【正文】 210 D/A 的實時控制系統(tǒng) 本設計中的 D/A 轉換器選擇 DAC0832。 繼電器 接觸器控制電路。 該直流繼電器可當作中間繼電器，利用中間繼電器的觸點來控制交流繼電器線圈的得電與失電，如機床主電動機的起、停等，完成從低壓直流到高壓交流的過渡控制。 開關量的輸出控制采用專門的驅動芯片 MC1413（ ULN2022）。在輸出通道的隔離中采用光電隔離技術。模擬量輸出的方法，由于受模擬器件的漂移影響，很難達到較高的控制精度，開關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，無須改動硬件，只要改動程序即可滿足要求。 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 混合式步進電動機驅動電源技術參數(shù) 型號 相數(shù) 輸入電壓 相電流 分配方式 適用電動機 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 功率驅動放大電路 步 進 電動機 硬件環(huán)分電路 隔離放大電路 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設計控制部分的設計 12 圖 26 BD5A驅動器與控制系統(tǒng)的連接 2．光電隔離電路 在步進電機驅動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后，控制步進電機的勵磁繞組。在此， 根據(jù)【 1】表 414選擇合肥科林數(shù)控科技有限責任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻調(diào)壓型步進驅動器，型號為 BD5A。這兩種電動機除了外形尺寸、步距角和輸出轉矩不同外，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及接口芯片，工作電壓一般為 5V，而作為電機電源要符合步進電機要求的額定電壓值。采用硬件環(huán)分時，步進電動機的通電節(jié)拍由硬件電路來決定， 控制器與硬 件環(huán)分電路的連接只需兩根信號線：一根方向線，一根脈沖線。硬件環(huán)分由數(shù)字邏輯電路構成，一般放在驅動器的內(nèi)部，其優(yōu)點是分配脈沖速度快，不占用 CPU 的時間。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比 ，其轉速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機的轉速。 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設計控制部分的設計 10 圖 24 I/O 接口電路 步進電機 與驅動電路 通常在經(jīng)濟型數(shù)據(jù)機床中，大多數(shù)采用步進電機開環(huán)控制。只有當使能端均處于有效電平時，輸出才能產(chǎn)生，否側輸出處于高電平無效狀態(tài)。 Y——0~Y——7對應輸入 A、 B、 C 的 000 至 111 的 8 種組合，其中 Y——0對應 A、 B、 C 為 000，Y——7對應 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)的擴展采用了一 片 8255可編程 I/O 接口芯片。當系統(tǒng)處于上電或斷電的過程中，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 6264進行讀 /寫；當系統(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，如果此時第一片選 CE1為低電平，那么 CPU就能對 6264 進行讀 /寫操作 了。 CE1用 CPU的高位地址線 A1 A1 A13經(jīng) 74LS138的輸出 Y0來選通。 單片機擴展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址（即允許 地址重疊） ， AT89S52 芯片控制信號 PSEN—————接 W27C512 的 OE———引腳，讀寫控制信號 WE———和 RD———分別接 6264 芯片的 WE———和 OE———，以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。 擴展程序存儲器時 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， 擴展數(shù)據(jù)存數(shù)據(jù) 6264 時 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)控化改造設計控制部分的設計 8 AT89S52 芯片的 ~。當 ALE 從高電平變低電平，出現(xiàn)下降沿時，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 口就可用來傳送讀寫的數(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)控化改造設計控制部分的設計 6 圖 21 控制系統(tǒng)原理框圖 電路的系統(tǒng)設計 CPU 和存儲器連接電路 CPU 選用 ATMEL 公司的 8 位單片機 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)有微機的、有 PLC的、也有單片機的，這里 采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟型的單片機控制系統(tǒng)。本章 介紹用 MCS51 系列單片機構成的控制 系統(tǒng) 的設計內(nèi)容、方法及電路控制。 華東交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 控制系統(tǒng) 硬件電路設計 在經(jīng)濟型數(shù)控機床控制系統(tǒng)中廣泛采用 Intel 公司的 MCS51 系列單片機，ATMEL 是著名 的半導體公司，它以 51 系列內(nèi)核開發(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、降低了時鐘頻率、加寬了電壓范圍、降低了產(chǎn)品價格。 （ 6）計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需 要減速輪副，且應有消間隙機構。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴展程序存儲器、數(shù) 據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、 I/O接口電路、 D/A 轉換電路、串行接口電路等；還要選擇步進電動機的驅動電源以及主軸電動機的交流變頻器 等。 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設計控制部分的設計 4 （ 3）根據(jù)技術指標中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，決定選用 MCS51 系列的 8 位單片機作為數(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)濟型數(shù)控機 床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。 （ 1）普通車床數(shù)控化改造后應具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。由于加工過程中的切削參數(shù)、切削次序和刀具都可按程序自動進行調(diào)節(jié)和更換，再加上縱、橫向的聯(lián)動進給功能，所以，改造后的車床就可以加工出各種形狀復雜的回轉零件，并能實現(xiàn)多工序集中車削，從而提高生產(chǎn)效率和加工精度。 總體設計方案 對 臥式 車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改成用微機控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；將手動刀架換成能自動換刀的電動刀架。 ， Z 方向定位精度 177。采用單片機或微機對進給伺服步進電機及主軸電機進行開環(huán)控制，要求設計出硬件電路，包括：光電隔離、環(huán)形分配器、驅動放大電路、 PWN 調(diào)速電路等，并設計相關的程序（軟件），包括：總體控制中斷程序、輸入輸出程序（鍵盤輸入、顯示器輸出）、插補程序、環(huán)形分配程序等。美國將其稱為新一代的工業(yè)控制器，日本稱其將帶來第三次工業(yè)革命 ]10[ 。 隨著科學技術的不斷發(fā)展，數(shù)控技術的發(fā)展越來越快，數(shù)控機床朝 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)字伺服驅動裝置。將熟練工人和專家的經(jīng)驗，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)。 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。 繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展。 PC 機上的豐富軟件資源、友好的人機界面，是其它數(shù)控系統(tǒng)所無法比擬的。其速度和功能已比當年的 8位機快了幾百倍 ]7[ 。由于其較低的價格，高超的數(shù)據(jù)處理和輸入輸出功能，使它迅速應用到數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)所謂計算機數(shù)控 (CNC)和直接數(shù)控 (DNC)宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設計控制部分的設計 2 系統(tǒng) ]4[ 。 國內(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、進行識別、儲存和計算，輸出相應的指令脈沖以驅動伺服系統(tǒng)。另一方面各大跨國公司在不斷聯(lián)合重組，擴張競爭實力的同時，紛紛收縮戰(zhàn)線，剝離非主營業(yè)務，以精干主業(yè)，提高系統(tǒng)成套能力和個性化、多樣化市場適應能力。一方面規(guī)?；a(chǎn)使得壟斷性跨國公司的技術創(chuàng)新和市場主導作用日益增強，例如在汽車產(chǎn)業(yè)領域，目前年產(chǎn)超過 400萬輛的企業(yè)集團 大概有 6 家，產(chǎn)量占世界汽車產(chǎn)量的 80%以上 。進入 90年代，隨著信息裝備技術、工業(yè)自動化技術、數(shù)控加工技術、機器人技術、先進的發(fā)電和輸配電技術、電力電子技術、新型材料技術和新型生物、環(huán)保裝備技術等當代高新技術成果的應用，使機械產(chǎn)品不斷高技術化，其高新技術含量己成為市場競爭取勝的關鍵。即使是邁進“信息化社會”的工業(yè)化國家，也無不高度重視機械制造業(yè)的發(fā)展。這就需要大量經(jīng)費，對老設備進行改造是一條投資少見效快的途徑，有許多 工 廠有 C6140 車床 ，但 無法完成精度高的工件加工，因此需對其進行數(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。 通過對控制系統(tǒng)硬件電路的設計和部分軟件的設計， 改造后的機床主運動 能夠 實現(xiàn)自動變速 ； 縱向、橫向進給系統(tǒng) 能夠實現(xiàn) 數(shù)控控制， 其中 縱向 精度 為 脈沖，橫向 精度 為 ， 并且能夠利用 自動轉位刀架， 實現(xiàn)自動換刀及 自動切削螺紋 等功能 。 本設計 采用單片機控制， 實現(xiàn)了 車床自動化，提高了加工精度 ，并且成本較低 。 經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合我國國情和生產(chǎn)實際，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)控化改造設計 控制部分的設計 摘 要 中國是一個傳統(tǒng)的機械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老的機械制造廠大多還是比較舊的機床，遠遠不能滿足加工的要求。 中國又是發(fā)展中國家，在經(jīng)濟緊張 的情況下，如何提高裝備精度及自動化程度具有重要的現(xiàn)實意義。性價比適中是經(jīng)濟型數(shù)控機床最主要的特點。 C6140普通車床的數(shù)控化改造控制部分 的設計 主要包 括 主傳動部分的改造設計 和 伺服進給系統(tǒng)的改造設計 。 關鍵詞： 臥式車床 ；數(shù)控化 改造 ； 控制 系統(tǒng) ； 單片機