【正文】 )( in kwP m ? 主電動(dòng)機(jī)功率： )(kwpP mz ?? 式（ ） 式中 η 主傳動(dòng)鏈的總效率； PZ主電動(dòng)機(jī)功率； 取η = 則最小最大的總效率： )(11m a x kwP z ? )( in kwPz ? 根據(jù)計(jì)算選用 11k 的電動(dòng)機(jī) 。 4）操縱靈活可靠，調(diào)整維修方便，潤(rùn)滑密封良好，以滿足機(jī)床的使用要求。 2）主電動(dòng)機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。一般 Rn100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。使數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行大功率切削和高速切削 ，實(shí)現(xiàn)高效率加工。 思路 : 改換主軸電動(dòng)機(jī)，換成調(diào)速電動(dòng)機(jī)，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制再加以簡(jiǎn)單的齒輪調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，齒輪調(diào)速部分用電磁離合器控制齒輪嚙合， 主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖 41。其中，通過(guò)齒輪減速來(lái)擴(kuò)大輸出扭矩，利用齒輪換檔來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)速范圍。數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)廣泛采用交直流主軸電動(dòng)機(jī)，這就使得主傳動(dòng)的功率和調(diào)速范圍較普通機(jī)床大為增加。 (3)提高驅(qū)動(dòng)能力。實(shí)現(xiàn)不同要求的電平合伙者極性轉(zhuǎn)換。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，經(jīng)反向后，加到發(fā)光的低電平上，因此，發(fā)光二極 管不導(dǎo)通，沒(méi)有光發(fā)出 /這時(shí)光敏三極管截止，輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏三極管集電極上的電源電壓。掃描信號(hào)具有編碼輸出和譯碼輸出兩種方式等功能。顯示數(shù)據(jù)采用右端或左端送到。 B 鍵盤接口可接開(kāi)關(guān)式傳感器矩陣或者其開(kāi)關(guān)輸 入量。 鍵盤 /顯示接口芯片 8297 8297 的主要性能 A 提供了硬件掃描鍵盤接口，可連接 8行179。 8031 單片機(jī)接口的擴(kuò)展 在使用單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，往往需要通信的外部設(shè)備或控制對(duì)較多，單片機(jī)本身的 I/O 無(wú)法滿足要求，因此需要擴(kuò)展 I/O 口。 51 系列單片機(jī)自身有全雙工的異步通信接口，實(shí)現(xiàn)串行通信很是方便。 接口電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)和主機(jī)（ PC 機(jī)）的連接 串行通信是 CPU 與外界交換信息的一種基本通訊方式。有了較完善的診斷程序（如存儲(chǔ)器診斷、定時(shí)器、中斷 及可編程I/O 的診斷），就可以防止故障的發(fā)生和擴(kuò)大，就是在出現(xiàn)故障時(shí)也可以及早查明故障類型及部位，以便迅速排除，減少停機(jī)時(shí)間。關(guān) 8255 MOV A,00H MOV RO,A LJMP ST （ 2）圓弧插補(bǔ) 與直線插補(bǔ)一樣，這里介紹第一象限園的情況。Y+1 LOP2: MOV 2EH MOV A, 28H CJNE A,2A,LOP3 。OG+Y LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A,2EH ADD A,28H 。FYe INC 2AH 。OB+X LCALL MOTR 。Y MOV 2EH,00H 。Xe MOV 29H,OC8H ； Ye MOV 2AH,OOH 。主程序開(kāi)始 MOV RO,T8255 。下面是直線插補(bǔ)的內(nèi)存分配表見(jiàn)表 31。若采用硬件環(huán)分，則該程序只需做兩件事：判別正、反轉(zhuǎn)控制字，同時(shí)向相應(yīng)電機(jī)輸出一個(gè)脈沖。改程序用MCS51 指令編寫，電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，采用 8255 并行接口的 A、 B 兩端口進(jìn)行控制 ,直線插補(bǔ)軟件運(yùn)行過(guò)程見(jiàn)圖 34。下面只是以直線和圓弧為例來(lái)敘述逐點(diǎn)比較法的軟件設(shè)計(jì)方法。 插補(bǔ)控制軟件 數(shù)控系統(tǒng)的軟件包括插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、升降補(bǔ)償、升降處理、位置控制等功能模塊，下面只介紹其中插補(bǔ)程序軟件： 插補(bǔ)軟件 插補(bǔ)是數(shù)控機(jī)床中一種脈沖分配計(jì)算，合理的分配計(jì)算能保證數(shù)控機(jī)床連續(xù)的軌跡運(yùn)動(dòng)。模塊特性對(duì)測(cè)試很有利，功能擴(kuò)充也很方便，要增加新功能，只要增加新模塊就能實(shí)現(xiàn)，象堆積木一樣。 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從全局著眼，先將整個(gè)系統(tǒng)按功能分成一個(gè)一個(gè)的模塊，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體模塊的程序，最后組成一個(gè)整體 系統(tǒng)。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒(méi)有明確的界限和固定功能劃分。用戶只要按產(chǎn)品的型號(hào)、功能把各功能模塊、外設(shè)、相應(yīng)的電纜（帶插頭）及按鈕箱（機(jī)床操作面板及 MDI,CRT）剛買回來(lái)，經(jīng)組裝連接便可，從而大大方便了用戶。常見(jiàn)的功能模塊有 CNC 控制板、位置控制板 PLC 板、圖形板、通信板及主存儲(chǔ)器模板等6種。 B 功能模塊式結(jié)構(gòu) 在采用功能模塊式結(jié)構(gòu) CNC 裝置中，整個(gè) CNC 裝置按功能劃分為模塊，硬件和軟件的設(shè)計(jì)都采用模塊化設(shè)計(jì)方法，即每個(gè)功能模塊被做成尺寸相同的印刷電路板，而相應(yīng)功能模塊的控制軟件也模塊化。主電路板是大印刷電路板，其他電路是小印刷電路板，它們插在大印刷電路板上的插槽內(nèi)，共同構(gòu)成 CNC 裝置。另外，由于多微機(jī)的 CNC 裝置可進(jìn)行資源共享，省去了一些重復(fù)結(jié)構(gòu)，不但降低了造價(jià)，也提高了系統(tǒng)的可靠性。如果某個(gè)模塊出了故障，其他模塊仍照常工作，而不像單微機(jī)那樣，一旦出故障就整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。 D 有很高的可靠性。 C 硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。接口是固定的，符合工廠標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此可以進(jìn)行信息交換。硬軟件模塊形成特定的功能單元，稱為功能模塊。 B 采用模塊化結(jié) 構(gòu)，有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。它比單微機(jī)提高了計(jì)算的速度，適于多軸控制、高速進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。 多微機(jī)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)微機(jī)完成系統(tǒng)中指定的一部分功能。這種結(jié)構(gòu)中的各處理機(jī)分別承擔(dān)一定的任務(wù)，通過(guò)公共存儲(chǔ)器或公用總線進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)各微機(jī)間的互聯(lián)和通信。 （ 2）多微機(jī)處理結(jié)構(gòu) 有些多微機(jī)處理結(jié)構(gòu)中，有 2個(gè)或 2 個(gè)以上的微機(jī)理機(jī)構(gòu)成處理部件，處理部件之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，并共享資源。這類結(jié)構(gòu)也屬于單微機(jī)結(jié)構(gòu)。 CNC 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 單微處理機(jī)與多微處理機(jī)結(jié)構(gòu) （ 1）單微處理機(jī)結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)只有 1個(gè)微處理機(jī)，采用集中控制、分時(shí)方法處理數(shù)控的各 個(gè)任務(wù)。 數(shù)控系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)重要方面。 (b) 能夠進(jìn)行相 應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿足 CNC 系統(tǒng)的輸入與輸出要求。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的控制，通常由數(shù)控系統(tǒng)的 I/O 控制器和 I/O 控制軟件共同完成。 此外， CNC 裝置還要與上級(jí)主計(jì)算機(jī)或 DNC 計(jì)算機(jī)直接通信，或通過(guò)工廠局部網(wǎng)絡(luò)相連，從而具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。 (c)通用的手搖脈沖發(fā)生器。 (a)數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備 如光電紙帶閱讀器（ PTR)、紙帶穿孔機(jī)（ PP）、打印和穿復(fù)設(shè)備（ TTY)、零件的編程機(jī)和可編程控制器的編程機(jī)等。若不報(bào)警，數(shù) 據(jù)經(jīng)選擇門、位移寄存器、數(shù)據(jù)總線送入 RAM 中；若報(bào)警則數(shù)據(jù)不送入 RAM。 外設(shè) I/O 設(shè)備及 I/O 接口 ① MDI/CRT 接口 手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入是通過(guò)數(shù)控面板上的鍵盤進(jìn)行操作的。在 CNC 系統(tǒng)中 I/O 的擴(kuò)展是為對(duì)象或外部設(shè)備通過(guò)輸入 /輸出通道，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的控制和管理功能，如開(kāi)關(guān)量控制、邏輯狀態(tài)監(jiān)測(cè)、鍵盤、顯示器接口等。由于選用的 I/O 設(shè)備或接口芯片不同， I/O 接口的操作方式也不同，因而應(yīng)用程序也不同。 CPU 向外設(shè)送出信息的接口稱為輸出接口，外設(shè)向 CPU 傳動(dòng)信息的接口稱輸入接口，此外還有雙向接口。微機(jī)與外設(shè)要有輸入輸出數(shù)據(jù)通道，以便交換信息。 ②只讀存儲(chǔ)器 ROM 專門存放系統(tǒng)軟件（控制程序、管理程序、表格和常數(shù)）的存儲(chǔ)器，使用其存儲(chǔ)單元的內(nèi)容不可改變，即不可寫入而只能讀出，也不會(huì)因斷電而丟失內(nèi)容。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類 ① 隨機(jī)存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器） RAM 用來(lái)存儲(chǔ)零件加工程序，或作為工作單元存放各種輸出數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、中間計(jì)算結(jié)果，與外存交換信息以及堆棧用等。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件（管理 軟件和控制軟件）和零件加工等，并將運(yùn)算的中間結(jié)果和處理后的結(jié)果（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)起來(lái)。 CPU 與存儲(chǔ)器、 I/O 接口及外設(shè)間通過(guò)總線聯(lián)系。它對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的部件及操作進(jìn)行統(tǒng)一的控制，按程序中指令的要求進(jìn)行各種運(yùn)算，使系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)整體。 MCN 一般由中央處理單元（ CNC）和總線、存儲(chǔ)器（ ROM， RAM）、輸入 /輸出（ I/O)接口電路及相應(yīng)的外圍設(shè)備、 PLC、主軸控制單元、速度進(jìn)給控制單元等組成。由于使用了 CNC 裝置，使系統(tǒng)具有軟件功能，又用 PLC 取代了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更加小巧，靈活性、通用性、可靠性更好，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維修也方便，并且具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的功能。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成以前機(jī)床數(shù)控裝置所完成的硬件功能，對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 。見(jiàn)圖 32 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）系統(tǒng)簡(jiǎn)介 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。 8鍵和 7 位 LED 顯示器組成，為了簡(jiǎn)化電路，鍵盤的列線及 LED 顯示器的自位控制共用一個(gè)接口，即 8155 芯片的 A接口。采用行列式鍵盤，即用 I/O 接口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上 。 可編程接口芯片 8155 此芯片與微機(jī)連接較簡(jiǎn)單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛采用的接口芯片，它具有 40 條引腳的雙列直插式 RAM、 I/O、 CTC 控制器，含 256 個(gè)字節(jié)的 RAM 存儲(chǔ)器，一個(gè) 6位，兩個(gè) 8位可編程 I/O 接口，一個(gè) 14 位可編程的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。8751 片內(nèi)有 4K EPROM,8031 片內(nèi)沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，使用時(shí)必須在片外擴(kuò)展 EPROM 和 I/O 線 32條，有兩個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，有 5 個(gè)中斷源，有全雙工申請(qǐng)通信接口，有片內(nèi) RAM 共 128 個(gè)字節(jié)，有 21 個(gè)特殊功能寄存器等。 主控制器 RMCS51 系列單片機(jī)有 8031,8751,8051 三個(gè)不同的品種。 8位數(shù)碼管顯示工作狀態(tài)和 加工中的有關(guān)數(shù)據(jù)，工作前用波段選擇編輯、手動(dòng)、自動(dòng) 3 檔。② 軟件：由主模塊、子程序模塊和中斷處理模塊等幾部分組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般包括兩部分：①硬件電路：由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾部分組成。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 3 數(shù) 控系統(tǒng)的選擇 概述 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，大多采用 8 位處理器的微型計(jì)算機(jī)，可采用 ZSOCPU或 MCS51 單片機(jī)組成的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)直接影響車床的切削性能和效率。數(shù)控改造時(shí)根據(jù)原機(jī)床導(dǎo)軌的磨損程度和加工精度要求，來(lái)確定導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式。導(dǎo)軌的作用就是支撐和導(dǎo)向 ，即支撐運(yùn)動(dòng)部件，并保持運(yùn)動(dòng)部件在外力的作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定方向運(yùn)動(dòng)。考慮本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，選用滾珠絲杠螺母副代替原機(jī)床的滑動(dòng)絲杠螺母副。在精度要求不高的情況下，可以仍用原機(jī)床的滑動(dòng)絲杠。 絲杠螺母副 比較環(huán)節(jié) 伺服 放大器 測(cè)量角度 進(jìn)給脈沖 反饋脈沖 伺服 電動(dòng)機(jī) 齒輪箱 工作臺(tái) 圖 21 半閉環(huán)控制原理圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 臥式車床的進(jìn)給絲杠都是滑動(dòng)絲杠，即絲杠與螺母之間的摩擦為滑動(dòng)摩擦。為兼顧精度與速度的要求，應(yīng)在滿足精度的條件下，選擇盡可能大的脈沖當(dāng)量。 首先要保證機(jī)床的定位精度，而脈沖當(dāng)量直接影響機(jī)床的定位精度。但是，增大轉(zhuǎn)距與快速運(yùn)行存在一定的矛盾，高性能與底成本相矛盾。 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 ： 拆除原來(lái)橫向進(jìn)給 的絲杠，換上滾珠絲杠；保留原來(lái)的橫向手柄機(jī)構(gòu)，橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速箱安裝在機(jī)床后側(cè)。原理圖見(jiàn)圖 21。閉環(huán)控制的定位精度一般為 00010003，本設(shè)計(jì)屬經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，無(wú)須達(dá)到此精度。開(kāi)環(huán)控制的定位精度一般為 001002，不能滿足橫向最小運(yùn)動(dòng)單位 0005/脈沖的要求?？傮w改造如下： 控制方式類型選擇 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。 以保證具備螺紋加工的功能。當(dāng)然 , 此次改造為了擴(kuò)大變速范圍 , 實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的自動(dòng)變速 ,采用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)做車床主軸電動(dòng)機(jī)以取代原來(lái)的主軸電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；并簡(jiǎn)化原來(lái)傳動(dòng)系統(tǒng)，以達(dá)到多擋調(diào)速范圍的確定 , 這樣可以使機(jī)床性能更好。由于單片機(jī)具有集成度高、性能價(jià)格比高、可靠性好、功能強(qiáng)和速度快等特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 MCS51 作為控制微機(jī)。它通過(guò)對(duì)加工程序的運(yùn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的自動(dòng)控制。 機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置進(jìn)給傳動(dòng)裝置機(jī)身工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置液壓氣動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)冷 卻裝置等組成。這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和變換指令，冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟停，工件和機(jī)床部件的松開(kāi)、夾緊、分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等開(kāi)關(guān)輔助動(dòng)作。數(shù)控裝置將反饋回來(lái)的實(shí)際位移值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制驅(qū)動(dòng)裝置按指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。