經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1本文選題的背景及意義</p><p><b>　　1.1.1 概述</b></p><p>　　整個人類社會的文明史，就是制造技術(shù)不斷演變和發(fā)展的歷史。任何國家的制造業(yè)都是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是國民經(jīng)濟(jì)的主要來源。沒有發(fā)達(dá)的制造業(yè)，就不可能有

2、國家真正的繁榮和強(qiáng)大。制造技術(shù)是制造業(yè)的技術(shù)支柱，是一個國家科技水平、綜合國力的重要體現(xiàn)，制造技術(shù)的發(fā)展是一個國家經(jīng)濟(jì)增長的根本動力。而制造業(yè)中機(jī)床是其基礎(chǔ)裝備。我國是一個機(jī)床大國，有三百多萬臺普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(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)。隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的普及

3、應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國經(jīng)濟(jì)資源有限，國家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動化程度，比較符合我國的</p>&l

4、t;p>　　1.1.2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動化程度極高,可減輕工人的體力勞動強(qiáng)度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工,因而

5、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。</p><p>　　1.1.3數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá)15%左右,而95

6、年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。</p><p>　　這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn),新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長,從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個問題反映在下列五個方面:</p><p>　　(1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為

7、15～18個月,其中設(shè)計(jì)時間約為5～8個月,占總周期的40%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個月,其中設(shè)計(jì)約1.5～2個月,只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。</p><p>　　(2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評價軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使

8、設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。</p><p>　　(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機(jī)床廠用手工操作就至少需1～2個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門,常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象

9、,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。</p><p>　　(4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。</p><p>　　(5)由于長期以來形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。</p><p>　　為解決這些問題

10、,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性</p><p>　　我國目前機(jī)

11、床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機(jī)床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡

12、在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 </p><p>　　經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，

13、將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念</p><p>　　1.2.1 數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)</p><p>　　數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。

14、數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)(1T)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果?，F(xiàn)代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技術(shù)，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識是現(xiàn)代機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。</p><p>　　在數(shù)控加工中，從零件的設(shè)計(jì)圖紙到零件成品合格交付，不僅要

15、考慮到數(shù)控程序的編制，還要考慮到諸如零件加工工藝路線的安排、加工機(jī)床的選擇、切削刀具的選擇、零件加工中的定位裝夾等一系列因素的影響，在開始編程前，必須要對零件設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)控加工工藝分析，以最終確定哪些是零件的技術(shù)關(guān)鍵，哪些是數(shù)控加工的難點(diǎn)，以及數(shù)控程序編制的難易程度。</p><p>　　零件的數(shù)控加工工藝分析是編制數(shù)控程序中最重要而又極其復(fù)雜的環(huán)節(jié)，也是數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的核心工作，必須在數(shù)

16、控加工方案制定前完成。一個合格的編程人員對數(shù)控機(jī)床及其控制系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)，以及影響數(shù)控加工的每個環(huán)節(jié)都要有一個清晰、全面的了解，這樣才能避免由于工藝方案考慮不周而可能出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問題，造成無謂的人力、物力等資源的浪費(fèi)。全面合理的數(shù)控加工工藝分析是提高數(shù)控編程質(zhì)量的重要保障。 數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件。通過數(shù)控加工程序的運(yùn)行，可自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺

17、紋和端面等工序的切削加工，并能進(jìn)行車槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等工作。</p><p>　　1.2.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)： </p><p>　　●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； </p><p>　　●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能

18、加工形狀復(fù)雜的零件； </p><p>　　●加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；</p><p>　　●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>　　●機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強(qiáng)度； </p><p>　　●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技

19、術(shù)要求更高。 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個部分組成： </p><p>　　●主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 </p><p>　　●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，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的

20、存儲、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>　　●驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 </p><p>　　●輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、

21、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 </p><p>　　●編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。 </p><p>　　自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面

22、，都有飛速發(fā)展。</p><p>　　1.3數(shù)控機(jī)床的組成和分類</p><p>　　1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成</p><p><b>　　(1)輸入輸出設(shè)備</b></p><p>　　輸入輸出設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲和打印 。</p><p><b>　　

23、(2)數(shù)控裝置</b></p><p>　　數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它接受來自輸入設(shè)備的程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。</p><p><b>　　(3)伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的馭動部件。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。一般

24、來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號。</p><p><b>　　(4)測量反饋裝置</b></p><p>　　該裝置由測量部件和響應(yīng)的測量電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　(5)機(jī)床本體</b>

25、;</p><p>　　機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。</p><p>　　1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)： </p><p>　　●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； </p><p

26、>　　●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件； </p><p>　　●加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；</p><p>　　●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>　　●機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強(qiáng)度； </p><p>　　●對操

27、作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個部分組成： </p><p>　　●主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 </p><p>　　●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，用于輸

28、入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、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>　　●驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 </p><p>　　●輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部

29、件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 </p><p>　　●編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。 </p><p>　　自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛

30、地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。</p><p>　　1.5數(shù)控機(jī)床的發(fā)展</p><p>　　電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進(jìn)了現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展。數(shù)控機(jī)床性能在高速度、高精度、高可靠性和復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進(jìn)步。現(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場新的技術(shù)革

31、命。數(shù)控系統(tǒng)未來分以下幾個發(fā)展方向：</p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展</p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展</p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展</p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展</p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展  

32、60; </p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展  </p><p>　　●數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展</p><p><b>　　2 總體方案的擬定</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</p><p>　　2.1.1 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容

33、 </p><p>　　1)、總體方案的選擇。</p><p>　　2)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算并繪制Z向坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的裝配圖。</p><p>　　3)、設(shè)計(jì)并繪制用單片機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的硬件電路原理圖。</p><p>　　4)、編寫設(shè)計(jì)說明書一份。</p><p>　　2.

34、1.2 課程設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　1)、CNC系統(tǒng)的主CPU 宜采用8031單片機(jī)。</p><p>　　2)、機(jī)械進(jìn)給伺服系統(tǒng)宜采用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。</p><p>　　3)、所編寫的零件加工程序應(yīng)符合 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。</p><p>　　4)、所繪制的機(jī)械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。

35、</p><p>　　5)、說明書應(yīng)簡明扼要、計(jì)算準(zhǔn)確、條理清楚、圖文并茂。</p><p>　　2.1.3 課程設(shè)計(jì)的圖紙</p><p>　　1)、滾珠絲杠裝配圖 A1 2張</p><p>　　2)、傳動齒輪配合圖 A1 2張</p&

36、gt;<p>　　2.2 總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)是針對CA6150普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm、脈沖驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠。</p><p>　　對于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對機(jī)床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。<

37、/p><p>　　2.2.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6150車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。圖2-1 所示。</p><p>　　2.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)

38、有開環(huán)、閉環(huán)之分。因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行。再設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU是關(guān)

39、鍵。</p><p>　　在我國，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的事MCS-51系列單片機(jī)。主要是因?yàn)樗呐涮仔酒阋?，普及型、通用性?qiáng)。制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)中是以MCS-51系列單片機(jī)，51系列相對48系列指令豐富，相對96系列價格便宜。本設(shè)計(jì)以8031為核心，增加儲存器擴(kuò)展電路，接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-1 C

40、A6150臥式車床簡圖</p><p>　　CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由8031單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)車床的縱向進(jìn)給運(yùn)動。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒行帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每

41、轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機(jī)。系統(tǒng)總體方案圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總體方案總體</p><p>　　3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算</p><p>　　機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)算,計(jì)算內(nèi)容包括:確定系統(tǒng)的負(fù)載,確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量,部分部件慣量計(jì)算,空栽啟動及切削刀矩計(jì)算,確定伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動及導(dǎo)向元件的設(shè)

42、計(jì),計(jì)算及選用繪制部分裝配及零件工作圖等.現(xiàn)分述如下: </p><p>　　3.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　一個進(jìn)給脈沖，使機(jī)床運(yùn)動部件產(chǎn)生的位移量，稱為脈沖當(dāng)量，也稱為機(jī)床的最小設(shè)定單位。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床常采用的脈沖當(dāng)量是0.01-0.005mm一個脈沖。</p><p>　　3.2 切削力的計(jì)

43、算</p><p>　　在設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)時，計(jì)算傳動和導(dǎo)向元件，選用伺服電動機(jī)等都需要用到切削力。</p><p>　　3.2.1 已知數(shù)據(jù)</p><p>　　工作臺重量：W=80kgf=800N</p><p>　　時間常量： T=25ms</p><p>　　行 程： s=950mm</p&

44、gt;<p>　　步 驅(qū) 角： 2=0.75o/step</p><p>　　快速進(jìn)給速度：Vmax=3.6m/ms</p><p>　　脈沖當(dāng)量： 8p=0.01mm/8tep</p><p>　　3. 2.2 縱車外圓：</p><p><b>　　計(jì)算切削力F</b></p>&l

45、t;p><b>　　主切削力：</b></p><p>　　Fz=0.67Dmax1.5=0.67×4001.5=5360N </p><p>　　按切削力各分力比例：</p><p>　　Fz：Fx：Fy =1：0.25：0.4</p><p>　　Fx=0.25Fz=0.25×5

46、360=1340N </p><p>　　Fy =0.4Fz =0.4×5360=2144N </p><p><b>　　G=800N</b></p><p>　　3. 2.3 橫切端面：</p><p>　　主切削力可取縱切的0.5；</p><p>　　=0.5×Fz=

47、0.5×5360=2680N 式（2-1）</p><p>　　此時走刀抗力，吃刀抗力。</p><p>　　按照：：=1：0.25：0.4</p><p>　　計(jì)算：=2680×0.4=1072N；=2680×0.25=670N</p><p>　　3.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算

48、與選型</p><p>　　3.3.1 縱向進(jìn)給絲杠</p><p>　?。?）、計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm</p><p>　　作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型號有關(guān)。</p><p><b>　　縱向進(jìn)給的綜合導(dǎo)軌</b></

49、p><p>　　Fm =KFx +f′ (Fz +G)=1.15×1340+0.16×(5360+800)=2527 N 式（2-2）</p><p>　　式中K－考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15；</p><p>　　f’－滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15～0.18，f’=0.16；</p><p>　　G－溜

50、板幾倒架重力：G=800N</p><p>　?。? ）、計(jì)算最大動負(fù)載C</p><p>　　C=fwFm 式（2-3） </p><p><b>　　式（2-4）</b></

51、p><p><b>　　式（2-5）</b></p><p>　　式中 L0－滾珠絲杠導(dǎo)程，初選L0=6mm;</p><p>　　Vs－最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2~1/3）;</p><p>　　T－使用壽命，按15000h；</p><p>　　fw－運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取

52、fw=1.2～1.5；</p><p>　　L-壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位</p><p>　　=300min 式（2-6）</p><p>　　=270 </p><p>　　C=fwFm=×1.2×2527=19599N

53、 式（2-7）</p><p>　?。?）、 滾珠絲杠杠螺母副的選型</p><p>　　由計(jì)算出的C在《現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4005-5 </p><p>　　已確定得型號：FFZD</p><p>　　公稱直徑：40，導(dǎo)程：5</p><p>　　螺紋長度1290，絲杠長度1410

54、</p><p><b>　　P類3級精度</b></p><p>　　所選規(guī)格型號：FFZD4005-3-P3/1410×1290</p><p>　　3.4滾珠絲杠的安裝與使用</p><p><b>　　(1)潤滑</b></p><p>　　為使?jié)L珠絲杠副能

55、充分發(fā)揮機(jī)能，在其工作狀態(tài)下，必須潤滑，潤滑方式主要有以下兩種</p><p>　　潤滑脂潤滑脂的給脂量一般是螺母內(nèi)部空間容積的1/3，我廠滾珠絲杠副出廠時在螺母內(nèi)部已加注GB7324-94 2#鋰基潤滑脂； </p><p>　　潤滑油潤滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)如表16所示，但是隨行程、潤滑油的種類、使用條件（熱抑制量）等的不同而有所變化。請注意使用。表16 潤滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)（間隔3分鐘

56、）</p><p>　　表三潤滑油的給油量標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　(2)防塵</b></p><p>　　滾珠絲杠副與滾動軸承一樣，如果污物及異物進(jìn)入就很快使它磨耗，成為破損的原因。因此，考慮有污物異物（切削碎削）進(jìn)入時，必須采用防塵裝置（折皺保護(hù)罩、絲杠護(hù)套等），將絲杠軸完全保護(hù)起來。</p><p>　　另

57、外，如沒有異物，但有浮塵時可在滾珠螺母兩端增加防塵圈，請用戶根據(jù)需要按編號規(guī)則選定合適規(guī)格型號。</p><p><b>　　(3)使用</b></p><p>　　滾珠絲杠副在使用時應(yīng)注意以下事項(xiàng)：</p><p>　　滾珠螺母應(yīng)在有效行程內(nèi)運(yùn)動，必要時要在行程兩端配置限位，以避免螺母越程脫離絲杠軸而使?jié)L珠脫落。</p><

58、;p>　　滾珠絲杠副由于傳動效率高，不能自鎖，在用于垂直方向傳動時，如部件重量未加平衡，必須防止傳動停止或電機(jī)失電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆?zhèn)鲃?。防逆?zhèn)鲃臃椒捎梦佪單仐U傳動、液壓式電器制動器及超越離合器等。 </p><p><b>　　(4)安裝  </b></p><p>　　1)滾珠絲杠副在安裝時應(yīng)注意以下事項(xiàng)：</p><p

59、>　　滾珠絲杠副僅用于承受軸向負(fù)荷。徑向力、彎矩會使?jié)L珠絲杠副產(chǎn)生附加表面接觸應(yīng)力等不良負(fù)荷，從而可能造成絲杠的永久性損壞。因此，滾珠絲杠副安裝到機(jī)床時應(yīng)注意： </p><p>　　絲杠的軸線必須和與之配套導(dǎo)軌的軸線平行，機(jī)床的兩端軸 承座與螺母座必須三點(diǎn)成一線。 </p><p>　　安裝螺母時，盡量靠近支撐軸承； </p><p>　　同樣安裝支撐軸

60、承時，盡量靠近螺母安裝部位。  </p><p>　　滾珠絲杠副安裝到機(jī)床時，請不要把螺母從絲杠軸上卸下來。如必須卸下來時，要使用輔助套，否則裝卸時滾珠有可能脫落。螺母裝卸時應(yīng)注意下列幾點(diǎn)： </p><p>　　輔助套外徑應(yīng)小于絲杠底徑0.1～0.2mm. </p><p>　　輔助套在使用中必須靠緊絲杠螺紋軸肩。 </p><p&

61、gt;　　裝卸時，不可使過大力以免螺母損壞。 </p><p>　　裝入安裝孔時要避免撞擊和偏心。</p><p>　　3.5齒輪傳動比計(jì)算</p><p>　　3.5.1 縱向進(jìn)給齒輪箱傳動計(jì)算</p><p>　　已確定縱向脈沖當(dāng)量δP=0.01,滾動絲杠導(dǎo)程L0=5mm,初</p><p>　　選步進(jìn)電動機(jī)步距角

62、0.750,可計(jì)算也傳動比i：</p><p>　　i==360×0.01/0.75×5=0.96</p><p><b>　　可選定齒輪數(shù)i==</b></p><p>　　故齒輪齒數(shù)為：Z1=24，Z2=25，或Z1=48，Z2=50 </p><p>　　因進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)

63、參數(shù)請參照表3-2。</p><p>　　表 傳動齒輪幾何參數(shù)</p><p>　　3.5.2縱向電機(jī)的計(jì)算與選擇</p><p>　　等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算。根據(jù)理論力學(xué)公式計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)中各回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量。滾珠絲杠設(shè)計(jì)時假設(shè)傳動比i為4，取脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖；縱向快速進(jìn)給速度為4m/min；步進(jìn)電機(jī)的步矩角預(yù)選為1.8（）/step。</p>

64、<p>　　故可?。?0、＝80；m＝1.5mm（模數(shù)），a＝20；＝m＝30mm，＝m＝120mm，＝＋＝33，＝＋＝123</p><p>　　則齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為（齒輪為45號鋼，并將齒輪近似看成圓柱體）</p><p>　　=7.8×＝0.185</p><p><b>　?。?.185×</b>&l

65、t;/p><p>　　＝7.8×=35.7</p><p><b>　　=35.7×</b></p><p>　　滾珠絲杠選用型號為FFZD4005-3-P3/1410×1290的絲杠</p><p>　　其長度為1410mm，直徑為40mm，則絲杠的轉(zhuǎn)動慣量近似為</p><

66、;p><b>　　＝2.815488</b></p><p><b>　　=2.8×</b></p><p>　　設(shè)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為＝7.5×（當(dāng)有效到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量大于電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量一個數(shù)量級時，值可以忽略，但當(dāng)?shù)刃У诫妱訖C(jī)軸上的負(fù)載慣量較小時，就不能輕易地忽略它?，F(xiàn)預(yù)選電動機(jī)為110BYG450，

67、其電動機(jī)轉(zhuǎn)子地抓動慣量為7.5×）。</p><p>　　根據(jù)書上《機(jī)電一體化》公式可知</p><p>　　式中：采用最不利于機(jī)床啟動時的速度，這里選用快速進(jìn)給速度＝4m/min；＝（電動機(jī)）＝/（360）＝4000r/min；＝100kg；＝；＝/i＝1000 r/min。則</p><p>　?。剑?.006×＋7.5×＋0.18

68、5×＋</p><p>　?。?5.7×＋2.8×）/）</p><p><b>　　＝1.0×</b></p><p>　　絲杠摩擦阻力力矩（）的計(jì)算。由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲杠的傳動效率很高，其摩擦阻力矩相對與其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩小得多，故一般

69、不用考慮。</p><p>　　等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由書上《機(jī)電一體化》公式得</p><p><b>　?。剑?lt;/b></p><p><b>　?。?.18N.m</b></p><p>　　啟動慣性阻轉(zhuǎn)矩（）得計(jì)算。這里以最不利于啟動得快進(jìn)速度進(jìn)行計(jì)算，啟動加速度（或制動減速）時間為t＝0.03s（

70、一般在0.03－1s之間選擇），由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速＝2418.7，取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加速度為</p><p>　　則 </p><p>　?。絅.m＝1.395 N.m</p><p>　?。?）步進(jìn)電動機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p><b>　?。剑?lt;/b></p

71、><p>　?。剑?.18+1.395）N.m=1.575 N.m</p><p>　?。?）步進(jìn)電動機(jī)的匹配選擇</p><p>　　上述計(jì)算均未考慮機(jī)械系統(tǒng)的傳動效率，當(dāng)選擇機(jī)械傳動總效率＝0.7時</p><p>　　在車削時，由于材料的不均勻等因素的影想，會引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大，為避免計(jì)算上的誤差以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大引起步進(jìn)電動機(jī)丟步而引

72、起加工誤差，可以適當(dāng)考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)一般可在1.2－2之間選取。如果安全系數(shù)K＝1.5，則步進(jìn)電動機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇</p><p>　　若選用上述預(yù)選的電動機(jī)110BYG450，其最大靜轉(zhuǎn)矩＝7.1 N.m。在四相六拍驅(qū)動時，其步矩角為0.75（）/step，為保證帶負(fù)載能正常加速起動和定位停止，電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩必須滿足</p><p>　　由書上《機(jī)電一體化》表3.7可知，

73、＝0.87，則＝0.87 ×7.1=6.17 N.m</p><p><b>　　故選用合格。</b></p><p>　　4 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件的選擇</p><p>　　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)，性能的好壞直接影響整

74、體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行。再設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU是關(guān)鍵。</p><p>　　在我國，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的事MCS-51系列單片機(jī)。主要是因?yàn)樗呐涮仔酒阋?，普及型、通用性?qiáng)。制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)中世以MCS-51系列單片機(jī)，51系列相對48系列指令豐富，相對96系列價格便宜。本設(shè)計(jì)以8031為核心，增加儲存器擴(kuò)展電路，接口和面板

75、操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。</p><p>　　CA6150車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由8031單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)車床的縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動。刀架改成由微機(jī)控制的經(jīng)電機(jī)驅(qū)動的自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器

76、，為此采用主軸靠同步齒行帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機(jī)。</p><p>　　本系統(tǒng)選用8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)。外界2764EPROM，作為監(jiān)控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機(jī)修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對擴(kuò)展芯片進(jìn)行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279

77、作為系統(tǒng)出入輸出口擴(kuò)展，分別接鍵盤的出入、輸出顯示，8255接步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配器，分別并行控制X和Z軸的步進(jìn)電機(jī)。另外，還要考慮機(jī)床與單片機(jī)之間的光電隔離，功率放大電路等。各引腳功能簡要介紹如下：</p><p><b>　　4.1.1源引腳</b></p><p>　　Vss：電源接地端。</p><p>　　Vcc：+5v電源端。<

78、/p><p>　　4.1.2輸入/輸出（I/O）口線</p><p><b>　　圖4-1 8031</b></p><p>　　8031單片機(jī)有P0、P1、P3、P4四個端口，每個端口8根I/O線。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲器時，P0口用來輸出低8為并行數(shù)據(jù)，P2口用來輸出高8為地址，P3口除可作為一個8位準(zhǔn)雙向并行口外，還具有第二功能。</p&g

79、t;<p>　　在進(jìn)行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。</p><p>　　4.1.3信號控制線</p><p>　　RST/VPD：RST為復(fù)位信號線輸入引腳，在時鐘電路工作以后，該引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的高電平，完成一次復(fù)位操作。</p><p>　　Vpp：當(dāng)EA為高電平且PC值小于0FFFH時CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中

80、的程序。當(dāng)EA為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。</p><p>　　XTAL1:振蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時必須接地；</p><p>　　XTAL2:振蕩器的反響放大器輸出，使用外部振蕩器時，接受外圍震蕩信號；</p><p>　　4.2 8255A可編程并行I/O口擴(kuò)展芯片</p><p>　　8255A可編

81、程并行I/O口擴(kuò)展芯片可以直接與MCS系列單片機(jī)系統(tǒng)總線連接，它具有三個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢傳送、中斷傳送方式完成CPU與外圍設(shè)備之間的信息交換。8255A的結(jié)構(gòu)及引腳功能：</p><p>　　4.2.1 8255的結(jié)構(gòu)</p><p>　　8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個8為并行數(shù)據(jù)I/O口，兩個工作方式控制電路，一個讀寫控制邏輯電路

82、和一個8位數(shù)據(jù)總線緩沖器，各部</p><p>　　分功能介紹如圖4-2所示：</p><p>　　三個8位并行I/O口A、B、C</p><p>　　A口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器，可編程為8位輸入、或8位輸出、或8位雙向寄存器。B口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩存器和一個8位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。C口：具有一個8

83、位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩存器和一個8位輸入緩沖器，C口可分為兩個4位口，用于輸入或輸出，也可作為A口和B口選通方式工作時的狀態(tài)控制信號。</p><p>　　4.2.2 工作方式控制電路</p><p>　　A、B兩組控制電路把三個端口分別分成A、B兩組，A組控制A口各位和C口高四位，B組控制B口各位和C口低四位。兩組控制電路各有一個控制命令寄存器，用來接收由CPU寫入的控制字，以決定兩組端口

84、的工作方式。也可根據(jù)控制字的要求對C口按位清0或置1。</p><p>　　4.2.3 讀/寫邏輯電路</p><p>　　他接受來自CPU的地址信號及一些控制信號，控制各個口德工作狀態(tài)。</p><p>　　圖4-2 8255引腳圖</p><p>　　4.2.4 數(shù)據(jù)總線緩沖器</p><p>　　它是一個三態(tài)

85、雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中線直接相連，以實(shí)現(xiàn)CPU和8255之間信息的傳送，如圖 4-3所示。</p><p>　　4.2.5 引腳功能</p><p>　　8255為雙列直插式40引腳封裝芯片。</p><p>　　D7-D0三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線連接，用來傳送數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　PA7-PA0、PB7-PB0及

86、PC7-PC0 A口、B口及C口的輸入/輸出線。</p><p>　　CS片選信號線，低電平有效。</p><p>　　RD讀出信號線，低電平有效。</p><p>　　WR寫入信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。</p><p>　　A1、A0端口選擇信號，用來尋址控制端口和I/O端口。</p><p>　　RESE

87、T復(fù)位信號線，高電平有效。有效時，控制寄存器的內(nèi)部都被清零，三個I/O端口都被置成輸入方式。</p><p><b>　　Vcc+5V電源。</b></p><p><b>　　GND接地。</b></p><p>　　圖4-3 8031連8255</p><p>　　4.3 8255端口的尋址&

88、lt;/p><p>　　一塊8255芯片內(nèi)，AB兩組控制電路各有一個控制寄存器，由CPU輸入的控制字來決定三個I/O端口的工作方式。兩個控制寄存器一起構(gòu)成控制端口，占用一個端口地址。同時8255芯片內(nèi)有A、B、C三個I/O端口，各須占用一個端口地址。這四個端口地址用A1、A0兩個端口選擇信號選擇。</p><p>　　4.3.1 工作方式</p><p>　　8255有

89、三種工作方式：即基本輸入/輸出方式-方式0、選通輸入/輸出方式-方式1、雙向輸入/輸出工作方式-方式2（只有A口可以選擇這種工作方式）。</p><p>　　4.3.2 8255的控制字</p><p>　　8255A在投入工作前必須設(shè)定工作方式，工作方式由初始化程序?qū)?255的控制寄存器寫入控制字來決定，控制字有兩種。分別是工作方式控制字和C口德按位置/復(fù)位控制字。兩種控制字寫入的控制

90、端口相同。由于兩種控制字都有特征位，因此寫入順序可以任意。在工作中，隨時可以根據(jù)需要對C口的某位置1或清0。</p><p>　　4.3.3 可編程鍵盤，顯示器接口—Intel8279</p><p><b>　　圖4-4 8279</b></p><p>　　1）、8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)：</p><p>　　數(shù)據(jù)緩沖器及

91、I/O控制邏輯</p><p>　　數(shù)據(jù)緩沖器是一個雙向緩沖器，它連接內(nèi)部總線和外部總線，用于傳送CPU和8279之間的命令，數(shù)據(jù)和狀態(tài)。</p><p>　　2）、控制與定時寄存器以及定時與控制電路</p><p>　　8279為一個可編程芯片，其工作方式等通過寫入一些命令來設(shè)置?？刂婆c定時寄存器用來寄存操作命令字，通過對命令字譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，控制8279

92、的各個部件的協(xié)調(diào)工作，完成相應(yīng)的功能。</p><p><b>　　3）、掃描計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式。一種為外部譯碼方式。計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制方式計(jì)數(shù)，4為計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描結(jié)SL0~SL3輸出，經(jīng)外部譯碼后的16位掃描信號：另一種為內(nèi)部譯碼方式。</p><p>　　4.4 部分硬件接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)<

93、/p><p>　　本系統(tǒng)接口電路包括程序存儲器擴(kuò)展電路、數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路、鍵盤顯示接口電路和步進(jìn)電機(jī)接口電路，輔助電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、計(jì)數(shù)電路和警報(bào)電指示路。</p><p>　　4.4.1 外部EPROM電路</p><p>　　EPROM2764芯片28引腳，其主要有16根地址線，8跟數(shù)據(jù)線，片選端（CR）,輸出允許端（OE）等。</p>&

94、lt;p>　　由于EPROM一般不含有地址鎖存器，因此8031的P0口要經(jīng)過機(jī)制鎖存器74LS373與EPROM低8位地址端相連，P2口與2764高8為地址端相連,如圖3-5所示。</p><p>　　數(shù)據(jù)線有8031的P0口直接與2764的8位數(shù)據(jù)端相連。</p><p>　　控制線的鏈接。2764的OE端與8031的PSEN相連。ALE與74LS373的OC端相連。由于擴(kuò)展了一片

95、8K的EPROM，因此2764片選端（CE）應(yīng)接地，同時8031的EA端應(yīng)接地。該芯片的地址范圍0000H~FFFFH，如圖3-6所示。</p><p>　　4.4.2 外擴(kuò)RAM電路</p><p>　　SPAM6264芯片為28引腳，主要有15個地址端（A0~A14）、8個雙向三態(tài)數(shù)據(jù)端、片選端(CE)、讀選通端（OE）、寫允許端（CE）等。</p><p>　

96、　地址連接：8031的低八位地址經(jīng)P0口通過74LS373與6264的低八位地址端相連高位地址線只用7根與6264的高7為地址端相連。</p><p>　　在數(shù)據(jù)線鏈接上，同2764芯片一樣，P0口直接與6264數(shù)據(jù)端相連。</p><p>　　控制端鏈接，片選端應(yīng)接8031的P2.7端，OE、WE分別于8031的RD、WE端相連接來控制6264的讀寫。該芯片的地址范圍是0000H~7FF

97、F。</p><p>　　圖4-5 外部EPROM電路</p><p>　　圖4-6 擴(kuò)展2764EPROM</p><p>　　4.4.3 鍵盤顯示器的接口電路</p><p>　　利用8279擴(kuò)展鍵盤和顯示器，在這里采用外部譯碼的方式，因此要選用譯碼器，采用74LS154。為了讓數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定、可靠，必須增加數(shù)據(jù)線和掃描的驅(qū)動能力，這里選用

98、74LS244。</p><p><b>　　方式選擇開關(guān)設(shè)置</b></p><p>　　方式選擇開關(guān)時一單刀八擲的波段開關(guān)，提供選擇方式有編輯、空運(yùn)行、自動、回零、手動1、手動2、手動3和通信，總共8種功能。方式選擇開關(guān)設(shè)置為通過鍵盤輸入，使用軟件控制。</p><p>　　4-7擴(kuò)展6264電路</p><p>　

99、　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動接口電路</p><p>　　由前面總體設(shè)計(jì)可知，步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)生采用硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)給定的條件要求電機(jī)采用3相6拍，但本設(shè)計(jì)所采用的芯片為YB104 4相8拍環(huán)形分配器。</p><p>　　一般情況下，該芯片的兩個輸入控制E1E2可直接接地，如果工作方式設(shè)定在3相5拍，只需將0，1接地即可。這樣，該芯片的所生控制端主要還有方向控制端;-、+選通輸出控制端；時鐘脈沖輸入端C

100、P及清零端R。要正確控制步進(jìn)電機(jī)，必須正確控制這些信號。在此確定：所需的方向及輸出控制信號有單片機(jī)P1口控制。X、Y向步進(jìn)電機(jī)各自用一個環(huán)形分配器控制。</p><p>　　為了防止強(qiáng)電干擾及其他干擾信號通過I/O控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導(dǎo)。光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成。<

101、;/p><p><b>　　報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　報(bào)警電路的作用是當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障或工作臺超程時亮燈警報(bào)，當(dāng)機(jī)床工作正常時，其綠燈亮，顯示正常工作狀態(tài)。</p><p>　　4.5 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　1.系統(tǒng)管理程序 2.零件加工源程序的出入處理命令 3.插補(bǔ)程序 4.伺服控

102、制程序 5.診斷程序 6.機(jī)床的自動加工機(jī)手動控制程序 7.鍵盤操作和顯示處理程序</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度與加工精度、表面光潔度和生產(chǎn)率有密切關(guān)系。要就進(jìn)給速度穩(wěn)定、有一定的調(diào)節(jié)范圍、啟動快、停車準(zhǔn)。在CNC系統(tǒng)中，可用軟件或軟件與接口配合實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的控制。常見的方法有程序計(jì)時法、時鐘中斷法及V/積分器法等。在這里選用時鐘中斷法。時鐘中斷法只要求一種時鐘頻率，用軟件控制每個時鐘周期內(nèi)的插補(bǔ)

103、次數(shù)，以達(dá)到控制速度的目的，進(jìn)給速度可以每分鐘毫米給定。時鐘頻率選擇：根據(jù)最插補(bǔ)進(jìn)給速度要求，并結(jié)合計(jì)算機(jī)換算方式，可取一特殊的F（mm/min），使該速度下每個時鐘周期進(jìn)行一次插補(bǔ)。</p><p>　　輸入處理程序的任務(wù)是接收用戶的零件加工程序，并將它轉(zhuǎn)換為便于在加工過程中處理的數(shù)據(jù)形式。這樣，在加工過程中只做實(shí)時性強(qiáng)的插補(bǔ)運(yùn)算和控制調(diào)節(jié)等工作，從而提高系統(tǒng)的速度和精度。</p><p&g

104、t;　　輸入處理程序的任務(wù)是接收用戶的零件加工程序，并將它裝換便于在加工過程中處理的數(shù)據(jù)形式。這樣，在加工過程中只要做實(shí)時性強(qiáng)的插補(bǔ)運(yùn)算和控制調(diào)節(jié)等工作，從而提高系統(tǒng)的速度和精度。</p><p>　　輸入處理程序?qū)?shù)控程序有鍵盤輸入，逐行存入內(nèi)存中。這個存儲區(qū)叫源程序區(qū)，一個字母存于一個字節(jié)中，每一個數(shù)都占一個字節(jié)。在加工時，控制軟件將數(shù)控語句從N到LF將程序段讀入到控制軟件的工作區(qū)，工作區(qū)內(nèi)各單元都對應(yīng)一個代

105、碼和坐標(biāo)單元，并且在讀入程序過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行十翻二處理。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　論文介紹了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的內(nèi)容，在此過程中我不僅運(yùn)用了以前所學(xué)的各個學(xué)科方面的知識，而且學(xué)到了課本以外的知識。在此次設(shè)計(jì)過程中遇到了不少問題，也走了不少彎路，通過此次設(shè)計(jì)實(shí)踐讓我學(xué)會虛心求教，細(xì)心體察，大膽實(shí)踐。任何能力都是在實(shí)踐中積累起來的

106、，都會有一個從不會到會，從不熟練到熟練的過程，人常說“生活是最好的老師”就是說只有在生活實(shí)踐中不斷磨練，才能提高獨(dú)立思考和解決問題的能力；同時也培養(yǎng)了自己優(yōu)良的學(xué)風(fēng)、高尚的人生、團(tuán)結(jié)和合作的精神；學(xué)會了勤奮、求實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度。 勤奮就是要發(fā)奮努力、不畏艱難。唐代思想家韓愈有句名言：業(yè)精于勤，荒于嬉；行成于思，毀于隨。優(yōu)良的學(xué)業(yè)是辛勤汗水的結(jié)晶，成就只有通過刻苦的學(xué)習(xí)和拼搏才能獲得。馬克思說過：“在科學(xué)上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭

107、山路攀登的人，才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)?！鼻髮?shí)就是腳踏實(shí)地，求真務(wù)實(shí)，謙虛謹(jǐn)慎、介驕介躁、對知識的掌握要弄通弄懂，對技術(shù)的掌握要嚴(yán)守規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精。一個人的力量是有限的，團(tuán)結(jié)合作的力量是無窮的，通過對各個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的確定讓我明白：一粒沙雖小，但無數(shù)粒卻能匯成無限的沙漠；水滴雖小，卻你匯成遼闊的海洋；你的一個</p><p><b>　　致 謝</b></p><p

108、>　　本論文自始至終是在導(dǎo)師**老師的精心指導(dǎo)下完成的。是導(dǎo)師給了我無私的幫助和指導(dǎo)，使得我順利完成學(xué)業(yè)。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度，非凡的開拓精神永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣。</p><p>　　在此同時，同班同學(xué)在本文完成的過程中也給予我無私的幫助，在此一并表示感謝。</p><p>　　在本文結(jié)束之際，謹(jǐn)向所有給予我?guī)椭娜藗冎乱哉\摯的謝意!</p><p>&l

109、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李洪 實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 1997</p><p>　　[2]杜君文 鄧廣敏 數(shù)控技術(shù) 天津：天津大學(xué)出版社 2002年</p><p>　　[3]成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2003</p><p

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115、出版社 1993</p><p>　　[23]大連組合機(jī)床研究所 組合機(jī)床設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1975</p><p>　　[24]胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 北京：清華大學(xué)出版社 1995</p><p>　　[25]吳道全 金屬切削原理及刀具 重慶：重慶大學(xué)出版社 2003</p><p>　　[26]L.Meivovi