課的所有老師們，沒有他們的細心教導，我就不可能具備現(xiàn)在的專業(yè)素養(yǎng)和能力。感謝我的家人和與我四年相依相伴的同學們，他們的支持與情感，是我永遠的財富。感謝文中所引用文獻的所有作者們、所有關心、支持和幫助過我的老師、同學和朋友們！正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個困難、解明疑惑，直至本文順利完成，在這里請接受我誠摯的謝意！參考文獻[1] 張新義主編. 經(jīng)濟型數(shù)控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，[2] 徐溥滋，[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社， [3] 濮良貴,(第八版) [M].北京:高等教育出版社,[4] [M].北京：機械工業(yè)出版社，[5] [M].北京；[6] 吳祖育等編著. 數(shù)控機床[[M]. 上海：上?？茖W技術出版社，[7] [M].北京：[8] 文懷興、[M] 北京：[9] 文懷興、夏田主編. 數(shù)控機床系統(tǒng)設計[M]北京：化學工業(yè)出版社，[10]文懷興、夏田主編. 數(shù)控銑床設計[M]北京：化學工業(yè)出版社，[11]劉鴻文 主編. 材料力學（第四版）北京：高等教育出版社，[12]蔡春源主編. 機械零件設計手冊（上冊）[M]. 北京：冶金出版社，[13]蔡春源主編. 機械零件設計手冊（下冊）[M]. 北京：冶金出版社，[14]王昆、何小柏、汪信遠主編. 機械設計基礎課程設計. 北京：高等教育出版社，[15] [M].北京：高等教育出版社，.[16] Mason GW．Some design aspects of RatierForest NC machines[J]．Machinery and Production Engineering，1970，117：10271033．[17] 向敬忠，：.主傳動系統(tǒng)效果圖 需要的聯(lián)系：807698832