【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。設(shè)計(jì)，最終使機(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)。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。算，并選配了合適的齒輪和進(jìn)給電機(jī)。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)；最終，對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性分析。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；與推廣進(jìn)一步研究。我們要加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，使我們的設(shè)計(jì)越來越科學(xué)先進(jìn)。

　　

【正文】 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 第 4 章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主控器 主控制器及主控制芯片的選擇：目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片有 8086，8088， 80286， 80386 以及 8098， 8096 等 16 位機(jī)的 CPU，在一般的數(shù)控系統(tǒng)中推薦采用 MCS— 51系列單片機(jī)作為主控制器。這里選用 MCS— 51 系列中的 8031 芯片。 MCS51 芯片概述 MCS 一 51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)功能較強(qiáng)、價(jià)格較低，較早應(yīng)用，目前應(yīng)用 廣泛 。MCS51 系列的三個(gè)基本產(chǎn)品是 803 875 8051。它們本是同根生，引腳與指令完全兼容，核心是一個(gè) 8 位的 CPU， 但內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所不同。 8031 除 CPU 外，還包括 128 字節(jié)的 RAM， 21 個(gè)特殊功能寄存器（ SFR）、 4個(gè) 8位并行輸入輸出口、 1 個(gè)全雙工串行口， 2個(gè) 16位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，但內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，需要在芯片外擴(kuò)展 EPROM 芯片。 8051 包含了 8031，芯片內(nèi)又集成了 4K 字節(jié)的 ROM，用作程序存儲(chǔ)器，并且 8051 是掩膜型單片機(jī)，不超過 4K 字節(jié)的 程序 是廠家制作芯片時(shí)，代用戶燒制的，用戶不能修改。所以 8051在國內(nèi)很少見到。 與 8051 功能相同的是 8751，但是它的 4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器采用了 EPROM，用戶可以其中反復(fù)修改程序。但是 8751 價(jià) 格較貴，甚至比 8031 外加一片 4K字節(jié)的 EPROM 還貴，而且經(jīng)常擦寫的 EPROM 也較易損壞， 8751 的 EPROM 一旦損壞，整個(gè)片子就沒用了。 Intel還在 MCS51系列三種基本型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，推出了各類增強(qiáng)型產(chǎn)品，主要有 8032／ 8052／ 8752：它們的內(nèi)部 RAM增到 256 字節(jié)， 8752／ 8052 片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器容量增到 8K字節(jié)，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器增至 3 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器，有 6個(gè)中斷源。另外還有低功耗的 CHMOS 工藝芯片的 80C31／ 87C51／ 80C51：有二種掉電工作方式，其一是讓 CPU 停止工作，其它部分 仍繼續(xù)工作，其二是除片內(nèi)為 RAM繼續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)外，其它部分都停止工作。還有一種可用 BASIC 語言編程沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 的 BASIC52 單片機(jī)，其芯片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序，而且 BASIC52 語言能和MCS 一 51 匯編語言混合使用。 表 4－ 1 MCS51 各引腳功能 序號(hào) 名稱 功能 序號(hào) 名稱 功能 1~8 ~ P1 口準(zhǔn)雙向 I/O 線 18 XTAL2 接外部晶振 9 RST/VPD 復(fù)位 /備用電源 19 XTAL1 接外部晶振 10 RXD/ 串行輸入口/ 20 Vss 接地 11 TXD/ 串行輸出口/ 21~28 ~ P2口 I/O 線 12 INTO/ 外部中斷 0輸入 / 29 PSEN 外部 RAM 讀選通 13 INTI/ 外部中斷 1輸入 / 30 ALE/PROG 地址鎖存允許 /編程脈沖 14 T0/ 定時(shí) /記數(shù)器 0 輸入/ 31 EA/Vpp 有無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 /編程電源 15 T1/ 定時(shí) /記數(shù)器 1 輸入/ 32~39 ~ P0口 I/O 線 16 WR/ 外 部 RAM 寫選通 / 40 Vcc 電源 17 RD/ 外部 RAM 讀選通 / MCS51 系列單片機(jī)是 40 腳雙列直插式封裝（ DIP）的 VLSI 芯片，其引腳沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 如圖 41所示。各引腳功能如表 41 所示。 圖 4－ 1 MCS51芯片引腳圖 在 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部主要有 8位微處理器（ CPU） 4KB ROM/EPROM； 128RAM； 4個(gè)并行口 P0， P1， P2， P3； 一個(gè)全雙工串行口； 兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 五個(gè)中斷源 ，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 64KB ROM/EPROM 尋址空間； 64KB RAM/I/O 尋址空間。 當(dāng) Vcc 剛一上電時(shí)或當(dāng) RESET 引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，8051 將被復(fù)位。 RESET 恢復(fù)低電平后， CPU 從零地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位后沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 各寄存器的狀態(tài)列于表 4－ 2 中： 表 4－ 2 復(fù)位后各寄存器的狀態(tài) 寄存器 內(nèi)容 寄存器 內(nèi)容 PC 0000H T0* 000H ACC* 00H T1* 000H B* 00H SCON* 00H PSW* 00H IE* 0XX00000B SP* 07H TMOD* 00H DPTR* 0000H TCON* 00H P0*~P3* 0FFH SBUF* IP* XXX0000B PCON* 0XXXXXXXB 注：表中帶有 *號(hào)者是特殊功能寄存器 MCS51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 MCS51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器分為程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，兩種存儲(chǔ)器相互獨(dú)立，各有 64K 的地址空間。程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序指令、常數(shù)和表格等 。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則存放緩沖數(shù)據(jù)。由于本控制過程比較簡(jiǎn)單，控制程序所需的存儲(chǔ)容量不大， AT89C51本身的 4K存儲(chǔ)空間已足夠用。因此 應(yīng)用系統(tǒng)僅擴(kuò)展一片 6116(RAM)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 MCS51 單片機(jī)還具有特殊功能寄存器〔 SFR〕 ，其功能是，反映了 MCS51單片機(jī)的狀態(tài)，實(shí)際上是 MCS51單片機(jī)的狀態(tài)字及控制字寄存器。此外， MCS51 單片機(jī)的一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)在于它具有一個(gè)功能強(qiáng)大的布爾處理器。 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 4－ 2 2764引腳配置圖 EPROM、 RAM與 8031 的連接 EPROM 與 RAM 的選擇 （ 1） EPROM 的選擇 不同型號(hào)的芯片滿足不同的需求，他們有不同的參數(shù)，主要有最大 讀出速度，工作溫度及容量。在確定容量后選擇 EPROM 的型號(hào)，主要考慮因素是讀取速度，這決定系統(tǒng)能否正常工作。根據(jù) CPU 與 EPROM 的匹配要求，應(yīng)滿足 8031 能提供的讀取時(shí)間大于 EPROM 所需要的讀取時(shí)間。 （ 2） RAM 的選擇 選擇 RAM 主要考慮因素是 RAM 的讀寫速度與 CPU 提供的讀寫時(shí)序的匹配要求， 并且 8031 所能提供的讀寫時(shí)間應(yīng)大于 RAM 所需求的讀寫時(shí)間，常用 RAM主要有 6116 和 6264 兩種。 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 8031 與外部程序存貯器的連接 表 4－ 3 2764引腳功能 A0~A 12 地址線 O0~O7 數(shù)據(jù)線 CE 片選 OE 輸出允許 VPP 編程電源 PGM 編程脈沖 用 3 片紫外線擦除可編程存貯器進(jìn)行本次設(shè)計(jì)的外部程序存貯器的擴(kuò)展，2764 是一種容量為 8kB 的 EPROM。單一 +5V 供電，最大靜態(tài)工作電流 100mA，最大維持電流 40mA。 2764 為 28線雙列直插式封裝芯片，其引腳配置如下圖。 2764的引腳功能和工作方式見表 43。 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 5 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)實(shí)際上是微型計(jì)算機(jī)的一種，自從它問世以來，人們對(duì)它不斷地改進(jìn)，以應(yīng)用于現(xiàn)代化社會(huì)的各方各面。單片機(jī)體積小，價(jià)格低廉，開發(fā)較為容易，可根據(jù)需要制作成各種智能控制器以代替人工的操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在我國，由于 ASIC（專用集成電路）的生產(chǎn)還跟不上，單片機(jī)的作用更加地重要，在智能儀器儀表、工業(yè)設(shè)備過程控制、家用電器中，都可以見到它的蹤跡。 單片機(jī)的品種非常多 ,接著用途分共有兩大類 .分為專用型和非專用型(通用型 )；專用型是為某一特定的設(shè)備研制的。遙控彩電的發(fā)射和接受系 統(tǒng)的是為它量身定做的。通用型可以設(shè)計(jì)成各種應(yīng)用我們生活的設(shè)備 ,這類可以說品種繁多 ,它可以應(yīng)用各種行業(yè)。 單片機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成 ,這一點(diǎn)它和 PC 機(jī)一樣 ,硬件由存儲(chǔ)器 ,輸入輸出 ,CPC 等組成真可謂麻雀雖小 ,五臟俱全 ,軟件是由各種應(yīng)用程序組成。這就要看單片機(jī)其他硬件 (元器件 )組成的是一臺(tái)什么設(shè)備了 ,要根據(jù)單片機(jī)應(yīng)具備的工具編相應(yīng)的程序 ,給單片機(jī)編程序普通地都用匯編語言 ,此外還有用 C語言給單片機(jī)編程 的，但難度較高， 現(xiàn)在給單機(jī)編程只有這兩種語言。 單片機(jī)的硬件部分 ,是必不可少的部分 ,除了單片機(jī)本一塊集成快 以外 ,還需要外國元件的支持 ,它才能工作 。 雖然如此 ,但它仍優(yōu)于傳統(tǒng)的模式電路 .用單片機(jī)系統(tǒng) ,簡(jiǎn)化電腦設(shè)計(jì) ,外圍元件少 ,能多 ,故障少。 所謂軟件是指各種程序 ,如同人大腦的思想它是實(shí)現(xiàn)各種功能的工具 ,比方說用單片機(jī)設(shè)計(jì)多花樣的彩燈 ,用傳統(tǒng)的方式只有 14 鐘 ,而用單片機(jī) ,通過程序設(shè)計(jì)出來的花樣可達(dá) 20100 多種。 光電隔離電路和功率放大器設(shè)計(jì) 光電隔離電路設(shè)計(jì)：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞阻。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高（幾十伏），電流也較大（幾安到幾十 安），如果將Ｉ／Ｏ口輸出的信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常運(yùn)行，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)接口電路的損壞。所以在接口電路與功率放大器之間要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。如圖 5－ 1所示。 光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)輸入信號(hào)加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通激發(fā)出紅外光，光敏三極管受光照射后，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)了輸入端、輸出端在電氣上的完全隔離。 脈沖分配器的輸出功率很小，必須將其輸出的信號(hào)經(jīng)功率放大器從而產(chǎn)生足夠大的功率 才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，功率放大器的型號(hào)要根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的具體型號(hào)選取。 圖 5－ 1 光電隔離電路 電氣原理圖具體設(shè)計(jì) 電氣原理圖編制應(yīng)滿足的要求： （ 1） 橫向、縱向進(jìn)給伺服電機(jī)控制； （ 2） 刀架電機(jī)控制； （ 3） 鍵盤控制； （ 4） 行程控制； （ 5） 復(fù)位電路，報(bào)警電路等。 采用軟件環(huán)形分配器。由于橫向和縱向的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)為三相，所以直接與沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 8155（ 2）的 PA 口相接就可以了，經(jīng)光電耦合電路，功放電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)。具體電氣原理圖設(shè)計(jì)見圖 5－ 2。 圖 5－ 2 電氣 原理設(shè)計(jì)圖 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 6 章 經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性分析 在如今競(jìng)爭(zhēng)萬分激烈的社會(huì)環(huán)境中，工業(yè)生產(chǎn)越來越注重工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)該時(shí)刻注意材料和能源的節(jié)約。在滿足技術(shù)條件的情況下，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選件時(shí)，應(yīng)始終想著經(jīng)濟(jì)性。 在本次設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過認(rèn)真的分析計(jì)算，比較準(zhǔn)確的選擇了各個(gè)零部件，這樣就在滿足使用要求的情況下避免了資金的浪費(fèi)。在車床數(shù)控化改造過程中，不僅提高了車床的剛性和抗震性，而且大大提高了生產(chǎn)效率。 在現(xiàn)代，由于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)戰(zhàn)略性的問題擺在人們的面前，產(chǎn)品設(shè) 計(jì)中環(huán)保問題也變的越來越重要。在本次設(shè)計(jì)過程總，由于選用了滾珠絲杠的傳動(dòng)方式，減少了工作中的噪音污染，減少了對(duì)人體的危害。 現(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都會(huì)注意環(huán)保問題，因?yàn)榄h(huán)境的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)戰(zhàn)略性的問題，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一定要考慮到對(duì)于環(huán)境的影響，并應(yīng)把對(duì)環(huán)境的損害降到最低點(diǎn)。如今的工業(yè)生產(chǎn)非常注重工作效率和經(jīng)濟(jì)利益，因此對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)作出適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)和技術(shù)分析是非常重要的。在本設(shè)計(jì)中，經(jīng)過計(jì)算校核從而得出比較合理的數(shù)據(jù)，這樣在各個(gè)部件的選擇上就有了很大的優(yōu)勢(shì)，避免了不必要的資金浪費(fèi)?，F(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都會(huì)注意環(huán)保問題，因 為環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展成為一個(gè)戰(zhàn)略性的問題已經(jīng)擺在人們面前，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一定要考慮到對(duì)于環(huán)境的影響，并應(yīng)把對(duì)環(huán)境的損害降到最低點(diǎn)，符合現(xiàn)代社會(huì)以人為本的思想。 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 第 7 章 結(jié)論 本設(shè)計(jì)是 C6163 數(shù)控化改造。設(shè)計(jì)主要完成的內(nèi)容是： （ 1）介紹了數(shù)控系統(tǒng)控制原理，數(shù)控系統(tǒng)的分類及選型； （ 2）針對(duì)傳動(dòng)與進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，重點(diǎn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)中的切削力、滾珠絲杠副進(jìn)行了選擇和計(jì)算； （ 3）介紹了單片機(jī)的分類、特點(diǎn)，對(duì)數(shù)控化改造過程中單片機(jī)的選型及控制原理 通過我的設(shè)計(jì)， 可以得到以下結(jié)論 ： （ 1） 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； （ 2） 本設(shè)計(jì)最大的缺陷是，設(shè)計(jì)理論比較不成熟，