課程設(shè)計（論文）普通機床的數(shù)控化改造

1、1 緒論11 數(shù)控化改造的意義本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設(shè)計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自

2、身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強企業(yè)的競爭能力。進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、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。12 數(shù)控化改造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀機床作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進行柔性自動化控制的新一代機床數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機

3、的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的

4、工件。數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機床的技術(shù)經(jīng)濟效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中

5、，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、pc技術(shù)改造普通機床，并取得了良好的經(jīng)濟效益。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本次課程設(shè)計實例具有典型性和實用性. 2 總體方案的確定 將c6163普通車床（

6、如圖2-1所示）改造成采用16位單片機開環(huán)控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床，要求該車床進給兩坐標(biāo)聯(lián)動并且能夠?qū)崿F(xiàn)直線插補和圓弧插補并增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸脈沖發(fā)生器，能車削螺紋。 圖2-1 普通車床c61632.1 已知參數(shù)及設(shè)計參數(shù)最大加工直徑：630； 床鞍上最大加工直徑：350；最大加工長度：1500；縱向?qū)к夐L度：2000；主電動機功率：11；冷卻泵電機功率：0.12；主軸通孔直徑：105；主軸轉(zhuǎn)速：14級 12.51120；托板和刀架的總重力g：1500；最大進給速度：縱向：， 橫向：0.4；最大刀架快移速度：縱向：6， 橫向：4；脈沖當(dāng)量：縱向：0.001/脈沖， 橫向：0.0005/脈沖；定

7、位精度：縱向：0.01， 橫向：0.005；啟動加速時間：縱向：200； 橫向：100；電動刀架轉(zhuǎn)位數(shù)：42.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇等。1) 系統(tǒng)的運動方式：該車床改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線/圓弧插補的功能。所以數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成連續(xù)控制型。2) 進給伺服系統(tǒng)的類型：按任務(wù)要求采用步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的特點。3) 數(shù)控系統(tǒng)處理器的選擇：選擇51單片機組成數(shù)控系統(tǒng)，該系列單片機功能強大，性價比高，是8位單片機中的主流芯片之一。4)

8、根據(jù)系統(tǒng)的要求，還要設(shè)計鍵盤與顯示電路，顯示界面采用led數(shù)碼管，數(shù)控系統(tǒng)還可以和pc機串行通信，所以還要設(shè)計串行接口電路。5) 為了加工安全還需安裝縱向和橫向限位開關(guān)。6) 為了達到設(shè)計要求中的速度和精度，縱向與橫向進給傳動應(yīng)選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副。7) 為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了是傳動系統(tǒng)的負載慣量勁可能地減小，傳動鏈中應(yīng)設(shè)有減速機構(gòu)。減速機構(gòu)選則同步帶，其綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點，在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了齒輪傳動和鏈傳動。8) 保留原來的冷卻系統(tǒng)，滾珠絲杠和滑板輪滑采用手動泵注入。根據(jù)以上選定的普通機床數(shù)控化改造方案，擬訂它的機械結(jié)構(gòu)框圖

9、如圖2-2所示。 圖2-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖3 橫向進給傳動部件的計算和選型3.1 滾珠絲杠螺母副的計算和選型3.1.1 最大工作載荷的計算已知移動部件總重力，電動刀架重量為，則橫向進給機構(gòu)的重力約為，橫向為燕尾導(dǎo)軌，查表3-1，最大工作載荷的計算如下： =式中： 為考慮顛覆力矩影響時的實驗系數(shù)，取1.4； 為滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.2。3.1.2 最大動載荷的計算 式中：滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為r； 絲杠壽命，取15000； 載荷系數(shù)，一般取1.2； 硬度系數(shù)取1； 橫向絲杠副最大工作載荷，其值為2459.6； 橫向滾珠絲杠導(dǎo)程，初選為。 橫向最大工進速度，該設(shè)計值為； 橫向最大工進速度對

10、應(yīng)絲杠的轉(zhuǎn)度，單位。計算得出得 ：=12278.8。3.2 滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)計算出的最大動載荷,選擇江蘇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的fl4005-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母方式預(yù)緊，精度等級為3級，其參數(shù)如表3-1所示。表3-1 fl4005-3型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)公稱直徑/導(dǎo)程/鋼球直徑/絲杠外徑/絲杠底徑/額定載荷/接觸剛度/14534053.53936.532.8143.2.1 滾珠絲杠副的支承方式 考慮到橫向滾珠絲杠副的長度、精度與負載的大小以及改造成本，采用雙推-單推支承方式，該方式軸向剛度高，位移精度好，可以進行預(yù)拉伸。3.2.2 傳動效率的計算 =式中：螺距升角，

11、根據(jù),可得=228； 摩擦角，一般取=10。算得： =95.67%3.2.3 剛度的驗算=（“+”號代表拉伸，“-”代表壓縮）式中：絲杠的最大工作載荷，單位為； 絲杠縱向最大有效行程，單位為； 絲杠材料的彈性模量，鋼； 絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。根據(jù)設(shè)計，為2459.6n，為420，為36.5，算得： =0.0047 =4.7查表3-2可知，,所以剛度足夠。表3-2有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和行程變動量有效行程精度等級12345大于至31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513.2

12、.4 穩(wěn)定性校核 =式中：絲杠支承系數(shù)，由表3-3得出單推-單推時，取1； 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.54，本設(shè)計取4； 滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計中該值為500； 按絲杠底徑確定的截面慣性矩，（，單位為）本設(shè)中將代入算出=87080。 由以上數(shù)據(jù)可以算出：= 臨界載荷遠大于工作載荷（2459.6n），故絲杠不會失穩(wěn)。表3-3 絲杠支承系數(shù)支承方式雙推-雙推雙推-簡支單推-單推雙推-自由取值4210.253.2.5 臨界轉(zhuǎn)速的驗證 式中：絲杠支承系數(shù)，單推-單推方式時，由表3-4可得該值為12.1；臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為，本設(shè)計中該值約為720；絲杠內(nèi)徑，單位；安全系數(shù)，

13、可取=0.8經(jīng)過計算，得出=5321，由已知，可以算出，該值小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。表3-4 絲杠支承系數(shù)支承方式雙推-雙推雙推-簡支單推-單推雙推-自由取值27.418.912.14.33.3 同步帶減速機構(gòu)設(shè)計3.3.1 傳動比的確定由和可得：式中：電機編碼器分辨率，單位為度/脈沖； 絲杠分辨率，單位為度/脈沖； 絲杠導(dǎo)程，其值為5； 脈沖當(dāng)量，本設(shè)計中x軸為0.0005/脈沖。初選電機編碼器紋數(shù)為1500，四倍細分，即=0.06（度/脈沖），算得：=3.3.2 傳遞功率的估算 （1）最大工作負載下最大傳遞功率的估算：式中：絲杠的最大工作載荷，其值為2459.6；橫向最大工進速度，

14、其值換算為；預(yù)緊摩擦力，單位n，（摩擦系數(shù)取0.15）；計算得出：。（2）快速啟動時的最大傳遞功率估算：式中：移動部件（僅包括絲杠折算，而忽略的從動輪、軸承等由增大系數(shù)來補償）加速時所受的合力即慣性力，= 1568.67該計算式中絲杠轉(zhuǎn)動慣量=14.377 式中d為絲杠的公稱直徑，l為絲杠兩端的大約長度，單位均為，換算成，換算為0.5，； 橫向移動部件與燕尾導(dǎo)軌的滑動摩擦力，=170；預(yù)緊摩擦力，其值為123n。 計算得出： 因為，所以帶的設(shè)計功率(根據(jù)一般數(shù)控機床情況以及相關(guān)參數(shù)的補償，系數(shù)取1.6)3.3.3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的傳遞功率，查表3-3選擇同步帶，型號為xl型，節(jié)距。3.

15、3.4 確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑 取小齒輪數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑，根據(jù)傳動比算出大齒輪數(shù)，則大帶輪節(jié)圓直徑。經(jīng)計算，主動輪，同步帶最大線速度。3.3.5 中心距、節(jié)線長度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距，圓整后取。則帶的節(jié)線長度。根據(jù)表3-5，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度，相應(yīng)的齒數(shù)。實際中心距。表3-5 同步帶的節(jié)線長度長度代號節(jié)線長度型號mxlxll公稱尺寸極限偏差齒數(shù)160406.40.5120080170431.885180457.2225903.3.6 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) ，式中為取整函數(shù)。一般情況下，應(yīng)該保證，對于xl型至少要保證。 通過計算，得出，滿足要求。3.3.7 計算基準(zhǔn)額

16、定功率基準(zhǔn)額定功率就是所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，其計算公式如下： 式中： 帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時的許用拉力，根據(jù)表3-8其值為50.17n； 帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時的線密度，根據(jù)表3-8其值為0.022； 同步帶線速度，其值為2.7。經(jīng)過計算得出：3.3.8 確定實際同步帶寬度實際所需同步帶寬度的計算公式如下： 式中：選定型號的基準(zhǔn)寬度，xl型其值為9.5； 小帶輪嚙合系數(shù)，根據(jù)文獻，當(dāng)時，其值為1。 設(shè)計功率，其值為200經(jīng)計算得出：13.408。根據(jù)相關(guān)文獻，選定最接近的帶寬。3.3.9 同步帶工作能力的驗算用下式來計算同步帶的額定功率: 式中：齒寬系數(shù)，其值為； 小帶輪嚙合

17、系數(shù)，其值為1； 帶寬為時的許用拉力，其值為50.17n； 帶寬為時的線密度，其值為0.022； 同步帶線速度，其值為2.7。經(jīng)計算得出：,所以滿足要求。3.3.10 橫向電機的計算與選擇（1） 初選步進電機計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩tm tm=360.01x5028/2x0.750.98x0.99x0.99x0.94=425.4n.cm（2） 估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩tqtq= =425.4/0.3=1418 n.cm（3） 計算最大進轉(zhuǎn)矩tjmax取五相10拍tq= =1418/0.951=1491 n.cm(4)計算步進電機運行頻率fe和最高起動頻率fkfe= =1000x0.5/60x0.01=

18、833.3 n.cmfk= =1000x2/60x0.01=3333.3 n.cm初選步進電機型號為90bf002，其最大靜轉(zhuǎn)矩3920 n.cmtjmax,最大起動頻率3800 n.cmfk(5)等效轉(zhuǎn)動慣量計算。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） j1=0.78xd14xb10-30.78x10-3x4.84x1.8=0.745 j20.78xd14xb10-3=0.78x10-3x84x1.8=5.75js0.78x54x9010-3=43.875j=jm+j1+(z1/z2)2x(j2+js)+(g/g)x(l0/2)2)=1.8+0.745+(24/40

19、)2x(5.75+43.875)+(1800/9.8)x(0.8/2)2)=21.48 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題 jm/ j=1.8/21.48=0.084 基本滿足慣量匹配的要求設(shè)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為1.84 微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1 微機控制系統(tǒng)硬件的選擇任何一個數(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，軟件才能有效的運行。再設(shè)計的數(shù)控裝置中，cpu是關(guān)鍵。在我國，普通機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的事mcs-51系列單片機。主要是因為它的配套芯片便宜，普及型、通用性強。制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床

20、的改造需要。本設(shè)計中世以mcs-51系列單片機，51系列相對48系列指令豐富，相對96系列價格便宜。本設(shè)計以8031為核心，增加儲存器擴展電路，接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。ck6163車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的橫向進給運動采用步進電機驅(qū)動。由8031單片機組成微機作為數(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電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。本系統(tǒng)選用8031cpu作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機。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

21、隨機修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74ls138譯碼器完成此功能。8279作為系統(tǒng)出入輸出口擴展，分別接鍵盤的出入、輸出顯示，8255接步進電機的環(huán)形分配器，分別并行控制x和z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等。各引腳功能簡要介紹如下：4.1.1 源引腳 vss：電源接地端。 vcc：+5v電源端。4.1.2 輸入/輸出（i/o）口線圖4-1 8031 8031單片機有p0、p1、p3、p4四個端口，每個端口8根i/o線。當(dāng)系統(tǒng)擴展外部存儲器時，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

22、并行口外，還具有第二功能。在進行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。4.1.3信號控制線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)兩個機器周期以上的高電平，完成一次復(fù)位操作。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。xtal1:振蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時必須接地；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；4.2 8255a可編程并行i/o口擴展芯片8255a可編程并行i/o口擴展芯片可以直接與mcs系列單片機

23、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：4.2.1 8255的結(jié)構(gòu)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和一個8位數(shù)據(jù)總線緩沖器，各部分功能介紹如圖4-2所示：三個8位并行i/o口a、b、ca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

24、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。4.2.2 工作方式控制電路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。4.2.3 讀/寫邏輯電路他接受來自cpu的地址信號及一些控制信號，控制各個口德工作狀態(tài)。圖4-2 8255引腳圖4.2.4 數(shù)據(jù)總線緩沖器它是一個三態(tài)雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中線直接相連，以實現(xiàn)

25、cpu和8255之間信息的傳送，如圖 4-3所示。4.2.5 引腳功能8255為雙列直插式40引腳封裝芯片。d7-d0三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機數(shù)據(jù)總線連接，用來傳送數(shù)據(jù)信息。pa7-pa0、pb7-pb0及pc7-pc0 a口、b口及c口的輸入/輸出線。cs片選信號線，低電平有效。rd讀出信號線，低電平有效。wr寫入信號線，低電平有效，控制數(shù)據(jù)的寫入。a1、a0端口選擇信號，用來尋址控制端口和i/o端口。reset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。vcc+5v電源。gnd接地。圖4-3 8031連82554.3 8255端口的尋址一塊82

26、55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。4.3.1 工作方式8255有三種工作方式：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）。4.3.2 8255的控制字 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

27、口德按位置/復(fù)位控制字。兩種控制字寫入的控制端口相同。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。4.3.3 可編程鍵盤，顯示器接口intel8279 圖4-4 82791）、8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)緩沖器及i/o控制邏輯數(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)。2）、控制與定時寄存器以及定時與控制電路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的各個部件的協(xié)調(diào)工作，完成相應(yīng)的功能。

28、 3）、掃描計數(shù)器掃描計數(shù)器有兩種工作方式。一種為外部譯碼方式。計數(shù)器以二進制方式計數(shù)，4為計數(shù)狀態(tài)從掃描結(jié)sl0sl3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。4.4 部分硬件接口電路及輔助電路設(shè)計本系統(tǒng)接口電路包括程序存儲器擴展電路、數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、鍵盤顯示接口電路和步進電機接口電路，輔助電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、計數(shù)電路和警報電指示路。4.4.1 外部eprom電路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。由于eprom一般不含有地址鎖存器，因此8031的p0口要經(jīng)過機制鎖存器74ls373與eprom低

29、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。數(shù)據(jù)線有8031的p0口直接與2764的8位數(shù)據(jù)端相連?？刂凭€的鏈接。2764的oe端與8031的psen相連。ale與74ls373的oc端相連。由于擴展了一片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0000hffffh，如圖4-6所示。4.4.2 外擴ram電路spam6264芯片為28引腳，主要有15個地址端（a0a14）、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。地址連接：8031的低八位地址經(jīng)p0口通過74ls373與6264的低八

30、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。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?？刂贫随溄?，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0000h7fff。圖4-5 外部eprom電路圖4-6 擴展2764eprom4.4.3 鍵盤顯示器的接口電路利用8279擴展鍵盤和顯示器，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74ls244。方式選擇開關(guān)設(shè)置方式選擇開關(guān)時一單刀八擲的波段開關(guān)，提供

31、選擇方式有編輯、空運行、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。 圖4-7擴展6264電路步進電機驅(qū)動接口電路由前面總體設(shè)計可知，步進電機的脈沖發(fā)生采用硬件實現(xiàn)，設(shè)計給定的條件要求電機采用5相10拍，但本設(shè)計所采用的芯片為yb104 4相8拍環(huán)形分配器。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cp及清零端r。要正確控制步進電機，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p

32、1口控制。x、y向步進電機各自用一個環(huán)形分配器控制。為了防止強電干擾及其他干擾信號通過i/o控制電路進入計算機，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與強電部件不共地，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。報警電路設(shè)計報警電路的作用是當(dāng)數(shù)控機床出現(xiàn)故障或工作臺超程時亮燈警報，當(dāng)機床工作正常時，其綠燈亮，顯示正常工作狀態(tài)。5 數(shù)控機床的零件加工程序數(shù)控機床零件加工程序的基本要求是：能按照零件圖紙進行數(shù)控加工程序的手工編制。以下零件為例，如圖5-1所示工件，材料為45鋼。圖5-1 零件圖1根據(jù)零件圖樣要求、毛坯情況，

33、確定工藝方案及加工路線 銑平面。粗，精加工外輪廓。鉆孔。鉸孔。調(diào)頭裝夾將工件厚度銑至尺寸。2選擇機床設(shè)備:加工中心。3選擇刀具:根據(jù)加工要求，選用四把刀具，t01為16立銑刀，t02為19.8麻花鉆，t03為20h7鉸刀，t04為50面銑刀。同時把四把刀安裝好，且都對好刀，把它們的刀偏值輸入相應(yīng)的刀具參數(shù)中。 4確定切削用量 :切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)該機床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗確定，詳見加工程序。 5確定工件坐標(biāo)系、對刀點和換刀點:確定以工件20h7孔的中心為工件原點，建立工件坐標(biāo)系，如上圖所示。換刀點設(shè)置在工件坐標(biāo)系下x100 y100 z50處。 6編寫程序:按該機床規(guī)定的指令代

34、碼和程序段格式，把加工零件的全部工藝過程編寫成程序清單。該工件的加工程序如下： %_n_tang1_mpf;$path=/_n_mpf_dirn100 g71n102 g17 g40 g54 g90n104 t4 換四號面銑刀n105 m03 s600 主軸轉(zhuǎn)速每分鐘600轉(zhuǎn)m08 切削液打開n106 g43 g0 z2. h04 加工工件上表面n108 x-82.447 y-39.998n110 g1 z-.5 f100.n112 x57.447 f200.n114 x69.921n116 g3 y-3.333 cr=18.333n118 g1 x-69.921n120 x-70.n122

35、g2 y33.333 cr=18.333n124 g1 x70.n126 g3 y69.998 cr=18.332n128 g1 x-93.73n130 g0 z50. 上表面加工完畢退刀z50高度n132 m5 主軸停止n134 g91 g74 z0. 刀具回參考點n136 g74 x0. y0.n140 t1 m6 換16立銑刀n142 m03 s1500 主軸轉(zhuǎn)速每分鐘1500轉(zhuǎn)n144 g0 g90 g54 x-80. y46. 加工外輪廓n146 z2.n148 g1 z-5.3 f100.n150 x-64. f200.n152 g2 x-48. y30. cr=16.n154 g

36、1 y0.n156 g3 x48. cr=48.n158 g1 y60.n160 g3 x12. cr=18.n162 g2 x-12. cr=12.n164 g3 x-48. cr=18.n166 g1 y30.n168 g2 x-64. y14. cr=16.n170 g1 x-80.n172 y46.n174 z-10.6 f100.n176 x-64. f200.n178 g2 x-48. y30. cr=16.n180 g1 y0.n182 g3 x48. cr=48.n184 g1 y60.n186 g3 x12. cr=18.n188 g2 x-12. cr=12.n190 g3

37、 x-48. cr=18.n192 g1 y30.n194 g2 x-64. y14. cr=16.n196 g1 x-80.n198 y46.n200 z-11. f100.n202 x-64. f200.n204 g2 x-48. y30. cr=16.n206 g1 y0.n208 g3 x48. cr=48.n210 g1 y60.n212 g3 x12. cr=18.n214 g2 x-12. cr=12.n216 g3 x-48. cr=18.n218 g1 y30.n220 g2 x-64. y14. cr=16.n222 g1 x-80.n224 g0 z50. 上表面加工完畢退刀z50高度n226 m5 主軸停止n228 g91 g74 z0. 刀具回參考點 n230 g74 x0. y0.n232 t2 m6 換19.8麻花鉆m3 s300 主軸轉(zhuǎn)速每分鐘300轉(zhuǎn)g0 z50 準(zhǔn)備鉆孔x0y0z2g01 z-14 f100g0 z2g0 z50. 上表面加工完畢退刀z50高度m5 主軸停止g91 g74 z0. 刀具回參考點 g74 x0. y0.t3 m6 換20h7鉸刀m3 s200 主軸轉(zhuǎn)速每分鐘200轉(zhuǎn)g0 z50 準(zhǔn)備鉸孔x