【導(dǎo)讀】袂膃羋薆螈膂莁螁蚄膁薃薄肅膀芃莇罿腿蒞螞裊膈蕆蒅螁膈膇蟻蚇膇艿蒃羅芆莂蠆袁芅蒄蒂螇芄膄蚇螃芃莆薀肂節(jié)蒈螅羈節(jié)薁薈襖芁芀螄螀袇莃薇蚆羆蒅螂羄羆膄薅袀羅芇螀袆羄葿蚃螂羃薁蒆肁芁蟻羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿肀膅蒃蚅聿羋蚈羄肈莀蒁羀肇薂螆袆肆節(jié)蕿螁肅莄螅蚇肄蕆薇羆肄膆螃袂膃羋薆螈膂莁螁蚄膁薃薄肅膀芃莇罿腿蒞螞裊膈蕆蒅螁膈膇蟻蚇膇艿蒃羅芆莂蠆袁芅蒄蒂螇芄膄蚇螃芃莆薀肂節(jié)蒈螅羈節(jié)薁薈襖芁芀螄螀袇莃薇蚆羆蒅螂羄羆膄薅袀羅芇螀袆羄葿蚃螂羃薁蒆肁芁蟻羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿肀膅蒃蚅聿羋蚈羄肈莀蒁羀肇薂螆袆肆節(jié)蕿螁肅莄螅蚇肄蕆薇羆肄膆螃袂膃羋薆螈膂莁螁蚄膁薃薄肅膀芃莇罿腿蒞螞裊膈蕆蒅螁膈膇蟻蚇膇艿蒃羅芆莂蠆袁芅蒄蒂螇芄膄蚇螃芃莆薀肂節(jié)蒈螅羈節(jié)薁薈襖芁芀螄螀袇莃薇蚆羆蒅螂羄羆膄薅袀羅芇螀袆羄葿蚃螂羃薁蒆肁芁蟻羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿肀膅蒃蚅聿羋蚈羄肈莀蒁羀肇薂螆袆肆節(jié)蕿螁肅莄螅蚇肄蕆薇羆肄膆螃袂膃羋薆螈膂莁螁蚄膁薃薄肅膀芃莇罿腿蒞

　　

【正文】 的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tq （其中 T0=== (N178。m)） . 2 （ 2）電機(jī)最大的靜轉(zhuǎn)矩確定 初選步進(jìn)電機(jī)采用三相六節(jié)拍通電控制方 式：表 51， Tq—Ts1 之間的比例關(guān)系如下： 電機(jī)相數(shù) 運(yùn)行節(jié)拍 Tq/Ts1 3 3 3 6 4 4 4 8 5 5 5 10 6 6 6 12 根據(jù)前面所得的 Ts1 、 Tq，按照表 51空載啟動時需要電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 TS1為： TS1=Tq/=㎜ 最大負(fù)載下工作時所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩 TS2： TS2=T1/（ ～ ） =（ ++） /（ ～ ） =～ （ N ㎜） TS≥max(TS1,TS2) TS=( N㎜ ) （ 3）步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 fmax： fmax= Vmax5000 15 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 綜合考慮： 查《機(jī)械手冊》選用 110BF003型步進(jìn)電機(jī)，能滿足其需要。電機(jī)參數(shù)如下表； 型號 相數(shù) 額定電壓 額定電流 步距角 最大靜扭矩 運(yùn)行頻率 空載啟動頻率 回轉(zhuǎn)直徑 長度 軸徑 110BF003 ３ 80V 6A 800 Nmm 7000Step/S 1500Step/S 110mm 160mm 11mm 第四部分 數(shù)控設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路 基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件才能有效的運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)，其性能好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作組成。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成： ① 主控器 即中央處理單元 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 存儲器 包括只讀可編程存儲器和隨機(jī)讀寫存儲器； ④ I/O 口 即輸入 /輸出接口電路。 其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心。其作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分正常工作。存儲用于存放系統(tǒng)軟件（即程序）以及運(yùn)動過程中的各種數(shù)據(jù)。 I/O 接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。三總線則是 CPUI與存儲器、接口以及其它各種轉(zhuǎn)換電路連接的紐帶，是 CPU與各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。 除此之外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設(shè)備和信號變換電路。如下圖所示為數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。 其中 CPU、存儲器及 I/O接口是任何一個數(shù)控系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)，其于部分并非所有數(shù)控系統(tǒng)都具備。其一類機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可能只包括其中的一 16 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 部分或幾部分。通常， CPU通過 I/O接口連接得人機(jī)交換外設(shè)是鍵盤、打印機(jī)、磁帶記錄儀等通訊接口：訊號變換電路是A/D轉(zhuǎn)換、 D/A轉(zhuǎn)換、光電隔離、功率放大等，是實現(xiàn)微機(jī)與控制對象之間的訊號匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路。這兩部分可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選擇： 由于 MCS51系列單片機(jī)在我國機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用普遍， 其配套芯片廉價、普及通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的需要。本次 C6140的改造以 MCS51系列單片機(jī)中的 6031芯片作為中心控制系統(tǒng)。 硬件配套及基本結(jié)構(gòu) 本數(shù)控系統(tǒng)計算機(jī)是采用 8031為 CPU的 8位微型專用計算機(jī)。它包括一個微處理器，一個 123字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器， 4個 8位的 I/O接口（其中 P1， P2，P3是準(zhǔn)雙向口， P0是三態(tài)雙向口），此外還有為用戶留一個擴(kuò)展區(qū)。 8031通過 I/O口擴(kuò)展一片 8255接口芯片實現(xiàn)空運(yùn)轉(zhuǎn)、自動、手動轉(zhuǎn)換、回零、換刀超程的按鍵功 能，還通過 P0 口和 P2 口及一塊 74LS373 地址所存器擴(kuò)展了兩片 16K的 ROM（ 27128）、兩片 16K的 RAM（ 62128）來作為開發(fā)程序的存儲器。 8031 通過 P0 口擴(kuò)展了一片 8279 接口芯片來實現(xiàn)鍵盤輸入和電路顯示的功能。通過 P1口經(jīng)光耦和隔離電路 TLP5214來消除電路干擾，并實現(xiàn) X、 Z向正反轉(zhuǎn)及連續(xù)啟動的功能。通過功率放大電路實現(xiàn) S、 T、 M等備用功能。兩步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一塊 74LS373直接與 PO口相連。具體結(jié)構(gòu)參考電路控制原理圖。 接口線路 微機(jī)與機(jī)床的連接如下圖： 17 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 微機(jī)與機(jī)床的連接 它通過光電隔離接口板將兩者信號聯(lián)系起來，光電隔離接口主要是為防止干擾及電平相配合。 機(jī)床拖板的運(yùn)動是通過軟件的插補(bǔ)控制及環(huán)形分配器，由 PIO口的輸出信號控制 X、 Z向兩個步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)。 主軸起停，刀架轉(zhuǎn)位等輔助動作都是通過譯碼后由 PIO口輸出相應(yīng)的電信號執(zhí)行相應(yīng)的動作。螺紋車削由主軸脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的主軸脈沖及螺頭脈沖分別輸入CTC口及 PIO口來控制進(jìn)給。 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖信號經(jīng)過功率放大器后控制步進(jìn)電機(jī) 勵磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果輸出信號與功率放大器直接相連，將會引起強(qiáng)電流干擾。輕則影響計算機(jī)程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，重則導(dǎo)致計算機(jī)和接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路。 功率放大器 功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源線路簡單，但效率不高，所以選用雙 18 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 電源型。雙電源采用高低壓供電電路。由于我國目前步進(jìn)電機(jī)的功率放大器已經(jīng)由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，在設(shè)計數(shù)控機(jī)床 電路時只需要步進(jìn)電機(jī)的容量大小進(jìn)行選擇，所以不在進(jìn)行計算。 輔助電路 為了防止機(jī)床行程越界，所以在機(jī)床上裝有行程控制開關(guān)。為了防止意外，裝有急停按鈕。由于這些開關(guān)都裝在機(jī)床上，距控制箱較近，容易產(chǎn)生電器干擾。為了避免這種情況的發(fā)生，在電路和接口之間實行光電隔離。 改造后的 CJK6140數(shù)控機(jī)床，主要控制功能由軟件實現(xiàn)。軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計。主要包括主模塊、子程序模塊和定時中斷模塊。主模塊主要完成初始化和監(jiān)控。初始化包括 PIO、 CTC的初始化。監(jiān)控主要包括鍵盤管理和顯示管 理，均可調(diào)用原監(jiān)控程序中的子程序。功能子程序包括 +X、 X、 +Y、 Y及 STOP功能子程序，并可調(diào)用監(jiān)控程序中的子程序。中斷模塊包括急停中斷模塊、報警中斷模塊等。 （ 1） CJK6140數(shù)控車床主要的技術(shù)參數(shù)及功能 ① 數(shù)控裝置： 計算機(jī)型號 8031 插補(bǔ)方式 逐點(diǎn)比較法 插補(bǔ)坐標(biāo)數(shù) 二坐標(biāo) 數(shù)據(jù)形式 增量、絕對值及混合使用 輸入方式 手動鍵盤輸入或磁帶機(jī)一次輸入 Z向脈沖當(dāng)量 ㎜ /脈沖 X向脈沖當(dāng)量（直徑上） ㎜ /脈沖 單行程段最大圓弧半徑 5m 傳動系統(tǒng)間隙補(bǔ)償量 0～ 255脈沖 程序段顯示數(shù) 9999 ② 數(shù)控裝置機(jī)能設(shè)置： （ a）準(zhǔn)備機(jī)能 G： G00 快速進(jìn)給 G01 直線插補(bǔ) G02 圓弧插補(bǔ)（順時針） G03 圓弧插補(bǔ)（逆時針） G04 延時 G32 切削圓柱螺紋 19 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 G33 切削錐螺紋 G50 坐標(biāo)設(shè)定 G90 直線切削循環(huán) G90 錐度切削循環(huán) G92 圓柱切削螺紋循環(huán) G93 錐螺紋切削循環(huán) G94 1/4 凸圓循環(huán) G95 1/4 凹圓循環(huán) （ b）補(bǔ)助機(jī)能： M00 程序暫停 M02 程序終止 M03 主軸正轉(zhuǎn) M04 主軸反轉(zhuǎn) M05 主軸停止 M08 冷卻液開 M09 冷卻液關(guān) C．刀具的選擇機(jī)能 T： T后跟兩位數(shù)，第一位為 1～ 4表示刀號。第二位為 1～ 6表示刀 具補(bǔ)償開關(guān)順序號。 D．進(jìn)給速度選擇機(jī)能 F： F后面跟四位數(shù)，表示脈沖 /轉(zhuǎn) E．坐標(biāo)指令： X 橫向絕對坐標(biāo)值 177。㎜ Z 縱向絕對坐標(biāo)值 177。㎜ V 橫向增量值 177。㎜ W 縱向增量值 177。㎜ I 圓弧起點(diǎn)相對于圓心在