課程設(shè)計--ca6140普通車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造（經(jīng)濟(jì)型）

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)書2</b></p><p><b>　　二、設(shè)計要求3</b></p><p>　　2.1總體方案設(shè)計要求3</

2、p><p>　　三、機(jī)械部分的改造設(shè)計和計算4</p><p>　　3.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計4</p><p>　　3.2縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型5</p><p>　　3.2.1、傳動計算5</p><p>　　3.2.2、切削力計算6</p><p>　　3.2.3、

3、滾珠絲杠設(shè)計計算6</p><p>　　3.2.4、步進(jìn)電機(jī)的選擇7</p><p>　　四、單片機(jī)型數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計9</p><p>　　4.1 設(shè)計內(nèi)容9</p><p>　　4.2控制系統(tǒng)的功能要求9</p><p>　　4.3硬件電路的組成：10</p><p>　　

4、4.4選擇電氣元件及電路設(shè)計11</p><p>　　4.4.1微機(jī)機(jī)型和擴(kuò)展存儲器的選擇11</p><p>　　4.4.2確定I/O接口12</p><p>　　4.4.3鍵盤接口設(shè)計13</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計13</p><p>　　4.4.5 其它輔助電路設(shè)計14&l

5、t;/p><p>　　五、 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計14</p><p>　　5.1 系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容14</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計15</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)控制功能分析15</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)管理程序控制15</p><p>　　5.2.3步

6、進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計15</p><p>　　5.2.4 編語言程序設(shè)計18</p><p><b>　　六、心得體會22</b></p><p>　　七 、參考文獻(xiàn)23</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　二、設(shè)

7、計要求</b></p><p>　　2.1總體方案設(shè)計要求</p><p>　　總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機(jī)的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。</p><p>　　（1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。</p>&

8、lt;p>　　（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，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)、具有很高的性價比，因此，可選 MCS—51系列單片

9、機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。</p><p>　?。?）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。</p><p>　?。?）設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。</p>

10、;<p>　?。?）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。</p><p>　　（7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。</p><p>　　（8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。<

11、;/p><p>　　（9） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動量 ，以降低成本</p><p><b>　　縮短改造周期。</b></p><p>　?。?0）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正</p><p>　　安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。</p>&

12、lt;p><b>　　Y向</b></p><p><b>　　X向</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體方案框圖</p><p>　　數(shù)控車床改造的總體方案示意圖</p><p>　　三、機(jī)械部分的改造設(shè)計和計算</p><p>　　3.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改

13、造設(shè)計</p><p>　　進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計需要改動的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板</p><p>　　刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案：</p><p>　　掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。</p><p>　　進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成</p&

14、gt;<p>　　絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部分。</p><p>　　溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操</p><p><b>　　作按鈕。</b></p><p>　　橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給

15、滾珠絲杠螺</p><p>　　母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。</p><p>　　刀架：拆除原刀架，改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。</p><p>　　3.2縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型</p><p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型內(nèi)容包括：計算切削力、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算與選型、

16、齒輪傳動計算、步進(jìn)電機(jī)的計算和選型等。</p><p><b>　　已知條件： </b></p><p>　　工作臺重量：W＝800N（粗估）</p><p>　　滾珠絲桿導(dǎo)程：T＝6mm（供參考）</p><p>　　行程：S＝640mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量：＝0

17、.01mm</p><p><b>　　快速進(jìn)給速度：</b></p><p><b>　　切削進(jìn)給速度：</b></p><p>　　時間常數(shù)：t≤100ms</p><p>　　3.2.1、傳動計算</p><p>　　其中：α——步距角（本設(shè)計取0.75

18、?），</p><p>　　——脈沖當(dāng)量（本設(shè)計是0.005mm）</p><p>　　T——絲杠螺距（本設(shè)計取5mm）。</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　確定齒輪參數(shù)：</b></p><p>　　取Z1=48，Z2=50，m=1

19、.5mm </p><p>　　則d1=mZ1=1.5×48mm=72mm</p><p>　　d2=mZ2=1.5×50mm=75mm</p><p><b>　　b=25mm</b></p><p>　　3.2.2、切削力計算</p><p><b>　　主切

20、削力：</b></p><p><b>　　切深抗力：</b></p><p><b>　　走刀抗力：</b></p><p>　　式中——切削深度，取=2.5mm</p><p>　　——進(jìn)給量，取=0.3mm/r。</p><p>　　3.2.3、滾珠絲杠

21、設(shè)計計算</p><p>　　三角形—矩形綜合導(dǎo)軌車床的軸向力按下列實(shí)驗(yàn)公式計算：</p><p>　　式中系數(shù)K=1.15，摩擦系數(shù)按氟塑料導(dǎo)軌取0.05。</p><p><b>　　疲勞強(qiáng)度計算</b></p><p>　　滾珠絲杠的當(dāng)量動載荷為:</p><p>　　式中L——工作壽命

22、，。為絲杠轉(zhuǎn)速，</p><p>　　為實(shí)用時間壽命，數(shù)控機(jī)床取。</p><p>　　——載荷系數(shù)，取1.2；</p><p><b>　　——精度系數(shù)，取1</b></p><p>　　因此滾珠絲杠的當(dāng)量動負(fù)荷：</p><p>　　由該當(dāng)量動載荷應(yīng)小于絲杠的額定動負(fù)荷，且使用條件為縱向進(jìn)給，

23、故選擇絲杠CMD2505-3。</p><p><b>　　剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠的剛度按照下式校核：</p><p>　　絲杠的支撐方式為一端固定，一端簡支。</p><p>　　故絲杠拉壓彈性位移：</p><p>　　絲杠副內(nèi)滾珠與滾道的接觸變形:</p>

24、<p><b>　　，</b></p><p>　　其中k2是預(yù)緊力為額定載荷的1/3時的接觸剛度，查手冊得k2=600。</p><p>　　滾動軸承的接觸變形：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　初選推力球軸承51104,，，代入上式得，。</p&g

25、t;<p>　　又因?yàn)檩S承存在預(yù)緊力，所以</p><p>　　絲杠精度取5級，故，合格。</p><p>　　3.2.4、步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p><b>　　負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　式中——電機(jī)到絲杠的總傳遞效率，查機(jī)械設(shè)計手冊取齒輪傳遞效率為0.99，滾動軸承0.99，

26、推力軸承0.99，聯(lián)軸器0.99</p><p><b>　　導(dǎo)程角：</b></p><p><b>　　效率： </b></p><p><b>　　因此總效率：</b></p><p><b>　　故</b></p><p&g

27、t;　　滾珠絲杠副預(yù)緊引起的附加轉(zhuǎn)矩</p><p>　　式中F0——絲杠螺母的預(yù)緊力，，</p><p>　　K ——預(yù)緊螺母內(nèi)部的摩擦系數(shù)，取0.2</p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　加速度轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　式中—

28、—電機(jī)工作頻率。</p><p><b>　　切削進(jìn)給時：</b></p><p><b>　　空行程時：</b></p><p>　　——突跳起動頻率,。</p><p><b>　　——加速時間,。</b></p><p>　　——傳動系統(tǒng)折算到電

29、機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量。對于一級齒輪傳動系統(tǒng)，按下式計算：</p><p>　　式中，為電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，初取；對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量可按下式計算：</p><p><b>　　齒輪轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p><b>　　絲桿轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)子慣

30、量很小，可以忽略</p><p><b>　　切削進(jìn)給時：</b></p><p><b>　　空行程時：</b></p><p><b>　　故總轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　綜合考慮，查步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表選用110BF003型直流電動機(jī)，能滿足使用要求。</p

31、><p>　　四、單片機(jī)型數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p><b>　　4.1 設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。?） 按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；</p><p>　?。?） 選擇計算機(jī)或中央處理單元的類型；</p><p>　　

32、（3） 根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計存儲器擴(kuò)展電路；</p><p>　?。?）根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計擴(kuò)展Ｉ／Ｏ接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；</p><p>　?。?）選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號；</p><p>　?。?）繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號，管腳號及參數(shù)；</p><p

33、>　?。?） 說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進(jìn)行詳細(xì)的原理說明和方案論證。</p><p>　　4.2控制系統(tǒng)的功能要求</p><p>　?。?）z向和x向進(jìn)給伺服運(yùn)動控制</p><p>　?。?）自動回轉(zhuǎn)刀架控制</p><p><b>　?。?）螺紋加工控制</b></p><p&g

34、t;<b>　?。?）行程控制</b></p><p><b>　　（5）鍵盤及顯示</b></p><p><b>　?。?）面板管理</b></p><p>　?。?）其他功能：光電隔離、功率放大、報警、急停、復(fù)位。</p><p>　　4.3硬件電路的組成：</p&

35、gt;<p>　　后面所畫大圖采用MCS-51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下：</p><p>　?。?）CPU采用8031芯片；</p><p>　　（2）擴(kuò)展程序存儲器2732兩片，6264一片；</p><p>　?。?）擴(kuò)展可編程接口芯片8155兩片；</p><p>　?。?）地址鎖存器，譯碼器

36、個一個；</p><p>　?。?）鍵盤電路，顯示電路；</p><p>　?。?）光電隔離電路，功率放大功率；</p><p>　　（7）越程報警電路，急停電路，復(fù)位電路；</p><p>　?。?）面板管理電路。</p><p><b>　　數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p>&l

37、t;p>　　4.4選擇電氣元件及電路設(shè)計</p><p>　　4.4.1微機(jī)機(jī)型和擴(kuò)展存儲器的選擇</p><p>　　確定微機(jī)機(jī)型就是選擇CPU。單片機(jī)價格低、可靠性較高，適用于控制，選擇單片機(jī)做控制器比較合適。</p><p>　　根據(jù)總體方案的確定，微機(jī)采用MCS-51系列單片機(jī)。51系列有三種型號：8031是無ROM的8051；8751是用EPROM代

38、替ROM的8051。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計就采用8031單片機(jī)。</p><p>　　8031單片機(jī)是美國Intel公司的產(chǎn)品MCS—51系列單片機(jī)的一個型號，是目前性能較高的8位單片微型計算機(jī)。8031單片機(jī)內(nèi)部包含一個8位CPU，128字節(jié)的RAM，兩個16位定時器，四個八位并行口，一個全功能串行口，可擴(kuò)展的外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量為64K字節(jié)，具有5個中斷源并配有兩個優(yōu)先級

39、，還有21個特殊功能寄存器。</p><p>　　所以8031單片機(jī)是一種理想的8位微型計算機(jī)，在各種數(shù)控系統(tǒng)中的到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　A．程序存儲器的擴(kuò)展</p><p>　　a．選用2732芯片</p><p>　　常用的EPROM存儲器有2716，2732，2764，27128，27256等，容量分別為2K、4K、8K、1

40、6K，32K。由于車床數(shù)控系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制程序和加工程序，采用4KB×8的2732芯片。</p><p>　　2732芯片是一個有24根引腳的雙列直插式集成元件。該芯片共有13根地址線A0～A12，8根數(shù)據(jù)線D0～D7，其余的為控制線。</p><p>　　2732低八位地址線和74LS373的輸出端連接,高六位地址線直接與8031的P2.0～P2.5連接。它的八位數(shù)據(jù)線直接與8

41、031的P0口連接。</p><p>　　b．地址鎖存器74LS373</p><p>　　單片機(jī)規(guī)定P0口提供低8位地址線，同時又要作為數(shù)據(jù)線，所以P0是一個分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出來保存，提供外接存儲器的低8位地址信息，通常采用74LS373作為地址鎖存器。</p><p>　　除74LS373外，74LS273、8282、8212

42、等芯片也可用作地址鎖存器，使用時接法稍有不同，由于接線稍繁，多用硬件和價格稍貴，故不如74LS373用得普遍。74LS373作為地址鎖存器。D1～D8是輸入端，Q1～Q8是輸出端，CE是片選端，片選端G與8031單片機(jī)的地址鎖存信號ALE連接。當(dāng)片選端G=1時，74LS373的輸出端與輸入端相通，當(dāng)G端從高電平返回低電平（下降沿）時，輸入的地址信息就被鎖入Q1～Q8中。</p><p>　　B．?dāng)?shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展&

43、lt;/p><p>　　a．選用6264芯片</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器選用8K×8位的6264芯片。6264低8位地址線通過地址鎖存器74LS373與8031P0口相接，高5位地址線分別與P2.0～P2.4相連，8位數(shù)據(jù)線直接接到8031P0口，讀寫控制引腳OE,WE與8031的讀寫控制引腳RD,WR直接相連，片選端CE1通過譯碼電路與8031相連。</p>&l

44、t;p>　　b．地址譯碼器74LS138</p><p>　　外部芯片都通過總線與單片機(jī)連接，單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時地與各個外部芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故需進(jìn)行片選控制。若芯片內(nèi)有多個地址單元時，還要進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的地址譯碼規(guī)定，外部擴(kuò)展芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，所以外部芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲器一定數(shù)量的地址單元，而且要使用讀/寫信號與讀/寫指令完成數(shù)據(jù)傳送。</p><p

45、>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控硬件結(jié)構(gòu)中采用全地址譯碼方式。所謂全地址譯碼是：低位地址作為片內(nèi)地址，高位地址用譯碼器譯碼，譯碼器輸出的地址選擇信號作為片選線連至每個外部芯片的片選端。</p><p>　　地址譯碼常用74LS138譯碼器，G1、G2A和G2B是賦能端，A、B、C是選擇端，Y0～Y7是輸出端。</p><p>　　74LS138地址譯碼電路輸入端出占用了8031單片機(jī)的P2.5～P2

46、.7三根高位地址線，剩余的13根地址線用作數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)地址線。74LS138譯碼器每一個輸出端可接一個外部芯片的片選端實(shí)現(xiàn)分時片選控制，因此，一個74LS138譯碼器的8根輸出端可以連接8個8K字節(jié)地址空間。單片機(jī)的讀/寫信號經(jīng)過與門后控制譯碼器的賦能端G2A、G2B，這就保證只有在讀/寫狀態(tài)時譯碼器輸出端才會輸出片選。</p><p>　　4.4.2確定I/O接口</p><p>　　

47、8031只有P1口可作為普通I/O口用，所以需擴(kuò)展。鍵盤需要32個鍵，采用矩陣式鍵盤，需12個I/O口；顯示器采用6個LED，需6個I/O接口；兩個三相步進(jìn)電機(jī)，采用軟件環(huán)行分配器，需6個；刀架需4個；緊急停需1個。采用一片8279芯片和一片8255A即可。</p><p>　　鍵盤/顯示器接口采用8279芯片，因?yàn)?279芯片是專用的鍵盤/顯示器接口芯片，還可以編程。8279芯片具有消顫（去抖動）、雙鍵同時按下

48、保護(hù)功能。顯示控制亦按掃描方式工作，可以顯示8或16個數(shù)碼（字符）。LED的個數(shù)應(yīng)滿足顯示值的要求和便于顯示。</p><p>　　8279與單片機(jī)8031的連接無特殊要求，除數(shù)據(jù)線、RESET、WR、RD直接連接外，CS與74LS138譯碼器輸出線Y1相連；8279的IRQ經(jīng)反相器與8031的中斷請求輸人線INT1相連；時鐘輸人端CLK與8031的地址鎖存控制端ALE相連。8279鍵盤最大可配置8×8

49、個鍵，實(shí)際用了32個鍵。掃描線信號為SL0～SL2，經(jīng)74LS138譯碼器輸出的4個列選信號，接入鍵盤列線。鍵盤行查詢用了RL0～RL7的8根回饋線，接人鍵盤行線。8279配置的8位共陰極LED顯示器，其字位線由掃描線SL0～SL2經(jīng)譯碼器、驅(qū)動器提供，字段線由OUTA0～OUTBA3、OUTB0～OUTB3通過驅(qū)動器提供。</p><p>　　4.4.3鍵盤接口設(shè)計</p><p>　　

50、首先判斷鍵盤上有無鍵閉合，先送8255的PA口一個數(shù)據(jù)為00H，使列線PA0～PA7的電平均為0，然后讀PB口的PB0～PB2的狀況；若不全為“1”，則有鍵閉合，此時延時10ms去掉抖動后再判斷有無鍵閉合。如無則繼續(xù)掃描，如有則判斷按下的鍵號。</p><p>　　如確定有鍵按下時，便開始計算鍵值。當(dāng)采用8行4列的鍵盤時，定義第一行的鍵為00H～03H，定義第二行鍵的鍵值為04H～07H，依次類推。首先判斷是哪一

51、行有鍵閉合，若第一行有鍵閉合，設(shè)置初值為00H，若第二行有鍵閉合，則設(shè)置初值為04H，依次類推。接著對列線進(jìn)行掃描以判斷是哪一列閉合。方法上使PA0對應(yīng)的列線輸出低電平，其余均為高電平，判斷一下是否第一列有鍵閉合，如有則列計數(shù)為00H，與初值相加則為鍵值，也即是鍵盤的鍵號，如無則把低電平移到第二列上再判斷，直到四列線全判斷完畢，找出列線為止。然后計算鍵值，最后可根據(jù)鍵號跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口。</p><p&g

52、t;　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計</p><p><b>　　(1）脈沖分配器</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計采用集成脈沖分配器YB013。</p><

53、;p><b>　?。?）光電隔離電路</b></p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。</p><p><b>　　（3）功率放大器</b></p>

54、<p>　　脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計選用功率放大器。</p><p>　　4.4.5 其它輔助電路設(shè)計</p><p>　　（１）８０３１的時鐘電路</p><p>　　單片機(jī)的時鐘可以由兩種方式

55、產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。</p><p>　　內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1，XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體可以在１.２～１２之間任意選擇，耦合電容在５～３０pF之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式時，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源。</p><p><b>　?。ǎ玻?fù)位電路</b></p><

56、p>　　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)１０ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后ＣＰＵ便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與８０３１復(fù)位要求一致時，可以直接相連。</p><p><b>　　系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容<

57、/p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個部分：</p><p>　　1、系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。</p><p>　　2、零件加工源程序的輸入處理程序。該程

58、序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。</p><p>　　3、插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。</p><p>　　4、伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。</p><p>　　診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。</p><p&g

59、t;　　5、機(jī)床的自動加工及手動加工控制程序。</p><p>　　6、鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。</p><p><b>　　5.2 軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)控制功能分析</p><p>　　數(shù)控X-Y工作臺的控制功能包括：<

60、;/p><p>　?。?）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。</p><p>　　（2）、工作臺復(fù)位。開機(jī)后工作臺應(yīng)該自動復(fù)位，亦可手動復(fù)位。</p><p>　?。?）、輸入和顯示加工程序。</p><p>　?。?）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。

61、</p><p>　?。?）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應(yīng)該立即停止工作臺的運(yùn)動，并顯示相應(yīng)的指示字符。</p><p>　　（6）、工作臺的自動控制。</p><p>　?。?）、工作臺的手動控制。</p><p>　?。?）、工作臺的聯(lián)動控制。</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)管理程序控制&l

62、t;/p><p>　　管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計管理程序時，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機(jī)等。</p><p>　　5.2.3步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制包括速度，

63、轉(zhuǎn)角及方向的控制。步進(jìn)電機(jī)在突然啟動或停止時，由于負(fù)載和慣性，會使電機(jī)失步，所以電機(jī)運(yùn)行時有一個加，減速過程。</p><p>　　通過確定進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時間間隔，即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度的控制。</p><p>　?。?）時間常數(shù)的確定</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時器中斷，延時產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時間間隔。此間隔由送入定時器的時間常數(shù)決

64、定。時間常數(shù)由下式計算：</p><p>　　式中：T為脈沖時間間隔（ms）；為單片機(jī)機(jī)器周期（s），在時鐘為6MHz時，=2s。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)加，減速進(jìn)給脈沖及脈沖時間間隔的確定</p><p>　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。</p><p>　　要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足：</p><

65、p>　　式中：為步進(jìn)電機(jī)啟動力矩；為負(fù)載力矩；為慣性力矩。</p><p>　　由步進(jìn)電機(jī)=3。92N。m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動力矩</p><p>　　則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)角加速度</b></p><p><b>　　又</b></p>

66、;<p>　　式中：為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時間，所以有：</p><p><b>　　加速脈沖個數(shù)：</b></p><p>　　確定加減脈沖個數(shù)都為54個</p><p><b>　　又因?yàn)椋?lt;/b></p><p><b>　　所以脈沖時刻</b><

67、;/p><p>　　結(jié)合可以算出對應(yīng)各脈沖時刻的計數(shù)器時間常數(shù)。</p><p>　　EPROM存儲器中，時間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個時間常數(shù)占據(jù)兩個字節(jié)，低位地址存放時間常數(shù)低8位，高位地址存放時間常數(shù)高8位。</p><p>　　在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計數(shù)器N0，N1，N2。以計數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過程是否結(jié)束的標(biāo)志。步進(jìn)電

68、機(jī)控制程序框圖如下所示：</p><p>　　圖5-3 步進(jìn)電機(jī)控制子程序</p><p>　　圖5-4 步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序</p><p>　　5.2.4 編語言程序設(shè)計</p><p><b>　　（1）內(nèi)存地址分配</b></p><p>　　加速脈沖數(shù)計數(shù)器N0地址設(shè)為20H；<

69、;/p><p>　　恒速脈沖數(shù)計數(shù)器N1低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址位22H；</p><p>　　減速脈沖數(shù)計數(shù)器N2地址位23H。</p><p>　　加速，減速，恒速脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)地址位24H，高位字節(jié)地址位25H；</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給控制子程序FEED首地址位0E80H。每調(diào)用一次該程序，步進(jìn)電機(jī)按規(guī)定方

70、向進(jìn)給一步。</p><p>　　（2）程序清單[7]</p><p>　　N0 EQU 20H ;加速</p><p>　　N1L EQU 21H ;恒速</p><p>　　N1H EQU 22H </p><p>　　N2 EQU 23H ;減速</p&g

71、t;<p>　　NL EQU 24H ;脈沖總數(shù)寄存器</p><p>　　NH EQU 25H</p><p>　　DS EQU 26H ；地址指針偏移量</p><p>　　FEED EQU 0E80H</p><p>　　ORG 0E00H</p><p>

72、　　0E00 758160 </p><p>　　0E03 758901 </p><p>　　START： MOV P，#60H</p><p>　　MOV TMOD，#01H ；設(shè)計數(shù)器工作方式為1，16位定時器</p><p>　　MOV N0，#01A4H ；設(shè)N0為320</p><p&g

73、t;　　MOV N2， #1A4H</p><p>　　MOV A， N0 ；計算2XN0</p><p><b>　　RL A</b></p><p><b>　　MOV R0， A</b></p><p>　　CLR C ；計算N1=N-2N0</p&g

74、t;<p><b>　　MOV A， NL</b></p><p>　　SUBB A， R0</p><p>　　MOV N1L， A</p><p><b>　　MOV A， NH</b></p><p>　　SUBB A，#00H</p><p><b

75、>　　MOV N1H，A</b></p><p>　　MOV DPTR， #1000H ；設(shè)時間常數(shù)指針初值為1000H</p><p>　　MOV DS， #00H ；設(shè)地址偏移量初值為00H</p><p>　　MOVC A， @A+DPTR ；從EPROM中讀時間常數(shù)</p><p>　　MOV

76、 TL0， A ；送時間常數(shù)至定時器0中</p><p><b>　　INC DS</b></p><p><b>　　MOV A，DS</b></p><p>　　MOVC A，@A+DPTR </p><p><b>　　MOV TH0，A</b><

77、;/p><p><b>　　INC DS</b></p><p>　　SETB EA ；開中斷允許</p><p>　　SETB ET0 ；允許定時器0中斷</p><p>　　SETB TR0 ；啟動定時器0開始計算</p>&l

78、t;p>　　WAIT：JB EA，WAIT ；中斷允許返回</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　中斷服務(wù)程序： </p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　LJMP 0F00H</p><p>　　MOVC

79、 A，@A+DPTR</p><p>　　MOV TL0， A</p><p><b>　　INC DS</b></p><p><b>　　MOV A，DS</b></p><p>　　MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　MOV TH0， A</p

80、><p>　　INC DS ；修改地址偏移量指針</p><p>　　ACALL FEED ；調(diào)FEED子程序</p><p>　　MOV A， N0 ；判斷N0是否為0</p><p>　　CJNE A， #00H， LOOP1</p><p>　　MOV A， N1H

81、 ；判斷N1是否為0 </p><p>　　CJNE A，#00H， LOOP2</p><p><b>　　MOV A，N1H</b></p><p>　　CJNE A，#00H，LOOP2</p><p>　　MOV A，N2 判斷N2是否為0 </p><p>　　CJNE A

82、，#00H，LOOP3</p><p>　　CLR EA ；N2為0，減速結(jié)束，關(guān)中斷</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　LOOP1：DEC N0 ；N0不為0，則N0←N0-1</p><p><b>　　RETI</b></p&g

83、t;<p>　　LOOP2：MOV A，N1L ；N1不為0，則N1←N1-1</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A， #01H</p><p>　　MOV N1L， A</p><p>　　MOV A， N1H</p><p>　　

84、SUBB A，#00H</p><p><b>　　MOV N1H，A</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　LOOP3：DEC N2 ；N2不為0，則N2←N2-1</p><p><b>　　RETI</b></p>

85、;<p><b>　　六、心得體會</b></p><p><b>　　七 、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]羅永順.機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.</p><p>　　[2]楊雪寶.機(jī)械制造裝備與設(shè)計[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社,2010.</p><p&