【正文】 Environment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。實踐證明該機床操作方便，降低了操作者勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為下一道工序生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。這里采用一次性裝夾，由于工件較長，尾座上要用頂尖頂住。自動升降速的源程序在此省略。（2）中斷控制方式 ： （a）主程序 (b)中斷服務(wù)程序 框圖中定時器的時間常數(shù)決定了步進電機的轉(zhuǎn)速。 步進電機每更換一個控制字，就轉(zhuǎn)過一個固定的步距角，更換控制字的快慢就決定了步進電機的轉(zhuǎn)速，因此控制輸出字更換的速度，就可以控制步進電機的轉(zhuǎn)速。 下面主要設(shè)計第一象限的程序，其他程序與第一象限類似。假定脈沖分配表放在程序存儲器的0701H開始的單元中，因P1口與步進電機之間接反向器，：地址通電方式ABC代碼0701H011FBH0702H001F9H0703H101FDH0704H100FCH0705H110FEH0706H010FAH（1）X方向脈沖分配的子程序 ，~，R6為X向電機的指針寄存器，~，R7為Y向電機的指針寄存器、初始化時使（R6）=（R7）=01H，：X向源程序：PULSE：CJNE R6， 07H，LOOP1 MOV R6， 01H SJMP LOOP2 LOOP1：CJNE R6， OOH，LOOP2 MOV R6， 06H LOOP2：MOV DPTR， 0700H MOV A， R6 MOVC A， A+DPTR SWAP A MOV B， A MOV A， R7 MOVC A，A+DPTR ADD A， B MOV P1， A RET（2）Y向脈沖分配子程序類似于X向的，只是P1口輸出的數(shù)據(jù)與分配表的值對應(yīng)的關(guān)系不同。 ，該系統(tǒng)用8031的P1口作為輸出信號，分別控制X、Y方向的步進電機。這樣就使繞組中電流緩慢增加和下降，步進各相繞組電流幾乎同時存在，步進電機負載能力下降，嚴重時會出現(xiàn)失步。脈沖分配器的功率很小，不能滿足步進電機的要求，必須將它放大以產(chǎn)生足夠大的功率，驅(qū)動步進電極正常運轉(zhuǎn)。：輸入高電平（V）輸入低電平（V）輸出低電平（V）輸出高電平（V）吸收電流（mA）工作頻率（Hz）電源電壓（V）環(huán)境溫度（）0~16050~+70單片機系統(tǒng)要控制電壓高、電流大的信號，必須采用電氣上的隔離并抑制干擾，光電耦合器就是利用光傳遞信息的器件，使電路的輸入和輸出在電氣上完全隔離，大大提高了系統(tǒng)安全可靠性，并可實現(xiàn)共模噪聲的抑制和電源的變換等。（三）步進電機驅(qū)動電路的分析 在經(jīng)濟型數(shù)控機床中，大多采用步進電機開環(huán)控制。（1）I/O口擴展方法據(jù)擴展并行I/O口時數(shù)據(jù)線的連接方式，I/O口擴展方式可分為三種：1） 總線擴展方法；2） 串行口擴展方法；3） 通過單片機片內(nèi)I/O口的擴展方法。4） 控制總線的連接：對應(yīng)控制線連接。（2）存儲器的擴展8031芯片與存儲器的連接存儲器擴展實質(zhì)是三總線的連接。（b） 芯片的工作速度滿足系統(tǒng)的時序要求。當(dāng)G時，74LS138工作。（4）地址譯碼8031擴展電路中，都涉及到外部地址空間分配問題，即當(dāng)8031數(shù)據(jù)總線分時與多個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送時，首先要進行片選，然后再進行片內(nèi)地址選擇。故片外可擴展的數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器分別為64K。3） 控制總線（CB）：系統(tǒng)擴展用控制總線有、ALE、。（二）8031單片機的擴展 8031單片機內(nèi)無程序存儲器，如不擴展外部程序存儲器則不能工作，且片內(nèi)僅有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器，對于需要較多數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的程序來說，片內(nèi)RAM也不夠用，須擴展。在存儲器擴展和I/O接口電路中，均涉及到地址譯碼問題。選擇EPROM作程序存儲器時，應(yīng)考慮：1) 速度應(yīng)與CPU時鐘匹配；2) 容量適中。四、CA6150機床微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計（一）微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是軟件編程的前提，數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計包括以下幾部分內(nèi)容：（1） 繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖。可查出150BF002型步進電機允許的最高空載啟動頻率為2800運行頻率為8000，再從圖5查出150BF002步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。從上面計算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項作為初選步進電機的依據(jù)。以上式中 ：指空載起動時折算到電機軸上的加速度力矩（）； ：指折算到電機軸上的摩擦力矩（）；：指絲杠預(yù)緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩（）；：指傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量； ：指電機最大角加速度（）； ：指電機最大轉(zhuǎn)速（）；：指運動部件最大進給速度（）；：指脈沖當(dāng)量（）；：指步進電機步距角（）；：指運動部件從停止起動到最大快進速度所需時間（s），這里是30ms；：指導(dǎo)程的摩擦力（N），；：指垂直方向的切削力（N）；：指工件及工作臺重量（N）；：指導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，；：指運動部件的總重量（N）；：指齒輪降速比；按計算；：指傳動鏈總效率，一般可??；：指滾珠絲杠預(yù)加負載，一般取/3，為進給軸向力（N）；：指滾珠絲杠導(dǎo)程；：指滾珠絲杠未加預(yù)緊時的傳動效率，一般取。所處位置縱向橫向齒數(shù)24401845分度圓直徑d=mz48803690齒頂圓直徑52844094齒根圓直徑43753185齒寬（6~10）m16161616中心距6463（五）CA6150機床步進電機的選型（1） 等效轉(zhuǎn)動慣量的計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算：[16]式中 ：指步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量；、：指齒輪、的轉(zhuǎn)動慣量；：指滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量；：指工件及工作臺重量（N）；：指絲杠導(dǎo)程（）；參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。計算臨界負載（N）： 式中 E：指絲杠材料彈性模量，對鋼E（N/mm）； J：指截面慣性矩（mm）；絲杠截面慣性矩J（為絲杠螺紋的底徑）； ：絲杠兩支承端距離（mm）；：絲杠支承方式系數(shù)，這里。重新計算如下： NQ（N）由此可知：滾珠絲杠螺母副和軸承的型號可不改變。 Vmm（3）傳動效率的計算（4）剛度驗算，最大軸向力為2759N，支承間距L=550mm, 因絲杠長度較短，不需要預(yù)緊。所以X向固定端選擇一對單列圓錐滾子軸承。2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形（mm）：由d=， F=kgf，承載滾珠數(shù)量 ZZ 由于滾珠絲杠副施加預(yù)應(yīng)力，且預(yù)應(yīng)力F為軸向負載的1/3，則變形量： = （mm）3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變（mm）：這里采用有預(yù)緊時的推力球軸承則： 查《機械設(shè)計手冊》中表6282，采用51109型推力球軸承，其d=45mm，滾動體直徑D= mm， 滾動體數(shù)量Z=22， （mm）則定位誤差 =(規(guī)定定位精度)。則 。（4）滾珠絲杠螺母副的選型從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應(yīng)的動負載C的滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時應(yīng)滿足Q C的條件。則 F=（N）。所以Z向選擇固定支承式。F：F：F=1 ： ：式中 F：指走刀方向的切削力（N）； F：指垂直走刀方向的切削力（N）。~[15]。為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。考慮達到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的，也正是由于信號的單向流程，它對機床移動部件的實際位置不做檢測，所以機床加工精度要求不太高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求提出數(shù)個總體方案，進行綜合分析、比較和論證，最后確定一個可行的總體方案。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實現(xiàn)禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak）公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC）