【正文】 企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控對設(shè)備進(jìn)行改造后，增強了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競爭能力創(chuàng)造了。目前我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了幾十種簡易 NC 系統(tǒng)，有力地促進(jìn)了我國數(shù)控事業(yè)的發(fā)展。全功能的數(shù)控系統(tǒng)雖然功能豐富，但成本高，我國的一般中小企業(yè)購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對原有機床進(jìn)行改造，進(jìn)行數(shù)控化、自動化、以提高生產(chǎn)效率。第八章 結(jié)束語隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，我國的機床數(shù)控化在近十年來有了很大的發(fā)展，而普通機床的數(shù)控化改造后在滿足完成同樣的加工任務(wù)的前提下，可大大降低技術(shù)改造的投資經(jīng)費，在實際中得到廣泛應(yīng)用。這是因為同一聯(lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時，往往會引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。在 實際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于 ，而且運轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝置預(yù)緊的判斷標(biāo)準(zhǔn)。選擇合適以后再決定被改造設(shè)備的 其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。都是由專業(yè)工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。斷電后， 截止， 導(dǎo)通，此時 RAM 的工作電壓由電池電壓由電池 經(jīng)12DB二極管 和電阻 R 供給， 值一般取3V 時，存儲器就能可靠的保持信息。數(shù)控機床加工過程中，一些重要的現(xiàn)場參數(shù)，如幾何尺寸，工藝參數(shù)等都是存儲在 RAM 中，一旦掉電，數(shù)據(jù)能妥善保存，恢復(fù)供電后又能馬上運行。39 / 42 掉電保護(hù)電路半導(dǎo)體存儲器 RAM 最怕掉電，一掉電里面存儲的信息就全部丟失。為了報警，設(shè)置紅綠燈指示，正常工作時綠燈指示，當(dāng)越界報警時紅燈亮。下圖為報警信號的產(chǎn)生，圖為報警指示。如果是兩坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，則有 4 個方向可能越界，即+X、X、+Y、Y。在上電瞬間，RC 電路充電，RESET 引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RESET 端保持 10ms以上高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。采用外部時鐘方式，可把 直接接地， 接外部時鐘源。內(nèi)38 / 42部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTALXTAL2 引腳上外接定時元件，如下圖所示。由于系統(tǒng)容量較大，擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號多于可利用的地址線，所以用全地址譯碼的方法。 譯碼電路設(shè)計 8031 單片機允許擴(kuò)展 64K 程序存儲器和 64K 數(shù)據(jù)存儲器（包括 I/O 口芯片） ，這就需要擴(kuò)展多個外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片，并且使程序存儲器各芯片之間、數(shù)據(jù)存儲器各芯片之間地址互相不重疊，以使單片機訪問外部存儲器時，避免發(fā)生沖突。8155 的可編程定時計數(shù)器實際上是一個 14 位減法器，在 TIMER IN 端輸入計數(shù)脈沖，計數(shù)溢出時，由 TIMER OUT 輸出脈沖或方波。（2）作為擴(kuò)展 I/O 口使用時， 引腳必須為高電平，這時 PA、PB、PC 的I口地址低八位 分別為 01H、02H、03H。RDW（7）定時/計數(shù)器的脈沖輸入、輸出線：TIMER IN 是外界向 8155 輸入計數(shù)脈沖的輸入端， 是 8155 向外界輸出脈沖或方波的輸出端。（5）片選線： 為低電平時選中 8155。~5PCO（3）地址鎖存線：在 下降沿將單片機 P0 口輸出的低８位地址信息及 、ALE CE的狀態(tài)都所存到 內(nèi)部寄存器，因此，單片機 P0 口輸出的。所以 應(yīng)與 MCS51 的ALE? 07AD:P0 口相連。8155 通用可編程接口芯片：1）8155 的結(jié)構(gòu)及其引腳8155 有 3 個可編程并行 I/O 端口：A 口、B 口、C 口，其中，A 口和 B 口是八位，36 / 42C 口是 6 位。本設(shè)計中使用兩片 8155 可編程接口芯片。8243：4 個 4 位口 I/O 擴(kuò)展接口電路。8253：3 個 16 位的可編程的定時/計數(shù)器。Intel 公司常用的外圍接口芯片有：8155：可編程的 RAM/IO 擴(kuò)展接口電路（256 個 RAM 單元、2 個 8 位口、1 個 6 位口、一個 14 位的定時/計數(shù)器） 。它們均采用 28 腳雙列直插式片平封裝。常用的靜態(tài) RAM 芯片有 61162662256 等。（4）8031 與 EPROM2764 芯片連接。74LS373 芯片是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器。2764 芯片的引腳排列與兼容特性如下圖：34 / 42(3)地址鎖存器的設(shè)計與選擇由于單片機 8031 芯片的 口是分時傳送低 8 位地址線和數(shù)據(jù)線，故 8031 擴(kuò)展0P系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器。2762721272527512 芯片均為 8 腳雙列直插式扁平封裝芯片，本設(shè)計中采用兩片 2764，其引腳如下圖：(2)ROM 芯片及引腳的選擇選擇 2764（8K8）半導(dǎo)體芯片。MCS51 的程序存儲器的尋址空間為 64K 字節(jié)，8031 片內(nèi)不帶 ROM，用作程序存儲器的器件是 EPROM。8031 芯片引腳見下圖： 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計 程序存儲器的擴(kuò)展(1)MCS51 系列單片機的特點之一是硬件電路設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。一塊Z80CTC、兩塊 Z80PIO 和一塊 Z80SIO 所組成的微機系統(tǒng)。（6） 具有 4 個 I/O 口，32 根 I/O 線；（7） 具有 2 個 16 位定時/器計數(shù)器；（8） 具有 5 個中斷源，配備 2 個中斷優(yōu)先級；（9） 具有一個全雙功串行接口；（10） 具有位尋址能力，適合邏輯功能。所以一般在接口電路功率放大器之間都要接上隔離電路。由于步進(jìn)電機需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果將輸出信號與功率放大器直接相聯(lián)，將會引起強電干擾。0000H~07FFH 2KB EPROM 放監(jiān)控程序0800H~0FFFH 2KB EPROM 放零件加工程序1000H~17FFH 2KB RAM 調(diào)試程序2022H~27FFH 2KB RAM 測試程序等 I/O 口地址分配單板機設(shè)置 I/O 口地址為 80~9FH 共 32 個口地址，分配如下。 存貯器空間分配單板機可尋址范圍是 64K 字節(jié)，板上提供的插座占 16K，已插入的芯片占 10K，其余以備擴(kuò)展使用。B 口為為位控方式，其中 PB4~PB7為Y、+Y、X、+X 的行程越位信號輸入。1片 6234RAM 做為調(diào)試程序存放和運行程序的中間數(shù)據(jù)存放用。 單板機控制系統(tǒng)的設(shè)計 硬件配置存貯器選用 1 片 4K8 的 2732EPROM 和 1 片 8K8 位的 6234RAM。C6140 數(shù)控改造以 8031CPU 組成的單板機為數(shù)控控制系統(tǒng)。電路的組成如下：（1）CPU 采用 8031 芯片；（2）擴(kuò)展程序存儲器 2764 兩片，6264 一片；（3）擴(kuò)展可編程接口芯片 8155 兩片；（4）地址鎖存器，譯碼器個一個；（5）鍵盤電路，顯示電路；（6）光電隔離電路，功率放大功率；（7）越程報警電路，急停電路，復(fù)位電路；（8）面板管理電路。 微機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 控制系統(tǒng)的功能要求（1）z 向和 x 向進(jìn)給伺服運動控制（2）自動回轉(zhuǎn)刀架控制（3）螺紋加工控制（4）行程控制（5）鍵盤及顯示（6）面板管理（7）其他功能：光電隔離、功率放大、報警、急停、復(fù)位。例如有的 CNC 裝置具有人機對話型編程功能，就是將離線編程機的許多功能移植到了數(shù)控系統(tǒng)。與數(shù)控系統(tǒng)相脫離單獨的自動編程系統(tǒng)實現(xiàn)離線編程，可為多臺數(shù)控機床，編程時不占用機床工作時間。但對于復(fù)雜零件，特別是空間曲面零件，編程計算相當(dāng)繁瑣，編程工作量大，必須采用自動編程方法。 編程裝置數(shù)控機床程序編制(簡稱編程)方法有手工和自動編程。數(shù)控系統(tǒng)功能檔次可分為經(jīng)濟(jì)型(簡易型)、全功能普及型和全功能高級型。多數(shù)數(shù)控機床一般都采用計算機數(shù)控裝置(CNC 裝置)，即按微機結(jié)構(gòu)原理的硬件平臺(有的采用少量專用芯片)配置專用軟件，構(gòu)成軟件數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床對這些裝置的工作質(zhì)量、可靠性和技術(shù)性能都要求較高。主要用于一些精度要求較高的數(shù)控機床，特別是精密、高精密數(shù)控機床，如精密臥式加工中心。3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。如圖 52 中虛線方框內(nèi)結(jié)構(gòu)，開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有檢查機械運動的檢測元件，即沒有來自位置傳感器的反饋信號。圖 62 進(jìn)給傳動表明每一個可控軸進(jìn)給機構(gòu)伺服系統(tǒng)的基本構(gòu)成，按反饋控制形式分為以下三類。主軸調(diào)速功能由主軸伺服電動機的伺服單元接受數(shù)控裝置給出的電位信號或數(shù)碼轉(zhuǎn)換信號控制，使電動機達(dá)到指定的轉(zhuǎn)速。在結(jié)構(gòu)上數(shù)控機床主機與相應(yīng)的非數(shù)控機床雖有類似的部分，但也有自己的特點：采用高性能的主軸及進(jìn)給伺服傳動系統(tǒng)；能長時間連續(xù)自動化加工，又能保持加工質(zhì)量穩(wěn)定性；通常采用預(yù)加29 / 42載荷的滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副以及貼塑導(dǎo)軌等。數(shù)控機床的主要結(jié)構(gòu)見圖 61，由機床主機、驅(qū)動裝置、輔助裝置、CNC 裝置和編程裝置等組成。定義中所指的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控裝置。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號，切斷電源，電動機停轉(zhuǎn)，完成選刀過程。此時，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動機反轉(zhuǎn)，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在上刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷的向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。28 / 42 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號后，刀架控制器中繼電器動作，電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動渦輪蝸桿減速機構(gòu)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動螺桿升降機構(gòu)旋轉(zhuǎn)使上刀架上升,當(dāng)上刀架上升到一定高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)。 數(shù)控車床刀架的基本要求數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。自動轉(zhuǎn)位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。．3 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機的確定 ..5LqMNcm??:為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：；/?所以，步進(jìn)電機最大靜轉(zhuǎn)距 為：??:步進(jìn)電機最高工作頻率： axa . Hz??綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進(jìn)電動機，能滿足要求。0L在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。所選用的步進(jìn)電機應(yīng)滿足： ??Qi???式中： ——步進(jìn)電機的積累誤差；m? ——系統(tǒng)對步進(jìn)電機驅(qū)動部分允許的角度誤差。mna② 精度步進(jìn)電機的精確可用步距誤差或積累誤差衡量。4．2 步進(jìn)電機的選擇．1 步進(jìn)電機選用的基本原則合理選用步進(jìn)電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。步進(jìn)電機的相數(shù)也對步進(jìn)電機的運行性能有很大影響。由步距角計算可知，循環(huán)拍數(shù)越多，步距角越小，因此定位精度越高。所謂單 m 拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；雙m 拍是指每拍同時有兩相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；三 m 拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m 拍；2m 拍是各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電。數(shù)控機床中采用的功率步進(jìn)電機有三相、四相、五相、和六相等。 步進(jìn)電機的工作方式步進(jìn)電機的工作方式和一般電機的不同，是采用脈沖控制方式工作的。第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機的設(shè)計步進(jìn)電機是受脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。在這次設(shè)計改造過程中只能采用開環(huán)25 / 42系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)不能對車床的誤差進(jìn)行修改，所以只能通過機械的方式對其各部分傳動誤差進(jìn)行修改。同時，應(yīng)該盡可能地消除配對齒輪之間的間隙，否則就會產(chǎn)生使運動滯后的指示信號的誤差，對加工件的精度就會產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)所帶負(fù)載的慣性矩增大時，由于步進(jìn)電機是按電磁鐵吸力原理來動作，所以當(dāng)慣性矩增大到某一值時，就會使步進(jìn)電機產(chǎn)生擅動就會產(chǎn)生啟動不良效果，所以，使用步進(jìn)電機時盡量選小的負(fù)載。除上述三種雙螺母加預(yù)緊力的方式外，還有單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊和單螺母鋼球過盈預(yù)緊方式。例如：當(dāng) n=1， Z1=99，Z 2=100， ,??12hsnZP?? 09hum?即兩個螺母在軸向產(chǎn)生 1 的位移。如果其中一個螺母轉(zhuǎn)過 n 個齒時則其軸向位移量為 （P h 為絲杠導(dǎo)程，Z 1 為齒輪齒數(shù)） 。內(nèi)齒圈緊固在螺母座上，預(yù)緊時脫開內(nèi)齒圈，使兩個螺母同向轉(zhuǎn)過相同的齒數(shù)，然后再合上內(nèi)齒圈。圖 3—6 雙螺母帽式結(jié)構(gòu)圖 2 鎖緊螺帽 24 / 42圖 3—7 雙螺母齒差式結(jié)構(gòu)圖3．齒差調(diào)隙式 圖 3—7 所示為齒差式調(diào)整結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，幫應(yīng)用較廣。這種結(jié)構(gòu)既緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，故應(yīng)用較廣。圖 3—5 雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)圖2．螺帽調(diào)隙式 圖 3—6 所示為利用螺帽來實現(xiàn)預(yù)緊的結(jié)構(gòu)，兩個螺母以平鍵與外套相聯(lián)，鍵可限制螺母在外套內(nèi)移動，其中右邊的一個螺母外伸部分有螺紋。是通過改變墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移?；驹硎鞘箖蓚€螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。因此，滾珠絲杠副除了對本身單一方面的進(jìn)給運23 / 42動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求。 Ncm????從上計算可，最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速進(jìn)給啟動時： ?? 滾珠絲杠螺母副的精度等級：數(shù)控機床根據(jù)定位精度的要求通常選用 15 級精度的滾珠絲杠，15 級度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示：精度等級項目 符號 有效行程 lm/mm 1 2 3 4