【正文】 /A的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)中的 D/A 轉(zhuǎn)換器選擇 DAC0832。 繼電器 接觸器控制電路。 該直流繼電器可當(dāng)作中間繼電器，利用中間繼電器的觸點(diǎn)來(lái)控制交流繼電器線圈的得電與失電，如機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的起、停等，完成從低壓直流到高壓交流的過(guò)渡控制。 開(kāi)關(guān)量的輸出控制采用專門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片 MC1413（ ULN2020）。在輸出通道的隔離中采用光電隔離技術(shù)。模擬量輸出的方法，由于受模擬器件的漂移影響，很難達(dá)到較高的控制精度，開(kāi)關(guān)量輸出的控制精度要比一般的模擬量控制高很多，而且在改變控制算法時(shí)，無(wú)須改動(dòng)硬件，只要改動(dòng)程序即可滿足要求。 其功率放大電路如圖 28。 其光電隔離輸入電路如圖 27。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光耦合器。 表 414 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 相數(shù) 輸入電壓 相電流 分配方式 適用電動(dòng)機(jī) BD28Nb 2 20100V AC 24A 二相八拍 90BYG2502/90BYG2602 等 BD28Nc 2 110220V AC 4/6/8A 二相八拍 110BYG2502/110BYG2602/130BYG2502 等 BD28Fb 2 20100V AC 24A 1/2/4/5/8/10/20/40 細(xì)分 90BYG2502/90BYG2602 等 BD28Fc 2 110220V AC 3/4/6/8A 110BYG2502/110BYG2602/130BYG2502 等 BD3A 3 220V AC 3/5/7A 110BYG3502/130BYG3502 等 BD5A 5 220V AC 4/6/8A 五相十拍 /二十拍 110BYG5802/130BYG5501 等 控制器 功率驅(qū)動(dòng)放大電路 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī) 硬件環(huán)分電路 隔離放大電路 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) 12 圖 26 BD5A驅(qū)動(dòng)器與控制系統(tǒng)的連 接 2．光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后，控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。在此， 根據(jù)【 1】表 414選擇合肥科林?jǐn)?shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻調(diào)壓型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為 BD5A。這兩種電動(dòng)機(jī)除了外形尺寸、步距角和輸出轉(zhuǎn)矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為 5相混合式， 5 線輸出，電機(jī)供電電壓 DC120～ 310V，電流 5A。 硬件環(huán)分的脈沖分配如圖25。脈沖分配器及前面的微機(jī)及接口芯片，工作電壓一般為 5V，而作為電機(jī)電源要符合步進(jìn)電機(jī)要求的額 定電壓值。采用硬件環(huán)分時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電節(jié)拍由硬件電路來(lái)決定， 控制器與硬件環(huán)分電路的連接只需兩根信號(hào)線：一根方向線，一根脈沖線。硬件環(huán)分由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，一般放在驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部，其優(yōu)點(diǎn)是分配脈沖速度快，不占用 CPU 的 時(shí)間。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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) 10 圖 24 I/O 接口電路 步進(jìn)電機(jī) 與驅(qū)動(dòng)電路 通常在經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)機(jī)床中，大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制。只有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否側(cè)輸出處于高電平無(wú)效狀態(tài)。 Y——0~Y—— 7對(duì)應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 至 111 的 8 種組合，其中 Y—— 0對(duì)應(yīng) A、 B、 C 為 000，Y—— 7對(duì)應(yīng) A、 B、 C 為 111。 其 I/O 接口連接電路如圖 24 所示 。工作方式 0 為基本的輸入輸出；方式 1 為選通輸入輸出； 方式 2 為雙向傳送。系統(tǒng)的擴(kuò)展采用了一 片 8255可編程 I/O 接口芯片。當(dāng)系統(tǒng)處于上電或斷電的過(guò)程中，系統(tǒng)的工作電壓低于 +5V， LM393 比較器輸出低電平，經(jīng)兩次反相后，送到 6264 的 CE2也是低電平，于是禁止對(duì) 6264 進(jìn)行讀 /寫(xiě)；當(dāng)系統(tǒng)的工作電壓 +5V 穩(wěn)定后， LM393 輸出高電平，6264 的第二片選 CE2 也變成高電平，如果此時(shí)第一片選 CE1 為低電平，那么 CPU就能對(duì) 6264 進(jìn)行讀 /寫(xiě)操作了。 CE1 用 CPU的高位地址線 A1 A1 A13 經(jīng) 74LS138 的輸出 Y0來(lái)選通。 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址（即允許地址重疊） ， AT89S52 芯片控制信號(hào) PSEN—————接 W27C512 的 OE———引腳，讀寫(xiě)控制信號(hào) WE———和 RD———分別接 6264 芯片的 WE———和 OE———，以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。 擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí) A0~A7 低 8 位接 74LS373 芯片的輸出， A8~A15 接 AT89S52 芯片的 ~。 系統(tǒng)采用完全譯碼的方法， 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存數(shù)據(jù) 6264 時(shí) A0~A7 低 8 位接 74LS373 芯片的輸出， A8~A12 接宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 8 AT89S52 芯片的 ~。當(dāng) ALE 從高電平變低電平，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低 8 位地址鎖存入地址鎖存器中， 74LS373 的輸出不再隨輸入變化，這樣 P0 口就可用來(lái)傳送讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)了。 其芯片連接電路如圖 22。其控制系統(tǒng)框圖如圖 21所示： 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) 6 圖 21 控制系統(tǒng)原理框圖 電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì) CPU和存儲(chǔ)器連接電路 CPU 選用 ATMEL 公司的 8位單片機(jī) AT89S52；由于 AT89S52 本身資源有限， 片內(nèi)僅含 4KB 的 EEPROM。 確定控制系統(tǒng)方案 控制系統(tǒng)有微機(jī)的、有 PLC 的、也有單片機(jī)的，這里 采用的是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟(jì)型的單片機(jī)控制系統(tǒng)。本章 介紹用 MCS51 系列單片機(jī)構(gòu)成的控制 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法及電路控制。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 控制系統(tǒng) 硬件電路設(shè)計(jì) 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中廣泛采用 Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)，ATMEL 是著名的半導(dǎo)體公司，它以 51 系列內(nèi)核開(kāi)發(fā)出許多具有特色的 MCS51系列兼容微控制器，并改善了 51 系列許多特性，例如：提高了速度、降低了時(shí)鐘頻率、加寬了電壓范圍、降低了產(chǎn)品價(jià)格。 （ 6）計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需 要減速輪副，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)與顯示電路、 I/O 接口電路、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源以及主軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器等。 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) 4 （ 3）根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，決定選用 MCS51 系列的 8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng) 的 CPU。 （ 2）普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。 （ 1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)、切削次序和刀具都可按程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換，再加上縱、橫向的聯(lián)動(dòng)進(jìn)給功能，所以，改造后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序集中車削，從而提高生產(chǎn)效率和加工精度。 總體設(shè)計(jì)方案 對(duì) 臥式 車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改成用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；將手動(dòng)刀架換成能自動(dòng)換刀的電動(dòng)刀架。 ， Z 方向定位精度 177。采用單片機(jī)或微機(jī)對(duì)進(jìn)給伺服 步進(jìn)電機(jī)及主軸電機(jī)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，要求設(shè)計(jì)出硬件電路，包括：光電隔離、環(huán)形分配器、驅(qū)動(dòng)放大電路、 PWN 調(diào)速電路等，并設(shè)計(jì)相關(guān)的程序（軟件），包括：總體控制中斷程序、輸入輸出程序（鍵盤(pán)輸入、顯示器輸出）、插補(bǔ)程序、環(huán)形分配程序等。美國(guó)將其稱為新一代的工業(yè)控制器，日本稱其將帶來(lái)第三次工業(yè)革命 ]10[ 。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，數(shù)控機(jī)床朝 著 高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置。將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展。 PC 機(jī)上的豐富軟件資源、友好的人機(jī)界面，是其它數(shù)控系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。其速度和功能已比當(dāng)年的 8位機(jī)快了幾百倍 ]7[ 。由于其較低的價(jià)格，高超的數(shù)據(jù)處理和輸入輸出功能，使它迅速應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)所謂計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)和直接數(shù)控 (DNC)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) 2 系統(tǒng) ]4[ 。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 早期的數(shù)控系統(tǒng)采用穿孔紙帶傳送加工程序，由專用數(shù)控裝置讀入加工代碼、進(jìn)行識(shí)別、儲(chǔ)存和計(jì)算，輸出相 應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)。另一方面各大跨國(guó)公司在不斷聯(lián)合重組，擴(kuò)張競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的同時(shí)，紛紛收縮戰(zhàn)線，剝離非主營(yíng)業(yè)務(wù)，以精干主業(yè)，提高系統(tǒng)成套能力和個(gè)性化、多樣化市場(chǎng)適應(yīng)能力。一方面規(guī)?；a(chǎn)使得壟斷性跨國(guó)公司的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)主導(dǎo)作用日益增強(qiáng)，例如在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，目前年產(chǎn)超過(guò) 400 萬(wàn)輛的企 業(yè)集團(tuán) 大概有 6 家，產(chǎn)量占世界汽車產(chǎn)量的 80%以上 。進(jìn)入 90 年代，隨著信息裝備技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù) 、機(jī)器人技術(shù)、先進(jìn)的發(fā)電和輸配電技術(shù)、電力電子技術(shù)、新型材料技術(shù)和新型生物、環(huán)保裝備技術(shù)等當(dāng)代高新技術(shù)成果的應(yīng)用，使機(jī)械產(chǎn)品不斷高技術(shù)化，其高新技術(shù)含量己成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)取勝的關(guān)鍵。即使是邁進(jìn)“信息化社會(huì)”的工業(yè)化國(guó)家，也無(wú)不高度重視機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。這就需要大量經(jīng)費(fèi)，對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造 是一條投資少見(jiàn)效快的途徑，有許多 工 廠有 C6140 車床 ，但 無(wú)法完成精度高的工件加工，因此需對(duì)其進(jìn)行數(shù)控 化 改造。s national conditions and the actual production, to meet the basic functions of the system under the premise of the proposed. Price moderate economic type CNC machine tools is the most important features. This design uses a single chip control, realizes the automatic lathe, the processing precision is improved, and the cost is relatively low. C6140general transformation of CNC lathe control section design mainly includes the main transmission part of the transformation design and servo system design. Through the control system hardware circuit design and software design, after the transformation of the main motor to realize the automatic transmission。 通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和部分軟件的設(shè)計(jì)， 改造后的機(jī)床主運(yùn)動(dòng) 能夠 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速 ； 縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng) 能夠?qū)崿F(xiàn) 數(shù)控控制， 其中 縱向 精度 為 ，橫向 精度 為 ， 并且能夠利用 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀及 自動(dòng)切削螺紋 等功能 。 本設(shè)計(jì) 采用單片機(jī)控制， 實(shí)現(xiàn)了 車床自動(dòng)化，提高了加工精度 ，并且成本較低 。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合我國(guó)國(guó)情和生產(chǎn)實(shí) 際，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下所提出的。摘要 I C6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 控制部分的設(shè)計(jì) 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 20200310010143 學(xué)生姓名： 宮鳳麗 指導(dǎo)教師：任繼文 摘 要 中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó)，但其裝備水平落后，特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。 中國(guó)又是發(fā)展中國(guó)家，在經(jīng)濟(jì)緊張 的 情況下，如何提高裝備精度及自動(dòng)化程度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。性價(jià)比適中是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床最主要的特點(diǎn)。C6140 普通車床的數(shù)控化改造控制部分 的設(shè)計(jì)