【正文】 在本文完成過(guò)程中， 我 還得到了華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院其他老師的指導(dǎo) 和幾位同學(xué)的幫助 ，在此向 他們 表示最誠(chéng)摯的謝意。他既敢于放手，不包辦代替，讓我充分發(fā)揮自己的獨(dú)創(chuàng)意識(shí)，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力；同時(shí)，又做到積極引導(dǎo)，不放任自流，有節(jié)有度地引導(dǎo)我的設(shè)計(jì)思路朝正確的方向發(fā)展，恰到好處的糾正了我不 完全 正確的設(shè)計(jì)思路。在此，謹(jǐn)向尊敬的任繼文老師致以衷心的感謝，謝謝您！同時(shí)，在學(xué)業(yè)上我還要感謝我的父母多年來(lái) 對(duì) 我的支持和 關(guān)心。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 參考文獻(xiàn) 【 1】尹志強(qiáng)等 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課 程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 【 2】徐峰，蘇本杰 .數(shù)控加工實(shí)用手冊(cè) [M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社， 2020 【 3】廖效果，劉又午 .數(shù)控技術(shù) [M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社， 2020 【 4】羅永順 .機(jī)床數(shù)控化改造實(shí)例 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 【 5】王喜斌，王鳳宇 .電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)及創(chuàng)新與競(jìng)賽 [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2020 【 6】席巍 .電子電路 CAD技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社， 2020 【 7】張毅坤， 陳善久，裘雪紅 .單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 [M].西安：西 安電子科技大學(xué)出版社， 1998 【 8】 劉南平，孫蕙芹，童一帆，蘇梅 .單片機(jī)實(shí)訓(xùn)與開發(fā)教程 [M].北京：科學(xué)出版社， 2020 【 9】 秦曾煌 .電工學(xué) [M].北京：高等教育出版社， 2020 【 10】 魏斯亮，張克義 .機(jī)床數(shù)控技術(shù) [M].大連：大連理工大學(xué)出版社， 2020 【 11】潘永雄，沙河 .電子線路 CAD實(shí)用教程 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 【 12】 王正謀，朱力恒 .Protel99se電路設(shè)計(jì)與仿真技術(shù) [M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2020 【 13】 本社 .English for Numerical Control Technology[M].北京： 高等教育出版社， 2020 【 14】曾志新 .FUNDAMENTALS OF MACHINE MANUFACTURING TECHNOLOGY[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社， 2020 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 30 致謝 本論文是在機(jī)電工程學(xué)院任繼文老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多新的 知識(shí) ，也把在大學(xué)幾年里所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)有機(jī)的結(jié)合在一起，并且把以前所學(xué)的，但是現(xiàn)在可能已經(jīng)模糊的知識(shí)再一次得到鞏固。所以如應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)上，肯 定將會(huì)出現(xiàn)某些問(wèn)題，這也需要在生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)加以調(diào)試和修改優(yōu)化加工工藝和參數(shù)設(shè)置， 由于設(shè)計(jì)的 經(jīng)驗(yàn)不足，在本設(shè)計(jì)中所選用的電器元件及電路的設(shè)計(jì)可能存在不合理現(xiàn)象。 一些典型的軟件的設(shè)計(jì)，如鍵盤的掃描程序、顯示器的顯示程序、 D/A電路輸出模擬電壓程序 、 直線插補(bǔ) 等 。 初始化 走一步 +X 走一步 +Y 到達(dá)終點(diǎn)？ F=Fi－ Ye F=Fi+Xe 延時(shí) 結(jié)束 F≥ 0 N N Y Y 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 28 結(jié) 論 通過(guò)對(duì) C6140 臥式車床數(shù) 控化改造的 設(shè)計(jì)，主要做的內(nèi)容如下： 利用單片機(jī)（本設(shè)計(jì)采用了 AT89S52 為主控芯片），設(shè)計(jì)出了一套有硬件電路與步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)相匹配的數(shù)控系統(tǒng)，由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)和軟件相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn) XZ 方向的運(yùn)動(dòng)。第一象限直線插補(bǔ)流程圖如 32 圖所示。因此逐點(diǎn)比較法加工精度高，所以在本次設(shè)計(jì)中選用的逐點(diǎn)比較法。 由于逐點(diǎn)比較法就是刀具（或工件）每走一步，控制系統(tǒng)都要將加工點(diǎn)與給定的圖形軌跡相比較，已決定下一步的方向，使之逼近加工軌跡。由于這些軟件的設(shè)計(jì)工作量都比較大，設(shè)計(jì)時(shí)一般不要求編制詳細(xì)的程序清單，但建議設(shè)計(jì)軟件的流程圖 。這些程序都非常 簡(jiǎn)單，對(duì)華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 于某個(gè)動(dòng)作的控制，只要從輸出接口芯片的某個(gè)引腳輸出一個(gè)電平信號(hào)即可。調(diào)用延時(shí)子程序 DJNZ 0FH,CONT2。兩脈沖之間延時(shí) 20200us（決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速） MOV 0DH， 20H 。延時(shí)（根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的需要，調(diào)整延時(shí)） SETB 。發(fā)步進(jìn)脈沖的下降沿（設(shè)驅(qū)動(dòng)器對(duì)于脈沖的下降沿有效） NOP 。準(zhǔn)備走 100步 CONT2： CLR 。調(diào)用延時(shí)子程序 DJNZ 0FH,CONT1。兩脈沖之間延時(shí) 20200us（決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速） MOV 0DH,20H 。延時(shí)（讓驅(qū)動(dòng)電路的光耦合器充分導(dǎo)通） SETB 。正轉(zhuǎn)時(shí) =1 CLR ?？刂破髋c硬件環(huán)分電路的連接只需兩根信號(hào)線：方向線和脈沖線（或者一根正轉(zhuǎn)脈沖線，一根反轉(zhuǎn)脈沖線），假設(shè) 輸出方向信號(hào)， 輸出脈沖信號(hào)，則控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走步的程序如下： （ 1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 100 步 MOV 0FH,100D 。例如，要顯示 “X ” ，程序如下： MOV 6BH， 02H ； “X” 的一半 MOV 6CH， 03H ； “X” 的另一半 MOV 6DH， 0AH ； MOV 6EH， 0CH ； 1 MOV 6FH， 0DH ； 2 MOV 70H， 0EH ； 3 MOV 71H， 19H ； 4. MOV 72H， 10H ； 5 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 MOV 73H， 11H ； 6 CALL DIR ；向 8279 的顯示 RAM 寫數(shù) ... ... 顯示緩沖區(qū) （ 內(nèi)部 RAM（ 6BH）（ 6CH）（ 6DH）（ 6EH）（ 6FH）（ 70H）（ 71H）（ 72H）（ 73H） | | | | | | | | | 顯示字符： X 1 2 3 4 . 5 6 | | | | | | | | | 字符編碼： 02H 03H 0AH 0CH 0DH 0EH 19H 10H 11H 8279 管理鍵盤子程序 如 車床數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)板電原理圖 所示，當(dāng)矩陣鍵盤有鍵按下時(shí)， 8279 即向CPU的 INT1 申請(qǐng)中斷 ， CPU 隨即執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從 8279 的 FIFO 中讀取鍵值，程序如下： CLR EX1 ；關(guān) CPU 的 INT1 中斷 MOV DPTR， 5FFFH ；指向 8279 控制口地址 MOV A， 01000000B ；準(zhǔn)備讀 8279 FIFO 的命令 MOVX DPTR， A ；寫入 8279 控制口 MOV DPTR， 5FFEH ；指向 8279 數(shù)據(jù)口地址 MOVX A， DPTR ；讀出鍵值 CJNE A， KEY0,NEXT0 ；依次進(jìn)行判別 JMP _KEY0 ；對(duì)應(yīng)鍵進(jìn)行處理 NEXT0: CJNE A， KEY1， NEXT1 JMP _KEY1 NEXT1: CJNE A， KEY2， NEXT2 JMP _KEY2 NEXT2: ? ... D/A 電路輸出模擬電壓程序 如 車床數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)板電原理圖 所示，當(dāng) CPU 執(zhí)行寫指令時(shí)，只要選中 7FFFH這個(gè)地址， DAC0832 與 741 組成的 D/A 轉(zhuǎn)換電路即可輸出直流電壓。只有狀態(tài) 的D7=0 時(shí) ， 清除才結(jié)束 MOV A， 08H ；編碼掃描，左入口， 16 位字符顯示 ， 雙鍵互鎖 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 MOVX DPTR， A MOV A， 34H ；分頻系數(shù)取 20 MOVX DPTR， A RET 8279 控制 LED 顯示子程序 設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH，系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下，需要顯示的字符段碼的編碼，事先存儲(chǔ)在 CPU 內(nèi)部 RAM 的 6BH～ 73H 這 9 個(gè)字節(jié)中?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程如圖 31 所示。 表 31 主機(jī)板中存儲(chǔ)器與 I/O芯片的地址分配表 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 系統(tǒng)設(shè)有 7檔功能可以相互切換，分別是 “ 編輯 ” 、 “ 空刀 ” 、 “ 自動(dòng) ” 、“ 手動(dòng) 1” 、 “ 手動(dòng) 2” 、 “ 手動(dòng) 3” 和 “ 回零 ” 。 本章將介紹幾個(gè)典型程序 。 本章主要介紹軟件的設(shè)計(jì)，而軟件是有一系列功能子程序組成的一整套程序。同時(shí)，介紹 CPU和存儲(chǔ)器、 I/O 接口、步進(jìn)電機(jī)接口與驅(qū)動(dòng)、開關(guān)、鍵盤 /顯示器及 越界 急停 等電路的連接。 電源設(shè)計(jì)電路如圖 217。分別對(duì)這四組低壓交流進(jìn)行橋式整流、電容濾波和穩(wěn)壓處理，最終輸出 +5V 電壓 供給 CPU 及其擴(kuò)展芯片使用， +12V 電壓供 繼電器 及 LED 顯示器 使用，177。車床數(shù)控系統(tǒng)的電源配置如圖 213所示。這些電源都是直流的，并且需要穩(wěn)壓，通常采用集成穩(wěn)壓器來(lái)獲得。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 216 刀架發(fā)信盤 電源設(shè)計(jì)與選擇 在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到小功率的集成穩(wěn)壓電源。當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開關(guān)時(shí)，其輸出端第 3腳送出低電平；當(dāng)磁鐵離開時(shí)，送出高電平。如圖 216，發(fā)信盤上的 4 只霍爾開關(guān)型號(hào)為UGN3120U。 4 個(gè)霍爾開關(guān)安裝在一個(gè)塑料盤的四周，代表 4 工位刀架的 4個(gè)刀位。 圖 215 急停 電路 四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，數(shù)控車床上安裝四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，如圖 211，刀架 的轉(zhuǎn)位過(guò)程如下：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào) 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 上刀體 上刀體上升并轉(zhuǎn)位 轉(zhuǎn)到需要刀位時(shí)，霍爾開關(guān)發(fā)出信號(hào) 刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 檢查刀架有沒(méi)有鎖緊 刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 換刀結(jié)束。這里采用中斷方式，利用 AT89S52 的外部中斷 INT———— 0，只有任何一個(gè)行程開關(guān)閉合，即工作臺(tái)在某一個(gè)方向越界，均能產(chǎn)生中斷信號(hào)INT—— —— 0，為了防止這種情況，設(shè)置有急停按鈕。 急停 電路 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 18 為了防止工作臺(tái)越界，分別在極限位置安裝限位 開關(guān)，如果是兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，則有四個(gè)方向可能越界，即 +X、 － X、 +Z、 － Z。 如 車床數(shù)控系統(tǒng)鍵盤與 LED 顯示電原理圖所示。 8279 的顯示數(shù)據(jù)輸出線OUTA3~OUTA0、 OUTB3~OUTB0上，并接了兩路 8位數(shù)據(jù) 鎖存器 74LS373，因?yàn)?74LS373的驅(qū)動(dòng)能力不足，所以在 LED 數(shù)碼管之前加上了兩片 74LS240 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于本設(shè)計(jì)采用的是編碼掃描工作方式，掃描輸出線 SL3~SL0 經(jīng)過(guò)譯碼后，可以選擇 16 個(gè) LED 數(shù)碼管，這 16個(gè)數(shù)碼管顯示的字符，分別對(duì)應(yīng) 8279 顯示 RAM 區(qū)的 00H~0FH中的內(nèi)容。 例如圖 213 所示 8279 掃描線編碼掃描管華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 理鍵盤電路 中的鍵 S32，其鍵值由 KY3 與 RL4 組合而得（ i=011,j=100）： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 1 0 0 在 車床數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)板電原理圖 中， 8279 的 IRQ 經(jīng)反相后送給 8031 單片機(jī)的中斷腳，矩陣鍵盤一旦有鍵按下，便向 CPU申請(qǐng)中斷。將 8279 的 SL0~SL2 三根掃描線送給 74LS138 譯碼器 的 A、B、 C，得到 8 根行掃描線，組成矩陣鍵盤時(shí)采用了 7 根；列回饋線不必?cái)U(kuò)展，直接使用 8279 的 RL7~RL0 中的 6 根，但是要接上上拉電阻。 圖 213 為 8279的引腳功能。鍵盤部分提供掃描工作方式，可與 64 個(gè)按鍵的矩陣鍵盤進(jìn)行連接，能對(duì)鍵盤實(shí)行不間斷的自動(dòng)掃描，自動(dòng)消除抖動(dòng)，自動(dòng)識(shí)別按鍵并給出鍵值。本設(shè)計(jì)中我們要設(shè) 計(jì)的車床數(shù)控 布置如圖 212。鍵盤有獨(dú)立式和矩陣式兩種，顯示器主要有 LED、 LCD 和 CRT 等。通過(guò)鍵盤，操作者可向控制系統(tǒng)發(fā)出指令或輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的各種信息又可通過(guò)顯示設(shè)備反饋給操作者 。 其連接電路如圖 211。 DAC0832 的電流輸出腳接至運(yùn)算放大器 741 的兩個(gè)輸入端， 741 的工作電壓需要兩組，一組為 +12V，另一組為 12V。芯片的供電電壓為 +12V，參考電壓取10V，模擬地與數(shù)字地相連。 DAC0832 與 CPU 有三種基本的接口方法：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖同步方式。其轉(zhuǎn)換框圖如下： 圖 210 D