【導(dǎo)讀】隨著我國生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，在機(jī)械制造業(yè)中，數(shù)控機(jī)床越來越受到企業(yè)的歡迎。數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場對產(chǎn)品多樣化、高精度的要求。因此得到了越來越廣泛的。但是，商品化的數(shù)控機(jī)床價(jià)格高，一致于推廣應(yīng)用受到限制，而我國又現(xiàn)存有。我國機(jī)械行業(yè)的數(shù)控加工技術(shù)具有更重要意義。業(yè)水平的重要指標(biāo)。根據(jù)我國機(jī)床擁有量大，生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情，將普通機(jī)床。前機(jī)械工業(yè)制造水平與發(fā)達(dá)國家相比差距較大，而且從目前企業(yè)所面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大，使企業(yè)心有余而力不足。對普通機(jī)床數(shù)控化改造作為一種良好的有效途徑。代加工工藝及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求。據(jù)的處理運(yùn)動(dòng)控制。安裝孔和銷孔安裝齒輪箱，②拆除原絲杠安裝滾珠絲杠并仍然安裝在原絲杠的位置，的部位，以降低生產(chǎn)成本，節(jié)約改造生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)還受最大靜載荷的影響和限制，因當(dāng)滾珠絲杠在靜。選用時(shí)應(yīng)將相應(yīng)的滾珠絲杠的額定靜載荷

　　

【正文】 POP A； TPL MOV A， R0； CLR C； SUBB A， ＃ 06H； MOV R0， A； AJMP LOOP1； DELAY： MOV R2， ＃ M； DELAY1： MOV A， ＃ M1； LOOP： DEC A； JNZ LOOP； 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 DJNZ R2， DELAY1； RET 光隔 離電路 在這個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高（幾十伏）電流也教大（幾安到幾十安）如果將 I/O 口輸出信號直接與功率放大器相連，輕則影響單片機(jī)程序的正常運(yùn)行，重則導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞。因此，在接口電路與功率放大器之間設(shè)計(jì)加光隔離電路，實(shí)現(xiàn)電器隔離，通常使用最多的是光耦合器。光耦合器由發(fā)光二級管和光敏晶體管組成如下圖 25所示的共集電極輸出型光耦合器。當(dāng)輸入信號 VI 加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通激發(fā)出紅外光，光敏晶體管受光照后，由于 光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)以光為媒介的電信號傳輸，輸入端與輸出端在電氣上完全隔離。 圖 25 共集電極耦合器 圖 26 光電隔離輸出電路 上圖 2— 6 為光隔離輸入與輸出電路?？刂菩盘?74LS05 集電極開路門反相后驅(qū)動(dòng)光耦器的輸入發(fā)光二 極管 。當(dāng)控制信號為低電平， 74LS05 不吸收電 流，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，從而輸出的光敏晶體管截止，當(dāng)控制信號為高電平， 74LS05 吸收電流，發(fā)光二極管導(dǎo)通 發(fā)光，光敏晶體管受到激勵(lì)導(dǎo)通。我們的改造設(shè)計(jì)就采用這種光隔離電路。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 由于邏輯電路和單片機(jī)的輸出脈沖電平很小，一般為 3V 左右電流為毫安無法驅(qū) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，而需要經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大。我們知道常用的驅(qū)動(dòng)電路有：單電源驅(qū)動(dòng)電路高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路和恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路。而我們設(shè)計(jì)采用高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路 作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)。如下圖所示設(shè)計(jì)的高低雙電源驅(qū)動(dòng)電路。 圖 27 高低雙電源驅(qū)動(dòng)電路 圖中 LA為步進(jìn)電動(dòng)機(jī) A 相繞組，接大功率 VT1 和 VT2 之間， VT1 為高壓管。當(dāng)脈沖分配器輸出低電平是， VTI 和 VT2 之間截止， LA無電流通過。當(dāng)脈沖分配器輸出高電平是，是單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)為高電平輸出，經(jīng)前端放大使 VT1 導(dǎo)通，同時(shí)功率管 VT2 也導(dǎo)通，高壓電源 Vn 經(jīng) VTI 和 VT2 加至 LA 上。此時(shí)，二極管 VD1 因承受反向電壓而截止，切斷低壓電路 VL，由于高壓源電壓很高，線圈的電流 上升很快，上升沿變陡，當(dāng)電流值接近步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定值是，單穩(wěn)態(tài)電路延時(shí)時(shí)間到 ，翻轉(zhuǎn)為輸出低電壓，使高電壓管 VT1 截止。這時(shí)，由低電壓電源 VL 供電， VT2 繼續(xù)導(dǎo)通LA 繼續(xù)通過電流 。當(dāng)脈沖分配器輸出的脈沖為低電平時(shí)，功率 VT2 截止，這時(shí)為二極管 VD2 續(xù)流，電流隨之減少為零 采用這種驅(qū)動(dòng)電路是因?yàn)樗趩坞娫打?qū)動(dòng)電路相比，高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路的電流波形上升沿變陡，使步進(jìn)電機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率等主要性能得到明顯改善，而且驅(qū)動(dòng)功率也比單電源的高；在結(jié)構(gòu)上也比恒流斬波驅(qū)動(dòng)電 路的簡單。所以我們設(shè)計(jì)應(yīng)用這種高低壓雙電源驅(qū)動(dòng)電路 8255 可編程控制芯片的擴(kuò)展 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 MCS— 51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一就是硬件設(shè)計(jì)簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對于簡單的應(yīng)用場合可以不用 I/O 口系統(tǒng)，但是對于復(fù)雜的應(yīng)用場合就需要用 I/O 口擴(kuò)展來滿足單片機(jī)運(yùn)行功能的像我們設(shè)計(jì)的 C616 車床的數(shù)控化 的改造就有一定的復(fù)雜程度。因此。我們對 8051 單片機(jī)進(jìn)行 I/O 口擴(kuò)展，擴(kuò)展一片 8255 可編程控制芯片來達(dá)到機(jī)床控制運(yùn)動(dòng)功能的完善性 選用的 8255 芯片是 INTEL 生產(chǎn)的可編程 0輸入輸出接口芯片它具有 3 個(gè) 8位的并行 I/O 口分別為 PA。 PB， PC 口其中 PC 又分為高 4 位（ PC7~PC4）和低 4 位（ PC3~PC0）， 它們都可以使用軟件編程來改變 I/O 口工作方式。因此，178。 8255 使用方便，通用性強(qiáng)，經(jīng)常作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。我們設(shè)計(jì)的是 8255 芯片與 8051 直接接口電路如圖 2— 8所示 圖 28 8051擴(kuò)展 8255的接口電路連接圖 在 8051單片機(jī)的 I/O口上擴(kuò)展一片 8255芯片，無需加任何邏輯電路，從圖中可以看出 8255的片選信號 CS及口地址選擇線 A0， A1分別由 8051的 ， 址鎖存器 74LS373鎖存后提供。所以 8255的 A口， B 口 ， C口以及控制口地址分別為FF7CH， FF7DH， FF7EH， FF7FH。 8255的復(fù)位端與 8051 的復(fù)位端相連，都接到 8051的復(fù)位電路上。我們知道在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，必須根據(jù)外圍 設(shè)備的類型選擇 8255的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫人操作口。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)圖 2— 8可知： 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 A口地址 ： FF7CH； B口地址 ： FF7DH； C口地址 ： FF7EH； 控制口地址 ： FF7FH； 對于 8255的 C口 8位中的一位，均可以用指令來置位和復(fù)位。例如，如果把 C口的第 6位 PC5置 1相 應(yīng)的字控制為 00001011B=0BH，程序如下： MOV DPTR ， 0FF7FH； MOV A， 0BH； MOVX DPTR , A； 由此可見， 8255接口芯片在 MCS51系列單片機(jī)中應(yīng)用非常廣泛，廣泛應(yīng)用與外圍設(shè)備，如打印機(jī)，鍵盤，顯示器以及作為控制信息輸人輸出。所以我們設(shè)計(jì)擴(kuò)展用 8255可編程控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和進(jìn)行控制。 其中，用 8255的 A口控制步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)， PA0~PA5為輸出口，用于控制 Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 B口作為輸入口，用于功能鍵的控制，其中， PB0~PB4口分別控制空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng) I、手動(dòng) II、和回零 。 PB5口用于報(bào)警顯示，系統(tǒng)正常時(shí)，輸出低電平，綠色燈亮；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，輸出高電平，紅色燈亮，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 C口也用作輸出口，其中 C0~C3口控制面板上的按鍵，分別控制啟動(dòng)、暫停、連續(xù)、急停等功能。C4~C7口接越程報(bào)警控制電路，當(dāng)床鞍工作停止，以保護(hù)工作臺正常運(yùn)行。 輔助電路的設(shè)計(jì) 8051單片機(jī)的時(shí)鐘電路 我們知道單 片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下圖 29所示，晶體可在 ~12MHZ任選，偶合電容在 5~30PF之間，對時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式，可把 XTAI直接接地， XTAL2接外 部時(shí)鐘源。經(jīng)過比較，我們設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖 29所示。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 圖 29 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位電路都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)，在時(shí)鐘電路工作后，只要在 RESET引腳上出現(xiàn) 10ms以上高 電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)復(fù)位，以后單片機(jī)便從 0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)通常采用上自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種，而我們設(shè)計(jì)應(yīng)用上電與按鈕復(fù)位組合的復(fù)位電路如圖 210所示。在上電瞬間， R、 C 電路充電， RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RESET端保持 10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效地復(fù)位。 圖 210 復(fù)位電路 越界報(bào)警電路 為了防止工作臺越界，我們設(shè)計(jì)越界電路如圖 211所示。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 36 圖 211 越界報(bào) 警顯示電路 我們改造設(shè)計(jì)的 C616車床有 4個(gè) 方向可能越界，即 +X、 X、 +Z、 Z。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺移動(dòng)。其中圖 211中（ a）圖是報(bào)警信號的產(chǎn)生，（ b）圖是報(bào)警顯示。這里利用 8255PC口進(jìn)行控制，只要任一個(gè)行程開關(guān)閉合，即工作臺在某一個(gè)方向越界，均能產(chǎn)生越界信號。為了報(bào)警，設(shè)置紅綠燈指示，正常工作時(shí)綠燈亮，當(dāng)越界報(bào)警時(shí)紅燈亮。兩個(gè)燈均有一個(gè) I/O口輸出控制。其他的輔助電路的設(shè)計(jì)請參照附圖（ B）所示 操作面板設(shè)計(jì)的簡要介紹 根據(jù)前面的幾部分的設(shè)計(jì)和機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的基本要求，我們 設(shè)計(jì)的操作面板如下圖所示的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床控制面板設(shè)計(jì)方案。 繪制機(jī)床電氣控制電路原理圖 在完成前幾部分的設(shè)計(jì)之后，我們就可以著手繪制改造設(shè)計(jì)之后的 C616車床的電氣控制圖了。在繪制時(shí)，我們主要根據(jù)前面幾部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行繪制。繪制的具體電氣控制電路原理圖 參看后面的附圖（ B）。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 37 圖 2— 12 所示的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床控制面板設(shè)計(jì)方案 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 結(jié)論 對現(xiàn)有的通用車床進(jìn)行數(shù)控化改造主要是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位部件，改裝成由數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架，對 C616 型車床的數(shù)控化改造，利用微機(jī)將橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)改造為開放控制的系統(tǒng)，改造后的車床可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并且實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。 本次實(shí)際改造周期短，改造費(fèi)用低，操作使用方便，對工人的技術(shù)水平要求不高，特別適應(yīng)中小型企業(yè)的改造 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 39 致謝語 經(jīng)過一月多的努力，我終于將這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)完成了。在這次作業(yè)過程中，遇到許多困難，充分暴露出了前期我在這方面知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。還好得到許多老師和同學(xué)的幫助，使畢業(yè)論文順利完成。特別是段翠芳老師和宋娟老師，在此我向他們表示 最誠摯的謝意！ 盡管這次設(shè)計(jì)的時(shí)間是漫長的，過程是曲折的。但我的收獲還是很大，學(xué)到許多書本上學(xué)不到的東西。在整個(gè)過程中我發(fā)現(xiàn)我們這些學(xué)生最缺少的是經(jīng)驗(yàn)，沒有感性認(rèn)識，空有理論知識，有些東西很不可與實(shí)際脫節(jié)，總體來說這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文對我?guī)椭? 還是很大的。需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)的聯(lián)系起來，從中暴露自身的不足。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 40 參考文獻(xiàn) 1. 中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)組編 . 數(shù)控技術(shù) [M].— 北京：機(jī)械 工業(yè)出版社， 2. 劉明保等主編 . 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì) [M].— 長春市：吉林科學(xué)技術(shù)出版社， 3. 王昆等主編 . 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) [M].—