X62W銑床數(shù)控改造（縱向）

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 X62銑床數(shù)控改造 摘 要 本文在X62銑床數(shù)控改造設(shè)計(jì)時主要從經(jīng)濟(jì)性、方便性、實(shí)用性、可靠性四方面因素出發(fā)，對X62 型銑床進(jìn)行了銑床數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件及電路設(shè)計(jì)。使改造后的機(jī)床的機(jī)械傳動部分具有高靜態(tài)、動態(tài)剛度;運(yùn)動副之間的摩擦因數(shù)小，傳動無間隙;功率大;便于操作和維修。 X62銑床數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算。進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，拆除縱向、橫向、垂向進(jìn)給箱齒輪，在該處將手輪軸通過一對減速齒輪和縱向、橫向及垂向步進(jìn)電機(jī)相連。絲杠拆去，換上滾珠絲杠，并由齒輪箱與滾珠絲杠連接，改造后的X62銑床的定位精度為士0.01㎜，重復(fù)定位精度為士0.005㎜。X、Y電機(jī)能夠拖動工作臺以6～2300r/min的切削進(jìn)給速度進(jìn)行X向、Y向運(yùn)動。 數(shù)控系統(tǒng)是一個基于8031單片機(jī)的數(shù)字型控制系統(tǒng)。采用較小體積的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)一般的邏輯功能， 對進(jìn)給系統(tǒng)的兩個軸進(jìn)行控制。 關(guān)鍵詞 銑床；數(shù)控改造；步進(jìn)電機(jī)；滾珠絲杠 X62 CNC milling machine transformation Abstract Based on the aspects of the improvement on X62 milling machine as follows: the economy，convenience , function and reliability. This dissertation conducts the systematic design and hardware circuit design . These work improve the functions of milling machine on some aspects as follows: the large static and dynamic stiffness of the mechanical drive parts， the little friction factor of the motion pairs，no clearance in driving，the large power and the convenient operation and maintenance. The system designs of X62 numerical machine’s mechanical include the design and the calculation of the design and the calculation of the servo drive system, of the lead screw nut pair. In the design of he feed motion’s drive system，it should be removed that the longitudinal and the traverse and the vertical feed change gears. Joint the handle wheel axel with the vertical stepping motor through a pair of reduction gear there, the ball screw is used instead of the leads crew, which is connected with the gearbox. Accuracy of position of the improved X62 milling machine is士0.01mm, its precision of repeatability is士 0.005mm. The motors for X and Y directions in the speed of 6-2300r/min. The numerical system is a data control system designed by model block based on single chip microcomputer of 8031. The single chip microcomputer of smaller volume is adopted to realize the ordinary function., command the locomotion of the X and Y. Keywords　 Milling machine, NC innovation, Stepping motor，Ball bearing thread stick 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 - III - 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 X62 銑床數(shù)控改造設(shè)計(jì)總體要求和內(nèi)容 3 第2章 X62 銑床數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2.1 概述 6 2.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 2.2.1 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 2.2.2 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 第3章 X62 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 3.1 X62 銑床數(shù)控控制系統(tǒng)方案 16 3.2 CPU分析選用 16 3.2.1 單片機(jī)引腳及其功能 16 3.2.2 3.2.2 I/O口及其功能 16 3.2.3 控制線 17 3.3 存儲器I/O的擴(kuò)展 18 3.3.1 存儲器的選用、擴(kuò)展及連接 18 3.3.2 鍵盤與顯示接口電路 19 3.3.3 8255與8031的連接 27 結(jié)論 38 致謝 39 參考文獻(xiàn) 40 附錄 42 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 - IV - 第1章 緒論 1.1 課題背景 數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效、高速、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，并且機(jī)床結(jié)構(gòu)趨于模塊化、數(shù)控功能專門化。數(shù)控機(jī)床是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制、傳感測量、機(jī)械制造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的典型的機(jī)電一體產(chǎn) 品。它的發(fā)展和運(yùn)用，開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式、使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。 數(shù)控技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，己成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競爭力仍然處于較低的水平。因?yàn)殚_發(fā)一臺新的數(shù)控機(jī)床的周期比較長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。為此我們應(yīng)該在普通機(jī)床上考慮，不能一味的大量添置全新的數(shù)控機(jī)床，這樣會造成資金投資量大，成本高，而且又會造成原有設(shè)備閑置浪費(fèi)。把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床不失為一條提高數(shù)控化率的有效途徑。普通機(jī)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。這種機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床缺點(diǎn)和存在的問題，生產(chǎn)效率高，尤其適合中國機(jī)床擁有量大、生規(guī)模小的具體國情。 1.微觀看改造的必要性 微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。數(shù)控機(jī)床可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計(jì)算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面?？梢詫?shí)現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。擁有自動報(bào)警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時問無人看管加工。由以上五條派生的好處，如:降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力(一個人可以看管多臺機(jī)床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 2.宏觀看改造的必要性 宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。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。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年，如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到 1995年只有 1.9%，而日本在 1994年己達(dá)20.8%，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。 (數(shù)控化率)到 1995年只有 1.9%，而日本在 1994年己達(dá)20.8%，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。 當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對機(jī)床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、高自動化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，己形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早己成為四大國際機(jī)床展上各國機(jī)床制造商競相展示先進(jìn)技術(shù)、爭奪用戶、擴(kuò)大市場的焦點(diǎn)。較著名的控制系統(tǒng)有:日本FANUC系列、Mitsubishi系列、OKUNIA系列、SODICK系列、日立系列、德國SIEMENS系列、DECKEL系列、Heidenhain系列、HELLER系列、美國ALLEN-BRADLEY(AB)系列、CINCINNANTI系列、法國Num系列、意大利FIDIA系列、西班牙FAGOR系列、瑞士的AG系列、國產(chǎn)系列等。 在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們將機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個“永恒”的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，己形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司己在中國開辦公司。在日本機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大限工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司山本工程公司等。 趕上計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)前進(jìn)的步伐、加快數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)速度，已成為數(shù)控發(fā)展的最主要趨勢。以第四代計(jì)算機(jī)的工程結(jié)構(gòu)和微電子工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有微機(jī)的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開放型、嵌入式的柔性數(shù)控系統(tǒng)，使之即適合加工復(fù)雜零件、分立式機(jī)床用的數(shù)控系統(tǒng)的組成，又適合未來自動化升級時功能可擴(kuò)展的要求。 我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下3個特征： (l)高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。如華中I型等數(shù)控系統(tǒng)，都具有多軸聯(lián)動功能，快速進(jìn)給速度在1.67m/s以上，具有較強(qiáng)的通信、管理功能。 (2)普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。如北京機(jī)床研究所的BS9l系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般配有CRT顯示器，可配置直流和交流司服驅(qū)動，2~4軸聯(lián)動。 (3)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。比較典型的有南京大方的JWK系列。 我國是機(jī)床生產(chǎn)大國，又是使用大國。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，我國的數(shù)控機(jī)床在機(jī)床產(chǎn)品中的比例總體水平低。但是我國是發(fā)展中國家，許多企業(yè)財(cái)力薄弱，不可能花費(fèi)大量的資金添置許多全新的數(shù)控機(jī)床，同時大量的通用機(jī)床不可能全部淘汰。 因此，把普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途改造徑，機(jī)床改造花費(fèi)少，改造針對性強(qiáng)，時間短，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，生產(chǎn)效率高。 1.2 X62銑床數(shù)控改造設(shè)計(jì)總體要求和內(nèi)容 如圖1-1所示，為 X62 銑床的原傳動系統(tǒng)圖。其主軸轉(zhuǎn)動由電機(jī)1經(jīng)齒輪變速驅(qū)動。其主軸的升降用手柄5經(jīng)錐齒輪副3，絲杠手動操作。工作臺的x軸和y軸分別通過離合器6和離合器7，由進(jìn)給電動機(jī)10通過齒輪變速驅(qū)動絲杠副4和8實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)給。工作臺的升降有電動機(jī)10通過離合器9將運(yùn)動傳給絲杠副11來實(shí)現(xiàn) 。 對X62 銑床進(jìn)行機(jī)械部分改造，數(shù)控機(jī)床的剛度系數(shù)應(yīng)該比同類普通機(jī)床高50%；應(yīng)盡量提高機(jī)床的抗振性，通常機(jī)床的振動包括強(qiáng)迫振動和受迫振動。要提高機(jī)床在低速進(jìn)給時的平穩(wěn)性和運(yùn)動精度。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的自動銑削加工，提出方案： 方案：工作臺的x,y軸進(jìn)給運(yùn)動改變?yōu)槲C(jī)控制，實(shí)現(xiàn)三軸或二軸的開環(huán)同步控制或非同步控制。 我們這里的設(shè)計(jì)要求改造x,y軸，z軸作為預(yù)留，所以我們這里選擇此方案。 圖1-1 X62銑床改前傳動原理圖 圖1-2 X62銑床改后傳動原理圖 第2章 X62銑床數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 概述 X62 銑床數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分縱向，橫向和垂向三個部分，在每個部分中，包括滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)計(jì)算，伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 1. 滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變?yōu)榱藵L動摩擦, 使摩擦損失減小, 使精度保持性、傳動平穩(wěn)性、傳動效率等都得到提高，其傳動效率可達(dá)到92%～98%,比常規(guī)的絲杠螺母副提高3～4倍（滑動絲杠效率為0.2～0.4）。 2. 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算包括步進(jìn)電機(jī)選型、減速齒輪副的設(shè)計(jì)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)、混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和 五相:兩相步進(jìn)角一般為 1.8度，而五相步進(jìn)角一般為0.72度。 2.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知，切削功率 式中N——電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N＝4kW ——主傳動系統(tǒng)總功率，一般為0.6～0.7取 ＝0.65 K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K＝0.96 則： （3—2） 所以 （3—3） 式中v——切削線速度，取v＝100m/min 主切削力 由《金屬切削原理》 可知： C＝188kgf/＝1880MPa X＝1 Y＝0.75 K＝1 當(dāng)＝1520N時，切削深度＝2mm，走刀量＝0.3mm，以此參數(shù)做為下面計(jì)算的依據(jù)。 從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中可得知，在一般外圓車削時： ＝（0.15～0.7）（3—5） ＝3243N ＝0N 2.2.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 三角或綜合導(dǎo)軌機(jī)床的軸向力： （3—6） 式中 ＝1.15，=0.15~0.18,取為0.16則: ＝1.15×763.8+0.16（1527.6+800） 2.2.2.1 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： （3—10） 式中摩擦角 ，螺旋升角 則： 2.2.2.2 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （3—11） 式中＝6mm＝0.6cm 則： 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：＝。所以： 導(dǎo)程變形總誤差為 查表知F級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為30，故剛度足夠。 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。 - 8 - 第3章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行。機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由五部分組成。 1.處理單元CPU 2.總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。 3.存儲器：包括制度可編程存儲器和隨機(jī)讀寫存儲器。 4. I/O輸入/輸出接口電路。 5.外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)和外界進(jìn)行信息交換的橋梁?？偩€則是CPU與存儲器、接口以及其他轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。 數(shù)控系統(tǒng)硬件如圖4—1： 圖4—1數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的需要。所以選用MCS-51系列單片機(jī)為控制裝置。 3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) MCS—51系列單片機(jī)主要有三種型號的產(chǎn)品：8031、8051和8751。三種型號的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8031片內(nèi)無ROM，適用于需擴(kuò)展ROM，可在現(xiàn)場修改和更新程序存儲器的應(yīng)用場合，其價格低，使用靈活，非常適合在我國使用。此次設(shè)計(jì)使用的是8031芯片。見圖4—2。 3.2.1 8031單片機(jī)的基本特性 1. CPU為8位。 2.16根地址總線（與I/O線共用）,可直接尋址64KB（64KB程序存儲器，64KB外部數(shù)據(jù)存儲器）。 3. 32根并行I/O線（分為4個8位I/O口）。 4. I/O端口和片外存儲器統(tǒng)一編址，I/O尋址靈活。 5. 2個16位定時/計(jì)數(shù)器。 6. 片內(nèi)有128B。 7. 具有一個全雙工串行I/O。 8. 具有5個中斷源，配備兩個中斷優(yōu)先級。 9. 內(nèi)部有時鐘振蕩器。 10. 有一個一位布爾處理器，具有很強(qiáng)的布爾處理能力。 3.2.2 8031芯片引腳功能 8031芯片具有40根引腳，功能分四類： 3.2.2.1 電源線 電源線有2根。 ：編程和正常操作時的電源，接+5V。 ：接電平。 3.2.2.2 晶振 晶振：2根。 ：振蕩器的反向放大器接入，使用外部振蕩器時必須接入。 使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。 3.2.2.3 I/O口 I/O口共有四個8位口，32根口線，功能如下： 1. 口：雙向8位三態(tài)I/O口，與地址總線低8位分時工作。 2. 口：準(zhǔn)雙向通用I/O，帶上拉電路。在EPROM編程期間，用輸入低8位地址。 3. 口：準(zhǔn)雙向I/O，帶上拉電路。口可以作為通用的并行I/O使用，又可作為外部存儲器的地址總線（高8位）。當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，由口輸出高8位地址碼。 4. 口：準(zhǔn)雙向雙動功能I/O口，其使用方法同口，帶上拉電路。 第一功能：作為通用I/O口。 第二功能： ——串行輸入口； ——串行輸出口； ——外部中斷0輸入線； ——外部中斷1輸入線； ——定時/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)脈沖輸入線； ——定時/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)脈沖輸入線； ——外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通脈沖輸出線； ——外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通脈沖輸出線。 圖4—2 MCS－51雙列直插封裝方式的引腳 3.2.2.4 控制線 1.：程序存儲器的使能引腳，是外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數(shù)時，在每個機(jī)器周期內(nèi)二次有效。 2. ：內(nèi)部和外部程序存儲器選擇控制端。當(dāng)腳為高電平時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。當(dāng)腳為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。因?yàn)?031芯片沒有內(nèi)部程序存儲器，所以必須接地。 3.：地址所存信號/編程脈沖輸入信號。 4.：復(fù)位/備用電源端，輸入，低電平有效。 3.3 存儲器擴(kuò)展電路 3.3.1 8031與EPROM的連接 EPROM低8位地址線經(jīng)地址鎖存器與8031口相連；高8位地址線直接與8031的口相連。由于8031的口是分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)，故要外接地址鎖存器（74LS373），并由CPU發(fā)出的地址允許鎖存信號ALE的下降將地址信息鎖存入地址鎖存器中。如外接存儲器芯片內(nèi)有地址鎖存器。 存儲器的8位數(shù)據(jù)線與8031芯片口直連，單片機(jī)規(guī)定指令碼和數(shù)據(jù)都是由口讀入，數(shù)位對應(yīng)相連即可。 8031芯片的PSEN與EPROM的OE端相連。 8031芯片的EA接地，CPU執(zhí)行外部程序存儲器命令。 8031芯片的ALE接主地址鎖存器74LS373的G引腳。 8031與EPROM連接如圖4—3： 圖4—3 8031與EPROM連接示意圖 3.3.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 單片機(jī)CPU與R數(shù)據(jù)存儲器的連接方式和程序存儲器連接大致相同。唯控制器線的連接不同：RAM讀入信號OE分別于8031芯片的RD（）引腳相連；RAM的寫輸入信號WE于8031芯片引腳相連。 3.3.3 程序存儲器的擴(kuò)展 2764芯片是一種高速，容量為的EPROM存儲器電路讀出時間為250ns，2764為28線元件，其中為13位地址線。為8位數(shù)據(jù)線。CE為片選信號線，低電平有效，OE為數(shù)據(jù)輸出選通信號線，低電平有效。PGM為編程脈沖輸入線。為主電源線，為編程電源線。 6264芯片式的RAM存儲器電路，集成度很高，其中為13位地址線，輸入地址與內(nèi)部8K字節(jié)的單元對應(yīng)位8位數(shù)據(jù)線，CE為片選信號線，OE、WE為讀寫信號線，都是低電平有效。 對于容量較大的系統(tǒng)，擴(kuò)展的外部芯片較多，芯片所需的片選信號利用地址線時，就需要用全地址譯碼的方法，它將低地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線作片選線。一定要注意地址。 3.4 I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 3.4.1 I/O接口電路 1.8031芯片 8031芯片共有四個8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口和部分口，因此在大部分應(yīng)用分流中都需擴(kuò)展I/O芯片，常用的外用接口芯片為8155，是可編程的RAM，擴(kuò)展接口電路（256個RAM系統(tǒng)單元，2個8位接口，1個6位口，1個14位定時計(jì)數(shù)器）。 2.8155芯片可直接和MCS－51系列單片機(jī)連接，不需要任何外加邏輯電路。通常用口的高8位地址線作為8155芯片的片選信號及IO/M的選擇信號。將8031的與8155芯片IO/M引腳相連，若是高電平，則8155用來作接口；若是低電平，則使用8155內(nèi)部256字節(jié)的RAM。由于8155芯片內(nèi)部有地址鎖存器，所以8031的ALE端可以和8155的ALE端直連，利用8031的ALE的信號下降沿鎖存8031口送出的低8位地址信息。 若要求8155A口B口工作在基本狀態(tài)，C口為基本輸入狀態(tài)，不要求中斷申請，不啟動定時器，則其控制它為：00000011B（03H） 初始化程序如下： MOV DPTR， ＃2100H； 命令地址寄存器→DPTR MOV A， ＃03； 控制字03H→A MOV DPTR， A； 控制字→命令寄存器 3.4.2 輔助電路設(shè)計(jì) 3.4.2.1 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器中，脈沖信號經(jīng)功放后控制步進(jìn)電機(jī)勵磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果將信號與功率放大器直接相連，將會引起強(qiáng)電干擾。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路損壞。所以，一般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路。采用的光電耦合電路如圖4—4： 圖4—4光電耦合電路 3.4.2.2 功率放大電路 功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源型線路簡單，但功率不高，所以選用雙電源型。在功率放大器導(dǎo)通初始，全導(dǎo)通，并使脈沖變壓器B的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使導(dǎo)通，高壓電源通過，為步進(jìn)電機(jī)某一相繞組供電，使其電流上升沿變陡，同時出于反向偏置，將低壓與繞組切斷。經(jīng)過時間后脈沖電流消失，使截至，高壓電源與繞組之間被切斷。通過，為繞組供電，提供所需的額定電流。通過調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和可改變高壓供電的時間寬度。 圖4—5功率放大電路 由于我國目前步進(jìn)電機(jī)的功率放大器已由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床電路時只需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的容量大小進(jìn)行選擇，所以不再進(jìn)行計(jì)算。功率放大電路見圖4—5。 3.4.2.3 8031時鐘電路 單片機(jī)的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，內(nèi)部方式和外部方式。 內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部震蕩電路在、引腳上外接定時元件如圖4—6： 圖4—6 8031內(nèi)部時鐘方式 3.4.2.4 復(fù)位電路 圖4—7 8031復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樯想娕c按鈕復(fù)位組合，在上電瞬間RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上高電壓，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。見圖4—7。 3.4.2.5 報(bào)警電路 為了防治工作臺越界，可分別在極限位安裝限位開關(guān)，這是采用中斷方式，利用8031的外部中斷。只要有任何一個行程開關(guān)閉合，即工作臺在某一方向上越界，均能產(chǎn)生中斷信號。為了便于觀察，設(shè)置紅綠燈指示，正常時為綠燈亮，報(bào)警時紅燈亮，兩燈均由一個I/O口輸出。 3.5 繪制微機(jī)控制電路原理圖 3.5.1 控制系統(tǒng)的功能 1. Z向X向的進(jìn)給伺服運(yùn)動功能 2. 鍵盤顯示 3. 自動回轉(zhuǎn)刀架控制 4. 螺紋加工控制 5. 面板控制 6. 行程控制 7. 其他功能：報(bào)警電路、復(fù)位電路、隔離電路、功率放大電路。 3.5.2 采用軟件環(huán)形分配圖 步進(jìn)電機(jī)采用軟件環(huán)形分配器，雖運(yùn)行速度沒有硬件環(huán)形分配器快，但可以省掉兩個硬環(huán)分配芯片，且電路簡單。 3.5.3 自動回轉(zhuǎn)刀架的控制 當(dāng)需要自動回轉(zhuǎn)刀架時，由8155（1）的發(fā)出刀位信號，控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)，到達(dá)制定的刀位，刀架夾緊后發(fā)出換刀回答信號，經(jīng)8155（1）的輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開始進(jìn)給。 3.5.4 螺紋加工控制 當(dāng)加工螺紋時，由與主軸相連的光電脈沖器發(fā)出螺紋信號，分別送入8031的和8155（1）的，通過設(shè)置不同的時間常數(shù)來加工不同螺距螺紋，零件螺紋信號是防止螺紋亂扣。 結(jié)論 畢業(yè)論文是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論和實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的對X62銑床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)，我擺脫了單純理論學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)合鍛煉了我綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際問題的能力。 通過本次對伺服進(jìn)給系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)的選擇，單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我可以更深刻充分的了解到數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)與必要性。 數(shù)控改造后擁有了自己設(shè)計(jì)的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，橫向進(jìn)給，縱向進(jìn)給更加穩(wěn)定，減少了操作人員素質(zhì)帶來的人為誤差，機(jī)床的數(shù)控裝置可以對機(jī)床運(yùn)動中產(chǎn)生的位移、熱變形等導(dǎo)致的誤差，確定自己的脈沖當(dāng)量，通過測量系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償而獲得很高且穩(wěn)定的加工精度。提高了同批零件的一致性。提高加工精度。 參考文獻(xiàn) 1 張新義.金屬切削原理.機(jī)械工業(yè)出版社，1994：338～357 2 董玉紅.數(shù)控技術(shù).高等教育出版社，2004：156～178 3 張毅剛.MCS－51單片機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004 4 顧維邦.金屬切削機(jī)床概論.機(jī)械工業(yè)出版社，1995：35～92 5 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì).第四版.高等教育出版社，1997：11～398 6 余英良.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社，1994：32～46 7 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊（第三冊）.機(jī)械工業(yè)出版社，1986 8 鄭文緯.機(jī)械原理.第七版.高等教育出版社，1997：153～228 9 劉躍南.機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，1997：76～137 10李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999 致謝 本文是在張寶海老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，張老師給了我很大的幫助，對我的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)的檢查，及時給我指出不足并提出改進(jìn)的方法，沒有張老師的耐心指導(dǎo)與鼓勵，論文是不可能順利完成的。張老師的淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之風(fēng)、勤懇的工作態(tài)度，讓我終身受益，這是張老師傳授給我的最寶貴的財(cái)富。從張老師的身上，我更進(jìn)一步的體會到制圖是一個辛苦而又必須嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程。在我即將畢業(yè)之際，衷心的感謝我的指導(dǎo)老師張老師，是你對我的教導(dǎo)、培養(yǎng)、關(guān)心和鼓勵!感謝幫助過我的大學(xué)的老師們!我想說:老師您辛苦了! 最后，向我在畢業(yè)設(shè)計(jì)時借閱資料的作者表示感謝。 21-