立式銑床數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床即數(shù)字程序控制機(jī)床，是一種自動(dòng)化機(jī)床，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機(jī)床研究的核心，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)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床借助現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機(jī)床的加工范圍、動(dòng)態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是對(duì)X5032

2、普通立式銑床進(jìn)行數(shù)控化改造。為了實(shí)現(xiàn)把X5032普通立式銑床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，Z進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造，并增加了CNC裝置和伺服系統(tǒng)。對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)，我選用FANUC 20M DC 電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸。對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)，我把原先的滑動(dòng)絲杠換成滾珠絲杠，以提高精度和效率。通過(guò)單片機(jī)的設(shè)計(jì)，構(gòu)成控制系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控改造，滾珠絲杠，伺服系統(tǒng)</p><p><b&g

3、t;　　ABSTRACT</b></p><p>　　CNC machine tools that the digital process control machine tools, is an automated machine tools, CNC numerical control machine tool technology is the core of the study, manufa

4、cturing automation, networking, flexible, integrated basis. With the development of manufacturing technology, modern CNC machine tools with modern design techniques, process intensification and new features to make machi

5、ne tools, machining range, dynamic performance, machining accuracy and reliability has improved greatly.</p><p>　　This design isX5032 ordinary vertical milling machine NC transformation. In order to achieve

6、theX5032 vertical milling machine into the general economy CNC milling machine, I am against this milling the main drive Z to the feed system NC transformation, and to increase the CNC servo devices and systems. The main

7、 drive system, I choose FANUC DC motor drive through the belt drive spindle. The feed system, I replaced the original sliding screw, to improve accuracy and efficiency, and the original m</p><p>　　Key Words:

8、 NC transformation, ball screw, Servo Syst</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床的改造也就顯得比較重要，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)與改造也成為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方面。該課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐的需要，利用

9、大量閑置舊機(jī)床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造后，成為一種高效的、多功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，是一種推陳出新、盤活存量資金的有效辦法，是低成本自動(dòng)化的必由之路。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床即是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都采用計(jì)算機(jī)（微型機(jī)算計(jì)）作為控制系統(tǒng)，它由CNC系統(tǒng)，機(jī)床主機(jī)及輔助裝置組成。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及目前的狀況：</p>

10、<p>　　第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世于美國(guó)，是為了適應(yīng)航空工業(yè)制造復(fù)雜零件的需要而產(chǎn)生的，70年代初以前，美國(guó)處于領(lǐng)先的地位，70年代中期，前蘇聯(lián)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床在數(shù)量上趕超美國(guó)成為第一。1981年，日本超過(guò)了其他國(guó)家而成為世界上最大的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)家。</p><p>　　在國(guó)外數(shù)控機(jī)床的數(shù)量中，最多的是普通數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控車床，但是發(fā)展最快的則是可以自動(dòng)換刀具的加工中心，目前國(guó)際上研制的數(shù)控設(shè)備則是

11、由加工中心為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)。</p><p>　　我國(guó)的機(jī)床數(shù)控行業(yè)起步于1961年，到現(xiàn)在已有45年多的歷史了，70年代中期開始進(jìn)入實(shí)用階段，但直至80年代初由于引進(jìn)了國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵器件，數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)中才獲得較好的應(yīng)用，我國(guó)目前狀況是：數(shù)控系統(tǒng)已形成年產(chǎn)500套多功能數(shù)控機(jī)床和3000套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的能力。我國(guó)已建立了以中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，20世紀(jì)90年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)

12、床。隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，機(jī)床設(shè)備數(shù)控化率的提高已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。據(jù)最近有關(guān)資料表明，我國(guó)機(jī)床總有量380余萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不到3%，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已達(dá)到20%以上，因此，我國(guó)機(jī)械制造水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。</p><p><b>　　數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)</b>

13、;</p><p>　?、偻呔?，高速，高柔性化及高復(fù)合化加工方向。</p><p>　　②集成化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、通用型開放式閉環(huán)控制模塊。</p><p>　?、鄹咝Ф噍S化、實(shí)時(shí)智能化、用戶界面圖形化、科學(xué)計(jì)算可視化、插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化。</p><p><b>　　數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)</b></p>

14、<p>　　(1)投資額少。同購(gòu)置新機(jī)床相比，可以節(jié)省20％ ～30％ 的費(fèi)用。</p><p>　　(2)熟悉了解設(shè)備、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。 </p><p>　　(3)由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。</p><p>　　(4)可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新

15、設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。因此可節(jié)約費(fèi)用，降低改造成本，同時(shí)也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。</p><p>　　在數(shù)控改造中應(yīng)注意的問(wèn)題：</p><p>　　⑴車床改造的工藝流程 應(yīng)保留的部分：主軸箱，床身，大、中溜板，尾座等等。改造前，應(yīng)將機(jī)床大修處理：包括主軸箱傳動(dòng)，精度調(diào)整，主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)精度修復(fù)，機(jī)床導(dǎo)軌平面度及直線度，卡盤裝夾精度調(diào)整等。改造部分包括：增加數(shù)控裝置，X，Y，Z軸

16、驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，換裝X，Y，Z軸滾珠絲杠及電動(dòng)刀架，增加必要的控制電器開關(guān)，冷卻液及潤(rùn)滑裝置改造等。</p><p>　　⑵滾珠絲杠的選用和安裝。</p><p>　?、菓?yīng)盡量消除齒輪副和絲桿副的間隙，齒輪全部采用雙片薄齒輪錯(cuò)齒法消除嚙合縫隙。也可采用軟件補(bǔ)償進(jìn)給量的方法消除。</p><p>　　⑷銑床工作臺(tái)重，而且銑削力也較大，垂直絲桿要配備較大功率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

17、，要在工作臺(tái)上加配重或平衡液壓缸來(lái)平衡。</p><p><b>　　改造的主要內(nèi)容</b></p><p>　　(1)恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；</p><p>　　(2)CNC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床；</p><p>　　(3)翻新，為提高精

18、度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部件重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；</p><p>　　(4)技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

19、;b>　　前言3</b></p><p>　　第一章 數(shù)控機(jī)床的概述7</p><p><b>　　1.1數(shù)控機(jī)床7</b></p><p>　　1.1.1數(shù)控機(jī)床的概念7</p><p>　　1.1.2數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展簡(jiǎn)史7</p><p>　　1.1.3 數(shù)控機(jī)

20、床的特點(diǎn)8</p><p>　　1.1.4 數(shù)控機(jī)床組成8</p><p>　　1.1.5機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性8</p><p>　　第二章 銑床機(jī)械機(jī)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)10</p><p><b>　　2.1概述10</b></p><p>　　2.1.1 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主

21、要特點(diǎn)10</p><p>　　2.2數(shù)控改造的計(jì)算設(shè)計(jì)11</p><p>　　2.2.1縱向方向（X軸）的設(shè)計(jì)：11</p><p>　　2.2.2銑削力Fc的計(jì)算11</p><p>　　2.2.3滾珠絲杠所受的平均軸向載荷Fm的計(jì)算12</p><p>　　2.2.4絲杠副工作負(fù)荷計(jì)算及絲杠型號(hào)的選擇

22、13</p><p>　　2.2.5傳動(dòng)效率的計(jì)算15</p><p>　　2.2.6剛度驗(yàn)算15</p><p>　　2.2.7穩(wěn)定性的驗(yàn)算16</p><p>　　2.2.8齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算：17</p><p>　　2.2.9步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的計(jì)算選擇17</p><p>　

23、　2.2.10縱向步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)18</p><p>　　2.2.11步進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性22</p><p>　　2.3橫向(Y軸)的設(shè)計(jì)22</p><p>　　第三章 普通銑床的電氣改造部分24</p><p>　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)24</p><p>　　3.2數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)25

24、</p><p>　　3.3鍵盤、顯示器接口設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.4.1步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.4.2 LED動(dòng)態(tài)顯示接口程序設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　結(jié) 論34</b></p&g

25、t;<p><b>　　致 謝35</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)36</p><p>　　第一章 數(shù)控機(jī)床的概述</p><p><b>　　1.1數(shù)控機(jī)床</b></p><p>　　1.1.1數(shù)控機(jī)床的概念</p><p>　　數(shù)控機(jī)

26、床是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，既包括NC機(jī)床，也包括CNC機(jī)床，數(shù)字控制機(jī)床，簡(jiǎn)稱NC機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程。計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)稱CNC機(jī)床，是利用具有專門存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的全部或部分控制系統(tǒng)。工作原理是:將數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制主運(yùn)動(dòng)的變速，起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移大小、以及諸如刀具的選擇、交換、工作夾緊、松開和冷卻的起、停等動(dòng)作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格按

27、數(shù)控程序的要求進(jìn)行工作。</p><p>　　1.1.2數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展簡(jiǎn)史</p><p>　　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)地提出了高性能、高精度與高自動(dòng)化的要求。</p><p>　　在機(jī)械產(chǎn)品中，單位與小批量產(chǎn)品占到70%---80%，這類產(chǎn)品一般都采用通用

28、機(jī)床加工，當(dāng)產(chǎn)品改變時(shí)，機(jī)床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機(jī)床的自動(dòng)化程度不高，基本上需要人工操作，難以提高生產(chǎn)效率和保證生產(chǎn)質(zhì)量。特別是一些有曲線、曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠模和仿形機(jī)床，或者借助劃線和樣板手工操作的方法來(lái)加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。</p><p>　　數(shù)字控制機(jī)床就是為了解決單位、小批量，特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化，并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。</p&g

29、t;<p><b>　　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)史</b></p><p>　　在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，可劃分為兩個(gè)階段：</p><p>　　第一階段：數(shù)控階段（1952～1970年）。早期采用數(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，簡(jiǎn)稱為數(shù)控。</p><p>　　第二階段：計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階

30、段（1970年～現(xiàn)在）。到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控階段。</p><p>　　1.1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)</p><p>　　與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：</p><p>　　1.加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；</p><p>　　2.可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；</

31、p><p>　　3.加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；</p><p>　　4.機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3～5倍）；</p><p>　　5.機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；</p><p>　　6.對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。</p&g

32、t;<p>　　1.1.4 數(shù)控機(jī)床組成</p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成：</p><p>　　1.主機(jī)，是數(shù)控機(jī)床的主體，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。</p><p>　　2.數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于

33、輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。</p><p>　　3.驅(qū)動(dòng)裝置，是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。它在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。</p><p>　　4.輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部

34、件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。</p><p>　　5.編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。</p><p>　　1.1.5機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它集精

35、密、柔性和集成與一身，它可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，是一種高度自動(dòng)化機(jī)床。其造價(jià)較低，改造周期短，可靠性高，改造技術(shù)也日趨成熟，加之我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)實(shí)用產(chǎn)品“經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置”的技術(shù)指標(biāo)不斷的提高，產(chǎn)品的更新和完善的進(jìn)度不斷的加快，產(chǎn)量不斷的提高，故有廣闊的前景，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)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(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造。而我國(guó)在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)

36、業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后約20年。隨著我國(guó)現(xiàn)代化制造的不斷推進(jìn)，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口，這就說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。</p><p>　　第二章 銑床機(jī)械機(jī)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1概述</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快

37、。因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床的改造也就顯得比較重要，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)與改造也成為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方面。銑床的應(yīng)用十分廣泛，主要用于加工面或成型表面。若要在立式銑床上加工圓弧、凸輪等特殊類平面時(shí)，就要借助于圓工作臺(tái)、分度頭等機(jī)床附件，并對(duì)機(jī)床進(jìn)行整體調(diào)整。加工精度較低，基礎(chǔ)調(diào)整工作費(fèi)事。所以，為提高工件的加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于加工圓弧面和凸輪的曲面等，可以利用數(shù)控方法對(duì)銑床進(jìn)行數(shù)控化改造。普通銑床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造包括兩個(gè)方面，即機(jī)床電器的數(shù)控

38、化改造和機(jī)床本體的數(shù)控化改造。</p><p>　　2.1.1 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)</p><p>　　(1)可以加工出傳統(tǒng)銑床加工不出來(lái)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(shí)準(zhǔn)確的算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。</p><p>　　(2)可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)

39、銑床提高(3～7)倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控銑床只要更換一個(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”。</p><p>　　(3)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”。</p><p>　　(4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零

40、件在銑床間的頻繁搬運(yùn)。</p><p>　　(5)由以上四條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)銑床)，減少了裝卸，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)等。</p><p>　　2.2數(shù)控改造的計(jì)算設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1縱向方向（X軸）的設(shè)計(jì)：</p><p>　　工作臺(tái)的進(jìn)

41、給運(yùn)動(dòng)是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由一級(jí)消隙齒輪經(jīng)滾珠絲杠螺紋副，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。其中在縱向（Ｘ軸）進(jìn)給系統(tǒng)的改造布置中，滾珠絲杠、軸承支架固定在工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)移動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)降速齒輪和滾珠絲杠的螺母固定在床鞍上，通過(guò)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)與床鞍之間的相對(duì)移動(dòng)。滾珠絲杠螺母副，它的特點(diǎn)是在具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)元件，以減少摩擦，絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的

42、優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　（1） 傳動(dòng)效率高，摩擦損失小，使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　?。?） 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，防止失步；定位精度高，剛度好。</p><p>　　（3） 有可逆性　絲杠和螺母都可以作為主運(yùn)動(dòng)件，故可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><

43、p>　?。?） 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。</p><p>　　XA5032機(jī)床的主要技術(shù)規(guī)格：如表2-1所示</p><p>　　機(jī)床進(jìn)給部件參數(shù)初選：</p><p>　　縱向工作臺(tái)及夾具重量： = 2200 N（估計(jì)值）</p><p>　　滾珠絲杠的基本導(dǎo)程： = 8mm</p><p>　

44、　螺紋升角：　 行程：S= 680mm（最大縱向行程）</p><p>　　快速進(jìn)給速度：取 = 2.5m/min（經(jīng)驗(yàn)值）</p><p>　　2.2.2銑削力Fc的計(jì)算</p><p>　　現(xiàn)在以工作壽命和實(shí)際加工過(guò)程中的最大銑削力為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以確保平常工作狀態(tài)下的工作安全和可靠。</p><p>　　工件材料為 ：40 鍛件并

45、調(diào)質(zhì) </p><p>　　銑削寬度 ：22 mm</p><p>　　銑削深度 ：5 mm </p><p><b>　　刀具直徑 ：mm</b></p><p>　　每齒切厚 ：0.08 mm/Z </p><p><b>　　刃齒數(shù) ：4</b><

46、;/p><p>　　刀具材料為 ：高速剛立銑刀</p><p>　　表2-1 X5032基本技術(shù)規(guī)格：</p><p>　　據(jù)«機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)» 有公式：</p><p><b>　　≈ 1500N</b></p><p>　　2.2.3滾珠絲杠所受的平均軸向載荷Fm的計(jì)算&

47、lt;/p><p>　　用高速鋼立銑刀逆銑合金剛時(shí)，工件的切削力可查«數(shù)控機(jī)床書»中得:</p><p>　　縱向進(jìn)給力 （取中間值：1.1）</p><p>　　=1.1=1.1×1500=1650N</p><p>　　橫向進(jìn)給力 （取中間值：0.375）</p><p>

48、　　= 0.375=0.375×1500=562.5N</p><p>　　垂直進(jìn)給力 （取中間值：0.25） </p><p>　　=0.25=0.25×1500=375N</p><p>　　故可知在插補(bǔ)平面內(nèi)的合力為:</p><p><b>　　=1734N</b></p>

49、<p>　　那么絲杠所受的平均工作載荷：　 </p><p>　　所以絲杠軸向所受載荷 ：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　其中為橫向分力 =×0.85=1275N</p><p>　　Mg 為縱向工作臺(tái)及夾具重量 Mg =2200N</p><

50、p>　　為顛覆力矩影響系數(shù) 取 1.1</p><p>　　M 為當(dāng)量摩擦系數(shù) M 取 1.18</p><p><b>　　那么</b></p><p>　　=1.1×1162 + 0.18×(2200+1275)</p><p><b>　　=1903N</b

51、></p><p>　　2.2.4絲杠副工作負(fù)荷計(jì)算及絲杠型號(hào)的選擇</p><p>　　初始估計(jì)絲杠的基本導(dǎo)程為mm </p><p>　　現(xiàn)在根據(jù)最大當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，取 </b>

52、;</p><p><b>　　精度系數(shù)，取 </b></p><p>　　絲杠所受軸向載荷（）， </p><p>　　壽命值，可據(jù)公式 </p><p>　　為絲杠平均轉(zhuǎn)速（r / min） </p><p>　　=156.3 r/min</p><p><b&

53、gt;　　式中：</b></p><p>　　最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度 的 </p><p><b>　　則： </b></p><p>　　使用壽命時(shí)間，據(jù)查《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》取T=15000小時(shí)</p><p>　　L ≈140.625</p><

54、p><b>　　從而，</b></p><p>　　根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得， 故可選絲杠型號(hào)為：（內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器），的基本尺寸為：</p><p>　　公稱直徑： =50mm，X5032 螺距：=8mm </p><p>　　剛球直徑： =5mm，X5032 螺紋升角，=</p><p>　

55、　絲杠外徑，d =- (0.2～0.3)= 48.9</p><p>　　螺紋底徑，=30mm</p><p>　　其動(dòng)載荷 =25000>=13194N 故選擇符合要求，絲杠可用。</p><p>　　2.2.5傳動(dòng)效率的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)原理》滾珠絲杠的傳動(dòng)效率η的計(jì)算公式為：</p><

56、p>　　式中： 絲杠的螺旋升角，由以上參數(shù)表知，=</p><p>　　摩擦角，滾珠絲杠副的摩擦角θ≈10′</p><p><b>　　則可得：</b></p><p><b>　　=97%</b></p><p><b>　　2.2.6剛度驗(yàn)算</b>

57、</p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)荷引起的導(dǎo)程的變化量：</p><p><b>　　X5032</b></p><p>　　其中：彈性模量對(duì)于鋼為：</p><p>　　滾珠絲杠橫截面積：F（）</p><p><b>　　而：</b></p><p

58、><b>　　則：</b></p><p><b>　　/EF</b></p><p><b>　　cm</b></p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略，故 ；</p><p>　　故導(dǎo)程的變形誤差為：</p><p>&

59、lt;b>　　X5032 </b></p><p>　　查表得E級(jí)精度絲杠所允許的螺紋誤差（1m長(zhǎng)）為15/，故剛度足夠。</p><p>　　2.2.7穩(wěn)定性的驗(yàn)算</p><p>　　(1)臨界壓縮載荷的驗(yàn)算</p><p>　　由于縱向（X軸）的滾珠絲杠兩端采用的是滾珠絲杠螺紋副固定，絲杠一般不會(huì)受壓，又由于機(jī)床的原普

60、通絲杠的直徑大于滾珠絲杠的直徑，故穩(wěn)定性一定能滿足要求。</p><p>　　(2)臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算</p><p>　　由計(jì)算得已知絲杠平均工作轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　因此，必須進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，即：</p><p><b>　　其中式中符號(hào)表示：</b></p><p><b&g

61、t;　　絲杠的最大轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　絲杠支承方式系數(shù)?。ㄒ?yàn)闆]有受壓）</p><p>　　=9910 </p><p>　　絲杠的長(zhǎng)度。 = 工作最大行程 + 螺母長(zhǎng)度 + 兩端余量（取40mm）</p><p>　　螺母長(zhǎng)度由《機(jī)床零部件設(shè)計(jì)》上可查得，絲杠設(shè)計(jì)部分</p><p&

62、gt;　　= 680 + （131 + 40）× 2 </p><p>　　= 680 + 342 = 1022mm</p><p>　　支撐跨距 應(yīng)略大于 取 = 1100</p><p>　　臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度 = 680 + 131 + 40 + </p><p>　　X5032 = 811 + 40 + 39

63、= 890mm</p><p><b>　　=9533</b></p><p><b>　　可見滿足：</b></p><p>　　所以滿足穩(wěn)定性的要求。</p><p>　　2.2.8齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算：</p><p>　　由于初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（110BF004）的

64、系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為=0.01mm/step。</p><p>　　X5032 步距角為：</p><p>　　X5032 絲杠導(dǎo)程為： </p><p>　　如果不采取齒輪傳動(dòng)，那么每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的距離為：</p><p>　　所以需要有減速機(jī)構(gòu)，也就是要設(shè)計(jì)齒輪減速。&

65、lt;/p><p>　　采用減速齒輪具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　①便于配置出所要求的脈沖當(dāng)量；</p><p>　　②減小工作臺(tái)以及絲杠折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量；</p><p>　?、鄯糯箅妱?dòng)機(jī)輸出扭矩，即增大工作臺(tái)的推力。</p><p>　　但采用減速齒輪會(huì)帶來(lái)額外的傳動(dòng)誤差，使機(jī)床的快速移動(dòng)速度降低，并且其自

66、身又引入附加的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這些應(yīng)引起注意。 </p><p>　　2.2.9步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的計(jì)算選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移的機(jī)電元件。每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，它與普通的勻速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)不同，它是步進(jìn)式的，所以稱步進(jìn)電機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)有：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)，改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；步矩誤差

67、不會(huì)長(zhǎng)期積累；在負(fù)載范圍內(nèi)步矩角和轉(zhuǎn)速不受電源電壓波動(dòng)的影響，而僅與脈沖頻率有關(guān)；維持控制繞組的電流不變，電機(jī)便停在某一位置上不動(dòng)，即步進(jìn)電機(jī)有自整角能力，不需要機(jī)械制動(dòng)，步矩角可在很大的范圍內(nèi)變化；步進(jìn)電機(jī)的主要特性：步矩角、啟動(dòng)頻率、連續(xù)運(yùn)行頻率和加減速特性。步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)是效率低，拖動(dòng)負(fù)載的能力不大，脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)整范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過(guò)18000 Hz。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)對(duì)

68、伺服電機(jī)的基本要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機(jī)需滿足調(diào)速要求。負(fù)載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)應(yīng)有足夠的驅(qū)動(dòng)力矩，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，為了使步進(jìn)電機(jī)正常工作運(yùn)行（不失步、不超程），正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩（步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)），必須大于電機(jī)的實(shí)際最大啟動(dòng)力矩。電機(jī)的運(yùn)行頻率必須大于電機(jī)實(shí)際最高工作頻率。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機(jī)床移動(dòng)部件相對(duì)于每一個(gè)進(jìn)給脈沖信號(hào)的位移量，其大小視機(jī)床的加工精度而定。根據(jù)XA5032銑床工作狀況選系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為0.0

69、1mm/step。步矩角。 根據(jù)同類型的機(jī)床及以往的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合重量輕、功耗小、外觀尺寸和與步距角相配合的原則，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)類型，然后驗(yàn)算是否滿足使用要求，否則選取其它型號(hào)，最后直到滿足要求為止。</p><p>　　初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　2.2.10縱向步進(jìn)電機(jī)選擇計(jì)算</p><p>　　(1)根據(jù)《機(jī)電一體

70、化基礎(chǔ)》所提供的計(jì)算公式：</p><p>　　式中：------------折算到電機(jī)軸的慣量；</p><p>　　----------小 大齒輪的慣量；</p><p>　　--------------絲杠慣量；</p><p>　　--------------橫向工作臺(tái)及夾具重量，；</p><p>　　---

71、-----------絲杠螺距，；</p><p>　　(2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇</p><p>　　計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 </p><p><b>　　依據(jù)公式： </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　---快速空載起動(dòng)力

72、矩；</p><p>　　---空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上最大加速力矩；</p><p>　　---折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；</p><p>　　---由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；</p><p><b>　　又： </b></p><p>　　式中： --慣量和，；</p&

73、gt;<p>　　--電機(jī)最大角加速度；</p><p><b>　　又：</b></p><p>　　其中： --電機(jī)最大轉(zhuǎn)速；</p><p>　　--運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間取25ms </p><p><b>　　又：</b></p><

74、;p><b>　　則：</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　又因?yàn)椋?lt;/b></p><p><b>　　式中： </b></p&g

75、t;<p>　　---導(dǎo)軌的摩擦力；</p><p>　　---傳動(dòng)鏈總效率，一般可取 ，現(xiàn)取 ；</p><p><b>　　又： </b></p><p>　　式中：垂直方向的切削力，；</p><p>　　導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， (貼塑導(dǎo)軌)；</p><p>　　橫向工作臺(tái)及夾具

76、重量，；</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　=103N</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　又： </p><p>　　式中： ---滾珠絲杠預(yù)加載荷，取；

77、</p><p>　　---滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率， ； </p><p><b>　　故：</b></p><p>　　=140+9.8+3.7=153.5</p><p>　　(4)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 </p><p><b>　　依據(jù)公式：</b></p&g

78、t;<p><b>　　而： </b></p><p><b>　　故有： </b></p><p>　　(5)最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 </p><p><b>　　根據(jù)公式：</b></p><p>　　式中： 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；<

79、/p><p><b>　　又有公式： </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　---進(jìn)給方向最大切削力，；</p><p><b>　　則： </b></p><p><b>　　故：</b>&

80、lt;/p><p>　　(6)最大靜轉(zhuǎn)矩選擇</p><p>　　依據(jù)文獻(xiàn)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》上，有：</p><p>　?、賹?duì)于在最大切削力下工作時(shí)所需要電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　?、?對(duì)于空載起動(dòng)時(shí)所需要的電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　由①和②可知，以計(jì)算得：恒大于 所以就以作為選取步進(jìn)電機(jī)最大靜

81、轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。而初選的步進(jìn)電機(jī)為110BF004 ，它的最大靜轉(zhuǎn)矩為：</p><p>　　所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)符合要求。</p><p>　　2.2.11步進(jìn)電機(jī)動(dòng)載荷矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性</p><p>　　由《數(shù)控技術(shù)》得：動(dòng)矩頻特性： </p><p><b>　　=4167Hz</b></p>

82、<p>　　運(yùn)行矩頻特性： </p><p>　　其中：-----最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度 的，現(xiàn)取中間值，即。</p><p><b>　　所以：=2431</b></p><p>　　由步進(jìn)電機(jī)110BF004的矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性參數(shù)可以看出所選步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)力矩是滿足要求的。</p>

83、;<p>　　所以最終就確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　2.3橫向(Y軸)的設(shè)計(jì)</p><p>　　Y軸的絲杠選擇與X軸一樣為FFZD5008，內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器。</p><p>　　Y軸的齒輪副設(shè)計(jì)也與X軸相同，這里不再累贅。</p><p>　　Y軸方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇：<

84、;/p><p>　　Y軸銑削圓周力： =1500N</p><p>　　則有Y向絲杠牽引力：</p><p>　　= +1.414f=1500+1.414×4410×0.01=1562N</p><p>　　則有電機(jī)軸負(fù)載力矩： </p><p>　　其中：-----導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.1</p&

85、gt;<p>　　------步進(jìn)電機(jī)步矩角為0.75</p><p>　　-----Y向絲杠牽引力</p><p>　　f-------當(dāng)量摩擦系數(shù)取0.01</p><p>　　若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩為： </p><p>　　可取安全系數(shù)極限值0.3，則有：</p><p>　

86、　對(duì)于工作方式為五相十拍的五相步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)力矩：</p><p><b>　　電機(jī)最大工作頻率：</b></p><p>　　綜合以上可選取步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為：110BF004反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)110BF004的外型尺寸為：，軸徑為。</p><p>　　第三章 普通銑床的電氣改造部分<

87、;/p><p><b>　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)</b></p><p>　　機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成?？刂葡到y(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床，如車床、銑床、磨床等等?？刂葡到y(tǒng)的基本組成如圖3-1所示:</p><p>　　X5032 圖3-1</p><p>　　EIA(美國(guó)電

88、子工業(yè)協(xié)會(huì))所屬的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的定義：“CNC是用一個(gè)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的讀寫存儲(chǔ)器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的部分或全部功能，在計(jì)算機(jī)之外的唯一裝置是接口”。</p><p>　　ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的定義：“數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床移動(dòng)和加工零件。”</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)分輪廓控制和點(diǎn)位控制系統(tǒng)。

89、</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的核心是完成數(shù)字信息運(yùn)算、處理和控制的計(jì)算機(jī)，即數(shù)字控制裝置。</p><p>　　數(shù)控裝置有兩種類型： </p><p>　　一是完全由硬件邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置，即NC裝置，NC裝置是數(shù)控技術(shù)發(fā)展早期普遍采用得數(shù)控裝置；</p><p>　　二是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，即CNC裝置，

90、它是由硬件和軟件共同完成或是在硬件的支持下由軟件單獨(dú)實(shí)現(xiàn)全部數(shù)控功能。</p><p>　　從外部特征看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。它們二者是互相支持，不可分割的，CNC的工作是在硬件的支持下，由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)或大部分?jǐn)?shù)控功能。</p><p>　　3.2數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)數(shù)控部分采用 MCS-51

91、 系列的8031 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的主控制。用8031 外接3片2764（E-PROM），一片6264（RAM）及一片8255（擴(kuò)展I/O），一片8155 芯片，擴(kuò)一個(gè)較簡(jiǎn)單的微機(jī)控制系統(tǒng)。2764 用作程序存儲(chǔ)器，6264 用來(lái)擴(kuò)展8031 的RAM 存儲(chǔ)器，8155 用作鍵盤和顯示接口，8255 用于接收控制面板上多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制信號(hào)。圖3-2為控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖。</p><p><b>

92、;　　圖3-2</b></p><p>　　當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)控制 X、Y 軸某一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)單動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)銑床橫向、縱向的直線進(jìn)</p><p>　　給；當(dāng)控制X-Y 軸配合聯(lián)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)直線、斜線、圓弧及復(fù)合軌跡的加工，可以近似地復(fù)合出水平面內(nèi)非圓曲線。在銑床原有加工功能的基礎(chǔ)上，其控制精度和加工精度遠(yuǎn)高于普通銑床。</p><p>　　(2)MCS

93、-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路</p><p>　　時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51片內(nèi)有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組

94、成的并聯(lián)諧振回路，不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī)，其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。如圖3-3所示:</p><p>　　圖3-3 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路</p><p>　　MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.2MHz-24MHz之間可以選擇，一般取11.0592MHz。電容C1、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。C1、C2可在20pF-100pF之間

95、選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF，取60pF-70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。</p><p>　　在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。</p><p>　　(3)MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路</

96、p><p>　　計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。</p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51便保持復(fù)位狀態(tài)。此

97、時(shí)ALE ，，P0，P1，P2，P3口都輸出高電平。RST變位低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容。</p><p>　　MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)等的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，如圖3-4所示:</p><p><b>　　圖3-4</b></p><p&g

98、t;　　對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻，故電阻R2可不接。單片機(jī)在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms)，就能使單片機(jī)有效復(fù)位。當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時(shí)，RC的典型值為C=10μF，R=8.2KΩ。簡(jiǎn)單復(fù)位電路中，干擾信號(hào)易串入復(fù)位端，可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位，這時(shí)可在RST引腳上接一去耦電容。</p>

99、<p>　　上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按下開關(guān)一定時(shí)間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　3.3鍵盤、顯示器接口設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）矩陣式鍵盤接口設(shè)計(jì)</p><p>　　矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列交叉點(diǎn)上。如一個(gè)4×4的行

100、、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤等等。在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣鍵盤比獨(dú)立鍵盤節(jié)省了很多I/O口。</p><p>　　按鍵設(shè)置在行、列線分別連接到按鍵開關(guān)兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤

101、中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列電平。所以，必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。</p><p>　　對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定，所以分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號(hào)，低4位是列號(hào)將是非常直觀的。</p><p>　　（2）顯示器接口設(shè)計(jì)</p><p>　　在單片

102、機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED。LED顯示塊由發(fā)光二極管顯示字段組成，有7段和“米”字型之分，一片顯示塊顯示一位字符。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。</p><p>　　由于7段LED顯示塊有7個(gè)段發(fā)光二極管，所以其字形碼為一個(gè)字節(jié)；“米”字形LED顯示塊有15段發(fā)光二極管，所以字形碼為

103、兩個(gè)字節(jié)。由n片LED顯示塊可拼接成n位LED顯示器，共有n根位選線和8×n根段選線，根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的亮、暗。</p><p>　　LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。在多位LED顯示時(shí)，為了節(jié)省I/O口線，簡(jiǎn)化電路，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式是一位一位地分別輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)每位顯示器來(lái)說(shuō)，每

104、隔一段時(shí)間輪流點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間的比例有關(guān)。這種顯示方式將七段LED顯示器的所有段選位并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時(shí)選通。</p><p>　　下圖3-5是LED顯示器采用共陰極方式，6個(gè)顯示器的段選碼由8155的PB口提供，位選碼由8155的PA口提供（PA口同時(shí)也提供行列式未編碼鍵盤的列線），行列式未編碼鍵盤的行線由PC口提供。圖中設(shè)置了36個(gè)

105、鍵。如果繼續(xù)增加PC口線，設(shè)全部PC口線（PC0-PC5）用作鍵盤的行線，全部PA口線（PA0-PA7）作鍵盤列線，則按鍵最多可達(dá)8×6個(gè)。</p><p>　　下圖3-5中8155的PB口掃描輸出總是只有一位為高電平，即PB口經(jīng)反相后僅有一位公共陰極為低電平，8155的PA口則輸出相應(yīng)位（PB口輸出為高對(duì)應(yīng)的位顯示器）的顯示數(shù)據(jù)，使該位顯示與顯示緩沖器相對(duì)應(yīng)的字符，而其余各位均為熄滅，依次改變8155

106、的PB口輸出為高的位，PB口輸出對(duì)應(yīng)的顯示緩沖器的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　圖3-5</b></p><p>　　3.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　我們知道步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制需要變頻信號(hào)源、環(huán)形分配器以及功率放大器等硬件。而在微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)的

107、系統(tǒng)中，變頻信號(hào)和環(huán)形分配器可用軟件代替，并且還可以方便地實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制。我們?cè)O(shè)計(jì)所選用的步進(jìn)電機(jī)是五相十拍的。8255的PA口為輸出口，分別控制步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D、E五相，由軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能，PA口分別輸出時(shí)序脈沖，經(jīng)光電隔離，驅(qū)動(dòng)放大使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。五相十拍的步進(jìn)電機(jī)的通電方式為：A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA。按以上順序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，按反相通電，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。由8255的PA口輸出控

108、制字，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。同時(shí)在兩控制字之間加入一定的延時(shí)時(shí)間，延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短決定可步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一拍得時(shí)間，從而也就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制程序的框圖如圖3-6：</p><p>　　圖3-6 步進(jìn)電機(jī)控制的程序框圖</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制程序如下：</p><p>　　P

109、USH A； 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　MOV R4， #N； 設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　CLR C；</b></p><p>　　ORL C， D5H； 轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1轉(zhuǎn)移</p><p>　　JC ROTE；</p><p>　　MOV R0，

110、#20H； 正轉(zhuǎn)控制字首指針</p><p>　　AJMP LOOP；</p><p>　　ROTE: MOV R0， #27H； 反轉(zhuǎn)控制字首指針</p><p>　　LOOP: MOV A， @R0；</p><p>　　MOV P1， A； 輸出控制字</p><p>　　ACALL

111、DELAY； 延時(shí)</p><p>　　INC R0； 指針加1</p><p>　　MOV A， #00H；</p><p>　　ORL A， @R0；</p><p>　　JZ TPL； 是結(jié)束標(biāo)志轉(zhuǎn)移</p><p>　　LOOP1: DJNZ R4， LOOP；

112、 步數(shù)不為零轉(zhuǎn)移</p><p>　　POP A； 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　RET； 返回</p><p>　　TPL: MOV A， R0；</p><p><b>　　CLR C；</b></p><p>　　SUBB A， #

113、06H；</p><p>　　MOV R0， A； 恢復(fù)控制字首指針</p><p>　　AJMP LOOP1</p><p>　　DELAY: MOV R2， #M；</p><p>　　DELAY1: MOV A， #M1；</p><p>　　LOOP: DEC A；</

114、p><p>　　JNZ LOOP；</p><p>　　DNJZ R2， DELAY1；</p><p><b>　　RET；</b></p><p>　　上述程序的延時(shí)是由循環(huán)程序完成的，在CPU繁忙的情形下，可通過(guò)定時(shí)器延時(shí)，中斷方式輸出控制字。</p><p>　　3.4.2 LED動(dòng)態(tài)顯

115、示接口程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　LED動(dòng)態(tài)顯示接口</b></p><p>　　MOD： PUSH ACC ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　PUSH DPH</p><p>　　PUSH DPL</p><p>　　SETB

116、 RS0</p><p>　　MOV R0，#CWR 　?。恢赶?155控制口</p><p>　　MOV A，#4DH 　??；設(shè)置8155工作方式字</p><p>　　MOVX @R0，A 　 ；設(shè)A口、C口都為輸入</p><p

117、>　　DIR： MOV R0，#DIS5 ；指向顯示緩沖區(qū)首單元</p><p>　　MOV R6，#20H 　　??；選中最左數(shù)碼管</p><p>　　MOVX R7，#00H 　　；設(shè)定顯示時(shí)間</p><p>　　MOV DPTR，#TAB

118、 　　；指向字形表首址</p><p>　　DIRI： MOV A，#00H</p><p>　　MOV R1，#POC 　?。恢赶?155A口（字形口）</p><p>　　MOVX @R1，A</p><p>　　MOVX A，@R0

119、 ??；取要顯示的數(shù)</p><p>　　MOVC A，@A+DPTR 　??；查表得字形碼</p><p>　　MOV R1，#POA 　 ；指向8155A口（字形口）</p><p>　　MOV @R1，A 　　；送字形碼</p><p&g

120、t;　　MOV A，R6X5032　 ；取位選字</p><p>　　MOV R1，#POC ?。恢赶蛭贿x口</p><p>　　MOV @R1，A ?。凰臀贿x字</p><p>　　HERE： DJNZ R7，HERE ；延時(shí)</p>