【正文】 系統(tǒng)控制KM1KM5五個(gè)繼電器的吸合或斷開(kāi)，從而使鉆床中相應(yīng)的交流接觸器吸合或斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能。 、。該機(jī)床是三座標(biāo)（X、Y、Z）連續(xù)控制機(jī)床，具有完善的控制機(jī)能，通過(guò)加工程序自動(dòng)進(jìn)行工件加工。銑床電氣的改造，是將原銑床電氣電路改為與數(shù)控系統(tǒng)連接，幷受數(shù)控系統(tǒng)控制的電路，以實(shí)現(xiàn)銑床原有的升降、縱向、橫向等各坐標(biāo)軸的驅(qū)動(dòng)，主軸起、停和正、反轉(zhuǎn)等功能；幷增加了緊急停機(jī)、機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置、各坐標(biāo)軸的限位等功能?！cRAM的～一一對(duì)應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。數(shù)據(jù)總線 ～分別與存儲(chǔ)器～一一對(duì)應(yīng)連接。地址總線將～與EPROM的～一一對(duì)應(yīng)連接。在這里只用EPROM，地址為0000H1FFFH，擴(kuò)展RAM與I/O口及外圍設(shè)備實(shí)行統(tǒng)一編址。因此，EPROM和RAM的地址分配較自由，不必考慮是否發(fā)生沖突。（2）RAM的選擇選RAM是主要考慮因素是RAM的讀寫速度與CPU提供的讀寫時(shí)序的匹配要求，還應(yīng)滿足這樣一個(gè)關(guān)系：即8031所能提供的讀寫時(shí)間應(yīng)大于RAM所需求的讀寫時(shí)間，常用RAM主要有6116和6264兩種。根據(jù)CPU與EPROM的匹配要求，應(yīng)滿足8031能提供的讀取時(shí)間大于EPROM所需要的讀取時(shí)間。（1）EPROM的選擇芯片的型號(hào)不同，應(yīng)用參數(shù)也不同，主要有最大讀出速度，工作溫度及容量。5）擴(kuò)展芯片I/O口擴(kuò)展集成電路中有三種專用I/O口擴(kuò)展芯片?？刂瓶偩€CB由口的第二功能狀態(tài)和四根獨(dú)立的控制線RESET，ALE，組成。3）總線結(jié)構(gòu)地址總線AB地址總線寬度為16位，故其外部存儲(chǔ)器直接選址范圍達(dá)到64KB，16位地址總線由口經(jīng)地址鎖存器提供低8位，～由直接提供?？诰哂刑嵘娮璧?位雙向I/O口，該口的每一位均可獨(dú)立的定義為第一I/O口功能或者第二I/O口功能。控制線：（中斷取指令控制），ALE（地址鎖存控制），（中斷存儲(chǔ)器選擇），RESET（復(fù)位控制）電源及時(shí)鐘：，應(yīng)用特性：I/O口線不能都用作用戶I/O線，除8051，8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線，只有口以及部分作為第一功能使用的口。具有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)具有一個(gè)全雙工串行接口具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算從上述特性可知:一塊8031的功能相當(dāng)于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有四個(gè)I/O口，32根I/O線。具有21個(gè)特殊功能寄存器。片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MHz 或12MHz）,每執(zhí)行一條指令時(shí)間為2μs或者1μs。工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是8031。并且開(kāi)發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，編程靈活性大，硬件資料也很豐富。 （2）MCS—51系列單片機(jī)介紹1）MCS—51系列單片機(jī)的基本特征MCS—51系列單片機(jī)主要有三種：8031，8051和8751。2）程控制3）盤控制4）其他功能：報(bào)警電路，復(fù)位電路，隔離電路，功放電路等（1）主控器1）主控制器及主控制芯片的選擇目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片有8086，8088，80286，80386以及8098，8096等16位機(jī)的CPU，在一般的數(shù)控系統(tǒng)中推薦采用MCS—51系列單片機(jī)作為主控制器。本設(shè)計(jì)采用的是MCS—51機(jī)，并擴(kuò)展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用交流伺服電機(jī)半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)（3）控制芯片的選擇微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路和I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。本設(shè)計(jì)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，相比于直流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、制造成本低、應(yīng)用環(huán)境廣等特點(diǎn)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而是用檢測(cè)元件出驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺(tái)實(shí)際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動(dòng)部件上的檢測(cè)反饋元件，用來(lái)檢測(cè)實(shí)際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，沒(méi)有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)是單方向送的，指令發(fā)出后，不再反饋回來(lái)，故稱開(kāi)環(huán)控制。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息[4]。由于MCS—51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。由于改造后的Z5140A數(shù)控鉆床應(yīng)具有鉆孔、鉸孔、攻絲和銑削平面等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。定位精度高，剛度好。采用滾珠絲杠副的特點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。在滾道內(nèi)裝有滾珠，當(dāng)絲杠與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺旋槽向前滾動(dòng)，在絲杠上滾過(guò)數(shù)圈以后通過(guò)回程引導(dǎo)裝置，逐個(gè)地又滾回到絲杠與螺母之間，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的回路。滾珠絲杠螺母副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的精度，Z5140A型鉆床采用交流伺服電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)至絲桿。3）提高系統(tǒng)剛度。2）盡量消除傳動(dòng)間隙。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1）盡量采用低磨擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。其中，X軸為鉆床平面的左右方向，Y軸為鉆床平面的前后方向，Z軸為主軸的上下方向。（一）Z5140A鉆床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)任務(wù)Z5140A鉆床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：此處為數(shù)控鉆床機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)，包括脈沖當(dāng)量的確定、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算；伺服電機(jī)的計(jì)算和選用；設(shè)計(jì)并繪制Z5140A鉆床示意圖，還有數(shù)控化改造X向、Y向、Z向裝配圖。二、Z5140A鉆床總體方案的確定一般鉆床數(shù)控系統(tǒng)改造的總體方案的應(yīng)包括以下內(nèi)容：進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方式的確定，控制芯片的選擇等內(nèi)容。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）對(duì)設(shè)備掌握熟悉、便于操作維修購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。（2）機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限所利用的Z5140A立式鉆床床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的Z5140A鉆床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。2. Z5140A立式鉆床數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn)（1）減少投資額、交貨期短同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。多年來(lái)Z5140A型立式鉆床憑借其極高的適用范圍和性價(jià)比，在國(guó)內(nèi)鉆床銷售市場(chǎng)占有很大的比例。2. Z5140A立式鉆床簡(jiǎn)介Z5140A鉆床（）是由遼寧省丹東市機(jī)床有限責(zé)任公司研發(fā)、生產(chǎn)幷銷售的立式鉆床，具有精度高，剛性好，扭矩大，噪聲低，變速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，操作集中，使用維修方便。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。裝備水平不高，更新速度低是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要原因之一。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。（三）Z5140A立式鉆床數(shù)控化改造的市場(chǎng)我國(guó)目前機(jī)床總量約為400萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到4％。這些優(yōu)越性的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床的性能有了質(zhì)的提高，大力推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展。而且可以實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。(2)可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。(1)可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。因此為了節(jié)約資金、降低成本，在原來(lái)普通機(jī)床的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)控化改造，是一種一舉兩得的有效途徑，既經(jīng)濟(jì)又快捷.。眾所周知，制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動(dòng)國(guó)家技術(shù)進(jìn)步的中堅(jiān)力量。勞動(dòng)量大大減少，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)控機(jī)床是綜合了微電子、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)的新型機(jī)床，適宜加工單件或小批量、高精度、品種多、生產(chǎn)周期要求短的零件。（3）日本的數(shù)控發(fā)展史日本政府對(duì)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展也十分重視，于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，1978年產(chǎn)量（7342臺(tái)）超過(guò)美國(guó)（5688臺(tái)），至今產(chǎn)量、出口量一直居于世界首位。德國(guó)數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用。（2）德國(guó)的數(shù)控發(fā)展史德國(guó)政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。1952年研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床，1958年研制出加工中心等。因其社會(huì)條件不同，各有特點(diǎn)。如今，中國(guó)已經(jīng)建立了以中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系。在此期間，中國(guó)在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。但由于電子元件的質(zhì)量和價(jià)格，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性沒(méi)有得到解決，因此未能廣泛推廣。于70年代初研制成功我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控銑床。 1958我國(guó)開(kāi)始著手在數(shù)控技術(shù)上開(kāi)展研究，經(jīng)過(guò)研制、開(kāi)發(fā)階段。還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三次改革。到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。次年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件——運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROFROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU），數(shù)控系統(tǒng)得到了質(zhì)的飛躍。（CNC）階段到1970年，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)成為了數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，幷實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。（NC）階段最初計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，科學(xué)家不得不采用數(shù)字邏輯電路組合成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARDWIRED NC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起到了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。（二）數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史及趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理，其性能、精度和效率日趨提高，因此對(duì)加工機(jī)械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備——機(jī)床也相應(yīng)提出了高性能和精度的要求。 Ball Screw。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；滾珠絲杠；數(shù)控系統(tǒng)Numerical Control Innovation Of Z5140A Drilling MachineAbstractAt present,Machine tools made in China is aging and can not meet the requirements of new technologies and new processes of production. This paper focuses on the NC Z5140Atype drill press conversion programs and MCU system design. Combining the traditional machines with the CNC technology, it can realize automatically feed function and provides a feasible and effective way for the enterprise of equipment39。由于利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。該鉆床如同其他CNC鉆床，全部工作循環(huán)是在微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)的。它集中了立式鉆床和銑床的功能。機(jī)床整體能力達(dá)到預(yù)期的要求。本論文說(shuō)明了普通鉆床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了Z5140A機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)介紹Z5140A型臺(tái)式鉆床的數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的機(jī)械與現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，使其具有自動(dòng)進(jìn)給功能，為企業(yè)進(jìn)行設(shè)備的數(shù)控化改造提供了一種有效可行的途徑。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）基于Z5140A鉆床的數(shù)控化改造Numerical Control Innovation Of Z5140A Drilling Machine學(xué) 生 姓 名： 學(xué)