【正文】 ...................................... 9 設(shè)計(jì)要求 ............................................................................................................... 9 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 ............................................................................................... 9 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的確定 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。該儀器采用了 8031單片機(jī)。本次改造 用了 2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)，分別 控制機(jī)床 2 個(gè)方向（橫 向和 垂向）的進(jìn)給，通過(guò)齒輪或帶輪帶動(dòng)滾珠絲杠軸向 運(yùn)動(dòng)。 第一部分是數(shù)控機(jī)床的概述，第二部分是進(jìn)給系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì)方案，第三部分是 伺服 進(jìn)給機(jī)械部分設(shè) 計(jì)計(jì)算，第四部分是控制部分的單片機(jī)原理及控制程序設(shè)計(jì) 。 I 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)展現(xiàn)代計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（ CNC）機(jī)床，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，技術(shù)革新的必由之路，是未來(lái)工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。因此 ,這次對(duì)普通機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)更顯得重要。 基于步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械改裝減少了人的工作量，把手動(dòng)轉(zhuǎn)變成為電動(dòng)。 基于單片機(jī)控制的電子部分設(shè)計(jì)提高了工作效率和測(cè)量的準(zhǔn)確度、可信度。文中著重論述了原理的設(shè)計(jì)思想并給出了具體電路，然后闡明了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想并給出了部分程序的流程圖。 切削力的計(jì)算 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的確定 ........................................................................................... 9 橫向絲杠的選擇 ............................................................................................ 9 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 .......................................................................................... 11 橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選擇 ...................................................................... 11 垂向進(jìn)給系統(tǒng)的確定 ......................................................................................... 14 垂向絲杠的選擇 .......................................................................................... 14 同步帶及帶輪的選擇 .................................................................................. 16 垂向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選擇 ...................................................................... 16 第四章 控制系統(tǒng)硬件原理及其控制程序編制 .......................................................... 20 主控制器 ............................................................................................................. 20 主控制器及其選擇 ...................................................................................... 20 III MCS— 51 系列單 片機(jī)介紹 .......................................................................... 20 MCS— 51 單片機(jī)的擴(kuò)展 ...................................................................................... 22 程序存儲(chǔ)器 EPROM 的選擇 .......................................................................... 22 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的 選擇 .............................................................................. 22 地址分配及接線方法 ......................................................................................... 22 地址分配 ...................................................................................................... 22 EPROM、 RAM 與 8031 連接方法 .................................................................. 22 接口電路及輔助電路的設(shè)計(jì) ............................................................................. 23 接口電路的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 23 輔助電路的具體設(shè)計(jì) .................................................................................. 24 控制系統(tǒng)程序編譯 ............................................................................................. 27 直線插補(bǔ)程序 .............................................................................................. 27 圓弧插補(bǔ)程序 .............................................................................................. 29 裝代碼子程序 .............................................................................................. 33 環(huán)行分配器子程序 ...................................................................................... 34 致謝 .................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。對(duì)于離散的開(kāi)關(guān)控制量，可以通過(guò) PLC 對(duì)機(jī)床電器的邏輯控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要由顯示器、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入鍵盤(pán)組成，又稱(chēng) MID 面板。按鍵除各種符號(hào)鍵和數(shù)字鍵外，還常設(shè)控制鍵和用戶(hù)定義鍵等。 PLC 還接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將有關(guān)指令送往 CNC 用于將過(guò)程控制。其上有各種按鈕 與選擇開(kāi)關(guān)，用于機(jī)床及輔助裝置的啟停，加工方式的選擇、速度倍率選擇等。數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口，常設(shè)置在機(jī)床操作面板上。進(jìn)給伺服單元接收來(lái)自 CNC 裝置的運(yùn)動(dòng)指令，經(jīng)變換和放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀架或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。 在閉環(huán)和半閉環(huán)和半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)中，位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床上或伺服電機(jī)上，其作用是將機(jī)床或伺服電機(jī)的實(shí)際位置信號(hào)反饋給 CNC 系統(tǒng)以便為與指令相比較，用其差值控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，達(dá)到消除運(yùn)動(dòng)誤差，提高定位精度的目的。 （ 6）主軸伺 服系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)區(qū)別很大，電機(jī)頻率輸出應(yīng)為 ~250kW。因此中高檔數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)都采用電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速或伺服驅(qū)動(dòng)。 的 發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展在很大程度上取決于數(shù)控系統(tǒng)的性能和水平，而數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展及其技術(shù)基礎(chǔ)離不開(kāi)微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò) “ 六五 ” 期間的引進(jìn)， “ 七五 ” 期間的數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)， “ 八五 ” 期間的數(shù)控應(yīng)用技術(shù)研究以及 “ 九五 ” 期間的主數(shù)控系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用，已逐步形成了以航天數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控、華中數(shù)控和中華數(shù)控為主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。另一方面我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量也不斷提高。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技 術(shù)較成熟，并已有成熟商品走向市場(chǎng)。目前我國(guó)已經(jīng)可以供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的數(shù)控機(jī)床。 （ 2） 存在三點(diǎn)不足 和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)在信息化技術(shù)應(yīng)用上仍然存在很多不足。我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)總體的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力和技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，信息化技術(shù)應(yīng)用程度不高。 ② 產(chǎn)品成熟度較低，可行性不高。 ③ 創(chuàng)新能力低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。 （ 3） 當(dāng)今發(fā)展方向 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟 ，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。 ① 高速度、高精度化。目前，我國(guó)生產(chǎn)的第六代數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)均采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度，使得高速運(yùn)算、模塊化及多軸成組控制系統(tǒng)成為可能。 ② 智能化。 ③ 基于 CAD 和 CAM 的數(shù)控編程自動(dòng)化。它是利用 CAD 繪制的零件加工圖樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成數(shù)控機(jī)床零部件加工程序，以實(shí)現(xiàn) CAD 與 CAM 的集成。 ④ 發(fā)展可靠性最大化。新一代的數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專(zhuān)用及混合式集成電路，減少元器件的數(shù)量，從而提高可靠性。 數(shù)控銑床 改造的意義 企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的 時(shí)間去滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的不斷變化。當(dāng)變更加工對(duì) 象時(shí)只需要換零件加工程序，無(wú)需對(duì) 銑床 作任何調(diào)整，因此能很好地滿(mǎn)足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。 數(shù)控銑床 的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控銑床 ，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。 至 ，已能滿(mǎn)足 銑床 改造后加工零件的精度要求。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。普通 銑床 應(yīng)用微機(jī)控沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 。第二章確定設(shè)計(jì)內(nèi)容和總體設(shè)計(jì)方案 ； 第三章進(jìn)行伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算，確定出 2 個(gè) 方向伺杠和電機(jī)的型號(hào) ； 第四章是銑床改造設(shè)計(jì)控制部分的硬件原理、 控制心片的選擇和控制部分程序設(shè)計(jì)。 （ 2）單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 此部分包括設(shè)計(jì)并繪制控制系統(tǒng) 圖 ，編寫(xiě)直線差補(bǔ)程序和圓弧差補(bǔ)程序 。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出幾個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析，比較和論證，最后選出一個(gè)合理的總體方案。當(dāng)激磁繞組按一定規(guī)律獲得分配脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電氣控制和驅(qū)動(dòng)電路也簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，價(jià)格 便宜，設(shè)計(jì)制造較簡(jiǎn)單，容易調(diào)試，使用維修方便。另外，電機(jī)時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快。 綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng) 。 數(shù)控裝置 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。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。本設(shè)計(jì)采用的是 MCS— 51 單片 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)。 （ 2） 行 程控制 （ 3）鍵盤(pán) 控制 （ 4