畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造（含全套CAD圖紙）

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1、目 錄 1. 緒論.1 1.1 數(shù)控車床的發(fā)展歷史.1 1.2 數(shù)控車床改造的目的.2 1.3 數(shù)控車床改造的意義.2 1.4 數(shù)控車床改造的內(nèi)容.2 2. 機(jī)械部分的設(shè)計(jì).3 2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.3 2.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .3 2.1.2 滾珠絲杠計(jì)算與選擇 .3 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算12 2.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 2.2.2 滾珠絲杠的計(jì)算與選擇 12 2.3 機(jī)床導(dǎo)軌改造19 3.電氣部分的設(shè)計(jì).20 3.1 硬件基本組成20 3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20 3.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)24 總結(jié).28 參考文獻(xiàn).29 全套全套 CAD 圖紙，聯(lián)系圖

2、紙，聯(lián)系 153893706 1 緒論 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型， 普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典 型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提 高生產(chǎn)效率。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率 高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測量和新型機(jī)械 結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。 數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控(Numerical Control)。它是利用

3、數(shù)字化的信息對機(jī)床運(yùn)動(dòng) 及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了 數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程序控制器、主軸 驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給裝置等部分。要實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間 的相對運(yùn)動(dòng)以及用工藝信息來描述機(jī)床加工必須具備的一些工藝參數(shù)，如：進(jìn)給速 度、主軸轉(zhuǎn)速、主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻液的開關(guān)等。這些信息按一定的格式形成 加工程序，通過數(shù)控系統(tǒng)的譯碼，從而使機(jī)床準(zhǔn)確地動(dòng)作和加工出優(yōu)質(zhì)的零件。 1.1 數(shù)控車床的發(fā)展歷史 數(shù)控機(jī)床最早是從美國開始研制的。1948 年，美國帕森斯公司在研制加工直 升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床

4、任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。 1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研 制工作。并于 1952 年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)隨著電子技術(shù)、計(jì) 算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不 斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。 第一代數(shù)控：1952-1959 年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。 第二代數(shù)控：從 1959 年開始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從 1965 年開始采用小、中規(guī)模集成電路的 NC 系統(tǒng)。 第四代數(shù)控：從 1970 年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的

5、系統(tǒng)。 第五代數(shù)控：從 1974 年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。 目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù) 控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲(chǔ)能 力和控制功能。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中， 使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來， 2 微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中， 先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些 高級的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨 勢。 1

6、.2 數(shù)控車床改造的目的 我國是擁有 300 多萬臺(tái)機(jī)床的國家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用 機(jī)床，不論資金和我國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國現(xiàn)有一 部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的 課題。 1.3 數(shù)控車床改造的意義 數(shù)控機(jī)床改造在國外已發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門，早在 60 年代已經(jīng)開始迅速 發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場和生產(chǎn)上的原因。用數(shù) 控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相 結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，而且所投入的改造費(fèi)用低，我國提 出從大力推廣經(jīng)濟(jì)

7、型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路， 適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之 一。同時(shí)，它還可以作為全功能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控 機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝 機(jī)電一體化的方向過渡的主要內(nèi)容之一。 1.4 數(shù)控車床改造的內(nèi)容 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定: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)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國 家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強(qiáng)弱。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi) 容：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)

8、的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定， 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜 合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對 C616 普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。主要有兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)：機(jī)械部 分的改造、控制部分的設(shè)計(jì)。機(jī)械部分的設(shè)計(jì)是對縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控 制。主電機(jī)的作用僅僅是帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，而刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則是由步進(jìn)電機(jī)直接帶 動(dòng)車床的縱向和橫向的滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。控制部分的設(shè)計(jì)主要是對單片機(jī)控制步進(jìn) 電機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副， 3 4 1. 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與

9、計(jì)算 2.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算內(nèi)容主要包括：脈沖當(dāng)量計(jì)算、切削力的計(jì)算、 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)與計(jì)算、齒輪傳動(dòng)的計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算等等。 2.1.2 滾珠絲杠計(jì)算與選擇 主要技術(shù)參數(shù)： 1、最大加工直徑：mmD160 2、時(shí)間常數(shù)： msT30 3、步長： mmX01 . 0 mmY02 . 0 4、快進(jìn)速度：min/5 . 2 mV 5、定位精度：0.01 （1）切削力的計(jì)算 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，切削功率 （2-1）KNNc 式中 電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，； NkwN4 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為 ?。?7 . 06 . 00.65 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，

10、取為 。 K96 . 0 K 則： kwNc496 . 2 96. 065. 04 又因?yàn)?（2-2）6120VFN Zc （2-3）VNFz c 6120 所以 式中 V切削線速度，取 min100mV 主切削力 1527.6(N)(kgf)76.152 z F 由金屬切削原理可知，主切削力 5 C（2-4） z F Z F z F X p a z f F Y z F K 查表得： MPammkgfC z F 1880/188 2 Z F X1 z F Y0.75 z F K1 由表可知 表2.1 切削用量選用表 p a 222888 (mm) f 0.20.30.40.20.30.4 （N

11、） z F 112515241891168722872837 當(dāng) 時(shí)，切削深度 ，走刀量 ，以此參數(shù)做為下面NFz1520mmap2mmf3 . 0 計(jì)算的依據(jù)。 從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊中可知，在一般外圓車削時(shí)： （2-5） z 0.6)F(0.1 x F （2-6） z 0.7)F(0.15 y F ?。?NFF zx 8 .7636 .15275 . 05 . 0 NFF zy 5 .9166 .15276 . 06 . 0 (2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 在設(shè)計(jì)滾珠絲杠時(shí)，首先確定其名義直徑，螺距。滾珠直徑等，確定上述參數(shù) 一般是放在防止疲勞點(diǎn)蝕的基礎(chǔ)上，對軌道上的點(diǎn)而言，其應(yīng)力狀態(tài)是交變的接觸 力，因

12、此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證它在一定軸向負(fù)載的作用下，這種名義直徑和螺距的滾珠 絲杠回轉(zhuǎn)一百萬轉(zhuǎn)后，不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載稱為滾珠絲杠最大動(dòng)載荷。 車床縱向?qū)к壍臓恳τ?jì)算： （2-7）G)(F z fKFF xm 式中 、 ：切削分力 x F z F)(N ：顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)K ：導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) f ：移動(dòng)部件重量G)(N 由于此設(shè)計(jì)采用的是貼膜導(dǎo)軌，所以 6 15 . 1 K 取為18. 015 . 0 f16 . 0 因此： 1250.8N800)(1527.616 . 0 8 . 76315 . 1 m F （3）最大動(dòng)載荷的計(jì)算： 由機(jī)電設(shè)計(jì)手冊查得，最大動(dòng)載荷由此公式計(jì)算：C （2-

13、8） mhw 3 fffLC 式中： ：工作壽命，為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，初步計(jì)算導(dǎo)程。L 6 10 n60T L n max max 0 n V L 為工作臺(tái)的快進(jìn)速度，為絲杠最大轉(zhuǎn)速。 max V max n 取 min/2500min/5 . 2 max mmmV min/1500 max rn 經(jīng)計(jì)算得 67 . 1 0 L min/ 7 . 4166/ 5 . 21000rn T 為使用壽命時(shí)間，查表得 hT15000 因此 L=60 416.7 15000/10 =36036010/15000 7 . 41660 6 L 6 為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查得 w f2 . 1 w f 為硬度系數(shù)，查得

14、h f0 . 1 h f 所以 10677.51250.81.01.2375 3 C 最大靜載荷的計(jì)算 0 C （2-9） md0 ffC 為靜態(tài)安全系數(shù)， 取 d f2 d f 所以 2501.61250.82 0 C （4）滾珠絲杠的選型 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠C 7 的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑為,型號為，其BFC1mm32 21 5632EBFC 額定動(dòng)載荷是，所以強(qiáng)度足夠用。N10689 （5）傳動(dòng)效率的計(jì)算 （2-10） )(tan tan 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)，取10 所以： 0 0 00 94.9)1025(

15、3tan/ 253tan （6）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠螺母副的軸向剛度會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，由于軸 向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機(jī)床定位精度的一半，滾珠絲杠在工作 負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為：)m( 0 L （2-11） C GJ TL EA FL L 2 2 00 0 式中：為絲杠截面積A （2-12） 2 1 d 4 1 A 導(dǎo)程：6mmP 螺旋角：2530 滾珠直徑：mm175. 3d0 公稱直徑：32mm 0 D 滾道半徑：mmR651 . 1 175 . 3 52 . 0 0.52d0 偏心率：mm 2- 0 104.5) 2 3.175 -(

16、1.6510.707) 2 d -(R707 . 0 e 絲杠內(nèi)徑：mmReD78.28651 . 1 2-105 . 42322-2d 2- 01 48- -34 1 a 1037 . 3 64 )10(28.7814. 3 64 m d I 由以上條件求得 24-2 m106.50.028783.14 4 1 A 為絲杠的極慣性矩 C J 8- 44 1 107 . 6 32 02878. 014 . 3 32 d C J 為絲杠切變模量 G a 83.3GPG 8 為轉(zhuǎn)矩 T1.25)1025(3tan 2 1032 1250.8)(tan 2 0 -3 0 D FT m mN 有上述計(jì)

17、算結(jié)果得：（2-13） C GJ TP EA PF L 2 2 0 所以 m105.73 106.71083.33.142 1.25)106( 106.510306 1250.8106 -8 2- 8-9 2-3 4-9 -3 0 L 絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： m L L IL5.73 106 105.73 0.6 3- -2 0 絲杠允許的誤差為，所以剛度足夠。m15 （7）穩(wěn)定性的驗(yàn)算 絲杠不發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 （2-14） 2 2 l)( a cr EI F 為長度系數(shù)，=2/3。 所以 NFcr 6 . 427795 0.6) 3 2 ( 1037.

18、31020614 . 3 2 8-92 安全系數(shù) 342 8 .1250 6 .427795 m cr F F S 查表得 ,所以絲杠是穩(wěn)定的，經(jīng)驗(yàn)算，性能符合要求，可以使35 . 2SSS 用。 （8)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電 機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī) 最基本的原則介紹如下： 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載力矩的作用下，轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角時(shí)，所做的功為： 0 T 9 （2-15） 2 360 0 TWD 工作臺(tái)克服負(fù)載 F，位移所做的功為： （2-16） FWa 根據(jù)能量守恒原理，其中味電機(jī)的傳動(dòng)效率。

19、 aD WW0.964 所以： mmN F T 8 . 991 964 . 0 75. 014 . 3 2 8 .125001. 0360 2 360 0 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： ，安全系數(shù)為 0.4 6 . 0-3 . 0 0 T Tq 所以 N T Tq 6 . 2479 4 . 0 8 .991 4 . 0 0 電機(jī)選擇三相六拍工作方式，查表得 866 . 0 max T Tq 所以 2 .2863 max T 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 Hz V f 7 . 4166 01 . 0 60 5 . 21000 60 1000 max max 根據(jù)以上條件，選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 110BF003 傳動(dòng)比25.

20、1 01. 0360 675. 0 360 0 p L i 模數(shù) 齒寬 mmm2mmb20 0 20 mmmZd64322 11 mmmZd80402 22 mmhadda68*2 1 1 mmhadda84*2 2 2 mm dd a72 2 8064 2 21 10 工作臺(tái)的質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 23-22p 108 . 1 100 1 30) 0.753.14 0.01180 () 180 (mkgWJm 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 22- 434 1019 . 1 32 6 . 003 . 0 108 . 714 . 3 32 mkg ld Js 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mkg ld Jz 3

21、- 434 1 1057 . 2 32 2 . 0064 . 0 108 . 714 . 3 32 1 2 23- 434 2 1027. 6 32 2 . 008. 0108 . 714. 3 32 2 mkg ld Jz 總傳動(dòng)慣量為 26- 22-3- 2 3- 2 z 2 1046 . 1 800) 1.253.142 0.006 ()101.1910(6.27 25 . 1 1 1057 . 2 ) 2 p ()( 1 21 mkg m i JJ i JJ szd 所以，慣量匹配合理。 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的力矩為： （2-17） 0 MMMM fat 最大切削負(fù)載所需的力矩為： （2

22、-18） 0 MMMM fat t M 快速進(jìn)給時(shí)所需的力矩為 （2-19） 0 MMM f 式中：為空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 max M 為折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 r M 為由絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩 0 M 11 為切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 at M 為折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 t M （2-20）mN T J M N n 4- 10 6 . 9 當(dāng)時(shí)， max nn aa MM max min/83.520 6 25 . 1 2500 0 max max r L iV n mNMa 2531 . 0 03 . 0 6 . 9 83.52010

23、46 . 1 6- max 當(dāng)時(shí)， t nn ata MM min/88.24 68014 . 3 25 . 1 3 . 01001000 1000 00 r L f D v L fn n i i t 主 mNMat 1261 . 0 03. 06 . 9 88.241046 . 1 6- ii f wLfLF M 2 2 000 當(dāng)，時(shí)0.816 . 0 f mNM f 1223. 0 25. 18 . 014. 32 6 . 08016 . 0 )-1 ( 2 2 0 00 0 i LP M 當(dāng)時(shí)，預(yù)加載荷，則：0.9 x FP 3 1 0 mN LF M i 0462 . 0 25 .

24、1 8 . 014 . 3 2 100.9)-(138.76 )-(1 2 2-2 2 0 00 0 7297. 0 25 . 1 14. 32 106 . 038.76 2 2- 00 i t LF M mN 所以，快速空載所需力矩 12 0max MMMM fa 0.43160.04620.12230.2631mN 最大切削負(fù)載時(shí)所需的力矩 tfat MMMMM 0 1.0250.72970.04620.12230.1261mN 快速進(jìn)給所需的力矩 0 MMM f 0.16850.04620.1223mN 由以上可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) 262. 0 max MmN 根據(jù)以上計(jì)算

25、結(jié)果可知，步進(jìn)電機(jī)滿足工作要求。 13 2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡單,一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū) 動(dòng)滾珠絲杠,使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī) 床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 2.2.2 滾珠絲杠的計(jì)算與選擇 （1）切削力的計(jì)算 車削外圓的切削抗力、和。主切削力與切削速度 V 的方向一致，垂 x F y F z F z F 直向下，是計(jì)算車床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)，切深抗力與縱向進(jìn)給方向垂 y F 直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量，進(jìn)給抗力與進(jìn)給方向平行且相反指向，

26、設(shè) x F 計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要用到它，橫向進(jìn)給約為縱向進(jìn)給量的，取，31212/1 則橫向進(jìn)給切削力約為縱向的。2/1 NFz8 .763 2 6 . 1527 取 NFF zy 9 . 3818 .7635 . 05 . 0 NFF zx 5 . 305 8 . 7634 . 04 . 0 （2）滾珠絲杠的計(jì)算 牽引力由公式計(jì)算： m F f()（2-21） xm KFFGFF yz 2 式中： 、為切削分力（N） x F y F z F 為顛覆力矩的實(shí)驗(yàn)系數(shù)K 為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù) f 為移動(dòng)部件重量G ，取05 . 0 03. 0f05 . 0 f 4 . 1K 所以 519.08N)3

27、009 .3812(763.805 . 0 5 .3054 . 1 m F 14 （3）最大動(dòng)載荷的計(jì)算 由機(jī)電設(shè)計(jì)手冊查得，最大動(dòng)載荷 C 由此公式計(jì)算： （2-22） mhw 3 fffLC 式中： L：工作壽命，L=，n 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，初步計(jì)算導(dǎo)程。 6 10 n60T max max 0 n V L 為工作臺(tái)的快進(jìn)速度，為絲杠最大轉(zhuǎn)速。 max V max n 取 min/1000 max mmV min/1500 max rn 經(jīng)計(jì)算得 67 . 0 0 L min/2005/ 11000rn T 為使用壽命時(shí)間，查表得 hT15000 因此 18010/1500020060 6

28、 L 為硬度系數(shù)，查得 h f0 . 1 h f 所以 NC5175.09763.81.01.2180 3 最大靜載荷的計(jì)算 0 C （2-23） md0 ffC 為靜態(tài)安全系數(shù)， 取 d f2 d f 所以 NC1527.6763.82 0 （4）滾珠絲杠的選型 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載 C 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī) 床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1 型滾珠絲杠，滾珠絲杠直徑為,型號為，其額定動(dòng)mm20 載荷是 8630N，所以強(qiáng)度足夠用。 15 （5）傳動(dòng)效率的計(jì)算 （2-24） )(tan tan 式中：為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)，取10 所以： % 9 . 92)10

29、33(4tan/ 334tan 00 （6）剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠螺母副的軸向剛度會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，由于軸 向剛度不足引起的軸向變形量一般不應(yīng)大于機(jī)床定位精度的一半，滾珠絲杠在工作 負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量為：)m( 0 L （2-25） C GJ TL EA FL L 2 2 00 0 式中：A 為絲杠截面積 2 1 d 4 1 A 導(dǎo)程：6mmP 螺旋角：2530 滾珠直徑：mm175. 3d0 公稱直徑：32mm 0 D 滾道半徑：mmR651 . 1 175 . 3 52 . 0 0.52d0 偏心率：mm 2- 0 104.5) 2 3.175 -

30、(1.6510.707) 2 d -(R707 . 0 e 絲杠內(nèi)徑：mmReDd79.16651. 12-105 . 42202-2 2- 01 29- 4-34 1 109 . 3 64 )10(16.7914. 3 64 m d Ia 由以上條件求得 24-2 m102.210.016793.14 4 1 A 為絲杠的極慣性矩 C J 9- 44 1 108 . 7 32 01679 . 0 14 . 3 32 d Jc 為絲杠切變模量 G a 83.3GPG 16 為轉(zhuǎn)矩 Tm0.63N)1033(4tan 2 1020 763.8)(tan 2 0 -3 0 D FT m 有上述計(jì)算

31、結(jié)果得：（2-26） C GJ TP EA PF L 2 2 0 所以 mL 2- 8-9 2-3 4-9 3- 0 101 .10 108 . 7103 .8314 . 3 2 63 . 0 )10(6 1021. 210206 8 . 763106 絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為： m L L IL84 . 3 106 10 1 . 10 19 . 0 3- 2- 0 絲杠允許的誤差為，所以剛度足夠。m15 （7）穩(wěn)定性的驗(yàn)算 絲杠不發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 （2-27） 2 2 l)( a cr EI F 為長度系數(shù)，。3/2 所以 NFcr4950750 0.19)

32、 3 2 ( 109 . 31020614 . 3 2 8-92 安全系數(shù) 7 . 6481 8 . 763 4950750 m cr F F S 查表得 ,所以絲杠是穩(wěn)定的，經(jīng)驗(yàn)算，性能符合要求，可以使35 . 2SSS 用。 (8)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 為了滿足需要，所以步進(jìn)電機(jī)時(shí)通過兩對降速齒輪與絲杠連接的。 減速器傳動(dòng)比25 . 1 01. 0360 675 . 0 360 0 p L i 取,模數(shù) ,齒寬 , 16 1 Z20 2 Zmmm2mmb20 0 20 17 mmmZd32 11 mmmZd40 22 mmhadda36*2 11 mmhadda44*2 22 56mm)/2(

33、21 dda 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載力矩的作用下，轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角時(shí)，所做的功為： 0 T （2-28） 2 360 0 TWD 工作臺(tái)克服負(fù)載 F，位移所做的功為： （2-29） FWa 根據(jù)能量守恒原理，其中味電機(jī)的傳動(dòng)效率。 aD WW0.964 所以： 9 . 495 964 . 0 75 . 0 14 . 3 2 8 . 76301 . 0 360 2 360 0 F TmN 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： ，安全系數(shù)為 0.4 6 . 0-3 . 0 0 T Tq 所以 N75.1239 4 . 0 9 .495 4 . 0 0 T Tq 電機(jī)選擇三相六拍工作方式，經(jīng)查表得 866 . 0 max T Tq

34、 所以 N 6 . 1431 max T 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 Hz V f 7 . 4166 01 . 0 60 5 . 21000 60 1000 max max 根據(jù)以上條件，選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 110BF003 工作臺(tái)的質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 23-22p 108 . 1 100 1 30) 0.753.14 0.01180 () 180 (mkgWJm 18 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 32 019 . 0 019. 0108 . 714 . 3 32 434 ld Js -5 101.8 2 mkg 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3- 434 1 1 1014 . 5 32 2 . 0032. 010

35、8 . 714 . 3 32 ld Jz 2 mkg 2- 434 2 2 1025 . 1 32 2 . 004 . 0 108 . 714 . 3 32 ld Jz 2 mkg 總傳動(dòng)慣量為 300 1.252 0.006 101.8101.25 1.25 1 105.18 25-2- 2 3- ）（）（ -6 101.34 2 mkg 轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 min/83.520 6 25 . 1 2500 0 max max r L iV n 2423 . 0 03 . 0 6 . 9 83.5201034 . 1 10 6 . 9 6- 4- max max T Jn MamN min/11

36、.22 366014. 3 515 . 0 10010001000 00 r DL vf L nf n ii t 0103. 0 03. 06 . 9 11.221034. 1 6- at MmN 432. 0 58 . 014. 32 36 . 0302 . 0 2 2 000 ii f wLtLF M cmkgf 0.043mN 19 0.17)0.9-(1 50.83.146 0.30.638.19 )-(1 6 22 0 0 0 i yL F Mcmkgf 0.017mN =0.27474. 2 58 . 014 . 3 2 36 . 019.38 2 0 i y t LF M cmk

37、gf mN 所以，快速空載所需力矩 0max MMMM fa 0.30230.0170.0430.2423mN 切削時(shí)所需的力矩為： 0 MMMM fat t M 34480.2740.0170.04320.0106mN 快速進(jìn)給時(shí)所需的力矩為 0 MMM f 0.060.0170.043mN 由以上可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) 3448. 0 max MmN 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，步進(jìn)電機(jī)滿足工作要求。 20 2.3 機(jī)床導(dǎo)軌改造 臥式車床上的運(yùn)動(dòng)部件，如刀架、工作臺(tái)都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動(dòng)的。導(dǎo)軌就 是支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定 的方向運(yùn)動(dòng)。

38、導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，直接影響機(jī)床的加 工精度、承載能力和使用性能。 數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系 數(shù)接近，因而運(yùn)動(dòng)靈活輕便，低速運(yùn)行時(shí)不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價(jià)格貴。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控一般不使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，將太大增加 機(jī)床床身的改造工作量 和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo) 軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。普通機(jī)床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵鑄 鐵或 鑄鐵淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化 而變化，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動(dòng)導(dǎo)

39、軌的 上述缺點(diǎn)，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。貼 塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動(dòng)靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬 傷能力強(qiáng)、加工性和化學(xué)性能穩(wěn)定，且有良好的自潤滑性和抗振性，加工簡單，成 本低。 目前應(yīng)用較多的聚四氟乙?。≒TEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的 TwrciteB 和我 國生產(chǎn)的 TSF 軟帶材料，此種軟帶厚度為 0.8 、1.6 、3.2 等幾種規(guī)格?？?慮承載變形，宜厚度小的規(guī)格，如果考慮到加工余量，選用厚度為 1.6 為宜。貼 塑軟帶粘貼工藝非常簡單，可直接粘結(jié)在原有的滑動(dòng)導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限 制，各種組合形式的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)

40、前按導(dǎo)軌精度要求對金屬導(dǎo)軌面進(jìn)行 加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長度放大 34，切下貼塑軟帶。金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面 應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)，加壓固化，待其完全固化后進(jìn)行修整加工。 作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進(jìn)行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足 裝配要求。 21 3.電氣部分的設(shè)計(jì) 3.1 硬件基本組成 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整體的工作性能，有了硬件， 軟件才能有效的運(yùn)行，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由大致四部分組成： 1）中央處理單元 CPU，CPU 采用 8051 芯片。 2）總線。包括地址總線（AB）,數(shù)據(jù)總線（DB）和控制總線（CB） 。 3）存儲(chǔ)器。只

41、讀可編程存儲(chǔ)器和隨即讀寫存儲(chǔ)器。 4）I/O 接口電路。 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)算處理和控制各個(gè)部分電路 協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口是系統(tǒng)與外界信息交換的橋梁?？偩€是 CPU 與存儲(chǔ)器，接口以及其它轉(zhuǎn)換電路 連接的紐帶。 3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) CPU 采用 8051 芯片，選用外部存儲(chǔ)器。8051 的引腳功能分為四部分。 1、主電源引腳 VCC 和 VSS VCC（40 腳）接+5V 電壓； VSS（20 腳）接地。 2、外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（19 腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片

42、機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的 輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對 HMOS 單片機(jī)，此 引腳應(yīng)接地；對 CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2（18 腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大 器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對 HMOS 單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號，即 把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對 XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 3、控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPP RST/VPD（9 腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使 單片機(jī)復(fù)位。推薦在

43、此引腳與 VSS 引腳之間連接一個(gè)約 8.2k 的下拉電阻，與 VCC 引 腳之間連接一個(gè)約 10F 的電容，以保證可靠地復(fù)位。 VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) VCC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍（50.5V）內(nèi)，VPD 就 22 向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。 ALE/PROG（30 腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于 鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE 端仍以不變的頻率周期性地出 現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或 用于定時(shí)目的。然而

44、要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈 沖。ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入電路。 對于 EPROM 單片機(jī)（如 8751） ，在 EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖 （PROG） 。 PSEN（29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號。在從外部程序 存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在此期間，每當(dāng)訪 問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸 收或輸出）8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入。 EA/VPP（引腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部

45、程序存儲(chǔ)器，但在 PC（程 序計(jì)數(shù)器）值超過 0FFFH 或 1FFFH 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對于 常用的 8051 來說，所以 EA 腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。 4、輸入/輸出（I/O）引腳 P0、P1、P2、P3（共 32 根） P0 口（39 腳至 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址 總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。 P1 口（1 腳至 8 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。由于這種

46、接口輸出沒有高阻狀 態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向 I/O 口。P1 口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù)載。對 8052、8032，P1.0 引腳的第二功能為 T2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的 外部輸入，P1.1 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2 的外部控制端。對 EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址。 P2 口（21 腳至 28 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可 以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗(yàn)證期間， 它接收高 8 位地址。P2 可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)

47、 LS 型的 TTL 負(fù)載。 P3 口（10 腳至 17 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口，在 MCS-51 中，這 8 個(gè)引腳還 用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3 能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) LS 型的 TTL 負(fù) 載。 作為第一功能使用時(shí)，就作為普通 I/O 口用，功能和操作方法與 P1 口相同。 作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。 值得強(qiáng)調(diào)的是，P3 口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3.0 10 RXD（串行輸入口） 23 P3.1 11 TXD（串行輸出口） P3.2 12 INT0（外部中斷 0） P3.3 13 INT1（外部中斷 1）

48、 P3.4 14 T0（定時(shí)器 0 外部輸入） P3.5 15 T1（定時(shí)器 1 外部輸入） P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖） P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 采用 74LS138 譯碼器的輸出作為片選信號。 當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2)和/(E3)）為低電平時(shí)， 可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在 Y0 至 Y7 對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 比如：A2A1A0=110 時(shí)，則 Y6 輸出端輸出低電平信號。 1、利用 E1、E2 和 E3 可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還 可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 3、若將選通

49、端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138 還可作數(shù)據(jù)分配器 。 4、可用在 8086 的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。 74LS373 為三態(tài)輸出的透明鎖存器，輸出端 O0O7 可直接與總線相連。 當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，Q0Q7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng) 負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，Q0Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總 線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流 和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 引出端符號： D0D

50、7 數(shù)據(jù)輸入端 OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE 鎖存允許端 Q0Q7 輸出端 27256 是 32K*8 字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V 供電， 工作電流為 100mA，維持電流為 40mA，讀出時(shí)間最大為 250nS，28 腳雙列直插 式封裝。 27256 各引腳的含義: A0 一 A15：16 根地址輸入線。用于尋址片內(nèi)的 32K 個(gè)存儲(chǔ)單元。 D0D7：8 根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線。編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。 24 OE：輸出允許信號。低電平有效。當(dāng)該信號為 0 時(shí)，芯片中的數(shù)據(jù)可由 D0D7 端輸出。 CE：選片信號。低電平有效。當(dāng)該信號為 0 時(shí)表示

51、選中此芯片。 PGM:編程脈沖輸入端。對 EPROM 編程時(shí)，在該端加上編程脈沖。讀操作時(shí) 該信號為 1。 VPP：編程電壓輸入端。編程時(shí)應(yīng)在該端加上編程高電壓，不同的芯片對 VPP 的值要求的不一樣，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V 等。 62256 的容量為 32KB,是 28 引腳雙列直插式芯片，采用 CMOS 工藝制造。操 作方式由 OE,WE, CE1 , CE2 的共同作用決定 寫入：當(dāng) WE 和 CE1 為低電平，且 OE 和 CE2 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器 打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線 D7D0 寫入被選中的存儲(chǔ)單元。 讀出：當(dāng) OE 和 CE1 為低電平，且 WE

52、和 CE2 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器 選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線 D7D0 上。 保持：當(dāng) CE1 為高電平，CE2 為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù) 據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 A12A0（address inputs）：地址線，可尋址 32KB 的存儲(chǔ)空間。 D7D0（data bus）：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。 OE（output enable）：讀出允許信號，輸入，低電平有效。 WE（write enable）：寫允許信號，輸入，低電平有效。 CE1（chip enable）：片選信號 1，輸入，在讀/寫方式時(shí)為低電平。 CE2（chip enable）：片選信號 2，輸入，在讀/

53、寫方式時(shí)為高電平。 VCC：+5V 工作電壓。 GND：信號地。 8279 特性 8279 能自動(dòng)完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。鍵盤控制部分提供一種掃描工 作方式，可與 64 個(gè)按鍵的矩陣鍵盤連接，能對鍵盤進(jìn)行自動(dòng)掃描、自動(dòng)消抖、自動(dòng) 識(shí)別出按下的鍵并給出編碼，能同時(shí)按下雙鍵或鍵實(shí)行保護(hù)，其接收鍵盤上的輸 入信息存入內(nèi)部 FIFO 緩沖器，并可在有鍵輸入時(shí)向 CPU 請求中斷。8279 提供了按 掃描方式工作的顯示接口，其內(nèi)部有一個(gè) 168 的顯示緩沖器，能對 8 位或 16 位 LED 自動(dòng)進(jìn)行掃描，將顯示緩沖器的內(nèi)容在 LED 上顯示出來。 8279 通過 74LS138 譯碼器擴(kuò)展 8

54、4 鍵盤、6 位顯示器。由 3-8 譯碼器對 SL0 SL2 譯出鍵掃描線，由另一 3-8 譯碼器譯出顯示器的位掃描線，并采用了編碼掃 描方式。為了防止出現(xiàn)重鍵現(xiàn)象，掃描輸出線高位 SL3 不參加鍵掃描譯碼。CPU 對 8 279 的監(jiān)視采用了查詢方式，故 8279 的中斷請求信號 IRQ 懸空未用。 25 8279 的引腳功能： 采用單5V 電源供電，40 腳封裝。 DB0DB7:雙向數(shù)據(jù)總線，用來傳送 8279 與 CPU 之間的數(shù)據(jù)和命令。 CLK:時(shí)鐘輸入線，用以產(chǎn)生內(nèi)部定時(shí)的時(shí)鐘脈沖。 RESET:復(fù)位輸入線，8279 復(fù)位后被置為字符顯示左端輸入，二鍵閉鎖的觸點(diǎn)回 彈型式，程序時(shí)鐘

55、前置分頻器被置為 31,RESET 信號為高電平有效。 S:片選輸入線，低電平有效，單片機(jī)在 CS 端為低時(shí)可以對 8279 讀/寫操作。 A0:緩沖器低位地址，當(dāng) A0 為高電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)，當(dāng)為 低電平時(shí)，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。 RD:讀信號輸入線，低電平有效，將緩沖器讀出，數(shù)據(jù)送往外部總線。 WR:寫信號輸入線，低電平有效，將緩沖器讀出，將數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)總線寫入 8 279 的緩沖器。 常用的顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管和 1 個(gè)米字管組成，其中 7 個(gè)發(fā)光二極管控制 7 個(gè)筆畫的亮或暗。本設(shè)計(jì)中運(yùn)用靜態(tài)顯示，作為 MCS-51 串行口方式 0 輸出的應(yīng)用， 我們可以在串

56、行口上擴(kuò)展多片串行輸入并行輸入并行輸出的位移寄存器 7404 作為靜 態(tài)顯示接口。 3.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)一般由兩個(gè)部分組成，即管理軟件和控制軟件。管理軟件一般又稱為 監(jiān)控軟件，其作用是進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并提供基本操作管理，控制軟件的作用是根 據(jù)用戶編制的加工程序，控制機(jī)床運(yùn)行，軟件是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根 據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)軟件。 8051 單片機(jī)作為中央處理單元構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，其軟件設(shè)計(jì)主要包括：中央處 理單元，步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，有關(guān)寄存器等初始化程序，鍵盤處理，顯示，報(bào)警，急 停等功能程序。 系統(tǒng)啟動(dòng)后，開始初始化操作，初始化包括單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化，8255 I/O

57、 口初始化，鍵盤數(shù)據(jù)區(qū)初始化，顯示緩沖區(qū)初始化，各種軟件標(biāo)志初始化等操 作，然后根據(jù)輸入信息，判別運(yùn)行的方式，執(zhí)行手動(dòng)或自動(dòng)功能。 8279 的 OUTA0-OUTA3 和 OUT0-OUT3 作為顯示器位選信號，顯示器的段選信號則 由 8279 的 SL0-SL2 發(fā)出。8279 的 RL0-RL3 是鍵盤掃描輸入。 8255 的 PC0-PC5 接控制面板上的按鈕開關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)，暫停，單段運(yùn)行，連續(xù) 運(yùn)行，急停等操作功能。 26 復(fù)位 將顯示 RAM 清零 設(shè)置鍵盤顯示器工作方式，左 邊輸入雙鍵互鎖外部譯碼掃描 設(shè)置時(shí)鐘 20 分頻 顯示字符 P 表示正常工作 將 IBDFF 置空 調(diào)用讀

58、鍵盤子程序 （50H）=1 調(diào)用步進(jìn)電機(jī)子程序 （51H）=1 調(diào)用越程報(bào)警子程序 （52H）=1 數(shù)字鍵處理 調(diào)用步進(jìn)電機(jī) 子程序入口 50H=1 數(shù)字鍵處理 52H=1 調(diào)用越程報(bào)警子 程序 51H=1 （橫向） 30H=1？ （縱向） 40H=1？ 橫向工作臺(tái) 工作 縱向工作臺(tái) 工作 返回 系統(tǒng)控制軟件流程圖 27 系統(tǒng)初始化程序 系統(tǒng)上電或復(fù)位后，系統(tǒng)軟件進(jìn)行初始化處理。當(dāng)開機(jī)后系統(tǒng)受到干擾后，系 統(tǒng)的各個(gè)部分可能處于隨機(jī)狀態(tài)，必須用初始化程序?qū)τ嘘P(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)，對 有關(guān)寄存器、存儲(chǔ)器單元設(shè)置常數(shù)或清零，然后系統(tǒng)才能工作。 地址分配 8255 芯片：8000H9FFFH；8279

59、芯片：A000HBFFFH 8255 芯片初始化 PA 輸入，PB 口輸入，PC 口高低位均輸出。 方式控制字：10011000 98H PA 口地址：8FFCH 、PB 口地址：8FFDH 、PC 口地址：8FFEH 控制字寄存器地址：8FFFH 8279 初始化 命令狀態(tài)口地址：1010111111111111AFFFH 數(shù)據(jù)口令地址： 1010111111111110AFFEHA 操作指令字： 0000100008H （16 個(gè)字符現(xiàn)實(shí)左入口編碼，掃描鍵盤，雙鍵互鎖） 時(shí)鐘編程命令字：0011010034H 讀 FIFO RAM 命令字：010000040H 寫顯示緩沖器 RAM：100

60、1000090H 清除命令字：11010001101H 寄存器相關(guān) 地址寄存器 R1、R0，工作寄存器 R0R7。 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是： 判斷旋轉(zhuǎn)方向和按順序傳送控制脈沖，判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢； 程序清單如下： MASTER:MOVDPTR,#AFFFH;設(shè)置指針 AFFFH 為 8279 命令狀態(tài) 口 地址 MOVA,#011H;送入清零命令字 MOVXDPTR,A;熄滅顯示器 LP:MOVXA,DPTR;讀狀態(tài)字 JBACET，LP MOV A， #08H;鍵盤顯示器工作命令（ 置 8279 左端 輸 入外部譯碼器掃描，雙鍵互鎖） 28 MOVXDP

61、TR A MOVA,#34H;20 分頻 MOVXDPTR,A MOVXA,#73H;73H 為字符 P 的代碼 MOVDPTR,#AFFEH;AFFFH 為 8279 數(shù)據(jù)寄存器口地址 MOVXDPTR,A;顯示字符 P MOVR5,#80H;R5 作 IBOFF，設(shè)為空 ACALLRDKB;調(diào)用讀鍵盤子程序 V ADDA ,#0D1H;A 中為 FIFO 的數(shù)據(jù) JCORDER,KEY;若0 為命令 AJMPNUMBER,KEY;否則轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)鍵 MOVA,R5;取 IBOFF 中的內(nèi)容 JBACC.7,PDK10;為空脫離循環(huán) MOVR5,#80H;否則將 IBOFF 置空 CLKEX1;關(guān)

62、 INT1 中斷 RET;返回 SETBEA;中斷開放 SETBEX1;允許 INT1 中斷 AJMPRDKB;循環(huán)等待 ORG0013H;INT 中斷入口 PUSHPSW;程序狀態(tài)寄存器入棧 PUSHDPH;數(shù)據(jù)指針高位入棧 PUSHDPL;數(shù)據(jù)指針低位入棧 PUSHA;累加器 A 入棧 MOVDPTR,#AFFFH MOVA,#40H;控制字送累加器 MOVXDPTR,A;發(fā)讀 FIFO 命令 MOVDPTR,#AFFFH MOVXA,DPTR MOVR5,A;將字符送入數(shù)據(jù)寄存器 POPA;A 出棧 POPDPL POPDPH POPPSW RET1;返回 29 總結(jié) 四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對機(jī)械電子工程方面的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)而 又全新的 的認(rèn)識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們學(xué)習(xí)中最后一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的 設(shè)計(jì)任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知 識(shí)情況進(jìn)行了全面而又直觀的檢測。 為了能夠較好