數(shù)控車床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)書

1、摘要本設(shè)計(jì)說明書包括：概論、總體設(shè)計(jì)方案的擬定和驗(yàn)證、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。數(shù)控車床系統(tǒng)中刀架控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法,整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單,安裝調(diào)試方便,可靠性高,成本低廉等優(yōu)點(diǎn),可用于車床數(shù)控化改造和數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)。 改造后的機(jī)車，主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，刀架要是自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)切削螺紋。關(guān)鍵字：數(shù)控改造 編碼盤 滾珠絲杠 刀架 AbstractThis introduction of the design included:The draw-up of the general outline, the decision and

2、verify of the total designal projection, the reforms design to the parts of the lord spreads to move,the reforms design to the system of serve enters ,the choice and design to the knife which turn automatically, the constructions design of coding dish gearing part ,and so on.while the Motorcycle bee

3、n reformed, the lord exercises realize to change speed automatically. lengthways, horizontal enter to proceed to system the number controls the control, and request to attain lengthways minimum sport unit as 0.01 mm/ pulse, horizontal minimum sport unit as 0.005 mm/ pulse, knife must be the automati

4、c control a knife which is turning automatically,and it is able to slice the thread automatically.Key words: The number controls to reforms the system of enters roll the bead in silk automatic knife 目 錄第一章 緒論41.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史41.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析41.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢51.3.1繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展51.3.2向高速化和高精度化發(fā)展51.4 機(jī)床數(shù)

5、控化改造的必要性51.5數(shù)控化改造的市場空間61.6機(jī)床改造的效益分析71.7 設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)8第二章 總體方案的擬定和論證92.1 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架選擇設(shè)計(jì)92.2 可行性論證92.3 刀架設(shè)計(jì)方案的擬定9第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1 數(shù)控車床刀架的基本要求103.2 數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)113.3 工作原理113.4 刀架的安裝12第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)134.1 光電編碼器工作原理134.2 步進(jìn)電機(jī)頻率對編碼盤的限制144.3 編碼盤的安裝144.4 單片機(jī)和主機(jī)（PC機(jī)）的連接154.5 8031單片機(jī)接口的擴(kuò)展164.6 鍵盤/顯示器接口芯片8279174.7 中斷優(yōu)先電路204.8

6、光電隔離電路214.9單片機(jī)控制的自動(dòng)換刀程序設(shè)計(jì) 22結(jié)論24謝辭25參考文獻(xiàn)26第一章 緒論1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。1.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析1.2.1 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，

7、在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控

8、壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。 1.2.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)  1、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。  2、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。  2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺(tái)，比上年增長28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。  3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.3.1繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展基于PC所具有的開放性、低

9、成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。1.3.2向高速化和高精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 1.3.3向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。（2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，

10、加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)（4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 1.4.1可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。2 、可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。由于計(jì)算

11、機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。3、 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。4 、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。5、 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看 管加工。6、 由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少 了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生

12、產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。1.4.2 宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達(dá)20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。1.5 數(shù)控化改造的市場空間 機(jī)床的數(shù)控制化改造是一個(gè)方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字上

13、看前途應(yīng)該是十分光明的，例如："在美國，日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造人作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是一個(gè)"永恒"的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看出：1國內(nèi)的市場我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，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0.60.8萬臺(tái)，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(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化

14、生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)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(gè)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。 2. 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從19791988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為

15、我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大

16、的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。1.6 機(jī)床改造的效益分析提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個(gè)途徑：一是購買新的數(shù)控機(jī)床；二是對舊的機(jī)床進(jìn)行改造而對于一個(gè)機(jī)床擁有量大，經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機(jī)床改造來提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個(gè)極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點(diǎn)：1、減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費(fèi)用，改造的費(fèi)用大大減低。2、機(jī)械的穩(wěn)定性可靠 機(jī)床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件

17、越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對環(huán)境的污染。3、熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修 購買的新設(shè)備，事先很難前面了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間，機(jī)床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。 4、可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機(jī)時(shí)重新構(gòu)筑新基，同時(shí)工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。5、可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機(jī)床，往往對一個(gè)具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某

18、一個(gè)專用的特殊功能，如向機(jī)床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費(fèi)用大，交貨的日期又長。而采用改造的方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設(shè)計(jì)改造成專用的數(shù)控機(jī)床。6、可及時(shí)采用最新技術(shù)，充分利用社會(huì)資源 由于技術(shù)進(jìn)步和我國機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機(jī)床方面的改造 ，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會(huì)資源，可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度，及時(shí)地采用最新技術(shù)來提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊

19、機(jī)場改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。1.7 設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)普通車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗(yàn)證、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇或設(shè)計(jì)、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部分系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由 數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。 第二章 總體方案的擬定和論證數(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

20、，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。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機(jī)床大國，對普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。2.1 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架選擇設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。其結(jié)構(gòu)直接影響車床的切削性能和效率。臥式車床數(shù)控改造應(yīng)將原來機(jī)床的普通手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)換位刀架，本設(shè)計(jì)決定采用常州武進(jìn)數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4四工位螺旋轉(zhuǎn)位刀架。2.2 可行性論證可行性論證是用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告，是上級主管部門審定和批

21、準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。同樣，在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行，即從企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題分析；從企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析；改造后車床的實(shí)施計(jì)劃，結(jié)論等。由于原因限制，設(shè)計(jì)者只能就改造的投資概算作一簡要的可行性論證。費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過15萬元。因此，對普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和加工精度的有效選擇，具有一定的實(shí)用性。2.3 刀架設(shè)計(jì)方案的擬定經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定的CA6140的

22、車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的總體方案示意圖如下圖所顯：刀架改成由微機(jī)控制，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，需安裝主軸脈沖發(fā)生器。微機(jī)光電阻隔微電機(jī)刀架光阻編碼器光電阻隔功率放大功率放大光電阻隔功率放大變頻調(diào)速電 機(jī)步 進(jìn)電 機(jī)步 進(jìn)電 機(jī)主 軸縱向工作臺(tái)橫向工作臺(tái)圖3-3總體方案設(shè)計(jì)圖第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 臥式車床數(shù)控改造應(yīng)將原機(jī)床的普通手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。根據(jù)所加工零件的工藝要求及機(jī)床控制方式確定自動(dòng)刀架的刀位數(shù)和刀架類型。3.1 數(shù)控車床刀架的基本要求數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定

23、程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，所以有如下要求：轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全；按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時(shí)間短；重復(fù)定位精度高；防水、防屑，密封性能優(yōu)良；夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。3.2 數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)圖6-1 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架大致尺寸圖 3.3 工作原理 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架工作原理如圖6-2所示，微電機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器至渦輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母抬起刀架使定位用的端齒盤的上盤與下盤分離，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位。然后發(fā)信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，完成刀架換位后，再進(jìn)行切削加工。其具體過程是：當(dāng)微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)后，刀架控制器中繼電器動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)， 螺桿升降機(jī)構(gòu)使上刀架上

24、升, 當(dāng)上刀架上升到一定高度時(shí)，離合轉(zhuǎn)盤 起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端的發(fā)信盤中對應(yīng)每個(gè)刀位都安裝一個(gè)霍爾元件，當(dāng) ( 1-電機(jī)；2-固定安裝絲杠；3-安全離合器；4-刀架)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷的向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號(hào)。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號(hào)與指令刀位信號(hào)相比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷反靠在反靠盤上初定位。在活動(dòng)銷反靠作用下，螺桿帶動(dòng)上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號(hào)，切斷電源，電機(jī)停

25、轉(zhuǎn)，完成選刀過程。3.4 刀架的安裝 圖6-3 刀架的安裝尺寸該刀架安裝時(shí)，需先拆除原機(jī)床上的小拖板和原刀架，然后把電動(dòng)刀架置于中拖板上。此時(shí)，刀架高度應(yīng)使車刀前刀面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調(diào)整其高度。然后，卸掉刀架電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇罩殼，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使上刀體相當(dāng)于下刀體轉(zhuǎn)動(dòng)450左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中拖板固定，固定時(shí)應(yīng)注意，將刀架的兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進(jìn)給方向平行。電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線應(yīng)如下安裝：沿橫向工作臺(tái)右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出一鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于:避免走線雜亂無章，而使得加工時(shí)切屑、切削液以及其它雜

26、物磕碰電動(dòng)刀第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)我們知道在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時(shí)，須培植主軸脈沖發(fā)生器（即編碼盤）作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送到計(jì)算機(jī)。4.1 光電編碼器工作原理脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。編碼盤按一定的編碼形式如二進(jìn)制編碼，二-十進(jìn)制編碼等，將一個(gè)圓盤分成若干等 份，并利用電子、光電或電磁器件， 把代表被 圖7-1 脈沖發(fā)生器測位移的個(gè)等份上的數(shù)碼轉(zhuǎn)換成便于應(yīng)用的二進(jìn)制或其它表達(dá)方式。脈沖編碼器分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種。就精度與可靠性來講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于

27、其它兩種。數(shù)控機(jī)床上只用光電式脈沖編碼器。由霍爾效應(yīng)構(gòu)成的電磁感應(yīng)式脈沖發(fā)生器也有作速度檢測元件用。(如上71圖)(b) 4.2 步進(jìn)電機(jī)頻率對編碼盤的限制在使用主軸脈沖發(fā)生器時(shí)，受到步進(jìn)電機(jī)頻率的限制。如采用1000的工作頻率，加工3螺距的螺紋時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)頻率為300，而主軸脈沖發(fā)生器頻率為1000×60=60000，所以車床主軸轉(zhuǎn)速=1000×60/300=200，即車床主軸轉(zhuǎn)速不得超過200轉(zhuǎn)；如將主軸脈沖發(fā)生器的頻率提高到2000 ，轉(zhuǎn)速也僅達(dá)到400。由此可見，當(dāng)螺距越大時(shí)，允許的車床主軸轉(zhuǎn)速也就越低。4.3 編碼盤的安裝編碼盤的安裝一般有兩種方式，即同軸安裝和

28、異軸安裝。同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接方便，但安裝后不能加工穿出主軸孔的較長的工件；而異軸安裝無此缺陷。考慮到這一點(diǎn)，本設(shè)計(jì)為使改造設(shè)計(jì)的車床具有較強(qiáng)的通用性，決定采用異軸安裝的方式來安裝編碼盤。如圖7-2中，編碼盤通過傳動(dòng)比為1：1的同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來。工作時(shí)，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)控裝置控制進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)， 螺紋車刀移動(dòng)一個(gè)螺紋導(dǎo)程，同時(shí)還保證每次走刀都在工作的同一點(diǎn)切入，而不亂扣。 圖7-2 增量式編碼盤安裝示意圖 4.4 單片機(jī)和主機(jī)（PC機(jī)）的連接串行通信是CPU與外界交換信息的一種基本通信方式。單片機(jī)用語數(shù)據(jù)采集時(shí)，往往作為前端

29、機(jī)安裝在工業(yè)現(xiàn)場，遠(yuǎn)離主機(jī)，現(xiàn)場必須采用串行通信方式發(fā)往主機(jī)進(jìn)行處理，以降低通信成本，提高通信可靠性。51系列彈片機(jī)自身有全雙工的異步通信接口，實(shí)現(xiàn)串行通信很是方便。片機(jī)和PC的串行通信接口電路圖如下： 圖8-9 單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信接口圖中MAX232完成TTL-EIA的電平轉(zhuǎn)換。在PC機(jī)內(nèi)接有PC16550（和8250兼容）串行接口、EIA-TTL的電平轉(zhuǎn)換和RS-232C連接器，除鼠標(biāo)占用一個(gè)串行口以外，還留有兩個(gè)串行口給用戶，這就是COM1（地址3F8H3FFH）和COM2（地址2F8H2FFH），通過這兩個(gè)口，可以連接MODEM和電話線互聯(lián)網(wǎng) ，也可以連接其他通信設(shè)備，如單片機(jī)，

30、仿真機(jī)等。4.5 8031單片機(jī)接口的擴(kuò)展 在使用單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，往往需要通信的外部設(shè)備或者控制對象比較多，單片機(jī)本身的I/O口無法滿足要求，因而需要擴(kuò)展I/O口。擁護(hù)可以把MCS-51的64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間的一部分（例如0DHFFH）作為外部I/O的地址空間，CPU向仿問外部RAM單元一樣讀寫擴(kuò)展的I/O 口。圖8-10 8031單片機(jī)的接口擴(kuò)展4.6 鍵盤/顯示器接口芯片8279 8279是intel公司為其8位微處理器配套設(shè)計(jì)的可編程鍵盤/顯示器接口芯片，在微機(jī)控制數(shù)控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。1、 8279的主要性能（1） 提供了硬件掃描鍵盤接口，可連接8行&#

31、215;8列的矩陣鍵盤。（2） 鍵盤接口可接開關(guān)式傳感器矩陣或者其開關(guān)輸入量（3） 具有動(dòng)態(tài)掃描顯示器接口，可接16個(gè)8段數(shù)碼顯示器。顯示數(shù)據(jù)采用右端 或左端送如。（4） 鍵盤和顯示器掃描信號(hào)及掃描間隔由內(nèi)部定時(shí)控制邏輯和掃描計(jì)數(shù)器完成。掃描信號(hào)具有編碼輸出和譯碼輸出兩種方式等功能.其顯示器和鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序如下：（1）LED 顯示器程序:LED: MOV R1, #7EH ;顯示緩沖區(qū)末地址MOV R2, #01HMOV A, R2LP0: MOV DPTR,#7f01HMOVX ADPTR,AINC DPTR MOV A,R0 :取顯示數(shù)據(jù)ADD A,#0DH ;加上偏移量MOVC A,A+

32、PCMOVX DPTR,AACALL DIMSDEC R0MOV A,R2JB ACC.5,LP1RL A MOV R2,AAJMP LP0LP1: RETDIMS: MOV R7,#02HDL: MOV R6,0FFHDL1: DJNZ R6,DL1DJNZ R7,DLRET鍵盤掃描子程序KD1: MOV A,#00000011BMOV DPTR,#7F00HMOVX DPTR,AKEY1: ACALL KS1JNZ LK1ACALL LEDAJMP KEY1LK1: ACALL LEDACALL LED ACALL KS1JNZ LK2ACALL LEDAJMP KEY1LK2: MOV

33、R2,#0FEH MOV R4,#00HMOV DPTR,#7F01HLK4 MOV A,R2MOVX DPTR,AINC DPTRINC DPTRMOVX A,DPTRJB ACC.0,LONEMOV A,00HAJMKP LKPLONE: JB ACC.1,LTWOMOV A,#08HAJMP LKPLTWO: JB ACC.2,LTHRMOV A,#10HAJMP LKPLTHR: JB ACC.C,NEXTMOV A,#18HLKP: ADD A,R4PUSH ACCLK3: ACALL LEDACALL KS1JNZ LK3POPACCRETNET INC R4MOV A,R2JNB

34、 ACC.7,KNDRL A MOV A,R2JNB ACC.7,KNDRL AMOV R2,AAJMP LK4KND: ANMP KEY1KS1: MOV DPTR,#7F01HMOV A,#00HMOVX DPTR,AINC DPTRINC DPTRMOVX A,DPTRCPL AANL A,#0FHRET （2）插補(bǔ)程序清單:ORG 2300MAIN: MOV P,#60HMOV R0,#T8255MOVX AR0,ALOR4: MOV 28H,#0C8HMOV 29H,#0C8HMOV 2AH,#00H MOV 2EH,#00HMOV 2EH,#00HMOV 70H,#0AHLOP3:

35、 MOV A,2EJJB ACC.7,L0P1MOV A,70HSETBACC,0CLR ACC.2MOV 70H,ALCALL MOTR 調(diào)環(huán)行分配器子程序LCALL DELAGMOV A,2EHSUBB A,29HINC 2AHAJMP LOP2 ；轉(zhuǎn)入子程序LOP2LOP1: MOV A,70HSETB ACC.2CLR ACC.0MKOV 70H,ALCALL MOTR ：Y方向走一步LCALL DELAY MOV A,2EHADD A,28HINC 2BHLOP2: MOV 2EH,AMOV A,28HCJNE A,2AH,LOP3 ;比較XST: MOV R0,#T8255 ;關(guān)8

36、255MOV A,#00HMOVX R0ALJMP ST4.7 中斷優(yōu)先電路五個(gè)中斷的有先級別寄存器管理，相應(yīng)位置1，則該中斷源優(yōu)先鑒別高，置0的優(yōu)先級別低PSPTiPXiPT0PX0無用位串行口高/低Ti高/低INT1高/低T0高/低INT1高/低 當(dāng)某幾位中斷源在IP寄存器相應(yīng)為1或同為零時(shí)，由內(nèi)部查詢確定優(yōu)先級，即優(yōu)先響應(yīng)先查詢中斷請求。CPU查詢的順序是： 圖8-12 中斷系統(tǒng)圖8-12 中斷系統(tǒng)4.8 光電隔離電路 為了防止強(qiáng)電干擾及其他信號(hào)通過I/O控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是采用濾波吸收，抑制干擾信號(hào)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

37、信號(hào)的傳導(dǎo)，光電隔離電路主要由光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖8-13所示：控制輸出時(shí)，如圖（a）所示，可知，微機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)74LS04A非門反相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，經(jīng)反相后，加到發(fā)光管的電平低電平，因此，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，沒有光發(fā)出/這時(shí)光敏三極管截止，輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏三極管集電極上的電源電壓。當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)圖8-13 光電隔離電路光，光敏三極管接受發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通，于是輸出端幾乎等于零。同樣的道理，可將光電耦合器用于信息的輸入，如圖（b）所示。當(dāng)然，光電偶合器還有其他連接方式，以實(shí)現(xiàn)不同要求的電平合伙者極性轉(zhuǎn)換

38、。光電偶合電路有以下做用：（1） 可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電；（2） 可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換如圖（a）所示電路，通過光電偶合器可以很方便地把微機(jī)的輸出信號(hào) 變?yōu)?2V；（3） 提高驅(qū)動(dòng)能力。4.9 單片機(jī)控制的自動(dòng)換刀程序設(shè)計(jì) 當(dāng)數(shù)控程序中的有T指令時(shí)，中央處理器經(jīng)過判斷就發(fā)出換刀指令，啟動(dòng)換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)指定位置后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而后開始反轉(zhuǎn)。但反轉(zhuǎn)使得刀架緊固后停止反轉(zhuǎn)，完成換刀過程。刀架的機(jī)械機(jī)構(gòu)見上圖紙。自動(dòng)。 自動(dòng)換刀常年個(gè)性要根據(jù)換刀電機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)，各種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，其換刀電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)思想上基本相同的，都是采用一個(gè)社出口的

39、二位信號(hào)線分別控制電機(jī)正，反轉(zhuǎn)，用一個(gè)輸出入口的二位信號(hào)線分別檢測電機(jī)正，反轉(zhuǎn)時(shí)換刀到位和呀緊狀態(tài)。其程序設(shè)計(jì)如下：ZDHD: PUSH AE PUSH BC PUSH DE ;保護(hù)現(xiàn)場 MOV A, #00H MOV DPTR,#MH ;A清零MOVX DPTPRA;關(guān)換刀電機(jī)MOV R0,41HHD1: MOV A, #03#;取需換刀位碼 ANL A, 03#;代碼后兩位有效 CJNE A, R0, HD2;判位 POP . . POP DE POP BC POP AF RETHD2: MOV A, #01H;輸入刀架轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào) MOV DPTPRAHD3: MOV DPTR, #MH ;

40、指向輸入口地址 MOV A, DPTR ;取輸入口內(nèi)容,測到位否 JNB ACC1, HD3 ;未到位,循環(huán)測 MOV DPTR,#MH ;到位,停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) MOV A,#00H MOVX DPTR,A ACALL YANSIS ;調(diào)延時(shí)1s子程序 MOV A, #02H ;刀架電機(jī)反轉(zhuǎn) MOV DPTR,AHD4: MOV DPTR, #NH ;測反轉(zhuǎn)夾緊否 MOVX A, DPTR JNB ACC3, HD4 ;為夾緊,循環(huán)測 MOV A, #00H MOV DPTR,#MH ;夾緊,停轉(zhuǎn) MOVX DPTR,A INT RO ;記錄現(xiàn)刀位碼 CJNE A, #04H,HD1 ;未超過最

41、高記錄碼,重新判位 MOV RO, #OOH ;超過了則重新記錄 SAMP HD1YANSIS . ;延時(shí)1s子程序(略) 結(jié)論經(jīng)過一個(gè)多月的艱苦奮斗，設(shè)計(jì)成果終于要出來了，俗話說：“萬事開頭難?！边@話一點(diǎn)也不假，回想當(dāng)初確定這個(gè)，還是挺茫然的，不知怎下手？查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。終于到了設(shè)計(jì)的時(shí)候了，花了整整十幾天，終于完成了設(shè)計(jì)，這次的設(shè)計(jì)讓我們增長了實(shí)踐技能，這些對于我們真是受益匪淺。最后，我覺得：不見風(fēng)雨，怎么能見彩虹呢？我把體會(huì)用十個(gè)字概括：天下無難事，只怕有心人畢業(yè)論文是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制