畢業(yè)設(shè)計論文-范本-數(shù)控銑床的設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計說明書PAGEII 摘要由于我們所學(xué)的專業(yè)是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化，為了能夠體現(xiàn)該專業(yè)的優(yōu)越性，本次設(shè)計的主導(dǎo)思想是用電器控制機(jī)械加工，使機(jī)械和設(shè)計緊密地結(jié)合起來。此次畢業(yè)設(shè)計課題是：簡易數(shù)控銑床的設(shè)計。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我一面著手搞好這次畢業(yè)設(shè)計，一面又有計劃地復(fù)習(xí)前面所學(xué)過的基礎(chǔ)知識。從而使我對以前的基礎(chǔ)知識掌握得更牢固，而且培養(yǎng)了我解決問題的能力。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我緊扣設(shè)計題目，查閱有關(guān)技術(shù)資料，并在老師的指導(dǎo)和幫助下，完成了數(shù)控銑床的設(shè)計及相關(guān)的電器控制。但由于本人能力、水平有限，仍存在著一些錯誤，希望老師給予批評指正。最后，我在此向在本次設(shè)計中付出了辛勤勞動的指導(dǎo)老師表示由衷的謝意。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；電器；數(shù)控銑床AbstractDuetoourmajoriselectromechanicalintegration,inordertobeabletoreflecttheprofessionalsuperiority,thedesignguidingideologyistousetheelectriccontrolmechanicalprocessing,makethemechanicalandelectricalcloselytogether.Inthegraduationdesign,whileIbegindoeswellthisgraduationdesign,thefrontsideandsystematicallyreviewlearnedthebasicknowledge.ThusthebasicknowledgeofbeforeIacquirefirmer,anddevelopedmyabilitytosolveproblems.Inthegraduationdesign,Igrippingdesigntopic,consultrelevanttechnicaldata,andtheteacher'sguidanceandhelp,completedtheCNCmillingmachinedesignandrelevantelectriccontrol.ButbecauseIability,limitedability,stillhassomemistakes,hopetheteachertogiveanimadversioncorrect.Finally,Iamheretointhisdesignworkedhardlaborguideteachersayawordofheartythanks.Keywords:mechanicalprocessing;electric;CNCmillingmachine目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II緒論1X52K型數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計 11.1主傳動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的確定 11.2主傳動系統(tǒng)的方案論證 11.2.1主軸變速范圍11.2.2初步確定傳動方案21.2.3繪制結(jié)構(gòu)圖21.2.4擬定轉(zhuǎn)速圖31.2.5齒輪齒數(shù)的確定41.2.6校驗齒輪碰齒問題51.2.7校主軸轉(zhuǎn)速誤差61.3主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計71.3.1主傳動的布局81.3.2齒輪的軸向布置82機(jī)床主要零件的設(shè)計 102.1確定主電動機(jī)的功率和傳動件的計算轉(zhuǎn)速 102.2傳動軸的計算 102.2.1傳動軸直徑的估算 102.2.2各軸傳遞的功率及軸徑估算 112.3主軸軸徑的計算 122.4直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計算122.4.1齒輪模數(shù)的估算 122.4.2齒輪結(jié)構(gòu)尺寸計算 132.4.3確定齒輪齒寬B 142.4.4確定各傳動軸之間的中心距143主傳動系的結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.1結(jié)構(gòu)分析 153.2主軸組件軸承類型 153.2.1主軸軸承類型 153.2.2主軸材料及熱處理 153.2.3主軸的工作性能 153.2.4主軸組件的密封、潤滑153.3主傳動系的變速操縱機(jī)構(gòu)163.4主傳動系的潤滑系統(tǒng)163.4.1潤滑方式的選擇163.4.2潤滑油的選擇164進(jìn)給機(jī)構(gòu)的計算設(shè)計174.1概述174.2滾珠絲杠的選用設(shè)計174.3步進(jìn)電機(jī)的選取184.3.1縱向（y方向）步進(jìn)電機(jī)的選取184.3.2橫向（x方向）步進(jìn)電機(jī)的選取195概述205.1機(jī)床介紹205.1.1X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)2068031單片機(jī)及應(yīng)用簡介227數(shù)控銑床存儲器的擴(kuò)充237.1外部擴(kuò)充存儲器結(jié)構(gòu)237.2存儲器的地址分配238簡易數(shù)控銑床的設(shè)備及其接口248.1簡易數(shù)控銑床所用的輸入設(shè)備248.2接口248.38155的RAM和編址248.4簡易數(shù)控銑床的選址邏輯249在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動中應(yīng)用的斬波電路269.1PWM式單波性斬波器的工作原理269.2PWM式單波性斬波器的電路工作波形.2710簡易數(shù)控銑床的自動控制軟件系統(tǒng)2910.1簡易數(shù)控銑床工作臺（x或y方向）前進(jìn)、后退程序2910.1.1程序框圖2910.1.2程序清單2910.1.3三相六拍方式工作輸出代碼表3010.2步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)一步子程序3010.2.1程序框圖3010.2.2程序清單3010.3步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一步子程序3110.3.1程序框圖3110.3.2程序清單3111鍵盤操作3211.1編程鍵的種類3211.2各編程鍵的作用、功能3211.3指示燈3212MCS-51單電機(jī)定時控制邏輯3312.時鐘電路3312.復(fù)位電路3313結(jié)論……………………34致謝 35參考文獻(xiàn) 36緒論 畢業(yè)設(shè)計是教學(xué)計劃的重要組成部分，機(jī)械制造及自動化專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計應(yīng)以工程設(shè)計為主。工程設(shè)計是依據(jù)開發(fā)、研制方案的要求，以科學(xué)技術(shù)原理為指導(dǎo)，運用已學(xué)科學(xué)技術(shù)知識和實踐經(jīng)驗進(jìn)行構(gòu)思，使開發(fā)、研制方案物化的過程。因此，工程設(shè)計是將技術(shù)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)成果的橋梁，科學(xué)可行的設(shè)計是科技發(fā)明及其成果轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實生產(chǎn)力的前提，設(shè)計是工程的本質(zhì)與核心。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的確定首先要考慮教學(xué)要求，同時兼顧社會需求。畢業(yè)設(shè)計要在規(guī)定時間內(nèi)完成，并且要在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨立完成。①培養(yǎng)學(xué)生綜合運用多學(xué)科的理論知識與技能，解決具有一定復(fù)雜程度的工程實際問題的能力。②培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)。③培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的思想品質(zhì)，勇于實踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神，有益于學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提高。④培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和掌握現(xiàn)代設(shè)計方法。⑤對學(xué)生掌握的知識面進(jìn)行全面考核。包括掌握知識的深度、運用理論解決實際問題的能力、實驗?zāi)芰?、外語水平、計算機(jī)運用水平、書面及口頭表達(dá)能力。畢業(yè)設(shè)計成果可直接或間接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，為生產(chǎn)科研服務(wù)，為社會服務(wù)。1X52K型數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的運動設(shè)計1.1主傳動系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的確定（1）選擇標(biāo)準(zhǔn)公比的一般原則由于本次設(shè)計的X52K型銑床屬大批、大量生產(chǎn)的專門化機(jī)床，其標(biāo)準(zhǔn)公比應(yīng)取小一些。在此次設(shè)計中，公比=1.26（2）在本設(shè)計中，加工對象是寬度為16㎜的盤形凸輪槽，工件材料為45＃鋼。（3）道具材料是高速鋼，道具直徑16㎜。（4）查閱《機(jī)械加工工藝手冊》得=8㎜；=16㎜；=0.2㎜由此知銑削力==6397.81（5）已知主電機(jī)功率5.5kw銑床主軸=1100=901.2主傳動系統(tǒng)的方案論證1.2.1主軸變速范圍12.67=1.26查取=90～=1120共12級轉(zhuǎn)速：901121401802242803554505607109001120=12.67＞12滿足轉(zhuǎn)速范圍要求1.2.2初步確定傳動方案第一方案：第二方案：第三方案：第四方案：第五方案：第六方案：傳動方案的選擇原則：(1)應(yīng)盡可能將傳動副數(shù)目多的作為第一傳動組，即符合“前密后疏”的分配原則。(2)盡可能使傳動順序同擴(kuò)大順序一致（傳動范圍由小到大）(3)為了避免被動齒輪直徑過大，降速傳動時傳動比，升速為避免傳動件誤差，最大傳動化對直齒講，斜齒，最大傳動范圍；應(yīng)發(fā)生在最后一個擴(kuò)大組中或傳動副數(shù)最少一組。綜上所述，所以選擇第一種傳動方案變速方式采用單公用齒輪，因為采用單公用齒輪既能減少齒輪的個數(shù)又能縮短軸向尺寸。1.2.3X52K型數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1圖1-1主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2.4擬定轉(zhuǎn)速圖(1)確定公比(2)確定基本組和擴(kuò)大組基本組委第一傳動組第一擴(kuò)大組為第二傳動組第二擴(kuò)大組為第三傳動組(3)確定降速、升速范圍選Y132S-45.5kw電機(jī)，其轉(zhuǎn)速為1440可降速所以用第三個傳動組可以滿足。(4)分配降速比（按前慢后快原則）即a.作總降速比線b.決定Ⅲ軸—Ⅳ軸間的最小降速比由結(jié)構(gòu)圖知，降速最多能降6個格c.Ⅲ—Ⅳ軸間最大升速比最多能升2個格d.驗算變速范圍在允許范圍內(nèi)e.決定中間軸轉(zhuǎn)速，按傳動方向反向進(jìn)行Ⅲ軸定6級，Ⅱ—Ⅲ軸間為了轉(zhuǎn)速高些，可使Ⅱ軸圖1-2轉(zhuǎn)速圖1.2.5(1)用最小公倍法計算a組齒輪齒數(shù)K291818=2.43取=5(2)b組齒輪齒數(shù)的確定(3)c組齒輪齒數(shù)的確定查表3-1齒輪齒數(shù)最小在1：組中，設(shè)最小齒數(shù)齒數(shù)和為104。則1.2.6校驗齒輪碰齒問題為了保證三聯(lián)滑移齒輪在滑移過程中能順利通過，應(yīng)使最大和次大齒輪齒數(shù)差大于4，如果齒數(shù)差正好等于4時，可將或的齒頂圓直徑減少一些仍可使用。即?；谏鲜鏊枷?，在所涉及的三聯(lián)滑移齒輪時，，從而避免了齒輪的碰齒問題。圖1-3三聯(lián)滑移齒輪1.2.7初步確定齒輪齒數(shù)時，應(yīng)驗算實際傳動比與理論傳動比之間的誤差是否在允許的誤差范圍內(nèi)，確定齒輪齒數(shù)的轉(zhuǎn)速誤差一般不超過=合理具體計算值如下，12級轉(zhuǎn)數(shù)從112090，依次校驗如下以上各轉(zhuǎn)速誤差小于2.6%所以，合格1.3主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.3.1主傳動的布局主傳動的布局主要有集中傳動式和分離傳動式兩種。結(jié)合所設(shè)計的機(jī)床為專門化機(jī)床，采用了集中傳動式。1.3.2合理的設(shè)計齒輪在軸上的布置，可縮短軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊。(1)滑移齒輪的軸向布置①傳動組中的三聯(lián)滑移齒輪布置在Ⅱ軸上，可使滑移齒輪的尺寸小，重量輕，操縱省力。為了避免同一滑移齒輪變速組中兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙量1-2mm。②因各傳動組均為降速傳動，主動軸上齒輪較輕，操縱省力。故第一、三組滑移齒輪放在主動軸上。(2)相鄰兩變速組齒輪排布如圖，將Ⅱ軸上的主、從動齒輪交錯排列，滑移齒輪采用寬式和窄式結(jié)合的結(jié)構(gòu)使軸向尺寸減小，并便于變速操縱。圖1-4相鄰兩變速齒輪排布圖(3)主軸的齒輪布置：主軸上有一個齒輪。由于X52K主軸布置沿Z方向，所以齒輪和Ⅶ軸上的齒輪相嚙合，把主軸上的齒輪放在主軸中后部，這樣減小了主軸的軸向距離。齒輪兩側(cè)用一對單列向心軸承支承，提高了支承剛度。圖1-5主軸的齒輪布置2機(jī)床主要零件的設(shè)計2.1確定主電動機(jī)的功率和傳動件的計算轉(zhuǎn)速1.主電動機(jī)功率5.5kw，電動機(jī)型號Y132S-42.確定主軸及其他傳動件的計算轉(zhuǎn)速計算轉(zhuǎn)速：傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速叫計算轉(zhuǎn)速(1)主軸計算轉(zhuǎn)速：由式(2)其余軸的計算轉(zhuǎn)速(3)齒輪的計算轉(zhuǎn)速a傳動組中45:45齒輪45的計算轉(zhuǎn)速是90040:50齒輪40的計算轉(zhuǎn)速是900，齒輪50的計算轉(zhuǎn)速是710。35:55齒輪35的計算轉(zhuǎn)速是900，齒輪55的計算轉(zhuǎn)速是560。b傳動組中50:40齒輪50的計算轉(zhuǎn)速是560，齒輪40的計算轉(zhuǎn)速是710。35:55齒輪35的計算轉(zhuǎn)速是560，齒輪55的計算轉(zhuǎn)速是560。c傳動組中52:52齒輪52的計算轉(zhuǎn)速是355。21:83齒輪21的計算轉(zhuǎn)速是710，齒輪83的計算轉(zhuǎn)速是180。d傳動組中29:29（斜）齒輪29的計算轉(zhuǎn)速是180e傳動組中55:55齒輪55的計算轉(zhuǎn)速是1802.2傳動軸的計算2.2.1(1)當(dāng)數(shù)值上N<時，可按扭轉(zhuǎn)剛度估算，即。(2)當(dāng)數(shù)值上N>時，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算，即。d軸的危險斷面；當(dāng)軸上有一個鍵時，d值增大45%；有兩個鍵時d值增大710%；當(dāng)為花鍵時，則花鍵軸內(nèi)徑可比d值減少7%。N所計算軸傳遞的額定功率（kw）。從電機(jī)到所計算軸傳動效率（不計該軸軸承效率，傳動件的傳動效率）。所計算軸的計算轉(zhuǎn)速（）A設(shè)計常數(shù)一般取1102.2.2各軸傳遞的功率及軸徑估算①（和分別是彈性聯(lián)軸器和軸承的效率）取②?、廴、苋、萑、奕?.3主軸軸徑的計算主軸直徑的選擇通常主軸直徑可根據(jù)傳遞功率并參考現(xiàn)有同類機(jī)床的主軸軸徑尺寸確定。查表3-13選2.4直齒圓柱齒輪強(qiáng)度計算2.4.1通常同一傳動組中齒輪取同一模數(shù)，并且選取同模數(shù)齒輪中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行初步估算。N齒輪傳遞的額定功率kw電動機(jī)功率kw從電動機(jī)到所計算齒輪的傳動效率（包括計算齒輪傳動效率）Z所計算齒輪齒數(shù)所計算齒輪計算轉(zhuǎn)速齒輪模數(shù)m值估算后，應(yīng)取相近標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。(1)基本組：取(2)第一擴(kuò)大組：取(3)第二擴(kuò)大組取2.4.2查得齒輪的計算公式如下：分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑由上述計算公式得齒輪直徑如下：Ⅰ軸：m=2：Ⅱ軸：：m=2.5：：：Ⅲ軸：：：Ⅳ軸：Ⅴ軸：2.4.3B=（為齒寬系數(shù)6~10）基本組B=7.22.5=18；第一擴(kuò)大組B=7.22.5=18；第二擴(kuò)大組B=30mm。2.4.4確定各傳動軸之間的中心距=(30+48)=97.5mmaⅡ-Ⅲ=(45+45)=112.5mmaⅢ-Ⅳ=(50+40)=112.5mmaⅣ-Ⅴ=(52+52)=156mmaⅥ-Ⅶ=(55+55)=220mm3主傳動系的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1結(jié)構(gòu)分析齒輪軸向固定采用了剖分環(huán)擋圈定位和彈性擋圈定位相結(jié)合。彈性擋圈定位，只起定位作用，不能承受較大的軸向力；而剖分環(huán)擋圈不僅能承受較大的軸向力，而且可以代替軸肩，這樣既節(jié)省材料，又便于裝配。為了便于安裝軸上組件，并使傳動軸扭矩能均勻傳遞，在此采用花鍵軸。3.2主軸組件軸承類型3.2.1主軸軸承類型主軸前支承采用D3182118雙列相信短圓柱滾子軸承，承受徑向載荷，軸承間隙的調(diào)整靠修磨半環(huán)及調(diào)整螺母來實現(xiàn)。后支承采用一對E46117向心推力球軸承，承受徑向和軸向載荷，使主軸軸向定位。軸承間隙靠修磨隔套來調(diào)整。主軸軸承精度：前軸承比后軸承高一級，故前軸承為D級，后軸承為E級。3.2.2主軸材料及熱處理主軸材料選45鋼，調(diào)質(zhì)處理。3.2.3主軸的工作性能主電機(jī)傳來的運動由齒輪經(jīng)雙鍵、套筒帶動主軸轉(zhuǎn)動。齒輪安裝在套筒上，而且套筒由一對向心球軸承支承在箱體上，使主軸得到了卸荷（即主軸只傳遞扭矩），這樣減少了主軸變形，提高了主軸的工作性能。3.2.4主軸組件的密封、潤滑主軸前端采用迷宮式密封裝置，主軸軸承由針閥供油得到潤滑。3.3主傳動系的變速操縱機(jī)構(gòu)在床身兩側(cè)的中部各有一個窗口，右邊窗口打開，可以看到傳動機(jī)構(gòu)的全貌，并可進(jìn)行檢查和調(diào)整；左邊窗口則安裝著變速操縱箱，利用拔叉來移動各三聯(lián)（或雙聯(lián)）滑移齒輪實現(xiàn)變速。操縱元件是安裝在左側(cè)窗口上的一個手柄和一個轉(zhuǎn)盤。3.4主傳動系的潤滑系統(tǒng)3.4.1潤滑方式的選擇潤滑方式采用油泵供油循環(huán)潤滑：潤滑油由油泵從油池（設(shè)在床身內(nèi)部）中吸出，經(jīng)濾油器慮清后送至分油器，然后由油管送至主軸箱上部淋下至各傳動面及摩擦面進(jìn)行潤滑。3.4.2潤滑油的選擇所使用潤滑油之粘度為2732厘池（平均為30厘池），型號HT30的機(jī)械油。4進(jìn)給機(jī)構(gòu)的計算設(shè)計4.1概述由于用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠這種進(jìn)給方式精度高、運行平穩(wěn)、工作可靠，所以采用這種進(jìn)給方式。驅(qū)動系統(tǒng)為開環(huán)控制。開環(huán)控制不設(shè)置監(jiān)測反饋裝置，機(jī)床的加工精度直接由步進(jìn)電機(jī)的運動精度和機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)的精度來保證。由于開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本較低，精度能滿足普通機(jī)床的需要。在工作性能良好的情況下，加工誤差可控制在0.02mm以內(nèi)。因而機(jī)床在改造中，對驅(qū)動系統(tǒng)大都選擇開環(huán)控制。本機(jī)床橫，縱向進(jìn)給系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)通過消隙減速傳動齒輪直接帶動滾珠絲杠，把滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運動化為滾珠螺母的直線運動，使刀架分別實現(xiàn)橫、縱向運動，進(jìn)行兩個坐標(biāo)方向的控制。4.2滾珠絲杠的選用設(shè)計滾珠絲杠的設(shè)計以工作壽命和實際加工過程中最大銑削力為基礎(chǔ)進(jìn)行計算本設(shè)計切削深度切削寬度Z=4立銑刀直徑主軸轉(zhuǎn)速查表xF=1.0yF=0.72wF=0gF=0.86=1代入上式銑削速度查表gv=0.2T=60m=0.33xv=0.1yv=0.4pv=0.1kv=1代入上式工作時的軸向壓力：此時：系數(shù)對燕尾形導(dǎo)軌取K=1.4：摩擦系數(shù)：移動部件重量則取壽命T=15000小時滾珠絲杠轉(zhuǎn)速：進(jìn)給速度S：導(dǎo)程（8mm）其中壽命值取運轉(zhuǎn)系數(shù)硬度系數(shù)則最大動負(fù)載根據(jù)上述計算，選用型滾珠絲杠，絲杠直徑40mm，導(dǎo)程8mm（右旋），滾珠直徑4.763mm，滾珠螺母為外循環(huán)，單列3.5圈。其動負(fù)載C=26185N,C0=95814N?？梢奞<C，從工作壽命考慮沒有問題。（強(qiáng)度校核略）為使?jié)L珠絲杠預(yù)緊，采用兩段固定的方式，兼顧摩擦阻力和效率，預(yù)緊力設(shè)定為2.5kN。即按最大7.5kN的計。4.3步進(jìn)電機(jī)的選取4.3.1縱向（y方向）步進(jìn)電機(jī)的選取y方向步進(jìn)電機(jī)選用130BC3100A型步進(jìn)電機(jī)其最大靜轉(zhuǎn)距：T=20Nm步距角：1.5步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)：個分配方式：三相六拍電壓：80~300伏空載起動頻率：1.25KHZ空載運行頻率：15KHZ4.3.2橫向（x方向）步進(jìn)電機(jī)的選取x方向步進(jìn)電機(jī)選用110BF003型步進(jìn)電機(jī)其最大靜轉(zhuǎn)矩：T=7.84Nm步距角：0.75步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)：個分配方式：三相六拍電壓：80~300伏空載起動頻率：1.4KHZ空載運行頻率：15KHZ5電學(xué)設(shè)計1概述5.1機(jī)床介紹這次設(shè)計的機(jī)床是加工盤形凸輪的專門化機(jī)床。專門化機(jī)床加工范圍較廣，適用于大批大量生產(chǎn)，機(jī)械加工效率較高。這次設(shè)計是在X52K立式升降臺銑床的基礎(chǔ)上進(jìn)行的數(shù)控改造，使其配有MCS-51單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)平面二坐標(biāo)聯(lián)動，適宜加工直線、曲線，機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度都有所提高。X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)是以MCS-51單片機(jī)為主處理器。擴(kuò)充必要的外部程序儲存器、外部數(shù)據(jù)存儲器及接口，配上簡單的輸入及輸出設(shè)備，組成一臺完整的計算機(jī)。簡單數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但它具備了計算機(jī)的基本組成部分，并配有監(jiān)控程序，也是一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)。它是采用MCS-51系列的8031芯片配有4K字節(jié)的監(jiān)控系統(tǒng)程序，用來管理該程控系統(tǒng)的自身工作，它的功能與TP-801單板機(jī)基本相同。5.2X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)X52K簡易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的邏輯框圖如左圖所示，它是以8031單片機(jī)為核心，通過擴(kuò)充功能，把存儲器芯片2764EPROM（程序存儲器）、6264RAM（數(shù)據(jù)存儲器）和接口芯片8155與8031單片機(jī)連接起來。它配有36個鍵，作為輸入設(shè)備。8位LED七段數(shù)字顯示管作為輸出設(shè)備，還有一些輔助電路，如譯碼器、時鐘電路，復(fù)位電路等。圖5-1程控系統(tǒng)的邏輯框圖68031單片機(jī)及應(yīng)用簡介8031是MCS-51系列單片機(jī)中最簡單的型號，它不具有片內(nèi)程序存儲器ROM或EPROM。在構(gòu)成一個計算機(jī)系統(tǒng)時，必須擴(kuò)充程序存儲器及其他必要的電路。因此，必須對8031的各引腳功能有詳細(xì)的了解?，F(xiàn)將各引腳的功能連接方法和應(yīng)用介紹如下：(1)口：口作為擴(kuò)充外部存儲器和接口的數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。由于數(shù)據(jù)和地址是分時地復(fù)用口，所以在口接一片74LS373鎖存器，用來鎖存口輸出的低8位地址信號，這樣把地址和數(shù)據(jù)分開了。74LS373鎖存器輸出的就是低8位地址碼。(2)口：口作為擴(kuò)充外部存儲器和接口的高8位地址線。其中低5位（）作為2764EPROM及6264RAM的高5位地址。而高3位（）通過譯碼器74LS138輸出8個片選號，分別接到6264.2764及8155的片輸入端。(3)口：供給機(jī)床驅(qū)動x軸（）和y軸（）(4)口：（懸置不用），是外部中斷請求輸入線（），用做緊急故障時使用。，作為外部存儲器的讀寫選通號輸出端（）和（），即寫和讀。(5)控制線①RESE復(fù)位信號輸入端，采用上電自動復(fù)位和按鈕手動復(fù)位方法相結(jié)合電路。②ALE地址鎖存允許信號輸出端。接至地址鎖存器74LS373的選通端G及接口芯片8155的ALE端。③外部程序存儲器讀選通信號。只有在讀指令時才產(chǎn)生。④內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。由于8031沒有內(nèi)部程序存儲器，所以必須把端接地。7數(shù)控銑床存儲器的擴(kuò)充7.1外部擴(kuò)充存儲器結(jié)構(gòu)一般來說，單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)時，總有兩部分存儲器：一部分是程序存儲器（EPROM），另一部分是數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。由于單片機(jī)的程序比較固定，所以常用ROM，EPROM或E2PROM，而數(shù)據(jù)存儲器則常用RAM。X52K型數(shù)控銑床的存儲器也分為兩補(bǔ)分，一部分用一片2764EPROM（8K×8bit），存放監(jiān)控程序，它用于管理單片機(jī)的功能，幫助調(diào)試加工程序。另一部分存儲器由RAM組成，采用6264（8K×8bit）芯片，基本配置為一片（8K容量），還備有一片插座，可再擴(kuò)充一片6264芯片或一片E2PROM2864芯片。RAM既可做為數(shù)據(jù)存儲器，也可以作為程序存儲器使用，RAM的高地址部分的幾個存儲單元，作為監(jiān)控程序?qū)Ｓ玫木彌_器。7.2存儲器的地址分配2764EPROM和6264RAM都是8K×8位的存儲器芯片。所以，都有13條地址線（），8條數(shù)據(jù)總線都接到8031的及，以便對芯片內(nèi)的8K地址單元尋址。它們的片選端分別接到譯碼器138的輸出端上。2764接138的輸出端，所以選址范圍是0000H～1FFFH，而6264接138的端輸出，所以選址范圍是4000H～5FFFH。8簡易數(shù)控銑床的設(shè)備及其接口8.1簡易數(shù)控銑床所用的輸入設(shè)備簡易數(shù)控銑床所用的輸入設(shè)備是采用最簡單實用的鍵盤，而其功能分有16個16進(jìn)制的數(shù)字鍵和20個命令鍵。輸出設(shè)備采用8個7段LED數(shù)字顯示管，可以顯示16進(jìn)制機(jī)器碼及各種符號。左面4個顯示管顯示這些地址中的內(nèi)容。8.2接口8031單片機(jī)與鍵盤及顯示器連接是采用通用接口芯片8155。因為8155包含256字節(jié)的RAM存儲器，還有可編程的兩個8位并行口和一個6位并行口,而且8155可直接與MCS-51單片機(jī)接口相連，不需要增加任何硬件邏輯。8.38155的RAM和編址8155的片選端接在地址譯碼器138的輸出端，而8155的端接在8031的端，按照8155的功能約定，當(dāng)時是對8155內(nèi)的256字節(jié)RAM尋址。而時，是對8155的口尋址。所以256個RAM的地址范圍為2E00H～2FFFH，其中2F00H是命令狀態(tài)口地址。2F01H是口地址，2F02H是口地址，2F03H是口地址。8.4簡易數(shù)控銑床的選址邏輯外部擴(kuò)充存儲器芯片采用的是2764EPROM和6264RAM，它們都是8K字節(jié)容量，片內(nèi)地址的選擇需要13條地址線，即占。因此，只剩下三條高位地址線（）能作為外部擴(kuò)充存儲器及接口的片選信號，若采用線選法，那么只有選三個芯片。顯然在本數(shù)控系統(tǒng)上是不夠的。所以采用譯碼器138來譯碼，使片選號達(dá)到8個。X52K型數(shù)控銑床的EPROM，RAM及8155的地址范圍如下表：表8-1數(shù)控銑床的EPROM，RAM及8155的地址范圍9在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動中應(yīng)用的斬波電路圖9-1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動中應(yīng)用的斬波電路9.1PWM式單波性斬波器的工作原理斬波電路可彌補(bǔ)雙電壓電路的高、低壓電路波形連接處的凹形，改善輸出轉(zhuǎn)矩下降，使勵磁繞組中的電流維持在額定值附近。所以在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源采用斬波式驅(qū)動（電流型）。上圖是PWM式單波性斬波器的原理圖。在A點輸入脈沖分配器工作頻率脈沖信號、工作電流調(diào)整信號和電流負(fù)反饋信號的電壓疊加號。B點在由三角波發(fā)生器送一組高頻調(diào)制波，其頻率固定不變。A與B點的信號比較放大后，控制的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)時，輸出低電平；時，輸出高電平。導(dǎo)通，電機(jī)繞組中有電流產(chǎn)生，若為零電平時，輸出一組占空比相等的方波脈沖列。低電平截止期間，電機(jī)繞組中電流不能立即消失，這事受正向電壓而導(dǎo)通，電流首先通過。續(xù)流，同時電容快速充電至電源電壓。D點電位在兩倍的電源電壓時，運放的正輸入端>負(fù)輸入端的電位，使翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)通，向電感貶能。當(dāng)衷減到不能繼續(xù)向充電時，便通過向放電，使的電流繼續(xù)上升，貯備了較大的能量，這時同步三角振蕩波的正半波到來，迫使了再次導(dǎo)通，截止，這時的能量由于截止，瞬間產(chǎn)生一個感應(yīng)勢（）作用域電源，使電源補(bǔ)充了一個瞬間功率，減小了因負(fù)載電流急劇增加而引起的電壓波動，貯備的能量得到釋放。9.2PWM式單波性斬波器的電路工作波形由于的正輸入端和的負(fù)輸入端同時受三角波的控制，保證了同一時刻只能是一個輸出高電平。調(diào)整電位器可以使A點的工作點上下偏移。從而改變輸出的占空比，相應(yīng)地獲得不同的平均電流。RF是電流反饋電阻。隨電流增大，反饋電壓提高，使電平上移，使輸出的脈沖變窄，這一反饋過程又迫使電機(jī)繞組電流下降，保證了電流自動地穩(wěn)定在某一定值上。要使的固有振蕩頻率遠(yuǎn)小于三角波的振蕩頻率才能使工作正常，否則將會產(chǎn)生充放電振蕩，就不能達(dá)到向的電源提供瞬間能量的目的，也破壞了的工作狀態(tài)。途中選。這種PWM電路的特點是：在電機(jī)繞組回路中沒有用大的功率電阻來減小電磁時間常數(shù)Ti，續(xù)流貯能電路濾波電感，可以幾相繞組共用，可使驅(qū)動器小型化，便于調(diào)整。本電路電源電壓高于電機(jī)的20倍，工作脈沖頻率可做得很高，電機(jī)仍能穩(wěn)定工作。PWM式單波性斬波器的電路工作波形如下圖所示：圖9-2斬波器的電路工作波形圖10簡易數(shù)控銑床的自動控制軟件系統(tǒng)設(shè)計約定：①步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動步數(shù)（工作臺最小移動距離的個數(shù)）→34H及35H單元，共255×255=65025步（最大）②步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速：即每兩步之間的延時時間常數(shù)→36H單元③步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)標(biāo)志→33H單元，其中（33H）=FFH為反轉(zhuǎn)，（33H）=00H為反轉(zhuǎn)④棧頂指針地址為6000H10.1簡易數(shù)控銑床工作臺（x或y方向）前進(jìn)、后退程序10.1.1圖10-1工作臺前進(jìn)后退程序框圖10.1.2程序清單MOVSP，#6000H；確定棧頂指針MOV30H，#5H；步進(jìn)電機(jī)三相六拍代碼指針，送30H單元（0～6）MOV，34H；高位步數(shù)→LOOP10：MOVR6，35H低位步數(shù)→LOOP9：MOV32H，36H；正、反轉(zhuǎn)標(biāo)志→AMOVA，33HJNZA，LOOP6；A≠0調(diào)反轉(zhuǎn)一步子程序LCALLLOOP5；A=0調(diào)正轉(zhuǎn)一步子程序SJMPLOOP8無條件跳轉(zhuǎn)LOOP8LOOP6：LCALLLOOP7LOOP8:JNZ，LOOP9JNZR5，LOOP10SJMP0000H返回監(jiān)控程序10.1.3圖10-2三相六拍方式工作輸出代碼10.2步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)一步子程序10.2.1圖10-3電機(jī)正傳一步子程序框圖10.2.2LOOP5：DPTR，#1000H；代碼表首地址MOVA，30H；（30H）→ACJNEA，#05H，LOOP1；A≠05H轉(zhuǎn)LOOP1MOV30H，00H；對（30H）清0SJMPLOOP2轉(zhuǎn)向LOOP2LOOP1：INC30H；（30H）+1→30HLOOP2：MOVA，（30H）；（30H）→AMOVCA，@A+DPTR；（DPTR+A）→AMOVP1，A；A→P1LOOP4：LCALLLOOP3；調(diào)1ms子程序JNE32H，LOOP4；（32H）-1≠0RET10.3步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一步子程序10.3.1圖10-4步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一步子程序框圖10.3.2LOOP11：MOVDPTR，#1005代碼首地址MOVA，30HCJNZA，#00H，LOOP12MOV30H，05HSJMPLOOP14LOOP12：DEC30H；（A）-1→ALOOP14：MOVA，30HMOVCA，@A+DPTRMOVP1，ALOOP15：LCALLLOOP3DJNZ32H，LOOP15 RET11鍵盤操作11.1編程鍵的種類編程鍵用于加工程序的輸入和檢索；共分一下三類：1.功能鍵：功能鍵共有以下10個：2.字符鍵：字符鍵共有以下14個：3.數(shù)字鍵：數(shù)字鍵共有以下12個11.2各編程鍵的作用、功能1.復(fù)位鍵：結(jié)束當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)入波段開關(guān)所指示的方式，并顯示以等待新的命令。如：退出出錯狀態(tài)。注意：在加工過程中不能按此鍵，否則將中斷程序，破壞加工。2.換行鍵：在加工程序輸入過程中，每一程序段輸入結(jié)束，都要按此鍵，表示本程序段結(jié)束，并自動生成下一段程序段的段號，省略了對程序段號的輸入。自動生號的規(guī)律是：從N0010開始，每段加10，以便在修改程序時進(jìn)行程序段的輸入，在檢索操作中，插入的程序段也要用此鍵。3.特殊定義鍵：此鍵和數(shù)字鍵同時按下，形成特定功能4.檢索移動鍵：可實現(xiàn)程序、程序段的上、下檢索，并能快速移動檢索，當(dāng)按下或超過0.5秒時，便可快速上下檢索，縮短檢索時間，顯示也相應(yīng)地加快。可實現(xiàn)在一個程序內(nèi)的逐字左右檢索。5.程序復(fù)寫鍵：在加工程序類似的情況下，可以通過對復(fù)制程序的修改，實現(xiàn)新的程序設(shè)計，節(jié)省工作量。6.刪除鍵：可以實現(xiàn)對某個程序，某一程序段，某一程序字的刪除。7.檢索鍵：對程序存貯區(qū)中的程序檢索或?qū)δ骋怀绦蜻M(jìn)行確定檢索。11.3指示燈1.相序指示燈：有x,z向各三只，用以指示兩只三相步進(jìn)電機(jī)的運動狀況。便于系統(tǒng)調(diào)和監(jiān)控。2.保護(hù)指示燈：共有過熱、過流、過壓、欠壓4只保護(hù)指示燈。系統(tǒng)正常工作時為全暗，系統(tǒng)發(fā)生某種自動保護(hù)時，則相應(yīng)的指示燈亮。具體保護(hù)條件如下：過熱保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)部環(huán)境溫度超過45℃時發(fā)生。過流保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部有短路現(xiàn)象時發(fā)生。過壓保護(hù)：當(dāng)外界輸入電壓超過標(biāo)準(zhǔn)電壓+10%（即142V）時發(fā)生。欠壓保護(hù)：當(dāng)外界輸入電壓低于標(biāo)準(zhǔn)電壓-15%（即187V）時發(fā)生。注意：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過流自動保護(hù)后，應(yīng)切斷系統(tǒng)電源，待恢復(fù)正常后重新開始工作。12MCS-51單電機(jī)定時控制邏輯12.1時鐘電路MCS-51芯片內(nèi)部有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1為振蕩電路的輸入端，XTAL2為振蕩電路的輸出端。MCS-51的時鐘為內(nèi)部方式時鐘電路。內(nèi)部方式時鐘電路如圖所示，利用MCS-51內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩?？梢杂檬静ㄆ饔^察到XTAL2輸出的正弦波。定時電路一般用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路，晶振可以在1.2~12MHZ之間任選，電容可以在5~30PF之間選擇，電容C01，C02的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)作用。圖12-1時鐘電路12.2復(fù)位電路時鐘電路工作以后，在RESET輸入端出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上的（10ms）高電平，MCS-51被初始化復(fù)位。復(fù)位以后，各特殊功能寄存器的初始狀態(tài)見表8-1。P0口P3口輸出高電平，初值07H寫入堆棧指針SP，清零程序計數(shù)器PC和其余的特殊功能寄存器，但初始復(fù)位不影響MCS-51內(nèi)部的RAM狀態(tài)。只要RESET輸入端保持高電平，MCS-51將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有限期間，ALE、也輸出高電平，RESET輸入端返回低電平以后，CPU從0地址開始執(zhí)行程序。MCS-51通常采用上電自動復(fù)位和開關(guān)復(fù)位二種方式。在本設(shè)計中，采用的是手動復(fù)位，其邏輯圖如圖8-2.通電瞬間，在RC電路的充電過程中，RESET端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上的高電平，就能使MCS-51單片機(jī)有效地復(fù)位，從而實現(xiàn)上電自動復(fù)位。在圖8-2中，RC參數(shù)通常由實驗調(diào)整。由于在時鐘電路中，振蕩頻率為6MHZ，故在圖8-2中，R2為200Ω，就能使上電自動復(fù)位可靠進(jìn)行。圖12-2復(fù)位電路13結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對機(jī)