【正文】 D2=1 運(yùn)行， D2=0 停止； D3=1 正轉(zhuǎn)， D3=0 反轉(zhuǎn)。此外，所有的數(shù)據(jù)區(qū)必須進(jìn)行初始化，如置初始值、X、 Y 向步進(jìn)電機(jī)初態(tài)（控制字）。 c) 終點(diǎn)判別：若 X=Xe（ Y=Ye），則停止插補(bǔ)運(yùn)算。當(dāng) Xe﹥ Ye，可用 X 方向的總步數(shù) Xe作為終點(diǎn)判別的依據(jù)，如動(dòng)點(diǎn) X 等于終點(diǎn) Xe 則停止。 坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號(hào)，決定沿 +X、 +Y、 X、 Y 的哪個(gè)方向進(jìn)給。 （ 3）地址計(jì)算： 1） 8155 的地址計(jì)算： 在 8155 中，采用 來控制 IO/M 口，進(jìn)行 I/O 和 RAM 選項(xiàng)控制。采用 8155 進(jìn)行接口擴(kuò)展， PA口，PC口屬于輸出口， PB 口屬于輸入口。 對(duì)于復(fù)雜的電路驅(qū)動(dòng)，如五相十拍電路，具有 A,B,C,D,E 無相，他的十拍工作方式為： ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEABAB…… 對(duì)于這這種復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方式，如果采用軟件編程或者硬件電路來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制都是比較復(fù)雜的，這時(shí)我們可以采用專用驅(qū)動(dòng)控制芯片，這里采用 HXD55 型五相混合式驅(qū)動(dòng)器。在微機(jī)控制電機(jī)過程中，需要使電機(jī)按照一定規(guī)律變化進(jìn)行運(yùn) 37 動(dòng)，而控制這部分規(guī)律變化的部分叫做脈沖分配器。 表 6 ： 數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配 芯片 接74LS1 38引腳 地址選擇線 片內(nèi)地 址單元 地址編碼 2764(1) 0Y 000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H1FFFH 2764(2) 1Y 001xxxxxxxxxxxxx 8K 2020H3FFFH 6264 2Y 010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H5FFFH 8155(1)I/O 4Y 0110000100000xxx 6 6100H6105H 8155(2)I/O 4Y 1000000100000xxx 6 8100H8105H 機(jī)械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì)總結(jié)： 設(shè)計(jì)要求 : 采用 MCS51 系列單片機(jī)來完成此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,完成控制系統(tǒng)原理圖等 . 主要包括鍵盤 ,LED 顯示 ,電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、單進(jìn)控制、聯(lián)動(dòng)控制等的控制 .同時(shí)還要有一些自動(dòng)錯(cuò)誤處理功能 .如限位控制 ,驅(qū)動(dòng)出錯(cuò)處理 ,這就需要在程序設(shè)計(jì)時(shí)提供相應(yīng)的中斷處理程序。 50 PCPC ? 作為鍵盤的 6 條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。 8155(2)控制步進(jìn)電機(jī)，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。 5PB 是換刀回答，當(dāng)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機(jī)停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號(hào)，開始執(zhí)行進(jìn)給指令。光電編碼器還發(fā)出一個(gè)零位螺紋信號(hào)，輸入 8155(1)的6PB ，用以防止車螺紋亂扣。（故設(shè)計(jì)中一定有一片 2764芯片連到 74LS138 的 0Y ）設(shè)計(jì)中采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。 ALE 為地址鎖存允許。電路的組成如下： a) 采用 8031 作 CPU b) 擴(kuò)展了兩片 2764 芯片、一片 6264 芯片 c) 兩片 8155 可編程并行 I/O 接口。 芯 片 接 74LS138引腳 地址選擇線 片內(nèi)地址單元（ B） 地址編碼 2764（ 1） 0Y 000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H～ 1FFFH 2764 (2 ) 1Y 001xxxxxxxxxxxxx 8K 2020H～ 3FFFH 6264 2Y 010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H～ 5FFFH 8155 RAM 4Y 10011110xxxxxxxx 6 61009EFFH I/O 4Y 1001111111111xxx 6 9FF8H～ 9FFDH 8255 2Y 01011111111111xx 4 5FFCH～ 5FFFH 表 5 ，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作，存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)， OI 輸入輸出接 口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行交換的 橋梁。 系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲(chǔ)器及 I/O接口芯片的地址編碼如表 4— 19 所示： X 向， Y 向步進(jìn)電機(jī)硬件環(huán)形分配器采用 YB015， 3— 2 相通電五相十拍方 33 式工作，故 A0， A1 引腳均接 +5V， Z向步進(jìn)電機(jī)配件環(huán)形分配采用 YB014，是以2— 3 相通電四相八拍方式工作。 8155 芯片的 IO/M 引腳接 8031 芯片的 P2。 Y0~Y7 對(duì)應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 至 111 的 8 種組合，其中 Y0 對(duì)應(yīng) A、 B、 C為 000， Y7 對(duì)應(yīng) A、 B、 C 為 111。 74LS138三 — 八譯碼器有三個(gè)輸入 A、 B、 C 分別接到 8031 的 P2。 I/O 輸入輸出接口電路。 總線。直接使用則會(huì)施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開降進(jìn)控制〈用軟件實(shí)現(xiàn)〉，將起動(dòng)頻率到 1000Hz 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可增高到 ，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。 ?f 時(shí)， 7 6 3 ???? ???fMN cm2= N cm2 絲桿傳動(dòng)慣量： J3= 104 64 140= cm2＝ mT = ????bmpF236 8 22 9 3 3 8 1 7 ???????? ??? N.cm ② 算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 根據(jù)負(fù) 載轉(zhuǎn)矩除以 mT 一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qT qT = mT /～ 一般縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)的安全系數(shù)取 ～ qT = mT /=③ 計(jì)算最大靜扭矩 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表 322，如取五相十拍，則 ? =maxjqTT = maxjT = qT /=○ 4 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的頻率和最高起動(dòng)頻率 kf 28 efpsv?601000? = 11000 ?? ? HZ kf = 33 3 210 0 06010 0 0 m a x ?? ??pv? HZ 式中： sv －最大切削進(jìn)給速度 m/min , sv =1m/min maxv －最大快移速度 m/min, maxv =2m/min p? －脈沖當(dāng)量 , p? =根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩 maxjT = 323中查出 130BF001最大靜扭矩為 931N 可以滿足要求，但從表中看出 130BF001 步進(jìn)電機(jī)最高空載起動(dòng) 頻率為 3000HZ，不能滿足 kf =3333HZ 的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。1? =1/4 1? =102/2=10 2mm ② 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2? 查《綜合作業(yè)指導(dǎo) 書》圖 35， W系列 1 列 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q? Q? = 因進(jìn)行預(yù)緊 2? =1/2 Q? =1/2= ③ 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形 3? 采用 D8208 型推力球軸承， 1d =35mm,滾動(dòng)體直徑 Qd =,滾動(dòng)體數(shù)量 24 Z=18, mmZdF Q mc 33 2222 ????? 注意此公式中單位應(yīng)為 N 因施加預(yù)緊力 ，故 3? =1/2 c? =1/2= 根據(jù)以上計(jì)算 ? = 3? ＋ 2? ＋ 1? =＋ ＋ =定位精度 因?yàn)椴楸磉_(dá) 11《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為 177。支承 L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷 1/3。2530 ? — 磨擦角 取 10’ 滾動(dòng)磨擦系數(shù) ～ )10253t a n( )253t a n()t a n(t a n 39。f — 滑動(dòng)導(dǎo)軌磨擦系數(shù) ～ G — 溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表 1— 1，取 G =800N )(39。 d) 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率 kf 為,切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 ef 為 從表 323 中查出 150BFG2815 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為 16000Hz，再從圖 315， 316查出 150BFG2815 步進(jìn)電機(jī)起 20 動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖 3 所示 : 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)， 150BFG2815 型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿足要求。 (2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。383? 鋼球直徑 qd 滾道法面半徑 R qdR ? 偏心距 e ? ? ?sin2qdRe ?? 螺紋升角 ? oodL?? arctan? 39。383t a n 39。 微機(jī)的選擇 9 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由 CPU、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、 I/O 接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路等幾部分組成。 (3) 提高系統(tǒng)剛度。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： (1) 盡量采用低磨擦的傳 動(dòng)和導(dǎo)向元件。由于 C6163 車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本次設(shè)計(jì)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。選用滾珠絲桿螺母副。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。因此，對(duì)普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。 由于本設(shè)計(jì)僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，故在此，設(shè)計(jì)者僅對(duì)改造的投資概算作一簡要的可行性論證?？v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。 數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有： 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì) (1) 主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì) 將原機(jī)床的主 軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，無級(jí)調(diào)速部分由變頻器控 7 制。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式 比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。 (2)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造 (1) 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有 ％，而日本在 1994年已達(dá) ％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。 (6) 由以上五條派生的好處。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使 單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動(dòng)化 。 (1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 ： 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。改造設(shè)計(jì) 2 目 錄 第一章 概論 ........................... 2 ....................... 2 ........................... 2 ....................... 3 第二章普通車床數(shù)控改造的可行性論證 車床的數(shù)控改造 ............................... 4 ................................... 7 第三章設(shè)計(jì)方案 ........................... 8 ........ 10 選擇脈沖當(dāng)量 .............................. 11