【正文】 參考文獻參考文獻[1] 《畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書》，南昌工程學(xué)院機械與動力系，2006[2] 《數(shù)控機床編程及應(yīng)用》，高等教育出版社，于春生，2001[3] 《伺服系統(tǒng)與機床電氣控制》，機械工業(yè)出版社，李清新，2004[4]、《數(shù)控機床技術(shù)手冊》李福生主編 ，北京出版社 [5]、《機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)》 曹金榜易錫麟，機械工業(yè)出版社 [6]、《現(xiàn)代數(shù)控機床》王愛玲、白恩遠、趙學(xué)良、趙建國主編 [7]、《機床設(shè)計手冊》機械設(shè)計手冊編輯組編 機械工業(yè)出版社 [8]、《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編 化學(xué)工業(yè)出版社 [9]、《金屬切削機床設(shè)計》黃鶴汀主編，機械工業(yè)出版社 [10]、《機械設(shè)計教程》濮良貴、陳庾梅主編，西北工業(yè)大學(xué)出版社 [11]、《金屬切削機床概論》顧維邦主編, 機械工業(yè)出版社 [12]、《數(shù)控機床技術(shù)》張建鋼、胡大澤主編。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。我的心得一言難盡，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。0N0220 G00 N0230 N0240 M05M30第六章 總結(jié)與展望隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。整個過程只用到兩把刀：T01—外圓車刀，T02—槽寬為5mm的切槽刀。源材料是直徑為30mm，長度為650mm的棒料經(jīng)粗加工后來進行精加工。第五章 數(shù)控機床零件加工程序 加工零件為橫向的進給絲杠，其零件圖如圖23所示：圖23—橫向進給絲杠零件圖只加工絲杠的外圓和槽。時標(biāo)周期由8031定時器定時實現(xiàn)。 時間常數(shù)的確定： 由于步進電機的轉(zhuǎn)速正比于運行頻率，而步進電機一步的時間T為運行頻率的倒數(shù)。 X向電機的直接控制程序框圖見圖21所示： 圖21—直接控制程序框圖 圖中延時時間決定了步進電機的轉(zhuǎn)速?？刂品绞酵ǔＳ袃煞N：直接控制方式和中斷控制方式。[三] 步進電機升降速軟件設(shè)計 據(jù)步進電機的矩頻特性，當(dāng)步進電機的運行頻率大于允許的起停突跳頻率時，若直接起動，會失步甚至不能起動，因此電機在起動或停止時自動升降速。 第一象限圓弧插補程序 根據(jù)硬件原理圖，利用8031定時器0或1產(chǎn)生中斷的辦法來實現(xiàn)插補功能，插補程序框圖如圖19所示：假定起始坐標(biāo)X放在R0中，Y放在R1中，偏差F放在R2中，終點判別值放在R3中，采用T1定時中斷，T1工作方式為1。 插補可分為直線和圓弧插補，這里也只設(shè)計直線和圓弧插補。[二] 逐點比較法插補程序 逐點比較法是以階梯折線來逼近直線和圓弧等曲線的。電機以三相六拍方式工作，其通電規(guī)律為：A—AB—B—BC—C—CA。圖17—兩坐標(biāo)連續(xù)系統(tǒng)機床的微機控制的原理圖[一] 軟件脈沖分配器機工作原理，改變繞組通電狀態(tài)，步進電機按規(guī)定方向運轉(zhuǎn)。經(jīng)濟型數(shù)控機床軟件的設(shè)計一般可分為以下幾個典型模塊：（1） 軟件脈沖分配器；（2） 插補模塊；（3） 步進電機升降速模塊等。圖15—掉電保護電路 越界報警電路 為防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)，一旦某一方向越界應(yīng)立即停止工作臺移動，圖16（a）為報警指示, （b）為報警信號的產(chǎn)生，這里利用的8031的外部中斷INT0來控制報警。圖15所示為一簡單掉電保護電路的工作原理。[四] 其他輔助電路 掉電保護電路 RAM中存放的數(shù)據(jù)一掉電就會全部丟失。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(yán)重時會出現(xiàn)失步。產(chǎn)生的主要原因是：作為功率放大器負載的步進電機是電感負載，當(dāng)改變通電狀態(tài)時，通電繞組的電流將從零逐漸增大，該繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢使電流按指數(shù)規(guī)律上升，并將電源一部分能量存在（電感）繞組中，電流的時間常數(shù)為： 式中：指步進電機一相繞組的平均電感量 ：通電回路的電阻，包括繞組電阻、功率放大器輸出級的內(nèi)阻及串聯(lián)電阻。[三] 功率放大器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)。直流輸出可采用：（1）晶體管輸出；（2）達林頓管輸出；（3）史密特觸發(fā)器輸出。其主要性能參見表8：表8—TTL脈沖分配器主要性能參數(shù)輸入高電平（V）輸入底電平（V）輸出高電平（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[二] 光電隔離電路單片機系統(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。其控制電路框圖如圖14所示：圖14—步進電機控制框圖[一] 脈沖分配器（環(huán)行分配器）有硬件和軟件分配器兩種，硬件分配器需要的I/O接口連線少，執(zhí)行速度快，需要專用的芯片，軟件則用程序?qū)崿F(xiàn)。三 步進電機驅(qū)動電路 在經(jīng)濟型數(shù)控機床中，大多采用步進電機開環(huán)控制。8155的結(jié)構(gòu)和引腳見圖12： （a） (b)圖12—8155的邏輯結(jié)構(gòu)與引腳 (2)8255芯片8255具有3個8位的并行I/O口，分別為PA、PB、PC口，其中PC口又分為高4位（PC~PC）和低4位（PC~PC）。此外還有74LS系列的TTL電路和CMOS電路鎖存器、三態(tài)門電路也可以為擴展I/O口。[四] I/O口的擴展MCS—51單片機共有四個8位并行I/O口，可提供給用戶使用的只有P1口和部分P3口線，因此不可避免的要進行I/O端口的擴展。3） 地址總線的連接：據(jù)確定的地址線根數(shù)，將相應(yīng)的低位地址線相連，剩余高位地址線作片選。1） 據(jù)芯片存儲容量的大小確定數(shù)據(jù)、地址線的根數(shù)。常用的靜態(tài)RAM有6116（2K8）、6264（8K8）、62256（2K8）等，它們都由單一的+5V電源供電，28腳雙列直插式扁平封裝，典型存取時間為150~200ns。8031訪問EPROM時，其所提供的讀取時間t與所選的晶體時鐘有關(guān)，約為3T，不同型號的EPROM工作速度一般為200~450ns，故選取芯片時，應(yīng)使其工作速度小于t。圖10—常用EPROM引腳排列EPROM選用原則：（a） 據(jù)控制對象和任務(wù)的復(fù)雜程度，以及是否需要大量計算來確定存儲系統(tǒng)容量（粗略估計，留有一定余地，以備系統(tǒng)的功能擴展用），為使電路簡化，盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合。C、B、A的輸出決定譯碼器的輸出引腳。圖9為74LS138碼器的引腳圖。這里選用部分地址譯碼法。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。常用的地址鎖存器芯片是74LS373（帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器），其引腳及連接見圖8。擴展的I/O口與片外數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。允許兩者的地址重復(fù)。系統(tǒng)擴展能力據(jù)地址總線的寬度，在片外可擴展的存儲器最大容量為64K字節(jié)。高8位地址由P2口提供。8031的片外總線結(jié)構(gòu)所有的外部芯片都通過三組總線進行擴展：（1） 數(shù)據(jù)總線（DB）：由P0口提供，數(shù)據(jù)總線要連接到連接的所有外圍芯片上，但在同一時間只能夠有一個是有效的數(shù)據(jù)傳輸通道。[二] 8031單片機的系統(tǒng)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。（3）應(yīng)用特性：l I/O口線不能都用作用戶I/O口線；l I/O口的驅(qū)動能力，P0口可驅(qū)動8個TTL門電路，P1，P2，P3則只能驅(qū)動4個；l P3是雙重功能口。 數(shù)控系統(tǒng)中常用的軟件模塊（1） 軟件實現(xiàn)環(huán)形分配器；（2） 插補運算模塊；（3） 自動升降速控制模塊等。確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件。在存儲器擴展和I/O接口電路中，均涉及到地址譯碼問題。這部分設(shè)計要求考慮系統(tǒng)的驅(qū)動能力。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。機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如圖6所示： 圖6—機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)） 選擇中央處理單元CPU的類型根據(jù)設(shè)計要求，CNC系統(tǒng)的主CPU采用8031單片機。第四章 微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計一 微機數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計綱要[一] 硬件電路設(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： 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。當(dāng)快速運動和切削進給時，150BF002型步進電機運行矩頻則完全可以滿足要求。 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率可查出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。由表6得：當(dāng)步進電機為三相六拍時，則（N）。（分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） （分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） （分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距） 把這些數(shù)據(jù)代入上式： 電機力矩計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按個階段計算：（1）快速空載起動力矩 在快速空載起動階段，加速度所占的比例較大，具體計算公式如下：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（）；：