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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 1 前言 國(guó)外利用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制加工是從 40 年代開(kāi)始的 1952 年美國(guó)麻省理工 學(xué)院在一臺(tái)立式銑床上裝了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng) 成功地實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制三軸的運(yùn) 動(dòng) 它成了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床 此后 從 60 年代開(kāi)始 其他一些工業(yè)國(guó)家如 德國(guó) 日本等陸續(xù)地開(kāi)發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床 1974 年微處理機(jī)直接用于數(shù)控機(jī) 床 進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展 隨著數(shù)控機(jī)床的功能越來(lái)越完 善 可靠性和性能越來(lái)越高 它在制造業(yè)中逐漸擔(dān)當(dāng)了越來(lái)越重要的角色 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從 1958 年開(kāi)始的 經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展 直至 80 年代 后引進(jìn)了日本 美國(guó) 西班牙等國(guó)數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后 我國(guó)的數(shù)控技術(shù)才 有質(zhì)的飛躍 應(yīng)用面逐漸鋪開(kāi) 數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展 市場(chǎng)需求變的越來(lái)越多樣化 多品種 中小批量甚 至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重 普通機(jī)床已越來(lái)越不能滿(mǎn)足現(xiàn)代加工工藝及提高勞 動(dòng)生產(chǎn)率的要求 如果設(shè)備全部更新替換 不僅資金投入太大 成本太高 而且原 有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi) 如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快 特別是微電子技術(shù)和 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快 應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上 它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度 又能 提高加工精度 所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造 這樣既可以提高 加工生產(chǎn)率 改善加工工藝 還可以減少資金投入 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 縮短訂 購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期時(shí)間 實(shí)踐已經(jīng)證明普通車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造具有重 大的實(shí)際價(jià)值 為此 在舊有車(chē)床上進(jìn)行數(shù)控改造有著較好的市場(chǎng)前景 本課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐 將 CA6140 型普通車(chē)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床 應(yīng)能 實(shí) 現(xiàn) CA6140 車(chē)床原有功能 在機(jī)床的精度 性能等方面除保持原來(lái)狀況外還有所提 高 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求 a 橫向 X 向 進(jìn)給脈沖當(dāng)量為 0 005mm 脈沖 b 進(jìn)給速度范圍 向 3 1000mm min 無(wú)級(jí)調(diào)速 快進(jìn)速度 X 向 1000 3000mm min 內(nèi)任意設(shè)定 c 原車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)予以保留 橫向進(jìn)給系統(tǒng)由微機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制 兩軸聯(lián) 動(dòng) d 刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 具有切削螺紋的功能 e 改造方便 成本低 該設(shè)計(jì)的總體思路是采用以 8031 單片機(jī)為核心的數(shù)控裝置控制加工過(guò)程 微 機(jī)通過(guò) I O 接口發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖 經(jīng)過(guò)光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路 驅(qū)動(dòng) 控制線(xiàn)路接受來(lái)自數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào) 并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn) 電機(jī)各定子繞組依次通電 斷電的信號(hào) 使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾 珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) 從而使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng) 實(shí)現(xiàn)縱向 橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 由于步進(jìn)電機(jī) 需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高 電流較大 如果將 I O 輸出信號(hào)直接與功率放大器相連 將 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 2 會(huì)引起強(qiáng)電干擾 輕則影響單片機(jī)程序運(yùn)行 重則導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞 所 以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路 實(shí)現(xiàn)電氣隔離 2 總體方案設(shè)計(jì) 由于該設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 在考慮具體方案時(shí) 應(yīng)遵守的基本原則是在滿(mǎn) 足使用要求的前提下 對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少 以降低成本 2 1 機(jī)械部分改造 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 拆掉原手動(dòng)刀架和小拖板 安裝上數(shù)控刀架 拆掉普通 絲桿 光桿進(jìn)給箱和溜板箱 換上滾珠絲杠螺母副 保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu) 用于調(diào)整操 作 原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留 采用一級(jí)齒輪減速 步進(jìn)電機(jī) 齒輪箱體安裝在中拖 板的后側(cè) 2 2 數(shù)控系統(tǒng)部分設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng) 點(diǎn)位直線(xiàn)控制系統(tǒng) 連續(xù) 輪廓 控制 系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求 CA6140 車(chē)床要加工復(fù)雜零件輪廓 其各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有著確定 的函數(shù)關(guān)系 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng) 采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制 因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 設(shè)計(jì)制造容易 控制精度較好 容易調(diào)試 價(jià)格便宜 使用維修方便等優(yōu)點(diǎn) 開(kāi)環(huán)控制多用于負(fù)載 變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中 采用簡(jiǎn)易數(shù)控裝置 以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)在微機(jī)控制下的自動(dòng)加工 其工作原理是 根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案 用規(guī)定的代碼和程序格式編寫(xiě)加 工程序 通過(guò)數(shù)控裝置上的鍵盤(pán)輸入微機(jī) 微機(jī)在監(jiān)控程序的管理下工作 并通過(guò) 專(zhuān)用控制程序 把用戶(hù)加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號(hào) 經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放 大后驅(qū)動(dòng)縱橫向二臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 通過(guò)機(jī)械接口傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)刀架縱 橫兩個(gè)方 向的頻率 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架由單片機(jī)發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令 由自動(dòng)刀架驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)三 相電機(jī)使刀架松開(kāi) 抬起 旋轉(zhuǎn)后再自動(dòng)鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換刀過(guò)程 該經(jīng)濟(jì)型微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件 微機(jī)通過(guò) I O 接口發(fā)出驅(qū) 動(dòng)脈沖 經(jīng)過(guò)光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路 驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路接受來(lái)自數(shù)控 車(chē)床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào) 并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通 電 斷電的信號(hào) 使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng) 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) 使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng) 光 電 隔 離 微 機(jī) 功 率 放 大 步進(jìn) 電 機(jī) 橫向工作臺(tái) x x 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 圖 2 1 CA6140 車(chē)床數(shù)控改造的總體方案示意圖 綜上所述 本設(shè)計(jì)改造的總體方案為 采用 MCS 51 單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處 理 由 I O 接口輸出步進(jìn)脈沖 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后 帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)縱向 橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 數(shù)控改造后的車(chē)床不僅提高了原車(chē)床的精度和自 動(dòng)化程度 達(dá)到快速調(diào)整且仍能保持車(chē)床的通用性 而且提高了原車(chē)床的功能 利 用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 4 3 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì) 3 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3 1 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái) 以保證同軸度 提高傳動(dòng)精度 3 1 2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件 工作臺(tái)重 根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 W 30kgf 300N 時(shí)間常數(shù) T 25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L 4mm 左旋 行程 S 230mm 脈沖當(dāng)量 0 005mm stepp 步距角 0 75 step 快速進(jìn)給速度 max 1mm min A 切削力計(jì)算 查參考文獻(xiàn) 1 可得知 橫向進(jìn)給量為縱向的 1 2 1 3 取 1 2 則切削力約為縱 向的 1 2 F 1 2 152 76 76 38kgf 763 8N 3 z 1 在切斷工件時(shí) F 0 5F 0 50 76 38 38 19kgf 381 9N 3 zz 2 B 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 a 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌 P KFy f Fz W 3 3 取 K 1 4 f 0 2 則 P 1 4 38 19 0 2 76 38 30 74 74kgf 747 4N 3 4 壽命值 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 L 13 5 3 i610Tin6150 5 最大動(dòng)負(fù)載 Q 1 2 1 74 74 213 55kgf 2135 5N 3 iL35 6 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷 Q 的值 可選擇滾珠絲杠的型號(hào) 查參考文獻(xiàn) 2 可知 選用 型號(hào)為 WL2004 2 5X1B 左 其額定動(dòng)負(fù)荷為 6100N 所以強(qiáng)度足夠用 b 效率計(jì)算 螺旋升角 3 39 摩擦角 10 則傳動(dòng)效率 0 956 3 tg 1038 t g 7 c 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 L 5 96 10 6cm 3 1EFL0 26719 0 214 347 8 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 L 2很小 可忽略 即 L L 所以 1 導(dǎo)程變形總誤差為 L 5 96 10 6 14 9 m m 3 oL104 9 查表知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差 1m 長(zhǎng)為 15 m m 故剛度足夠 d 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同 而支承方式由原來(lái)的一端固定 一端懸空 變?yōu)橐欢斯潭?一端徑向支承 所以穩(wěn)定性增強(qiáng) 故不用驗(yàn)算 C 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 a 有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比 i 3 poL 36067 1350 47 10 故取 Z 18 Z 3012 m 2mm b 20mm 20 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 6 d 36mm d 60mm 12 d 40mm d 64mmaa a 48mm b 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JI 2W 2 30 0 01 0 0439kgf cm2 3 p18075 01438 11 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS 7 8 10 4 24 50 0 624kgf cm2 3 12 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 7 8 10 4 3 64 2 0 262kgf cm2 3 1z 13 J 7 8 10 4 64 2 2 022kgf cm2 3 2z 14 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略 因此 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 0439 26 0 624 531122 IZSJJi 1 258kgf cm2 3 15 c 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 n 41607r min 3 maxoLi 43 510 16 M N m 2 23kgf cm 3 max 2184 0025 697418106 944a TiJ 17 3 min 7 341 3 1 rDLfifnoot 主 18 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 m 0 1775kgf cm 3 NMat 0174 025 6917384 19 3 iLFof mNckgfif W 028 287 05 1432 20 3 01 c kgf16 09 58 014369 1i6M22oYo 20 3 mNckgfiLFoYt 179 0 2 58 014329 22 所以 快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 3 cckgfMofa 3 26 63 21 0287 3mx 23 切削時(shí)所需力矩 cm N04 2c kgf40 28 16 0287 14 0tofat 3 24 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 3 cmNckgfMof 03 4 403 16 287 0 25 從以上計(jì)算可知 最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) 2 633kgf cm 26 33N cmaxM 3 1 3 步進(jìn)電機(jī)的選擇 C6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 3 cmNMLoq 285 64 0132 26 電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式 查參考文獻(xiàn) 1 表 7 2 知 3 86 0 imq 27 所以 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 為 iM CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 8 3 28 cmNMqim 01 768 256 0 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 3 Hzfp3 05 1axma 29 為了便于設(shè)計(jì)和計(jì)算 選用 110BF003 型三相六拍步進(jìn)電機(jī) 能滿(mǎn)足使用要求 3 2 數(shù)控車(chē)床的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是指將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī) 械傳動(dòng)鏈及其附屬機(jī)構(gòu) 包括絲杠螺母副 導(dǎo)軌 工作臺(tái)等 在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié) 技術(shù)領(lǐng)域 傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié) 因此 數(shù)控車(chē)床的傳動(dòng)裝置與 普通車(chē)床中傳動(dòng)裝置在概念上有重要差別 它的設(shè)計(jì)與普通車(chē)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不 同 數(shù)控車(chē)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了具有較高的定位精度之外 還應(yīng)具有良好的 動(dòng)態(tài)特性 即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快 穩(wěn)定性要好 為確保數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系 統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性 在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí) 通常提出了無(wú)間隙 低摩擦 高剛度等要求 為了達(dá)到這些要求 采取主要措施如下 a 盡量采用低摩擦的傳動(dòng) 以減少摩擦力 b 鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 c 量消除傳動(dòng)間隙 減少反向死區(qū)誤差 3 2 1 螺旋傳動(dòng) A 概述 螺旋傳動(dòng)主要用來(lái)把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng) 或把直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 其 中 有以傳遞能量為主的傳力螺旋 有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主 并要求有較高傳動(dòng)精度的 傳動(dòng)螺旋 還有調(diào)整零件相互位置的調(diào)整螺旋 螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母 滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu) 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)中 螺旋傳動(dòng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)精密進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 并廣 泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠副傳動(dòng)是在具有螺旋滾道的絲杠和螺母間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠 這些 滾珠作為中間傳動(dòng)件 使螺桿和螺母之間的摩擦由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的一種傳 動(dòng)裝置 它由絲杠 螺母 滾珠及滾珠循環(huán)返回裝置等四個(gè)部分組成 當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng) 螺母移動(dòng)時(shí) 滾珠則沿螺桿螺旋滾道面滾動(dòng) 在螺桿上滾動(dòng)數(shù)圈后 滾珠從滾道的 一端滾出并沿返回裝置返回另一端 重新進(jìn)入滾道 從而構(gòu)成閉和回路 B 滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn) a 傳動(dòng)效率高 摩擦損失小 b 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) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 定位精度高 剛度好 c 啟動(dòng)力矩小 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 無(wú)爬行現(xiàn)象 傳動(dòng)精度高 同步性好 d 有可逆性 可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 也可以從直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng) 即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件 e 磨損小 使用壽命長(zhǎng) 精度保持性好 f 制造工藝復(fù)雜 滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高 表面粗糙度值別 別小 故制造成本高 g 不能自鎖 特別是對(duì)于垂直絲杠 由于中立的作用 下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后 不能立刻停止運(yùn)動(dòng) 所以需要添加制動(dòng)裝置 C 滾珠絲杠副的支承方式 為了滿(mǎn)足高精度 高剛度進(jìn)給系統(tǒng)的需要 必須充分重視滾珠絲杠副支承的設(shè) 計(jì) a 一端固定 一端自由 a 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都很低 b 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 c 軸向剛度小 d 適用于較短的滾珠絲杠安裝和垂直的滾珠絲杠安裝 b 兩端鉸支 a 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 b 軸向剛度小 c 適用于對(duì)剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝 d 對(duì)絲杠的熱伸長(zhǎng)較敏感 e 適用于中等回轉(zhuǎn)速度 c 一端固定 一端鉸支 a 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都較高 適用于中等回轉(zhuǎn)速度 b 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜 c 軸向剛度大 d 適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠安裝 e 推力球軸承應(yīng)安置在離熱源 步進(jìn)電機(jī) 較遠(yuǎn)的一端 d 兩端固定 a 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高 適用于高速回轉(zhuǎn) b 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊 絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊 力 c 軸向剛度最大 d 適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的滾珠絲杠安裝 e 適用于較長(zhǎng)的絲杠安裝 綜上所述 本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠副支承方式由原來(lái)的一端固定 一端懸空 變?yōu)?一端固定 一端徑向支承 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 10 D 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整 滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙 為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度 必須消 除軸向間隙 消除間隙的方法采用雙螺母結(jié)構(gòu) 利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移 使 兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上 用這種方法預(yù)緊 消除軸向間隙時(shí) 應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過(guò)大 預(yù)緊力大會(huì)使空載力矩增加 從而降低 傳動(dòng)效率 縮短使用壽命 此外 還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙 3 2 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) A 軸 CAJJX6140 02 04 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由前面滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)可知 滾珠絲杠的直徑為 20mm 由于絲杠與軸 CAJJX6140 02 04 通過(guò)聯(lián)接套聯(lián)接 考慮到軸的加工方便性和整體的連貫性 軸 CAJJX6140 02 04 的軸身部分直徑與滾珠絲杠的直徑相同 均為 20mm 其長(zhǎng)度根 據(jù)原車(chē)床實(shí)際需要的尺寸而定 軸頸部分直徑為 17mm 圖 3 1 軸 CAJJX6140 02 04 B 軸 CAJJX6140 02 08 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮與軸承內(nèi)經(jīng)的配合 所以該軸兩端支承部分直徑為 17mm 由于該軸需與法 蘭盤(pán)聯(lián)接 而且該軸相對(duì)較長(zhǎng) 因此在設(shè)計(jì)時(shí)為了方便安裝 降低裝配難度 將軸 身部分增加一個(gè)軸肩 直徑適當(dāng)減小 使其有一過(guò)渡 軸身直徑為 15mm 因?yàn)樵撦S 的右端還需安裝一個(gè)透蓋 用雙螺母對(duì)其緊固 軸與透蓋用一鍵使其周向固定 查 參考文獻(xiàn) 3 可知 根據(jù)軸的直徑選用型號(hào)為 GB T1098 1979 的鍵 鍵槽寬度為 3mm 深度為 3 8mm 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 圖 3 2 軸 CAJJX6140 02 08 3 2 3 透蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 透蓋的內(nèi)徑和長(zhǎng)度由與之配合的軸 CAJJX6140 02 08 的直徑和長(zhǎng)度決定 所以 透蓋的直徑為 16mm 長(zhǎng) 33mm 因?yàn)檫x用型號(hào)為 GB T1098 1979 的鍵 查參考文獻(xiàn) 3 可 知 轂 t1 1 4mm 上偏差為 0 1 下偏差為 0 外圓的直徑由法蘭盤(pán)的直徑?jīng)Q定 為 96mm 圖 3 3 透蓋 CAJJX6140 02 01 3 2 4 螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 螺母座的長(zhǎng)度根據(jù)滾珠螺母的長(zhǎng)度而定 螺母座與滾珠螺母通過(guò)鍵進(jìn)行軸向固 定 查參考文獻(xiàn) 4 可知 該鍵型號(hào)選用 GB T1096 1979 4 4 30 滾珠絲杠副通 過(guò)螺母座帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng) 因此螺母座通過(guò)螺釘與工作臺(tái)聯(lián)接 查參考文獻(xiàn) 4 可 知 螺釘型號(hào)選用 GB T70 1985 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 12 圖 3 4 螺母座 CAJJX6140 02 07 3 3 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì) 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵 在進(jìn)行普通車(chē)床的 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造時(shí) 多采用外購(gòu)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 由微機(jī)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架具有重 復(fù)定位精度高 工件剛性好 性能可靠 使用壽命長(zhǎng)以及工藝性好等特點(diǎn) 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架設(shè)計(jì)時(shí) 刀架要能自動(dòng)完成抬起 回轉(zhuǎn) 選位 下降 定位和壓 緊 即要設(shè)計(jì)出合理的機(jī)構(gòu)又要檢測(cè)出個(gè)順序動(dòng)作的電信號(hào) 以便由控制系統(tǒng)加以控 制 刀架的回轉(zhuǎn)常采用微電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿使刀架抬到一定高度時(shí) 由撥塊帶動(dòng)刀 架轉(zhuǎn)動(dòng) 刀架的選位由刀架位置的編碼和微機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn) 這里選用的是 LD4 1 型自動(dòng)刀架 其工作原理是由微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào) 使微電 機(jī)正轉(zhuǎn) 通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體升至一定位置時(shí) 離合轉(zhuǎn)盤(pán)起作用 帶動(dòng) 上刀體旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)到所選刀位 發(fā)信盤(pán)發(fā)出刀位信號(hào) 使微電機(jī)反轉(zhuǎn) 反靠初定位 上 刀體下降 齒牙盤(pán)嚙合 完成精定位 并通過(guò)蝸輪蝸桿 鎖緊螺母 使刀架固緊 當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時(shí) 過(guò)流繼電器動(dòng)作 切斷電源 電機(jī)停轉(zhuǎn) 并向微 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 機(jī)發(fā)出回答信號(hào) 開(kāi)始執(zhí)行下道工序 刀架的動(dòng)作順序簡(jiǎn)明地表示為 微電機(jī) 減速機(jī)構(gòu) 升降機(jī)構(gòu) 上刀體上升轉(zhuǎn)位 信號(hào)符合 粗定位機(jī)構(gòu) 上刀 體下降 精定位 刀體鎖緊 微電機(jī)停轉(zhuǎn) 換刀回答信號(hào) 加工順序執(zhí) 行 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 14 4 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 概述 數(shù)控機(jī)械的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行驅(qū)動(dòng)元件 因此又稱(chēng)為開(kāi)換 步進(jìn)控制系統(tǒng) 由于這種系統(tǒng)不使用位置 速度檢測(cè)和反饋裝置 沒(méi)有閉環(huán)控制系 統(tǒng)中的穩(wěn)定性問(wèn)題 因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 使用維護(hù)方便 可靠性高 制造成本低等 一系列優(yōu)點(diǎn) 適用于精度要求不太高的中小型數(shù)控設(shè)備 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)主要由脈沖分配 器 驅(qū)動(dòng)電源 步進(jìn)電機(jī)組成 步進(jìn)電機(jī)是一種多相脈沖電機(jī) 它的各相繞組必須按一定的規(guī)律輪流供電 步 進(jìn)電機(jī)才能按一定的方向旋轉(zhuǎn) 為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各繞組間有規(guī)律輪流供電 可以采 用硬件邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn) 也可以用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) 單片機(jī)通過(guò)運(yùn)算不斷地向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖分配信號(hào) 這樣就使步進(jìn)電機(jī)朝一 個(gè)方向不斷轉(zhuǎn)動(dòng) 單片機(jī)發(fā)出的脈沖速度快 步進(jìn)電機(jī)也轉(zhuǎn)得快 單片機(jī)發(fā)出的脈 沖速度慢 步進(jìn)電機(jī)也轉(zhuǎn)得慢 這樣單片機(jī)就可以通過(guò)改變輸出脈沖的速度來(lái)改變 步進(jìn)電機(jī)的速度 單片機(jī)還可以通過(guò)改變脈沖分配的順序來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)角變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的進(jìn)退 移動(dòng)速度和位移量 單片機(jī)就是這樣通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的 由于單片機(jī)脈沖輸出的脈沖功率很小 不足以推動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 因而必須有一個(gè) 把脈沖信號(hào)放大到足以推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的放大器 這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 由 于步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)電感性負(fù)載 電流的上升率受電感大小的影響而在高頻運(yùn)行時(shí)扭 矩將有較大的下降 所以在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)提高電流的上升 率以保證運(yùn)行時(shí)有足夠的扭矩 由此可見(jiàn)步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的性能好壞 將對(duì)開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的性能起很重要的作用 CPU I O 接口 光電隔 離 功率放 大 步進(jìn)電 機(jī) RAM ROM 外 設(shè) 鍵盤(pán) 顯示器 圖 4 1 數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 4 2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ) 其性 能的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能 有了硬件 軟件才能有效的運(yùn)行 機(jī)床數(shù) 控系統(tǒng)硬件電路概括起來(lái)由 CPU 總線(xiàn) 存儲(chǔ)器以及 I O 接口四部分組成 其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心 作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作 存 儲(chǔ)器用于存放系統(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 外界進(jìn)行信息交換的橋梁 總線(xiàn)則是 CPU 與存儲(chǔ)器 接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接 的紐帶 是 CPU 與部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路 4 2 1 微機(jī)機(jī)型和擴(kuò)展存儲(chǔ)器的選擇 確定微機(jī)機(jī)型就是選擇 CPU 單片機(jī)價(jià)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 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(hào) 8031 是無(wú) ROM 的 8051 8751 是用 EPROM 代替 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(jì)就采用 8031 單片機(jī) 8031 單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司的產(chǎn)品 MCS 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào) 是目前 性能較高的 8 位單片微型計(jì)算機(jī) 8031 單片機(jī)內(nèi)部包含一個(gè) 8 位 CPU 128 字節(jié)的 RAM 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 四個(gè)八位并行口 一個(gè)全功能串行口 可擴(kuò)展的外部程 序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量為 64K 字節(jié) 具有 5 個(gè)中斷源并配有兩個(gè)優(yōu)先級(jí) 還 有 21 個(gè)特殊功能寄存器 所以 8031 單片機(jī)是一種理想的 8 位微型計(jì)算機(jī) 在各種數(shù)控系統(tǒng)中的到廣泛 的應(yīng)用 8031 單片機(jī)是一個(gè)有 40 根引腳的雙列直插式器件 P0 口 8 位雙向 I O 口 既是數(shù)據(jù)線(xiàn) 又是低 8 位地址線(xiàn) 分時(shí)使用 P1 口 8 位雙向 I O 口 可供用戶(hù)使用的接口 P2 口 8 位雙向 I O 口 系統(tǒng)外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí) 作高 8 位地址線(xiàn)使用 系統(tǒng) 不需要擴(kuò)展時(shí) 也可以供用戶(hù)使用 P3 口 8 位雙向 I O 口 是一個(gè)雙功能口 ALE PROG 訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) 用于鎖存地址線(xiàn)低 8 位字節(jié)的地址鎖存允許 輸出 ALE 提供一個(gè)定時(shí)信號(hào) 在與外部存儲(chǔ)器存取數(shù)據(jù)時(shí)把 P0 口的低位地址字 節(jié)鎖存到外接的鎖存器中 這個(gè)引腳也是 EPROM 編程時(shí)的編程脈沖輸入端 PROG EA VDD EA 為高電平時(shí) CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令 EA 為低電平時(shí) CPU 執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器指令 使用 8031 單片機(jī)時(shí) EA 必須接地 8031 單片機(jī)內(nèi)只有 128 字節(jié)的 RAM 沒(méi)有 ROM 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)需要的程序存 儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量都較大 必須外接程序存儲(chǔ)器 EPROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 芯片 A 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 a 選用 27128 芯片 常用的 EPROM 存儲(chǔ)器有 2716 2732 2764 27128 27256 等 容量分別為 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 16 2K 4K 8K 16K 32K 由于車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制程序和加工程序 采用 16KB 8 的 27128 芯片 可與單片機(jī)所選的 12MHz 時(shí)鐘相匹配 27128EPROM 芯片是一個(gè)有 28 根引腳的雙列直插式集成元件 該芯片共有 14 根 地址線(xiàn) A0 A13 8 根數(shù)據(jù)線(xiàn) D0 D7 其余的為控制線(xiàn) 27128 低八位地址線(xiàn)和 74LS373 的輸出端連接 高六位地址線(xiàn)直接與 8031 的 P2 0 P2 5 連接 它的八位數(shù)據(jù)線(xiàn)直接與 8031 的 P0 口連接 ROM 的尋址范圍為 0000H 3FFFH 并且采用譯碼器 使地址范圍無(wú)重疊區(qū) b 地址鎖存器 74LS373 單片機(jī)規(guī)定 P0 口提供低 8 位地址線(xiàn) 同時(shí)又要作為數(shù)據(jù)線(xiàn) 所以 P0 是一個(gè)分 時(shí)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(lái)保存 提供外接存儲(chǔ) 器的低 8 位地址信息 通常采用 74LS373 作為地址鎖存器 除 74LS373 外 74LS273 8282 8212 等芯片也可用作地址鎖存器 使用時(shí)接 法稍有不同 由于接線(xiàn)稍繁 多用硬件和價(jià)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(hào) ALE 連接 當(dāng)片選端 G 1 時(shí) 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(shí) 輸入的地址信息就被 鎖入 Q1 Q8 中 B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 a 選用 62256 芯片 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用 32K 8 位的 62256 芯片 其地址范圍為 6000H 7FFFH 它的 22 腳當(dāng) CS 為高 自己也在高電平時(shí) 具有自動(dòng)提供刷新 RFSH 的功能 也采用譯碼 器 使其無(wú)重疊區(qū)的地址范圍 b 地址譯碼器 74LS138 外部芯片都通過(guò)總線(xiàn)與單片機(jī)連接 單片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)分時(shí)地與各個(gè)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(gè)地址單元時(shí) 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(chǔ)器統(tǒng)一編址 所以外部芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一定數(shù)量的地址單元 而且要使用讀 寫(xiě)信號(hào)與 讀 寫(xiě)指令完成數(shù)據(jù)傳送 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(hào)作為片選線(xiàn)連至 每個(gè)外部芯片的片選端 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 74LS138 地址譯碼電路輸入端出占用了 8031 單片機(jī)的 P2 5 P2 7 三根高位地 址線(xiàn) 剩余的 13 根地址線(xiàn)用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)地址線(xiàn) 74LS138 譯碼器每一個(gè)輸出 端可接一個(gè)外部芯片的片選端實(shí)現(xiàn)分時(shí)片選控制 因此 一個(gè) 74LS138 譯碼器的 8 根輸出端可以連接 8 個(gè) 8K 字節(jié)地址空間 單片機(jī)的讀 寫(xiě)信號(hào)經(jīng)過(guò)與門(mén)后控制譯碼 器的賦能端 G2A G2B 這就保證只有在讀 寫(xiě)狀態(tài)時(shí)譯碼器輸出端才會(huì)輸出片選 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 4 2 2 確定 I O 接口 8031 只有 P1 口可作為普通 I O 口用 所以需擴(kuò)展 鍵盤(pán)需要 32 個(gè)鍵 采用矩 陣式鍵盤(pán) 需 12 個(gè) I O 口 顯示器采用 6 個(gè) LED 需 6 個(gè) I O 接口 兩個(gè)三相步進(jìn) 電機(jī) 采用軟件環(huán)行分配器 需 6 個(gè) 刀架需 4 個(gè) 緊急停需 1 個(gè) 采用一片 8279 芯片和一片 8255A 即可 鍵盤(pán) 顯示器接口采用 8279 芯片 因?yàn)?8279 芯片是專(zhuān)用的鍵盤(pán) 顯示器接口芯 片 還可以編程 8279 芯片具有消顫 去抖動(dòng) 雙鍵同時(shí)按下保護(hù)功能 顯示控 制亦按掃描方式工作 可以顯示 8 或 16 個(gè)數(shù)碼 字符 LED 的個(gè)數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足顯示值 的要求和便于顯示 8279 與單片機(jī) 8031 的連接無(wú)特殊要求 除數(shù)據(jù)線(xiàn) RESET WR RD 直接連 接外 CS 與 74LS138 譯碼器輸出線(xiàn) Y1 相連 8279 的 IRQ 經(jīng)反相器與 8031 的中斷 請(qǐng)求輸人線(xiàn) INT1 相連 時(shí)鐘輸人端 CLK 與 8031 的地址鎖存控制端 ALE 相連 8279 鍵盤(pán)最大可配置 8 8 個(gè)鍵 實(shí)際用了 32 個(gè)鍵 掃描線(xiàn)信號(hào)為 SL0 SL2 經(jīng) 74LS138 譯碼器輸出的 4 個(gè)列選信號(hào) 接入鍵盤(pán)列線(xiàn) 鍵盤(pán)行查詢(xún)用了 RL0 RL7 的 8 根回饋線(xiàn) 接人鍵盤(pán)行線(xiàn) 8279 配置的 8 位共陰極 LED 顯示器 其字位線(xiàn)由 掃描線(xiàn) SL0 SL2 經(jīng)譯碼器 驅(qū)動(dòng)器提供 字段線(xiàn)由 OUTA0 OUTBA3 OUTB0 OUTB3 通過(guò)驅(qū)動(dòng)器提供 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為四個(gè)部分 a 數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器 是一個(gè) 8 位的雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器 用于與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線(xiàn) 相 連 b 讀 寫(xiě)控制邏輯 根據(jù)單片機(jī)的地址信息 A1 A0 與控制信息 RD WR RE SET 控制片內(nèi)數(shù)據(jù) CPU 控制字 外設(shè)狀態(tài)信息的傳送 c 控制電路 根據(jù) CPU 送來(lái)的控制字使所管 I O 接口按一定工作方式工作 對(duì) C 口甚至可按位實(shí)現(xiàn) 置位 或 復(fù)位 d 并行 I O 接口 有 A B C 三個(gè)端口 A 口 可編程為 8 位輸入 或 8 位輸出 或雙向傳送 B 口 可編程為 8 位輸入 或 8 位輸出 按不能雙向傳送 C 口 可分為兩個(gè) 4 位口 用于輸入或輸出 也可用作 A 口 B 口的狀態(tài)控制 信號(hào) 8255A 的 D0 D7 依次與 8031 的 P0 0 P0 7 連接 RD WR RESET 與 8031 的同名引腳相連 A0 A1 兩跟地址線(xiàn)與鎖存器 74LS373 輸出的最低 2 位連接 自 單片機(jī)接受地址信息 控制信息 在數(shù)據(jù)總線(xiàn)與端口間傳送數(shù)據(jù) 狀態(tài)控制信號(hào) 也自數(shù)據(jù)總線(xiàn)接受控制字 4 2 3 鍵盤(pán)接口設(shè)計(jì) 首先判斷鍵盤(pán)上有無(wú)鍵閉合 先送 8255 的 PA 口一個(gè)數(shù)據(jù)為 00H 使列線(xiàn) 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 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 18 閉合 此時(shí)延時(shí) 10ms 去掉抖動(dòng)后再判斷有無(wú)鍵閉合 如無(wú)則繼續(xù)掃描 如有則判 斷按下的鍵號(hào) 如確定有鍵按下時(shí) 便開(kāi)始計(jì)算鍵值 當(dāng)采用 8 行 4 列的鍵盤(pán)時(shí) 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(lèi)推 首先判斷是哪 一行有鍵閉合 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(lèi)推 接著對(duì)列線(xiàn)進(jìn)行掃描以判斷是哪一列閉合 方法上使 PA0 對(duì)應(yīng)的列線(xiàn)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(jì)數(shù)為 00H 與初值相加則為鍵值 也即是鍵盤(pán)的鍵號(hào) 如無(wú)則把低電平移到第 二列上再判斷 直到四列線(xiàn)全判斷完畢 找出列線(xiàn)為止 然后計(jì)算鍵值 最后可根 據(jù)鍵號(hào)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵功能程序的入口 0 列掃描線(xiàn) KEY 有鍵按下 延時(shí) 10ms 有鍵按下 計(jì)算行值 掃描各列鍵盤(pán)線(xiàn) 求出列值 計(jì)算鍵值 轉(zhuǎn)各鍵功能 功 能 1 功 能 2 功 能 3 功 能 32 圖 4 2 鍵盤(pán)程序框圖 4 2 4 顯示電路設(shè)計(jì) 數(shù)碼顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中的廉價(jià)輸出設(shè)備 它由若干個(gè)發(fā)光二極管組成 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 的 當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí) 相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)亮 控制不同組合的二極管 導(dǎo)通 就能顯示出各種字符 發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱(chēng)為共陽(yáng)極顯示器 陰 極連在一起的稱(chēng)為共陰極顯示器 這種筆畫(huà)式的七段顯示器 能顯示的字符數(shù)量較 少 但控制簡(jiǎn)單 使用方便 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器 掃描 對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō) 每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次 顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān) 也和點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí) 間的比例有關(guān) 調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù) 可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示 若顯示的為 數(shù)不大于 8 位 則控制顯示器公共極電位只需一個(gè) 8 位并行口 稱(chēng)為掃描口 控 制各個(gè)顯示器所顯示的字形也需一個(gè)公用的 8 位口 稱(chēng)為數(shù)據(jù)口 在 8031RAM 中設(shè)置 6 個(gè)顯示緩沖單元 79H 7EH 分別存放 6 位顯示器的顯示數(shù) 據(jù) 8255 的 A 口掃描總是一位為高電平 即 6 位顯示器中僅有一位公共陰極為低電 平 其它為高電平 8255 的 B 口輸出相應(yīng)位 陰極為低 顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段 使某 一位顯示出一個(gè)字符 其它位為暗 依次地改變 A 口輸出為高的位 B 口輸出對(duì)應(yīng) 的段數(shù)據(jù) 6 位顯示器就顯示出緩沖器顯示數(shù)據(jù)所確定的字符 4 3 軟件設(shè)計(jì) 車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用工作中 軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)重要方面 實(shí)際上 軟件設(shè) 計(jì)與硬件設(shè)計(jì)工作是不可分割的 二者必須結(jié)合進(jìn)行 軟件設(shè)計(jì)工作 按其功能可 分二類(lèi) 一類(lèi)是執(zhí)行軟件 它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能 另一類(lèi)是監(jiān)控 管理 軟 件 它是控制微機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序 但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒(méi)有 明確的界限和固定的功能劃分 習(xí)慣上把鍵盤(pán)解釋程序作為監(jiān)控程序 其它任務(wù)都 分散在特定功能的執(zhí)行程序中 并由監(jiān)控程序來(lái)調(diào)用必要的功能模塊 完成預(yù)定的 任務(wù) 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)從全局著眼 先將整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)按功能分成一個(gè)一個(gè) 的模塊 并為每一個(gè)執(zhí)行模塊定義 然后設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體模塊的程序 最后組成 一個(gè)系統(tǒng) 不僅整個(gè)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性 而且其模塊內(nèi)部也可以 分為小模塊 模塊特性對(duì)測(cè)試很有利 功能擴(kuò)充也很方便 要增加新功能 只要增 加新模塊就能實(shí)現(xiàn) 像搭積木一樣 因此 這樣的模塊程序設(shè)計(jì)方法 思路清晰 邏輯性強(qiáng) 柔性較大 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 20 數(shù)控系統(tǒng) 加工程序 管理與操作模塊 插 補(bǔ) 功 能 間 隙 補(bǔ) 償 步 進(jìn) 電 機(jī) 控 制 速 度 控 制 環(huán) 行 分 配 管理模塊 程序設(shè)計(jì) 自動(dòng)換刀 程序設(shè)計(jì) 鍵 盤(pán) 程 序 顯 示 程 序 鍵 盤(pán) 診 斷 中 斷 功 能 診 斷 圖 4 3 數(shù)控系統(tǒng)框圖 4 3 1 插補(bǔ)原理及其程序設(shè)計(jì) A 概述 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 使刀具相對(duì)工件沿著指定的路徑 運(yùn)動(dòng) 切削零件的輪廓 并保證切削過(guò)程中的每一點(diǎn)的精度和表面粗糙度符合一定 的要求 每一方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)拖板產(chǎn)生的 而步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)則 是靠數(shù)字脈沖來(lái)控制的 一個(gè)脈沖能使拖板產(chǎn)生的位移量或最小增量 常用 x y 表示 因而 知道了平行于軸向的加工輪廓長(zhǎng)度 就可換算成步進(jìn)電機(jī)控 制脈沖總數(shù) 從而完成零件加工 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)中采用的插補(bǔ)運(yùn)算方法有多種多樣 常用的 方法有如下幾種 a 數(shù)字乘法器 b 逐點(diǎn)比較法 c 數(shù)字積分法 d 比較積分法 e 矢量判別法 f 最小偏差法 這些插補(bǔ)方法各有其長(zhǎng)處和短處 并且不斷發(fā)展和完善 其中 較為成熟并得 到廣泛應(yīng)用的是逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法 B 逐點(diǎn)比較法直線(xiàn)插補(bǔ)方法及其程序設(shè)計(jì) 逐點(diǎn)比較法的插補(bǔ)原理是 計(jì)算機(jī)在控制加工軌跡過(guò)程中 每當(dāng)?shù)都?拖板 向某一方向移動(dòng)一步 就要進(jìn)行一次偏差計(jì)算和偏差判斷 就是比較加工點(diǎn)同要求 加工軌跡相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)之間的偏離程度 然后根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動(dòng)方 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 向 使刀尖始終緊靠要求的加工輪廓線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 起到步步逼近的效果 這種插補(bǔ)方法 的特點(diǎn)在于每控制刀尖移動(dòng)一步時(shí) 都要完成四個(gè)工作節(jié)拍 即 a 偏差判別 判別刀具當(dāng)前位置相對(duì)于給定輪廓的偏離情況 以此決定刀具移 動(dòng) 方向 b 進(jìn)給 根據(jù)偏差判別結(jié)果 控制刀具相對(duì)于工件輪廓進(jìn)給一步 即向給定的 輪 廓靠攏 減少偏差 c 偏差計(jì)算 由于刀具進(jìn)給已改變了位置 因此應(yīng)計(jì)算出刀具當(dāng)前位置的新 差 為下次判別作準(zhǔn)備 d 終點(diǎn)判斷 判別刀具是否已到達(dá)被加工輪廓線(xiàn)段的終點(diǎn) 若已到達(dá)終點(diǎn) 則 停 止插補(bǔ) 否則繼續(xù)插補(bǔ) 逐點(diǎn)比較法是我國(guó)數(shù)控裝置中經(jīng)常采用的一種插值運(yùn)算方法 采用這種方法不 僅可以加工直線(xiàn)輪廓 也可以加工圓弧曲線(xiàn)輪廓 其算法特點(diǎn)是 運(yùn)算直觀 插補(bǔ) 誤差小于一個(gè)脈沖量 輸出均勻 而且輸出脈沖的速度變化小 調(diào)節(jié)方便 表 4 1 直線(xiàn)插補(bǔ)偏差計(jì)算 F 0 F 0線(xiàn)型 進(jìn)給 偏差計(jì)算 進(jìn)給 偏差計(jì)算 L1 L3 x x F F ye y y F F xe L2 L4 y y F F xe x x F F ye a 設(shè) PIO 端口為輸出狀態(tài) 其中 A 口控制 x 方向步進(jìn)電機(jī) B 口控制 y 方向 電 機(jī) 步進(jìn)電機(jī)均為三相六拍 b 數(shù)據(jù)單元 設(shè) xe 與 ye 均小于 128 2900H 單元放 x 2901H 單元放 y 2801H 為 x 向步進(jìn)電機(jī)控制碼首址 2811H 為 y 向步進(jìn)電機(jī)控制碼首址 c 控制狀態(tài)標(biāo)志 2820H 中 D0D2 分別為 xy 向步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)?？刂莆?0 為停 為轉(zhuǎn) D1D3 分別為 xy 向的正反轉(zhuǎn)控制位 0 為反轉(zhuǎn) 1 為正轉(zhuǎn) d 加工各種線(xiàn)型都從原點(diǎn) 0 0 開(kāi)始 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 22 開(kāi)始 初始化 輸代碼 置狀態(tài)標(biāo)志 F 0 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) Y 調(diào)環(huán)分 進(jìn) X F F YE X X 1 F F XE Y Y 1 F F XE Y Y 1 F F YE X X 1 F F YE X X 1 F F XE Y Y 1 F F XF Y Y 1 F F YE X X 1 F 0 F 0 F 0 L1 L2 L3 L1 N N N N NNN 轉(zhuǎn)監(jiān)控 N 判終到 停 機(jī) N Y Y YY Y 圖 4 4 直線(xiàn)插補(bǔ)程序框圖 4 3 2 步進(jìn)電機(jī)的控制及其程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電機(jī) 是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線(xiàn)位移的電磁 機(jī)械裝置 是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件 當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電 脈沖信號(hào)時(shí) 步進(jìn)電機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角 如按一定規(guī)律給步進(jìn)電機(jī)一串連續(xù)電脈 沖信號(hào) 步進(jìn)電機(jī)便一步一步地連續(xù)旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn) a 位移量與輸入電脈沖數(shù)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系 步距誤差不會(huì)積累 b 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系 c 控制性能好 在一定的頻率下 能按控制脈沖的要求快速起 停和反轉(zhuǎn) 改 變 控制脈沖頻率 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著變化 并可在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié) d 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單 工作可靠 成本低 但其控制精度受到步距腳的限制 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 所以 步進(jìn)電機(jī)廣泛用于數(shù)模轉(zhuǎn)換 速度控制和位置控制系統(tǒng)中 是開(kāi)環(huán)數(shù)控 系統(tǒng)的理想執(zhí)行元件 步進(jìn)電機(jī)的控制主要由脈沖分配和驅(qū)動(dòng)電路兩部分組成 步進(jìn)電機(jī)脈沖控制任 務(wù)主要有三點(diǎn) 一是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向 二是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 三是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角 步數(shù) 控制輸送給電機(jī)的脈沖數(shù)就控制了電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角數(shù) 控制輸送的脈沖頻率可 以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向必須控制輸送脈沖給電機(jī)繞組的順序分配 這 種分配稱(chēng)為環(huán)行分配 三相六拍的通電順序?yàn)?正轉(zhuǎn) A AB B BC C CA 反轉(zhuǎn) A AC C CB B BA 表 4 2 三相六拍步進(jìn)電機(jī)通電方式的控制數(shù)學(xué)模型 節(jié) 拍 控 制 模 型 正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) 通 電 相 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 6 A 00000001 01H 2 5 AB 00000011 03H 3 4 B 00000010 02H 4 3 BC 00000110 06H 5 2 C 00000100 04H 6 1 CA 00000101 05H A 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì) 只要給步進(jìn)電機(jī)各相繞組按規(guī)定的控制模型輸出時(shí)序脈沖 步進(jìn)電機(jī)就能按一 定的方向轉(zhuǎn)動(dòng) 在數(shù)控技術(shù)中 經(jīng)常要求步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)隨時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向 才能 滿(mǎn)足機(jī)械加工的需要 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是 判斷運(yùn)動(dòng)方向 按順序送出控制脈沖 判斷所要送的脈沖是否送完 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 24 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 置步數(shù) N 取控制碼 正轉(zhuǎn) 輸出控制碼 控制碼 00H 正向控制碼首址 延時(shí) 控制碼地址 1 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回 步數(shù) N 完 反向控制碼首址 N N N Y Y Y 圖 4 5 三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖 B 步進(jìn)電機(jī)的升降速控制及其程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)變速控制程序設(shè)計(jì)的任務(wù)就是合理地確定延時(shí)參數(shù) t 使步進(jìn)電機(jī)按 照給定的速度規(guī)律運(yùn)行 從加工效率的觀點(diǎn)而言 我們總是希望要求步進(jìn)電機(jī)的運(yùn) 行速度盡可能快些 快速地達(dá)到控制終點(diǎn) 但由于受步進(jìn)電機(jī)本身的特性限制 如 果在速度較高的狀態(tài)啟 停及運(yùn)行速度突變時(shí) 往往會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象 使步進(jìn)電機(jī) 不能正確地跟隨進(jìn)給脈沖 究其原因 是步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率 fs 比較低 而空載最 高啟動(dòng)頻率也有所限制 所謂空載最高啟動(dòng)頻率是指電機(jī)空載時(shí) 轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài) 不失步地與控制脈沖頻率相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)同步的最大控制脈沖頻率 當(dāng)步進(jìn)電機(jī) 帶有負(fù)載時(shí) 它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載頻率 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知 入口 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 啟動(dòng)頻率越高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小 帶負(fù)載的能力越差 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后 進(jìn)入穩(wěn)定時(shí) 的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率 由此可見(jiàn) 一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī) 不可能一下子穩(wěn) 定到較高的工作頻率 必須在啟動(dòng)的瞬間采取加速的措施 一般來(lái)說(shuō) 升頻的時(shí)間 約為 0 1 1s 之間 反之 從高速運(yùn)行 到停止也應(yīng)該有減速的措施 為此 數(shù)控系統(tǒng)往往要求以某種最優(yōu)的方式控制進(jìn)給脈沖的頻率 即要有自動(dòng) 升 降速控制的功能 a 設(shè)置突跳啟動(dòng)頻率常數(shù)為 FA7C 放在 18H 19H 中 b 設(shè)置最高運(yùn)行頻率常數(shù)為 FF80 放在 1AH 1BH 中 c 設(shè)級(jí)差為 1 放在 1CH 中 設(shè)每階脈沖數(shù)初始為 1 臨時(shí)高速時(shí)增為 3 放在 1DH 中 因升速區(qū)后繼續(xù)升速比 比較困難 把每階脈沖數(shù)增為 3 有利于提高最高速度值 Y 圖 4 6 自動(dòng)升降速程序流程圖 C 步進(jìn)電機(jī)等加速度變速控制及程序設(shè)計(jì) a 等加速度運(yùn)行分析 描述了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的等加速的運(yùn)行過(guò)程 在圖中縱坐標(biāo)是頻率 f 它是以步 s 5AH 5BH 18H 19H 4CH 1DH 70H 1CH 57H 58H 0 5AH 5BH 18H 19H 5AH 5BH 1 5AH 5BH RET 5AH 5BH 1AH 1 BH 5AH FF 4CH 1DH 4CH 4CH 1 5AH 5BH 1 5AH 5BH 5AH TH0 5BH TL0 N Y CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 26 為單位的 因此本質(zhì)上也是速度 橫坐標(biāo)是步數(shù) 其本質(zhì)上也是位移距離 設(shè)步進(jìn)電機(jī)以啟動(dòng)頻率 f0 啟動(dòng)后 以加速度 a 進(jìn)行加速 經(jīng)過(guò) H 步運(yùn)行后達(dá)到 f1 以后執(zhí)行勻速運(yùn)行 行走一段時(shí)間后 則開(kāi)始減速 從最高頻率 fH 開(kāi)始 經(jīng)過(guò) S 步之后降至 f0 而停止 f fH f0 0 0 1 2 H P P 1 P S N 圖 4 7 步進(jìn)電機(jī)等加速度控制速度圖 在數(shù)控技術(shù)的設(shè)計(jì)中 參數(shù) f0 fH H P H S 都是已知的 需要求的參數(shù) 是加速度 a 加速階段某時(shí)刻的步進(jìn)周期及減速階段某時(shí)刻的步進(jìn)周期和勻速階段的 步進(jìn)周期 a 加速階段的參數(shù)求取 對(duì)于一個(gè)線(xiàn)性加速過(guò)程 可表示為 f f0 at 4 1 式中 f 瞬時(shí)頻率 f0 啟動(dòng)頻率 a 加速度 t 加速時(shí)間 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了 x 步 所對(duì)應(yīng)的頻率為 fx 所用時(shí)間為 tx 時(shí) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方 程 則有 x f0tx 0 5at2x 4 2 于是可得 x 1 2 H 4 3 afftx020 相鄰兩個(gè)進(jìn)給脈沖之間的時(shí)間間隔 Tx 為 4 4 aaxfxftTx 1 22001 但式中仍含有未知參數(shù) a 所以必須求出 a 為此 把達(dá)到最高速度對(duì)應(yīng)的頻率 fH 和時(shí)間 tH 分別代入式 得方程組 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 afHft tH020 解之得 4 5 f20 把式 4 5 代入式 4 4 得 20 202020 1 f fxHfHfTHx x 1 2 H 4 6 b 勻速階段的參數(shù)求法 步進(jìn)電機(jī)達(dá)到最高運(yùn)行頻率后勻速運(yùn)行 此時(shí)的步進(jìn)時(shí)間間隔為 Tx 有 x H H 1 H 2 P 4 HhxfT1 7 c 減速階段的參數(shù)求法 設(shè)其加速度為 負(fù)號(hào)表示減速 則同上面的分析方法 有 4 sfH20 8 在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了 x 步 x P P 1 P S 是 4 對(duì)應(yīng)的時(shí)間為 有 xt 4 2pxftHx 9 同理 在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了 x 1 步時(shí) 對(duì)應(yīng)的時(shí)間為 有 1 xt 4 21 pftHx 10 式 4 9 與式 4 10 相減 得減速階段相鄰兩步的時(shí)間間隔 Tx 為 4 2 1 21 pxfpxftTHHxx CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 28 11 把式 4 8 代入式 4 11 得 20 2022 1 f fpxsfpxfsTHHx x P P 1 P S 4 12 當(dāng) x P 時(shí) 以后各步 x x P P S 間的步進(jìn)時(shí)間間隔可用式 4 HpfT1 12 遞推出來(lái) b 等加速度變速控制程序設(shè)計(jì) 采用定時(shí)器中斷法延時(shí) 速度控制程序在進(jìn)給一步后 把下一步的 Tx 值送入定 時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)間常數(shù)寄存器 然后 CPU 進(jìn)入等待中斷狀態(tài)或者處理其它事務(wù) 當(dāng)定 時(shí)計(jì)數(shù)器的延時(shí)時(shí)間一到 就向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求 CPU 接受中斷后立即響應(yīng) 轉(zhuǎn)入脈沖分配的中斷服務(wù)子程序 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 主程序 設(shè) T0 初值地址指針 設(shè)頻率階梯計(jì)數(shù)器 設(shè)階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器 轉(zhuǎn)向標(biāo)志為 0 設(shè)置正轉(zhuǎn)模型地址 設(shè)置定時(shí)器 CPU 開(kāi)中斷 頻率階梯為 0 CPU 關(guān)中斷 結(jié) 束 設(shè)置反轉(zhuǎn)模型地址 N N Y Y 圖 4 8 等加速度變頻控制程序流程圖 主程序框圖 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 30 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷服務(wù)程序 輸出控制模型 模型地址增 1 模型結(jié)束 階梯步長(zhǎng)為 0 是升頻 賦升頻 T0 初值 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回 恢復(fù)模型首址 頻率階梯為 0 階梯步長(zhǎng)賦值 T0 初值地址更新 賦降步 T0 初值 Y Y Y Y N N N 圖 4 9 等加速度變頻控制程序流程圖 中斷服務(wù)程序框圖 在編寫(xiě)程序前有如下定約 a 時(shí)器 T0 的初值寫(xiě)在 EPROM 存儲(chǔ)區(qū)的同一頁(yè)中 上半頁(yè)為升頻時(shí) T0 的初值 由 小到大變化 下半頁(yè)是降頻時(shí) T0 的初值 由大到小變化 b 對(duì) 8031 單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的一些單元進(jìn)行定義 如表所示 表 4 3 正轉(zhuǎn)模型分配表 內(nèi)存字節(jié)地址 20H 21H 22H 23H 24H 25H 26H 控制模型數(shù)據(jù) 01H 03H 02H 06H 04H 05H 00H 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 表 4 4 反轉(zhuǎn)模型分配表 內(nèi)存字節(jié)地址 27H 28H 29H 2AH 2BH 2CH 2DH 控制模型地址 01H 05H 04H 06H 02H 03H 00H 表 4 5 標(biāo)志位定義表 位 地 址 標(biāo) 志 內(nèi) 容 70H 運(yùn)行方式 0 代表恒速 1 代表變速 71H 變速方式 0 代表降速 1 代表升速 72H 恒速轉(zhuǎn)向 0 代表正轉(zhuǎn) 1 代表反轉(zhuǎn) 73H 升速轉(zhuǎn)向 0 代表正轉(zhuǎn) 1 代表反轉(zhuǎn) 74H 降速轉(zhuǎn)向 0 代表正轉(zhuǎn) 1 代表反轉(zhuǎn) 75H 程序結(jié)素標(biāo)志 02 代表程序結(jié)素 表 4 6 初值分配表 字 節(jié) 地 址 存 儲(chǔ) 內(nèi) 容 1AH 頻率階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器 R2 的值 1BH 頻率階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器 R3 的值 1CH 恒速段步長(zhǎng)低八位 1DH 恒速段步長(zhǎng)高八位 1EH 恒速段 T0 初值低八位 1FH 恒速段 T0 初值高八位 4 3 3 間隙補(bǔ)償功能 傳動(dòng)間隙主要有三方面 絲杠螺母間隙 齒輪傳動(dòng)間隙和配合間隙 前兩種間隙往往是不可避免的 因?yàn)闊o(wú)間隙的傳動(dòng)是困難的 第三種間隙的存 在應(yīng)屬于工藝上的失誤 在機(jī)械上可以避免 傳動(dòng)間隙僅產(chǎn)生在運(yùn)動(dòng)反向的時(shí)候 可用軟件補(bǔ)償方法補(bǔ)償 無(wú)論是正向運(yùn) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為負(fù)向運(yùn)轉(zhuǎn) 還是負(fù)向運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為正向運(yùn)轉(zhuǎn) 補(bǔ)償量是相等的 且補(bǔ)償進(jìn)給的正 負(fù)與當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向一致 間隙補(bǔ)償子程序本身能判別某個(gè)運(yùn)動(dòng)是否該補(bǔ)償及補(bǔ)償進(jìn)給方向 而且用指令 設(shè)定的速度進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)給 CA6140 型車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) 橫向 32 X 軸齒補(bǔ) 進(jìn)給方向改變嗎 按進(jìn)給方向進(jìn)給一步 齒差量減 1 0 記憶進(jìn)給方向 查 y 方向有無(wú)齒補(bǔ) 返回 N N Y Y 圖 4 10 間隙補(bǔ)償功能程序框圖 4 3 4 鍵盤(pán)的診斷 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中 程序的輸入方式多采用鍵盤(pán)直接輸入 若鍵盤(pán)中有一鍵失 靈 就可能導(dǎo)致不能取得操作者的控制指令 而使系統(tǒng)失常 因此 鍵盤(pán)診斷是很 重要的 通過(guò)鍵盤(pán)診斷程序 使操作者正確判斷鍵盤(pán)工作無(wú)誤或及時(shí)排除鍵盤(pán)故障 鍵盤(pán)診斷程序設(shè)計(jì)的