畢業(yè)設(shè)計-普通外圓磨床橫向磨削進給系統(tǒng)的數(shù)字化改造

摘要ii第5章外圓橫向進給磨削控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 445.1采樣程序 445.2控制程序 45第6章結(jié)論 49參考文獻 49致謝 51附錄 52第1章緒論PAGEIPAGEI第2章磨削過程基本參數(shù)模型的建立第1章緒論PAGE3PAGE3第1章緒論1.1課題研究的背景隨著科技的進步，人們對零件的制造精度和表面粗糙度的要求不斷提高，磨削作為金屬加工過程中用于終加工的精度加工方法，它的應用范圍越來越廣，已在高效及高精密加工領(lǐng)域中占有重要的一席之地。據(jù)統(tǒng)計，在軸承廠，磨床總臺數(shù)占機床總臺數(shù)的40%-60%，汽車廠達25%，一般機床廠也達15%左右。這進一步告訴人們對磨削過程和磨削機理的深入研究具有十分重要的現(xiàn)實意義，同時也暗示了尋求低成本，高效率和高精度磨削加工控制策略的迫切性。磨削加工是極為復雜的，磨削參數(shù)、磨削系統(tǒng)的機械性能、磨削力、磨削功率、磨削接觸區(qū)溫度、磨削熱源表面最高溫度、工件溫度、工件表面粗糙度、工件圓度以及砂輪形貌等都隨著磨削過程的進行而動態(tài)地發(fā)生變化。磨削加工的復雜性和磨削過程的不確定性決定了以往對磨削過程的研究存在以下主要問題:(1)描述磨削過程基本數(shù)學模型的局限性過去許多反映磨削過程的基本模型都是建立在經(jīng)驗或?qū)嶒灥幕A(chǔ)之上的，它們僅能用于一般情況所需要的對磨削結(jié)果的估算。但由于磨削過程的影響因素繁多，這些數(shù)學模型不可能將所有因素包含進去，而且人們?yōu)榱撕喕嬎?，往往把非線性的問題線性化，這些都勢必會影響磨削模型的精確性，也不利于對磨削結(jié)果的理解。(2)昂貴而繁重的實驗工作由于上述磨削模型是建立在經(jīng)驗或?qū)嶒灮A(chǔ)之上，磨削模型的局限性必然導致在某一特定磨削狀態(tài)下的磨削結(jié)果往往不能再次應用于力—磨削過程，致使實驗工作繁重,浪費大量人力物力，也不利于對磨削過程中的各種規(guī)律的掌握。(3)難以實現(xiàn)對磨削過程的控制由于描述磨削過程的各個磨削模型缺乏對時間的依賴性，它們不能反映磨削過程的變化，因而很難利用這些磨削模型來控制整個磨削過程，實現(xiàn)對磨削過程的完全自動化控制。(4)磨削效率低下由于缺乏對磨削過程基本規(guī)律的理解和受到工件燒傷極限的限制，人們往往在無燒傷的情況下尋求高效的磨削加工控制策略。這必然導致傳統(tǒng)磨削過程的磨削控制進給速度遠遠低于磨削允許的極限進給速度,因而磨削效率極低。1.2課題的提出和研究的意義針對上述對磨削過程研究所存在的主要問題,為了達到磨削加工低成本、高效率及高精度的生產(chǎn)目的,滿足更富有柔性的磨削加工生產(chǎn)需求，近年來人們在磨削加工自動化、各類高效磨削加工技術(shù)的開發(fā)等方面做出了空前的努力。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機在磨削加工領(lǐng)域中的應用已越來越廣泛，虛擬磨削技術(shù)和智能磨削系統(tǒng)等概念的出現(xiàn)給磨削加工領(lǐng)域的研究注入了新的生機。在磨削加工過程中，由于計算機的參與，一方面使過去的磨削加工中許多難以計算的問題變的簡單化，描述磨削過程的數(shù)學模型完全可以是多參數(shù)、非線性的，使模型的精度可以得到很好的保證；另一方面，由于計算機仿真技術(shù)的應用，使過去只能通過實際的磨削實驗才能獲得的磨削結(jié)果完全可以通過計算機仿真來完成，因而可以大大減少磨削實驗的次數(shù)，達到低成本、高效率和高精度磨削加工的目的。未來的磨削加工應該是在實際磨削過程沒有進行之前，首先利用計算機來模擬整個磨削過程，通過計算機仿真和優(yōu)化預先模擬出能夠應用于實際磨削過程的最佳磨削方案和優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)磨削加工完全自動化的目的。本課題正是基于上述目的而提出的，重點在磨削過程建模，優(yōu)化和自動控制等方面展開研究工作。1.3課題研究的主要內(nèi)容（1）外圓磨削橫向進給伺服系統(tǒng)設(shè)計通過單片機8031控制輸出脈沖信號給步進電機驅(qū)動器，由驅(qū)動器驅(qū)動步進電機，帶動同步齒形帶、絲杠螺母機構(gòu)等組成的伺服系統(tǒng)來驅(qū)動砂輪架進給機構(gòu)。（2）主運動電機功率檢測系統(tǒng)設(shè)計主運動電機的單極功率信號經(jīng)功率表變送輸出為4-20mA的電流信號,經(jīng)串接標準電阻被轉(zhuǎn)換成電壓信號后送給A/D卡，通過控制程序的采樣子程序進行數(shù)據(jù)采集。（3）工件尺寸精度在線檢測系統(tǒng)設(shè)計電渦流傳感器的測頭表面平行于工件的被磨表面，隨著磨削過程的進行，二者間隙值增大，其間隙值即為磨削過程的實際總進給量。測得的電壓信號經(jīng)A/D卡送給控制程序的采樣子程序進行數(shù)據(jù)采集。（4）外圓橫向進給磨削控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計第2章磨削過程基本參數(shù)模型的建立PAGE51PAGE51第2章磨削過程基本參數(shù)模型的建立2.1外圓橫向進給磨削過程磨削力和磨削功率模型的建立2.1.1引言磨削力起源于工件與砂輪接觸后引起的彈性變形、塑性變形、切屑形成以及磨粒和結(jié)合劑與工件表面之間的摩擦作用。研究磨削力的目的，在于搞清楚磨削過程的一些基本情況，它不僅是磨床設(shè)計的基礎(chǔ)，也是磨削研究中的主要問題，磨削力幾乎與所有的磨削有關(guān)系。為便于分析問題，磨削力可為相互垂直的三個分力，即沿砂輪切向的切向磨削力，沿砂輪徑向的法向磨削力以及沿砂輪軸向的軸向磨削力。一般磨削中，軸向力。較小，可以不計。由于砂輪磨粒具有較大的負前角，所以法向磨削力大于切向磨削力．通常在1．5—3范圍內(nèi)(稱為磨削力比)，需要指出一點的是，磨削力比不僅與砂輪的銳利程度有關(guān)，且隨被磨材料的特性不同而不同。例如磨削普通鋼料時，＝1．6—1．8;磨削淬硬鋼時，=1.9—2．6；磨削鑄鐵時。＝2．7—3．2；磨削工程陶瓷時，＝3．5—22?？梢姴牧嫌灿啵ハ髁Ρ扔?。此外的數(shù)值還與磨削方式等有關(guān)。磨削力與砂輪耐用度、磨削表面粗糙度、磨削比能等均有直接關(guān)系。實踐中，由于磨削力比較容易測量與控制，因此常用磨削力來診斷磨削狀態(tài)，特此作為適應控制的評定參數(shù)。磨削力和磨削功率的計算在實際工作中是很重要的，它們不僅是機床設(shè)計和工藝改進的主要依據(jù)，而且是磨削穩(wěn)定性分析及磨削燒傷的重要影響因素，因而它們也是對整個磨削過程進行優(yōu)化的最重要的約束條件。本節(jié)首先要建立外圓橫向進給磨削過程中的磨削力和磨削功率的數(shù)學模型2.1.2外圓磨削過程磨削力及計算方法外圓磨削加工中磨削力可分解為切向磨削力、法向磨削力和軸向磨削力。法向磨削力影響磨削中工件的彈性變形、振動、磨削余量以及加工精度；切向磨削力直接影響磨削中功率的大?。粚τ谳S向磨削力來說，雖然從一個磨粒的角度來看，這個分力很大，但由于各磨粒具有隨機分布的正負傾角，而使其各分力相互抵消，因此作為總磨削分力就表現(xiàn)不出很大值，與前兩個分力相比是很小的。這里對軸向磨削力忽略不計。目前，磨削力的計算方法主要有兩類：一是根據(jù)實驗整理出來的經(jīng)驗公式來進行磨削力的計算。用此種方法一方面須作大量的實驗，工作量很大；另一方面，由于磨削加工的情況復雜，加工條件導致磨削力變化較大，這類公式的通用性受到很大的限制。二是用因次解析法和實驗相結(jié)合的方法建立通用的磨削力計算公式，它能將磨削過程中的主要因素概括到模型當中去，比較全面。本論文從原始的理論出發(fā)，采用單個磨粒的磨削力與砂輪接觸面總的有效磨粒數(shù)相結(jié)合的方法，同時利用前人的實驗結(jié)果導出更為實用有效的依賴于時間變化的橫向磨削力計算公式。2.1.3外圓磨削過程磨削力模型建立其具體的推導過程如下：首先，從簡化的單個磨粒的切削狀態(tài)著手進行討論，假設(shè)砂輪每個磨粒的尖端前后依次排列在砂輪的同一圓周上,且磨粒形狀為具有一定頂角的圓錐,其中心指向砂輪的半徑方向?，F(xiàn)僅考慮一個磨粒平均磨削深度為的情況，參見圖2.1。并且考慮和圖中切削方向成Φ角的微小面積OAB(ds)，計算作用在其上的磨削力。如圖2.1所示：—在切削方向的分力—在垂直方向的分力—圓錐的半頂角。首先設(shè)作用于垂直切削方向單位面積上的切削力為，此即單位磨削力。圖2.1作用于磨粒上的磨削力則有：（2.1.1）的分布如圖2.1右下方中虛線范圍所示，圖中磨粒為具有一定錐角的圓錐,中心線指向砂輪的半徑，且圓錐母線長度為，則接觸面積（2.1.2）將式（2.1.2）代入式（2.1.1）（2.1.3）故有如下公式：（2.1.4）故平均每個磨粒的切削分力為：（2.1.5）式中：—平均每個磨粒的切向分力—平均每個磨粒的法向分力即有：（2.1.6）對上式進行積分得：（2.1.7）圖2.2平均切削斷面積與的計算又參見圖2.2有：（2.1.8）式中：—平均切削斷面積—每個磨粒的平均磨削深度—每個磨粒的平均切削寬度其中：（2.1.9）式中：—砂輪的磨削深度—有效磨粒間隔—工件圓周速度V—砂輪圓周速度r—工件半徑R—砂輪半徑若設(shè)則有：（2.1.10）由圖2.2可知：b=B[1-(x/2X)]—單個磨粒的切削寬度—單個磨粒的切削厚度又由于磨粒尖端E到達線上的任何位置的機率相等，所以：所以：（2.1.11）則磨粒的平均切深為：（2.1.12）將（2.1.12）代入式（2.1.7）得：（2.1.13）則磨削過程雙向總磨削力為：（2.1.14）式中：j為同時磨削的磨粒數(shù)。下面求出同時磨削的磨粒數(shù)j。首先求出外圓磨削時的接觸弧長，見圖2.3。圖2.3接觸弧長雖然在外圓磨削過程中實際接觸弧長為PBC,但由于弧PB非常小,以弧長BC代替實際接觸弧長。由于（2.1.15）（2.1.16）（2.1.17）（2.1.18）（2.1.19）代入式(2.1.15),得（2.1.20）設(shè)接觸弧長為,則（2.1.21）在外圓縱向磨削過程中,設(shè)縱向進給速度為，工件每轉(zhuǎn)縱向進給量為b。在不考慮砂輪磨損時,整個砂輪磨削深度都是由寬為b的砂輪前緣完成的。則在圖2.3的接觸弧PC中的磨粒數(shù),即同時磨削的磨粒數(shù)將j、及式（2.1.13）代入(2.1.14)，則得總的磨削力公式為：（2.1.22）由上式可見，若要求得總磨削力及，則必須求出單位磨削力，即磨粒的受力，現(xiàn)僅考慮一個磨粒的切向磨削力的求法。（2.1.23）其中與是具有不同意義的單位磨削力，是作用于磨粒上的磨削力，而則是作用與切屑上單位截面上的磨削力。則根據(jù)式（2.1.9）及（2.1.23）并將j代入式（2.1.14）得：（2.1.24）無論是從磨粒受力的角度考慮，還是從切屑受力的角度考慮，最終總的磨削力應該是相等的。故比較（2.1.22）及（2.1.24）得：即：（2.1.25）又根據(jù)實驗得：（2.1.26）其中：k—與材料有關(guān)的系數(shù)—約為0.2~0.5將（2.1.9）代入式（2.1.26）得：（2.1.27）將上式代入式（2.1.22）則得最終總的磨削力計算公式：（2.1.28）當切向磨削力被計算出來以后，磨削功率就可以被計算和描述，其數(shù)學模型如下：（2.1.29）2.2外圓橫向進給磨削過程總進給量及磨削深度模型的建立磨削模型的多參數(shù)和磨削過程的復雜性決定了計算機仿真技術(shù)應用于磨削過程的重要性。如果利用計算機仿真技術(shù)，在實際磨削之前利用計算機模擬并優(yōu)選出最佳的磨削方案。大大降低了磨削試驗的次數(shù)。傳統(tǒng)的磨削過程由于受到磨削系統(tǒng)和工件燒傷極限的限制，實際的磨削控制進給速度要比磨削允許的進給速度低得多，這無疑大大降低了磨削效率。有人提出了一種磨削力控制策略來優(yōu)化磨削循環(huán)，有人提出了通過設(shè)置超調(diào)量和進給系統(tǒng)回撒策略來加速光磨過程。但是他們所利用的磨削模型都建立在經(jīng)驗或試驗基礎(chǔ)之上，缺乏對時間的依賴性，不適應磨削循環(huán)的變化。由于在外圓連續(xù)橫向進給的整個磨削過程中，磨削深度△隨著磨削加工的進行是時刻發(fā)生變化的，這必然導致總磨削力、總磨削功率等也時刻發(fā)生變化，為了能夠建立系統(tǒng)的、依賴于時間變化的描述磨削過程的各個數(shù)學模型，同時也為了能夠?qū)@些模型進行計算機仿真，必須要推導出依賴于時間變化的磨削深度△的數(shù)學模型。因此，本節(jié)將進一步建立外圓連續(xù)橫向進給磨削過程中依賴于時間變化的實際磨削深度及實際總進給量的數(shù)學模型。由公式（2.1.28）可見，當磨削過程穩(wěn)定之后基本上等于常量，故也基本接近常量，設(shè)其為。則有：（2.2.1）又當較小時，所以有：（2.2.2）工件砂輪工件砂輪圖2.4外圓橫向進給磨削系統(tǒng)參見圖2.4，設(shè)磨削系統(tǒng)的等效剛度系數(shù)為，則有下式成立：（2.2.3）其中：—機床系統(tǒng)剛度—工件剛度—砂輪與工件接觸剛度圖2.5外圓橫向進給磨削系統(tǒng)圖解又根據(jù)磨削系統(tǒng)的動力學理論，參見圖2.5，由于系統(tǒng)偏移和砂輪磨損而導致實際總進給量滯后于控制總進給量，所以磨削系統(tǒng)可表示為如下的微分方程：（2.2.4）其中：——分別為控制總進給量和控制進給速度、——分別為實際總進給量和實際進給速度、——彈性變形引起的偏移量和偏移率、——為砂輪磨損引起的偏移量和偏移率則有：（2.2.5）其中：—工件直徑—砂輪直徑G—與砂輪磨損有關(guān)的磨削比又由：（2.2.6）其中：—工件轉(zhuǎn)速所以：（2.2.7）將式（2.2.5）及式（2.2.7）代入到式（2.2.4）中，則得如下微分方程：（2.2.8）令：—與砂輪磨損有關(guān)的系數(shù)—系統(tǒng)時間常數(shù)則有：（2.2.9）其中：為砂輪架橫向進給時的控制進給速度，當處于粗磨階段時，通常為一常量，當處于光磨階段時，。對于粗磨階段，解微分方程（2.2.9）則得t時刻總的實際進給量r(t)為：（2.2.10）又由實際磨削深度為，故有對應于t時刻的砂輪實際磨削深度為：為：（2.2.11）當經(jīng)過時間進入光磨階段以后，即時，砂輪架的控制進給速度，此時式（2.2.9）即為：（2.2.12）解此微分方程并代入粗磨結(jié)束時的邊界條件：則得光磨階段t時刻總的橫向進給量及磨削深度為：（2.2.13）（2.2.14）由此可見，根據(jù)公式（2.2.11）及（2.2.14）可求出磨削整個過程中任意時刻t所對應的磨削深度，將磨削深度代入公式（2.1.20），即可求出外圓橫向連續(xù)進給磨削過程中時刻t所對應的瞬時磨削力及，從而磨削功率也可以被計算。此外，在計算磨削加工過程中的磨削總進給量、磨削深度、磨削力、磨削功率等的數(shù)學模型時都涉及到系統(tǒng)時間常數(shù)。它直接反映了磨削系統(tǒng)的磨削抗力和彈性變形性能，而且它還是描述磨削系統(tǒng)時間滯后的主要因素。由系統(tǒng)時間常數(shù)的定義可以看出，它不僅與機床系統(tǒng)有關(guān)，而且與砂輪和工件組成的磨削系統(tǒng)自身有直接的關(guān)系，所以對于不同的磨削過程它的值是不同的。如果用前面所述的方法來計算系統(tǒng)時間常數(shù)是很煩瑣的，因而在此通過試驗的方法給出系統(tǒng)時間常數(shù)。具體的試驗和推導過程如下：參見式（2.2.10），對于粗磨階段為恒進給的外圓磨削過程來說，當忽略砂輪磨損時，粗磨階段在時間t時刻的實際總進給量可表示為：（2.2.15）而控制總進給量可表示為：（2.2.16）因此在t時刻工件的偏移量可表示為：（2.2.17）從該式可以看出，當磨削時間足夠的情況下，式中的后一項足夠小，可以被忽略。因此式（2.2.17）即變?yōu)椋海?.2.18）由于磨削過程沒有進入光磨階段，因此在粗磨階段工件的尺寸誤差主要源于磨削系統(tǒng)偏移量。所以在試驗中，粗磨階段進行一定時間t后，測量出工件的徑向去除量即可得出工件的偏移量為：（2.2.19）所以系統(tǒng)時間常數(shù)為：（2.2.20）第3章基本參數(shù)模型仿真第3章基本參數(shù)模型仿真在第二章中，已經(jīng)建立了外圓橫向進給磨削過程依賴于時間變化的磨削總進給量、磨削深度、總的雙向磨削力、磨削功率的數(shù)學模型。顯然，磨削模型的正確性及其精度必然會對磨削過程的優(yōu)化產(chǎn)生極為重要的影響。因此，本論文首先通過計算機仿真來檢驗所建磨削模型的正確與否，并通過計算機模擬來研究磨削加工的基本規(guī)律。由第二章可知，所有這些磨削模型都是依賴于時間連續(xù)變化的，這正是能將所有模型集成在一起進行計算機仿真的前提條件。此外，在磨削過程當中，磨削深度是影響磨削力、磨削功率的重要因素。因此，首先將磨削深度模型通過計算機模擬，計算出依賴于時間變化的磨削深度值，輸入到其他磨削模型中，即可對整個磨削過程進行全面的、系統(tǒng)的計算機仿真。3.1磨削過程基本參數(shù)模型計算機仿真流程圖對磨削過程進行計算機仿真，首先應對仿真的綜合輪廓有一個具體的系統(tǒng)的設(shè)計，整個仿真流程圖主要包括以下幾個部分：（1）磨削過程仿真參數(shù)的采集及輸入（2）磨削過程數(shù)學模型的建立及仿真程序的編制（3）磨削過程仿真結(jié)果的輸出磨削過程基本模型的計算機仿真流程圖參見圖3.1。其中：—總的磨削時間、—分別為粗磨時間和光磨時間—設(shè)定的磨削過程計算機仿真總的采樣點數(shù)—粗磨階段的采樣點數(shù)—光磨階段的采樣點數(shù)—采樣計數(shù)器—第個采樣點所對應的磨削時間下一步與預想是否吻合？輸入修整參數(shù)、NNNNYYYY考慮砂輪磨損?考慮砂輪修整?考慮磨削振動?考慮工件形貌?系統(tǒng)剛度等切削液參數(shù)、組織特性型號尺寸參數(shù)材料硬度工件磨削參數(shù)、、采集并輸入仿真參數(shù)輸入磨削比輸入振動參數(shù)機床砂輪輸入形狀參數(shù)磨削進給模型、磨削深度模型光磨階段粗磨階段、磨削過程仿真數(shù)學模型NY輸出仿真曲線圖3.1磨削過程基本模型仿真流程圖下一步與預想是否吻合？輸入修整參數(shù)、NNNNYYYY考慮砂輪磨損?考慮砂輪修整?考慮磨削振動?考慮工件形貌?系統(tǒng)剛度等切削液參數(shù)、組織特性型號尺寸參數(shù)材料硬度工件磨削參數(shù)、、采集并輸入仿真參數(shù)輸入磨削比輸入振動參數(shù)機床砂輪輸入形狀參數(shù)磨削進給模型、磨削深度模型光磨階段粗磨階段、磨削過程仿真數(shù)學模型NY輸出仿真曲線圖3.1磨削過程基本模型仿真流程圖、、、、分別為時刻所對應的磨削總進給量、磨削深度、切向磨削力、法向磨削力、磨削功率的數(shù)學模型。3.2磨削過程基本模型計算機仿真結(jié)果輸出根據(jù)磨削過程基本模型的計算機仿真流程圖，首先采集并輸入仿真過程中的主要參數(shù)，一些常用參數(shù)見表3.1。表3.1仿真參數(shù)切削力常數(shù)k=165kg/mm砂輪與工件接觸剛度Ka=500kg/mm砂輪修整深度ad=0.015mm工件直徑dw=59mm工件長度59mm機床系統(tǒng)剛度Km=1000kg/mm粗磨時間10s砂輪修整導程sd=0.08mm總采樣點數(shù)N=200工件系統(tǒng)剛度Kw=300kg/mm光磨時間10s砂輪直徑ds=200mm磨削比G=18.1磨粒間隔w=18.1常數(shù)因子=0.5采樣點數(shù)N1=100采樣點數(shù)N2=100磨削寬度磨粒半頂件角比例系數(shù)=0.8散熱系數(shù)工件密度工件比熱經(jīng)驗常數(shù)經(jīng)驗常數(shù)系統(tǒng)時間常數(shù)與砂輪磨損有關(guān)的系數(shù)磨粒直徑熱功當量通過編制計算機仿真程序，可以得出外圓橫向進給磨削過程中基本模型的計算機仿真輸出結(jié)果如下：3.2.1磨削深度及總進給量的計算機模擬根據(jù)式(2.2.10)、(2.2.11)、(2.2.13)及(2.2.14)，通過編制計算機仿真程序可得出磨削深度及總進給量的計算機仿真曲線（如圖3.2及圖3.3）。其中，需要輸入的磨削參數(shù)見表3.1及表3.2。表3.2砂輪參數(shù)砂輪速度工件速度粗磨控制進給速度光磨控制進給速度V=33m/sv=0.25m/s=0.015mm/s=０mm/s從圖3.2可知，在控制進給速度一定的情況下磨削深度并不是一個常量。在粗磨階段，磨削深度是逐漸增加并趨于穩(wěn)定值，這主要是由于機床系統(tǒng)、砂輪及工件系統(tǒng)的彈性變形造成的相對讓刀而引起的。進入光磨階段之后，雖然控制進給速度為零，但由于工藝系統(tǒng)的彈性恢復，磨削深度是逐漸減小并趨近于零。圖3.2磨削深度與時間仿真曲線圖3.3磨削總進給量與時間曲線觀察圖3.3可知，由于磨削工藝系統(tǒng)的彈性變形和砂輪的磨損，磨削過程的實際總進給量（圖中曲線2、3）總是滯后于控制總進給量的。當忽略砂輪磨損時，磨削實際的總進給量（圖中曲線2）隨著光磨時間的延長可以無限地接近并最終到達控制總進給量。但實際上，由于砂輪的磨損，無論光磨時間多么長，實際的總進給量（圖中曲線3）都不會等于控制總進給量。3.2.2磨削過程中總磨削力及磨削功率的計算機模擬將磨削深度的數(shù)據(jù)值輸入到雙向磨削力及總磨削功率的數(shù)學模型(2.1.28)、(2.1.29)的計算機仿真子程序當中，通過計算機模擬，即可得出總的雙向磨削力的計算機仿真曲線（如圖3.4）及磨削功率的計算機仿真曲線（如圖3.5）所示。仿真程序當中所用的磨削參數(shù)同上。磨削功率（W）磨削功率（W）總磨削力（N）1法向磨削力2切向磨削力時間（S）圖3.4總磨削力與時間關(guān)系仿真曲線圖時間（S）由圖可見，對于只含有粗磨過程和光磨過程的整個磨削過程可分為三個主要階段：初磨階段、穩(wěn)定磨削階段和光磨階段。在初磨階段，總磨削力和磨削功率都迅速增加，這主要是由于磨削深度逐漸增加的緣故。進入穩(wěn)定磨削階段，由于磨削深度變化較小，故總磨削力和磨削功率都基本上接近于常數(shù)。而進入光磨階段之后，由于磨削深度逐漸趨近于零，所以總磨削力和磨削功率亦逐漸趨于零。第4章外圓橫向磨削控制系統(tǒng)設(shè)計第4章外圓橫向磨削控制系統(tǒng)設(shè)計第4章外圓橫向磨削控制系統(tǒng)設(shè)計要實現(xiàn)砂輪架快進、粗磨、精磨光磨、復位自動化，必須將手動進給改為自動進給伺服驅(qū)動。因此將原傳動裝置的手動輪改用步進電機驅(qū)動，完成工作進給，在線實時測量選用差動電感位移傳感器，系統(tǒng)中設(shè)計了一個性能穩(wěn)定的信號轉(zhuǎn)換放大電路。將0～1mm位移量轉(zhuǎn)換成0～5V直流電壓信號?？刂浦行倪x用高性能8051單片機，并配有數(shù)碼管顯示，非編碼功能鍵共24個，實現(xiàn)人機對話功能，電路接線圖采用PLC接線控制。工作原理是：由CPU給出砂輪架進給信號，通過I／O接口，功放驅(qū)動步進電機，實現(xiàn)砂輪架前進、后退及微量進給。磨削加工余量尺寸由傳感器測出經(jīng)信號轉(zhuǎn)換、放大后輸入8位A／D0809轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)經(jīng)CPU處理，轉(zhuǎn)化成可執(zhí)行脈沖輸出到I／O接口，實現(xiàn)反饋閉環(huán)控制。4.1橫向進給伺服系統(tǒng)設(shè)計如圖4.1為外圓橫向進給磨削過程伺服系統(tǒng)的接線原理圖。單片機設(shè)定的控制程序輸出脈沖信號給步進電機驅(qū)動器。由步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機，電機帶動同步齒型帶，通過機床內(nèi)部的絲杠、螺母等機構(gòu)組成的伺服系統(tǒng)來驅(qū)動砂輪架進給機構(gòu)。圖4.1橫向進給系統(tǒng)第4章外圓橫向磨削控制系統(tǒng)設(shè)計第4章外圓橫向磨削控制系統(tǒng)設(shè)計4.1.1步進電機的使用特性1.主要性能指標(1)步距角及步距精度步進電機的步距角θ是反映步進電機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。它是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當量的重要參數(shù)。數(shù)控機床中常見的反應式步進電機的步距角一能為一。一般情況下，步距角越小，加工精度越高。步距精度是指理論的步距角和實際的步距角之差，以分表示。步距精度主要由步進電機齒距制造誤差、定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻、各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成。步距精度直接影響工件的加工精度以及步進電機的動態(tài)特性。（2）啟動頻率(突跳頻率)與啟動慣領(lǐng)特性空載時，步進電機由靜止突然啟動，并進入不失步的正常運行所允許的最高啟動頻率，稱之為啟動頻率或突跳頻率，用表示。若啟動時頻率大于突跳頻率，步進電機就不能正常啟動。與負載慣量有關(guān)，一般說來隨著負裁慣量的增長而下降。啟動慣頻特性即指負載轉(zhuǎn)矩—定時，啟動頻率隨負載慣量變化的特性。啟動慣頻特性示于圖4.2中，它反映了電機跟蹤的快速性。圖4.2(3)連續(xù)運行頻率步進電機連續(xù)運行時，如輸入脈沖頻率逐漸升高仍能保證不丟步運行的極限頻串，稱為連續(xù)運行頻串。有時稱為最高連續(xù)頻率或最高工作頻率記作。連續(xù)運行頻率遠大于啟動頻率，這是由于啟動時有較大的慣性扭矩并需要一定加速時間緣故。目前值的世界水平己達7000r／min。在最高工作頻率或大于突跳頻率的情況下，要使電機停止，脈沖速度必須逐步下降。同樣當要求電機的工作領(lǐng)車大于突跳頻率時，脈沖速度必須逐步上升。這種加速和減速時間不能過小，否則會山現(xiàn)失步或超步。這項指標反映了步進電機的最高運行速度。2.靜態(tài)特性所謂靜態(tài)是指步進電機通的直流電流為常數(shù)且轉(zhuǎn)子不動時的定位狀態(tài)。靜態(tài)特性主要是靜態(tài)矩角特性，最大靜態(tài)力矩，還有啟動力矩。空載時，若步進電機某相通以直流電流，則該相對應的定、轉(zhuǎn)子的齒槽對齊。這時轉(zhuǎn)子上沒有力矩輸出。如果在電機軸上加一逆時針方向的負載力矩M，則步進電機轉(zhuǎn)子就要逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度才能重新穩(wěn)定下來。這時轉(zhuǎn)子上受到的電磁力矩和負載力矩M相等。稱為靜態(tài)力矩，角稱為失調(diào)角。的曲線稱為力矩——失調(diào)角特性曲線，又稱矩角特性，如圖4—3所示。若步進電機各相矩角特性差異過大，會引起精度下降和低頻振蕩，這種現(xiàn)象可以用改變某相電流大小的方法使電機各相矩角持性大致相同。曲線的峰值叫做最大靜態(tài)力矩并用表示。愈大，自鎖力矩愈大，靜態(tài)誤差愈小。靜態(tài)力矩和控制電流平方成正比。但當電流上升到磁路飽和時，曲線上升平緩。一般說明書上的最大靜態(tài)力矩是指在額定電流和規(guī)定通電方式下的。由圖4.3還可以看出，曲線A和B的交點所對應的力矩是電機運行狀態(tài)的最大啟動力矩。隨著電機相數(shù)的增加也增加。當外加負載超過時電機就不能啟動。這項指標反映了步進電機的負載能力和工作的快速性。值愈大，電機帶負載愈強，快速性愈好。圖4.3矩角特性3．動態(tài)特性步進電機的動態(tài)特性對快速動作及工作可靠性影響很大，與其本身的待性、負載特性、驅(qū)動方式等有關(guān)。當控制脈沖的轉(zhuǎn)換時間大于電機的過渡過程時，電機呈步進運動狀態(tài)，即斷續(xù)運行狀態(tài)。當控制脈沖的頻率和步進電機的固有頻率相同時，步進電機則合發(fā)生共振現(xiàn)象，破壞電機正常運行。因此除改變電機結(jié)構(gòu)外，在應用時應根據(jù)加工條件選擇適當相數(shù)的電機，合理的運行方式，并在步進電機鈾上增加足夠的阻尼，如加消振器以減輕振動，消除失步。當控制脈沖的轉(zhuǎn)換時間小于電機的過渡過程時，步進電機呈連續(xù)運行狀態(tài)。一般電機都以連續(xù)運行狀態(tài)工作。在運行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩即為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩是指在電機轉(zhuǎn)子運行的過渡過程尚未達到穩(wěn)定值時電機產(chǎn)生的力矩，也即某一頻率下最大負載轉(zhuǎn)矩。由于控制繞組電磁常數(shù)的存在，繞組電流的增長可近似認為是時間的指數(shù)函致，所以步進電機的動態(tài)力矩隨脈沖時間的不同，也就是隨控制脈沖頻率的不同而改變。脈沖頻率增加，動態(tài)力矩變小。動態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻特性，如圖4.4所示。步進電機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩即電磁力矩隨頻率升高而急劇下降。圖4.4矩頻特性步進電機在選用時，根據(jù)原有的電機功率和使用特性及其負載情況，選用的是90BYG413型永磁感應子式步進電動機。其功率范圍為0-6000w,電流范圍0-5A,電壓范圍90-450V,變送輸出DC(4-20mA),供電電壓AC(110-220V)。具體規(guī)格參見表4.1。表4.1步進電機規(guī)格項目相數(shù)步距角額定電壓數(shù)據(jù)４0.90/1.8080V6.5N.m1500Hz7000Hz因為步進電機是一種將電脈沖信號變換成相應的角位移或是直線位移的機電執(zhí)行元件。每當輸入一個電脈沖時,它便轉(zhuǎn)過一個固定的角度，這個角度稱步距角,簡稱步距。脈沖一個接一個地輸入，電機就一步一步轉(zhuǎn)動。步進電機的位移量與輸入脈沖數(shù)嚴格成比例，這就不會引起誤差的積累，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率和步距角有關(guān)?？刂戚斎朊}沖數(shù)量，頻率及電動機各相繞組的接通次序，可以得到各種需要的運行特性。尤其是當與其他數(shù)字系統(tǒng)配套時，它將體現(xiàn)出更大的優(yōu)越性，因而，它被廣泛地用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。由于它的這些特點近年來應用十分廣泛，它可以用做驅(qū)動電機，但大部分情況下是作為伺服電機用的。同時，步進電機除了將電脈沖信號變換成相應的機械位移，符合數(shù)字控制系統(tǒng)要求的特點外，它還具有以下優(yōu)點：（1）步距值不受各種干擾因素的影響如電壓大小，溫度變化等。轉(zhuǎn)子的速度主要取決于脈沖信號的頻率。（2）誤差不長時間積累步進電機雖然每走一步所轉(zhuǎn)的角度與理論步距值有一定誤差,但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零。（3）控制性能好它的啟動、停車、反轉(zhuǎn)等運行方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運行時，任何運行方式都不會丟失一步。4.1.2SH-2H090M型四相混合式步進電機驅(qū)動器SH系列步進電機是美國SHAPHON公司與北京斯達特公司98年初聯(lián)合推出的最新產(chǎn)品，內(nèi)部采用了美國最新推出的全功能步進電機專用控制芯片。它不同于目前廣泛采用的單片機控制，而是由超大規(guī)模的硬件集成,具有高度的抗干擾性及快速的響應性，不會象單片機控制那樣容易產(chǎn)生死機及丟步現(xiàn)象。細分數(shù)為2,5,10,20,40,最大電流開關(guān)設(shè)定5.0A，插拔式接線端子使用方便。SH-2H090M型驅(qū)動器用于驅(qū)動二相或四相混合式步進電機。驅(qū)動器的輸入信號共有三路，它們是：步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE。（1）步進脈沖信號CP步進脈沖信號CP用于控制步進電機的位置和速度，也就是說：驅(qū)動器每接受一個CP脈沖就驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角(細分時為一個細分步距角)，CP脈沖的頻率改變則同時使步進電機的轉(zhuǎn)速改變，控制CP脈沖的個數(shù)，則可以使步進電機精確定位。（2）方向電平信號DIR方向電平信號DIR用于控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向。此端為高電平時，電機為一個轉(zhuǎn)向；此端為低電平時，電機為另一個轉(zhuǎn)向。（3）脫機電平信號FREE當驅(qū)動器上電后，步進電機處于鎖定狀態(tài)（未施加CP脈沖時）或運行狀態(tài)（施加CP脈沖時），但用戶想手動調(diào)整電機而又不想關(guān)閉驅(qū)動器電源，可用到此信號。當此信號起作用時（低電平有效），電機處于自由無力矩狀態(tài)；當此信號為高電平或懸空不接時，取消脫機狀態(tài)。4.1.38051單片機MCS－51系列單片機是80年代推出的8位單片微型計算機，共有P0～P3四個這樣的并行口，可提供32根I/O線，每根線都是雙向的，其余用于芯片控制的寄存器中。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是P0～P3，它們實際上是4個八位鎖存器（每個I/O口一個），每個鎖存器附加有相應的輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個并行口。8051是MCS-51的典型產(chǎn)品，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下所示圖4.5內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從圖中我們可以看到，51單片機包含以下9個部分：1.中央處理單元CPU（8位）2.只讀存儲器ROM（4KB或8KB）3.隨機存取存取器RAM（256B）4.并行輸入/輸出口（32線）5.一個串行輸入/輸出口（二線）6.兩個定時/計數(shù)器T（16位增量可編程）7.時鐘電路8.中斷系統(tǒng)9.可以尋址64KB的程序存儲器和的64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器51系列單片機的引腳圖圖4.6MCS-51引腳圖40個引腳按功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。單片機工作離不開軟件,即存儲在存儲器中的已設(shè)計好的程序。所有帶單片機的電子設(shè)備，它的工作原理當然與具體設(shè)備有關(guān)。但它的最基本的原理是一樣的，即：

1)

從輸入接口接收來自外界的信息存入存儲器。

這些信息主要包括2部分：

來自諸如溫度、壓力等傳感器的信息；

來自人工干預的一些手動信息,如開關(guān)按鈕等操作。

2)

單片機中的CPU根椐程序?qū)斎氲臄?shù)椐進行高速運算處理。

3)

將運算處理的結(jié)果通過輸出接口送去控制執(zhí)行機構(gòu),如繼電器、電機、等輸出設(shè)備。

當前這個過程不斷重復著，即系統(tǒng)中的微電腦不斷監(jiān)視著各種信息，并及時作出不同的處理使系統(tǒng)正常運行。這就實現(xiàn)了自動控制。4.1.4存儲器ROM和RAM8051單片機內(nèi)部只有4K的ROM存儲空間，其內(nèi)部控制在控制磨削進給時有些過小，會制約單片機控制磨削的運行。因此要外擴ROM和RAM存儲空間。選用Intel公司的2764作為外擴只讀存儲器，選用6264作為外擴的數(shù)據(jù)存儲器。其芯片管腳如圖：圖4.72764與6264芯片管腳圖2764具有8K（1024×8）字節(jié)容量，共需要有13根地址線（213=8192）A12—A0進行尋址，加上8條數(shù)據(jù)線D7—D0、一條片選信號線CE、一條數(shù)據(jù)輸出選通線OE、一條編程電源線及編程脈沖輸入線另外有一條正電源線VCC及接地線GND。在非編程狀態(tài)時及端應接高電平。其中片選信號為保證多片存貯系統(tǒng)中地址的正確選擇，數(shù)據(jù)輸出選通線保證時序的配合，編程電源線及編程脈沖輸入線可實現(xiàn)程序的電編程。表4.22764工作方式選擇表引腳狀態(tài)工作方式PD/PGM（片選）編程電源VPP數(shù)據(jù)線D0~D7用指令讀出數(shù)據(jù)00+5V輸出（在線）編程寫入正脈沖1+25V輸入（離線）校驗編程內(nèi)容00+25V輸出編程禁止01+25V高阻6264也具有8K（1024×8）字節(jié)容量，共需要有13根地址線（213=8192）A12—A0進行尋址，加上8條數(shù)據(jù)線D7—D0、一條片選信號線CE、一條數(shù)據(jù)輸出選通線OE、一條編程電源線和數(shù)據(jù)寫入輸入線。以及一條正電源線VCC和接地線GND。表4.36264的操作方式管腳操作方式（）（）D0~D7（P0）從RAM讀出0101從RAM中讀出數(shù)據(jù)寫入RAM中0100寫入6264中未選中11任意任意高阻4.1.58255A可編程并行接口（1）8255A簡介Intel8255A是一個通用的可編程的并行接口芯片，它有三個并行I/O口，又可通過編程設(shè)置多種工作方式，價格低廉，使用方便，可以直接與Intel系列的芯片連接使用，在中小系統(tǒng)中有著廣泛的應用。8255A是Intel系列的可編程通用并行接口電路，具有2個8位輸入/輸出端口(A口、B口)和2個4位(C口高/低4位)輸入/輸出端口；芯片為40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路，使用5V電源，專為Intel系列微處理器設(shè)計，不需要附加外部電路，即可與Intel系列微處理器及外部設(shè)備直接連接。（2）并行接口的應用范圍各種外部設(shè)備(顯示器、鍵盤、打印機、硬盤、CD-ROM、掃描儀等)的接口電路都配有并行接口電路，各種驅(qū)動控制(電機、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字和模擬開關(guān)等)也都用到并行接口。（3）8255A結(jié)構(gòu)1.8255A由以下幾部分組成：見圖4.8圖4-88255A的編程結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)有與外設(shè)連接的A、B、C數(shù)據(jù)端口，這三個端口均可看作是I/O口，但它們的結(jié)構(gòu)和功能也稍有不同?！口：是一個獨立的8位I/O口，它的內(nèi)部有對數(shù)據(jù)輸入/輸出的鎖存功能?！口：也是一個獨立的8位I/O口，僅對輸出數(shù)據(jù)的鎖存功能?！口：可以看作是一個獨立的8位I/O口；也可以看作是兩個獨立的4位I/O口。也是僅對輸出數(shù)據(jù)進行鎖存。2．A組和B組的控制電路這是兩組根據(jù)CPU命令控制8255A工作方式的電路，這些控制電路內(nèi)部設(shè)有控制寄存器，可以根據(jù)CPU送來的編程命令來控制8255A的工作方式，也可以根據(jù)編程命令來對C口的指定位進行置/復位的操作。A組控制電路用來控制A口及C口的高4位；B組控制電路用來控制B口及C口的低4位。3．數(shù)據(jù)總線緩沖器8位的雙向的三態(tài)緩沖器。作為8255A與系統(tǒng)總線連接的界面，輸入/輸出的數(shù)據(jù)，CPU的編程命令以及外設(shè)通過8255A傳送的工作狀態(tài)等信息，都是通過它來傳輸?shù)摹?．讀/寫控制邏輯讀/寫控制邏輯電路負責管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過程。它接收片選信號及系統(tǒng)讀信號、寫信號、復位信號RESET，還有來自系統(tǒng)地址總線的口地址選擇信號A0和A1。4.1.6輸入顯示模塊輸入顯示模塊是用LED顯示和鍵盤輸入。單片機的LED顯示和鍵盤輸入需要用相應的鍵盤和顯示通用接口芯片。用8051擴展一片8255I/O接口可滿足要求。（1）顯示器選用LED(LightEmittingDiode）顯示器。LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段LED顯示器，其排列形狀如圖所示。顯示器中還有一個圈點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。圖4.9顯示器接線圖（2）鍵盤輸入：鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機輸人設(shè)備，操作員可以通過鍵盤輸人數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機通信。若鍵盤閉合鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，則稱為編碼鍵盤；若用軟件實現(xiàn)閉合鍵識別的，則稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤結(jié)構(gòu)如圖4.10所示，（a）為獨立式，（b）為行列式。圖4.10鍵盤接線方式鍵盤接口應有以下功能：·鍵掃描功能，即檢測是否有鍵閉合；·鍵識別功能，確定被閉合鍵所在的行列位置；·產(chǎn)生相應的鍵的代碼（鍵值）功能；·消除按鍵抖動及對付多鍵串按（復鍵）功能。4.1.7可編程序控制器PLC可編程序控制器（PLC）是新一代功能強大的工業(yè)控制裝置，它不但功能強、穩(wěn)定可靠、使用靈活、維修操作方便，而且還特別適應震動、高溫、強電干擾等惡劣的工業(yè)環(huán)境。因此，PLC已被廣泛應用于機床控制領(lǐng)域，原有機床的傳統(tǒng)繼電器控制線路正在被PLC替代。外圓磨床其電氣控制部分采用了傳統(tǒng)的繼電接觸式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)元器件多，控制線路復雜并經(jīng)常出現(xiàn)故障，維修時間較長，嚴重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，本文對外圓磨床的電氣控制部分進行了技術(shù)改造，用以PLC為核心的控制系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的繼電接觸式控制系統(tǒng)，從而極大地提高了機床控制系統(tǒng)的可靠性，提高了磨床利用率。根據(jù)設(shè)計要求及實際的輸入、輸出信號點數(shù)，同時考慮系統(tǒng)工作性能及可靠性，主控單元選用日本立石公司的C系列C60P型PLC（I/O分配為36/24點）作為主控單元集中進行控制，它具有40路開關(guān)量的輸入、20路開關(guān)量的輸出，可擴展模入、模出模塊，并有RS-232標準串口，即可滿足改造設(shè)計要求。改造后的梯形圖如圖4.11所示：圖4.11梯形圖4.2功率測試系統(tǒng)設(shè)計圖4.12為磨削過程優(yōu)化功率測試系統(tǒng)接線圖。主運動電機的單相功率信號經(jīng)功率表變送輸出為4~20mA的電流信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路被轉(zhuǎn)換成電壓信號后送給A/D卡，通過控制程序的采樣子程序進行數(shù)據(jù)采集。圖4.12功率測量系統(tǒng)4.2.1數(shù)顯功率表根據(jù)系統(tǒng)的要求，用數(shù)顯功率表來測量功率并且可于單片機相連，因此選擇型號為DP3I-W的功率表。其具體規(guī)格見表4.4表4.4功率表規(guī)格項目功率范圍電流范圍電壓范圍變送輸出供電電壓數(shù)據(jù)0~6000W0~5A90~450VDC(4~20mA)AC(110/220)4.2.2數(shù)模轉(zhuǎn)換器A/D08091．ADC0809簡介ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。2．主要特性1）8路輸入通道，8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）4）單個＋5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度7）低功耗，約15mW。3．內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.13所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近圖4.13內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連4．外部特性（引腳功能）對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7～IN0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。通道選擇表如下所示：表4.5通道選擇表CBA選擇通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7START——轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應保持低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。CLK——時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).5.ADC0809工作方式首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128μs，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受。4.3被磨工件尺寸監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計圖4.14為外圓橫向進給磨削過程被磨工件尺寸監(jiān)測系統(tǒng)接線圖。其中，差動電感式傳感器的測頭表面平行于工件的被磨表面，隨著磨削過程的進行，二者之間的間隙值增大，其間隙值即為磨削過程的實際總進給量。測得的電壓信號經(jīng)A/D卡送給控制程序的采樣子程序進行數(shù)據(jù)采集。圖4.14工件尺寸監(jiān)測系統(tǒng)電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移、壓力、流量、振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器具有以下特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳感器無活動接點，因此工作可靠壽命長；（2）靈敏度和分辨率高，能測量出0.01μm的位移變化。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出；（3）線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍幾十微米至數(shù)微米內(nèi)，傳感器非線形誤差可做到0.05%~0.1%，并且穩(wěn)定性也較好；（4）這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工作自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換擁有8個數(shù)據(jù)輸入口，因此，傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和功率測量用同一個轉(zhuǎn)換器（同上）。信號轉(zhuǎn)換及放大電路如圖4.15所示。正弦渡振蕩器提供10kHz交流電源。交流放大和直流放大均用低漂移集成電路OP07實現(xiàn)，限幅后為O～5V直流信號。放大倍數(shù)組合為5000mV／0.5mm，可調(diào)。為了提高系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性，電路可調(diào)電阻整定結(jié)束后一律改成相應固定電阻，以減少因接觸因素引起的誤差。圖4.15信號放大電路這樣，經(jīng)過三部分的設(shè)計：（1）通過控制程序來驅(qū)動步進電機,從而完成砂輪架的橫向進給；（2）通過對機床主運動電機的功率檢測，當磨削功率增大時，表示的是砂輪從快進轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM，這樣就用來完成對刀工作；（3）由檢測工件尺寸來控制磨削的進程，由單片機的采樣值來控制磨削進給量，方便又可靠。從而實現(xiàn)了機床的自動化控制和數(shù)控檢測，完成了將普通磨床改裝數(shù)控磨床的任務(wù)，達到了預定的目的。第5章外圓橫向進給磨削控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計第5章外圓橫向進給磨削控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計第5章外圓橫向進給磨削控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1采樣程序#include<dos.h>#include<stdio.h>#include<conio.h>#include<math.h>#defineport0x300#defineN500#defineM2#defineKT9000main(){intdhi=21,dlo=26,k;floatadd[N];floatangle,x[N],y[N];outportb(port,13);for(inti=0;i<1;i++){for(k=1;k<N;k++){floata=0;floatadd0[N];for(intj=0;j<10;j++){delay(M);outportb(port+1,0);delay(M);dlo=inportb(port+2);delay(M);dhi=inportb(port+3);delay(M);add[k]=(dhi*16+dlo/16)*10.0/4095;//angle=k*4*3.1415/1000;//x[k]=add[k]*cos(angle);//y[k]=add[k]*sin(angle);//if(add[k]<50)//{a+=add[k];}add0[k]=a/10;printf("%d,%3.3f\n",k,add0[k]);}}return0;}5.2控制程序#include"dos.h"#include"stdio.h"#include"conio.h"#defineport00x300#definePORT0x300#defineKJ1#defineGJ526#defineKT1#defineM5#defineN0.5#defineD0.005#defineTIME30#defineD00.05voidsample(intnumber,float*Votage){intresult,base,Hbit,Lbit,port;port=PORT;outportb(port,number);delay(TIME);/*do{ result=inportb(port+5)&128;}while(result!=128);*/outportb(port+1,0x00);delay(TIME);Lbit=inportb(port+2);delay(TIME);Hbit=inportb(port+3);delay(TIME);*Votage=(Hbit*16+Lbit/16)*10.0/4095.0;}voidmain(){unsignedshortaddress;address=0x114;intc;//intdhi=21,dlo=26;floatadd[GJ];outportb(port0,1);delay(M);outportb(port0+1,0);delay(M);c=getch();if(c){for(inti=0;i<KJ;i++){//while(1)outportb(address,0x0000);//delay(100)//outportb(address,0x0040);delay(D);//printf("good\n");outportb(address,0x0020);delay(D);printf("hengxiangkuaijin\n");}for(i=0;i<GJ;i++){floatValue1,b;floatValue2,a;//outportb(port,1);//delay(M);//outportb(port+1,0);//delay(M);outportb(address,0x0000);delay(N);outportb(address,0x0020);delay(N);sample(13,&Value1);sample