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用微机数控技术改造 X62W 万能铣床的 XY 工作台摘 要随着科学技术和社会的不断发展,社会对产品多样化的要求日益提高,产品更新换代越来越快,多品种小批量生产比重加大,零件形状越来越复杂,精度越来越高,此外,激烈的市场竞争要求产品研制周期越来越短,传统的加工设备和制造手段已经难于满足这种变化,为了解决这些问题,数控机床就这样应运而生。在本次设计中,就包括了关于数控技术的基础知识,并且针对本次设计的课题,拟定了一系列的方案,进给系统的总体方案,数控车床进给传动系统的机械部分,以及数控系统的硬件分析和设计。关键字:数控机床 单片机数控系统 伺服电机 传动系统AbstractAs science and technology and continuous development of society, societys demands for increasing product diversification, product upgrades faster and faster, and more varieties of small batch production increased in importance, more and more complex shape parts, increasing accuracy, In addition, the fierce market competition requires product development cycles are getting shorter, conventional processing equipment and manufacturing methods have been difficult to meet such changes, in order to solve these problems, numerical control machine tools came into being this way.In this design, it includes information on the basics of digital technology and design for this project, developed a series of solutions into the overall solution to the system, CNC lathe feed drive system of mechanical parts, and CNC system hardware analysis and design.Keywords: CNC machine CNC servo motor drive system microcontroller目录第一章 方案的拟定 .- 1 -1.1 机电一体化专业(本科)毕业设计任务书 .- 1 -1.2 机床数控化改造的必要性 .- 2 -1.3 机床数控化改造的可行性分析 .- 3 -1.4 方案的拟定 .- 3 -第二章 机件传动的设计计算 .- 4 -2.1 选择脉冲当量 .- 4 -2.2 计算切削力 .- 4 -2.3 滚珠丝杆螺母副的计算与选择 .- 4 -2.4 齿轮传动比的选择 .- 8 -2.5 步进电机的计算与选型 .- 9 -第三章 硬件电路图的设计 .- 14 -3.1 数控系统基本硬件组成 .- 14 -3.2 单片机控制系统的设计 .- 15 -第四章 经济型数控铣床数控系统软件的设计 .- 20 -4.1 直线圆弧插补程序设计 .- 20 -4.2 1QPYD-03 液晶显示模块 .- 23 -4.3 与 8031 的接口电路 .- 24 -4.4 软件编程 .- 25 -第五章、典型零件加工程序的设计 .- 26 -5.1 零件工艺分析 .- 26 -5.2 夹具选择 .- 26 -5.3 刀具选择 .- 26 -5.4 切削用量的选择 .- 26 -5.5 进给路线的确定 .- 26 -5.6 盖板零件铣削加工 .- 27 -致 谢 .- 30 -参考文献 .- 31 -第一章 方案的拟定1.1 机电一体化专业(本科 )毕业设计任务书一丶设计目的:毕业设计是一个实践性很强的环节,是诸多教学环节的最后一环,也是培养学生理论联系实际、解决生产实际问题能力的重要步骤。本次毕业设计是以机电一体化的典型产品数控机床的应用与设计为主线,进行一次所学机电知识有机结合的全面训练。从而培养学生数控加工编程能力、机械传动结构设计计算能力以及分析和处理生产中所遇到的机、电方面方面技术问题的能力。二、设计题目: 用微机数控技术改造 X62W 立式铣床的 X-Y 工作台三、设计任务与要求:1、主要技术参数:工作台宽度 (mm) 320工作台长度 (mm) 1250工作台行程 (mm) 纵向:680 横向:250工作台及夹具工件重量 (N) 纵向:3000 横向:5000工作台快移速度 (m/min) 纵向:1.6 横向:1.6进给速度(m/min) 纵向:0.6 横向:0.6最小分辨率 (mm) 纵向: 0.01 横向:0.01定位精度(mm) 0.025主电机功率(KW) 5.5启动加速时间(ms) 302、设计任务:1)总体方案的拟定及可行性论证。2)两个坐标的进给伺服系统机械传动机构的设计和计算。3)控制系统硬件电路原理图设计。4)用计算机进行典型零件加工程序的编制。5)典型软件的设计。6)编写设计说明书。3 设计的要求:1)CNC 系统的主 CPU 最好采用 8031 单片机也可以用其它的。2)两个坐标的机械进给伺服系统宜采用混合式步进电机驱动。3)所编写的零件加工程序应符合 ISO 标准的有关规定。4)所绘制的机械装配图和硬件电路原理图要求正确、合理、图面整洁、符合标准。5)所编写的软件应在计算机上进行汇编和通讯等。6)说明书应简明扼要、计算准确、条理清楚、图文并茂。7)可以用计算机画图,但必须有一个坐标的机械图用手工绘画。四、图纸内容及张数:1、绘制进给伺服系统机械传动机构二个坐标轴的机械装配图。 A1 2张2、绘制用单片机控制的硬件电路原理图。 A1 1 张3、设计说明书。 1 份五、主要参考文献1、自学教材。2、数控机床课程设计指导书。1.2 机床数控化改造的必要性微观上看,洗床比传统机床有以下突出的优越性,而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。由于计算机有高超的运算能力,可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量,因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化,而且柔性自动化,从而效率可比传统机床提高 37 倍。由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记住和存储下来,然后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。洗床只要更换一个程序,就可实现另一工件加工的自动化,从而使单件和小批生产得以自动化,故被称为实现了“柔性自动化” 。加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要“修配” 。可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现时间无看管加工。有以上五条派生的好处。如:降低了工人的劳动强度,节省了劳动力(一个人可以看管多台机床) ,减少了工装,缩短了新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的,是一个极为重大的突破。此外,机床数控化还是推行 FMC(柔性制造单元) 、FMS(柔性制造系统)以及 CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。宏观上看,工业发达家的军、民机械工业,在 20 世纪 70 年代末、80 年代初已开始大规模应用洗床。其本质是,采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用洗床、FMC、FMS 外,还包括在产品开发中推行 CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行 MIS(管理信息系统) 、CIMS 等等。以及在其生产的产品中增加信息技术,包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化) ,最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20 年。如我国机床拥有量中,洗床的比重(数控化率)到 1995 年只有 1.9,而日本在 1994 年已达20.8,因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了洗床数控化改造的必要性。把 X62W 洗床改造成数控洗床,主要改造的部分是:在主电动机端面加一电磁离合器,以便用指令控制主轴停转;反工作台的纵横向进给运动改造成用步进电动机来控制。垂直进给运动仍采用机动和手动方式,下面主要介绍横向进给系统的改造和数控系统的硬件改造。1.3 机床数控化改造的可行性分析 查阅相关资料,熟悉原有 X62W 铣床的机构和工作原理 在其工作原理与工作流程基础上,初步提出机械部分的传动机构的选取方案 搭建该机构的机电控制系统,并根据要求选择相关的检测与控制元件 在上述有效研究基础上完成开题报告1.4 方案的拟定对 X62W 立式铣床进行机械部分改造,数控机床的刚度系数应该比同类普通机床高 50%,应尽量提高机床的抗震性,通常机床的震动包括强迫震动和受迫震动。要提高机床在低速进给时的平稳性和运动精度。为实现复杂零件的自动戏谑加工,提出两种方案:第一种方案:主轴的升降工作台的 X,Y 轴的进给运动。第二种方案:工作台的 X,Y 轴的进给运动改变为微机控制,实现三轴或二轴的开环同步控制或非同步控制。第一种方案的设计一实现,但我们要求对 X,Y 轴的改造,Z 轴作为预留,因此选择第二种方案。第二章 机件传动的设计计算2.1 选择脉冲当量根据精度要求确定脉冲当量,纵向:0.01mm/step,横向 0.01mm/step(半径)。2.2 计算切削力1.对 X 轴,按经验公式计算N 切 =N 额 =(0.70.85)5.5=(3.854.625) KN 取 N 切 =4KNFz=60000 = =4000NN切V 60000460Fx:Fy:Fz=0.25:0.4:1 Fx=0.25F=1000N Fy=0.4Fz=1600N 2.对 Y 轴,按经验公式计算Fz=Fz=4000Fx=Fy=1600N Fy=Fx=1000N2.3 滚珠丝杆螺母副的计算与选择 纵向进给丝杆 计算牵引力 FmFm=kFx+f(Fz+2Fy+Gx)=3440N其中 k=1.4 f=0.2 Gx=3000N 计算最大动负载ns= =50r/minL= =45 60nsT106Q 动 = fwFm= 1.23440=14683N3L 345 r(3) 滚珠丝杆螺母副选型查阅数控设计指导书中表 A-3,可采用 W1L4006 外循环螺纹预紧的双螺母滚珠丝杠福,1 列 2.5 圈.其额定动载荷为 16400N,精度等级为 3 级。 传动效率计算 = =0.94tantan( + )式中 螺旋升角,W 1L4006 =244摩擦角取 最大牵引力为 14683 支承间距 L=1250mm,丝杆螺母及轴承均进行预紧。 刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图(1)所示Z2J2 L1GmJ LZ1J1 丝杆的压变形量 1F= (d02-dq2)= (402-3.9692)1244 4 4L= 6.910 -5 1= L =0.017FmL0EF LL0 滚珠与螺纹轨道间接触变形 f2 查图 4-8fQ=7.6 因进行预紧 f 2= fQ=3.812=0.01 稳定性校核滚珠丝杆两端推利轴承,不会产生不稳现象,无需作稳定性校核。 横向进给丝杆 计算牵引力 FmFm=kFx+f(Fz+Fy+Gy)=3340N其中 k=1.15 f=0.15 Gy=5000N 计算最大动负载ns= =37.5r/minL= =33.75 60nsT106Q 动 = fwFm= 1.23340=12952.5N3L 333.75 r(3) 滚珠丝杆螺母副选型查阅数控设计指导书中表 A-3,可采用 W1L3508 外循环螺纹预紧的双螺母滚珠丝杠福,1 列 2.5 圈.其额定动载荷为 20000N,精度等级为 3 级。 传动效率计算= =0.96tantan( + )式中 螺旋升角,W 1L3508 =410摩擦角取 最大牵引力为 3340N 支承间距 L=320mm,丝杆螺母及轴承均进行预紧。 刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图(2)所示Z4J4 JSGmJ LZ3J3 丝杆的压变形量 1F= (d02-dq2)= (352-4.7362)944 4 4L= 1.3710 -4 1= L=0.0214FmL0EF LL0 滚珠与螺纹轨道间接触变形 f2 查图 4-8fQ=7.4 因进行预紧 f 2= fQ=3.712=0.15 稳定性校核I= d14=0.4 464Fk= =15868Nfz 2EIL2nk= =4.75 一般【nk】=2.54FkFm此滚珠丝杆不会产生失稳。 纵向及横向滚珠丝杠的集合参数W1L4006 及 W1L2505 滚珠丝杠几何参数名称 符号 计算公式 W1L4006 W1L3508公称直径 d0 40 35导程 L0 6 8接触角 244 410钢珠直径 dq 3.969 4.736滚道法面半径 R R=0.52dq 2.064 2.447偏心距 e e=(R-dq/2)sin 0.056 0.068螺纹滚道螺纹升角 racttgL0 d0 244 410螺杆外径 d d=d0-(0.20.25)d q 39 34螺杆内经 d1 d1=d0+2e-2R 35.984 30.182螺杆接触直径 d2 d2=d0-dqcos 36.0355 25.4346螺母螺纹外径 D D=d0-2e+2R 44.016 19.818螺杠螺母内径 D1 D1=d0+(0.20.255) dq41 362.4 齿轮传动比的选择已知纵向进给脉冲当量 p=0.01,滚珠丝杠导程 L0=6,初选步进电机步距角 b=0.75,传动比为i= = =0.8360 p bL03600.010.756i= = =Z1Z220253240Z1=20 Z2=25横向进给齿轮箱传动比已知 p=0.01 滚珠丝杠导程 L0=8初步步进电机步距角为 1.5i= = =0.6 Z3=24 Z4=40360 p bL03600.0051.58考虑结构原因,不使大齿轮直径太大,以免影响到横向溜板的有效行程,可采用两级齿轮降进。i= = = Z1Z3Z2Z435 452440 2025Z1=24 Z2=40 Z3=20 Z4=25 m=2d1+d22有关几何参数齿数 Z 24 40 20 25 32 40分度圆 d=mz 48 80 40 50 64 80齿顶圆 da=d+2m 52 84 44 54 68 84齿根圆 d1=d-21.25m 43 75 35 45 59 75齿宽 (610)m 20 20 20 20 20 20中心距A=d1+d22 64 45 722.5 步进电机的计算与选型纵向进给步进电机1. 初选步进电机(1)计算步进电机负载转矩 Fm Tm= = N=279.7 N36 pFm2 360.0134402 0.750.94(2)估算步进电机启动转矩 TstTst= =799.2 NTm0.3 0.4(3)计算最大静转矩 Tjmax查表 3-22,如取四相 8 拍 =0.707Tjmax= =1130.3 NTst(4) 计算步进电机运行频率 fe和最高起动频率 fkfe= = Hz=1000Hz1000Vs60 p10000.6600.01fk= = Hz=2667Hz1000Vmax60 p 10001.6600.01(5)初选步进电机型号根据估算的最大静转矩 Tjmax=1130.3 N可查表的出 110BYG4601 最大静转矩为 1300Tjmax可以满足要求。110BYG 步进电机最高空载启动频率为1200Hz,不能满足(2667Hz)的要求,此项指标可暂不考虑,可采用软件升降速程序来解决。2.步进电机校核(1)初选反应式步进电机 110BYG4601,其转子转动惯量JM=11.3 2J1=0.7810-3d14L1=(0.7810-34.842) 2=0.83 2J2=0.7810-3d24L1=(0.7810-3842) 2=6.4 2Js=(0.7810-344125) 2=24.9 2Gx=3000N代入公式J =JM+J1+( )2(J2+Js)+ ( )2Z1Z2 GgL02=11.3+2.6+( )2(6.4+29.95)+ ( )23240 30009.80.62=39.0 2= =0.29JMJ 11.339.00.25 0.4JMJ步进电机与传动系数惯量匹配(2)电机转矩计算快速空载启动时所需转矩M=Mamax+Mf+M0=J Nmax= = =500r/minVmax p b360 24000.01 0.75360Mamax=J =39.0 10-2=680.3 N2 Nmax60ta 2 500600.03Mf= = =117.3NF0L02 i0.16(4000+3000)0.62 0.731.25FP0=1/3FmM0= (1- 02)=22.8NFP0L02 iM=680.3+117.3+22.8=820.4 N 快速移动所需转矩M=M f+M0=117.3+22.8=140.1 N 最大切削负载时所需转矩 MMt= =104.8 NFtL02 iM=M f+M0+Mt=117.3+22.8+104.8=244.9 N从以上算得,快速空载起动所需转矩最大做为校核依据 =0.707Mjmax=820.4/0.951=1160.4 N从表中得 110BYG4601 型步进电机最大转矩为 1200 大于所需转矩,所以cm满足需求。横向进给步进电机3.初选步进电机(1)计算步进电机负载转矩 FmTm= = N=132.96 N36 pFm2 360.0133402 1.50.96(2)估算步进电机启动转矩 TstTst= =332.4NTm0.4 0.5(3)计算最大静转矩 Tjmax查表 3-22,如取四相 8 拍 =0.707Tjmax= =470.2NTst(4) 计算步进电机运行频率 fe和最高起动频率 fkfe= = Hz=1000Hz1000Vs60 p10000.6600.01fk= = Hz=2667Hz1000Vmax60 p 10001.6600.01(5)初选步进电机型号根据估算的最大静转矩 Tjmax=470.4N可查表的出 110BYG2600 最大静转矩为 800NT jmax可以满足要求。4.步进电机校核(1)初选反应式步进电机 110BYG260B-0602,其转子转动惯量JM=6 2J1=0.7810-3d14L2=1.1 2J2=0.7810-3d24L2 2=8.5 2Js=3.8 2Gy=5000N代入公式J =JM+J1+( )2(J2+Js)+ ( )2Z1Z2 GgL02=6+1.1+( )2(8.5+3.8)+ ( )22440 50009.80.82=17.5 2=0.34JMJ0.25 0.4JMJ步进电机与传动系数惯量匹配(2)电机转矩计算快速空载启动时所需转矩M=Mamax+Mf+M0=J Nmax= = =500r/minVmax p b360 24000.01 0.75360Mamax=J =17.5 10-2=305.3 N2 Nmax60ta 2 500600.03Mf= =198.2NF0L02 iFP0=1/3FmM0= (1- 02)=36.5NFP0L02 iM=305.3+198.2+36.5=540N 快速移动所需转矩M=M f+M0=198.1+36.5=234.7 N 最大切削负载时所需转矩 MMt= =232.8 NFtL02 iM=M f+M0+Mt=198.1+36.5+232.8=467.5N从以上算得,快速空载起动所需转矩最大做为校核依据 =0.707Mjmax=540/0.707=763.8 N从表中得 110BYG2600 型步进电机最大转矩为 800 大于所需转矩,所以满足需求。第三章 硬件电路图的设计3.1 数控系统基本硬件组成任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成,硬件是数控机床的基础,其性能的好坏,直接影响整个系统的工作性能,有了硬件,软件就能发挥作用。 机床数控机床的硬件电路概括起来又以下四部分组成:(1) 中央处理单元 CPU。CPU 是数控系统的核心。(2) 总线。包括数据总线(DB) 地址总线(AB)和控制总线(CB) 。(3) 存储器。包括只读可编程存储器和随机读写存储器。(4) I/O 输入输出接口电路。由于 8031 只有 P1 口和 P3 口部分能提供用户作为 I/O 口使用,不能满足输入输出口的需要,因而系统必须扩展输入输出接口电路。从附录 H 图 H2 可以看出,系统扩展了一片 8155 和一片 8255 可编程 I/O 接口芯片。8155 的片选信号 CE 接 74LS138 的 Y0,8255 芯片片选信号 CS 接到 74LS138 的 Y2 端。74LS138三八译码器有三个输入 A、B、C 分别接到 8031 的 P2。5,P2。6、P2。7,输出 Y0Y7 8 个输出,低电平有效。Y0Y7 对应输入 A、B、C 的 000 至 111 的 8种组合,其中 Y0 对应 A、B、C 为 000,Y7 对应 A、B、C 为 111。74LS138 还有三个使能端,其中 2 个(GA 和 GB)为低电平使能,另一个 G1 为高电平使能。吸有当使能端均处于有效电平时,输出才能产生,否则输出处于高电平无效状态。I/O 接口芯片与外设的连接是这样安排的:8155 芯片 PA0PA7 作为显示器段选信号输出,PB0PB7 是显示器的位选信号输出,PC0PC4 5 根线是键盘扫描输入。8155 芯片的 IO/M 引脚接 8031 芯片的 P2。0,因为使用 8155 的 I/O 口故 P2。0 高电平。8255 芯片 PA0PA7 接 X 向和 Z 向步进电机硬件环形分配器,为输出,PB0PB7 为两个方向的点动及回零输入,PC0PC7 为面板上的选择开头是输入,设有编辑、单步运行、单段运行、自动、手动 I、手动 II 等方式。系统各芯片采用全地址译码,各存储器及 I/O 接口芯片的地址编码如表419 所示:X 向,Y 向步进电机硬件环形分配器采用 YB015,是以 12 相通电两相四拍方式工作。A0、A1 接高电平。三个芯片的选通输出控制 E0 分别接 8255 的PA0、PA3、PA5,清零 R 接 8255 的 PA1,正、反转控制端分别接 8255 的PA2、PA4、PA6,时钟输入端 CP 接 8155 芯片的 TIMROUT,用以决定脉冲分配器输出脉冲分配器输出脉冲的频率。为实现插补时不同的进给速度,可给 8155 芯片的定时/计数器中设置不同的时间常数。芯 片 接 74LS138 引脚 地址选择线 片内地址单元(B)地址编码2764(1) 0Y000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H1FFFH2764 (2 ) 1Y001xxxxxxxxxxxxx 8K 2000H3FFFH6264 2010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H5FFFHRAM 310011110xxxxxxxx 6 61009EFFH8155 I/O 1001111111111xxx 6 9FF8H9FFDH8255A 4Y01011111111111xx 4 5FFCH5FFFH作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作,存储器用于存放系统软件,应用程序和运行中所需要的各种数据, 输入输出接口是系统与外OI界进行交换的桥梁。总线则是 CPU 与存储器,接口以及其它转换的纽带,是CPU 与部分电路进行交换和通讯的必由之路。数控系统的硬件框图为:图 3-13.2 单片机控制系统的设计1 向和 X 向进给伺服系统运动2 键盘显示3 自动转位刀架控制4 螺纹加工控制5 面板控制6 行程控制7 其他功能 报警电路、急停电路、复位电路、光隔离电路、功能电路等。一 硬件电路的组成采用 MCS-5 系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下:a) 采用 8031 作 CPUb) 扩展了两片 2764 芯片、一片 6264 芯片c) 两片 8155 可编程并行 I/O 接口。d) CPU、存储器及 I/O 接口CPU 采用 8031 芯片,选用 6MHz 晶体振荡器。它的 作为数据总线和地址oP共用。16 位地址线由 经地址锁存器 74LS373 提供 8 位地址 ,高 8 位oP 70A地址 由 8031 的 口直接提供。ALE 为地址锁存允许。 为低电平158A2 SEN时选通外部存储器(EPROM) ,相应的指令字节出现在 EPROM 的数据线()上,输入到 口,8031 将指令读入。RESET 为复位控制,当 RESET70DoP输入端出现高电平时,8031 被初始化复位,在复位有效期向 ALE、PSEN 也输出高电平。当 RESET 输入端返回低电平后,CPU 从 O 地址开始执行程序。 (故设计中一定有一片 2764 芯片连到 74LS138 的 )设计中采用上电复位和开关0Y复位。另外,两片 8155 的 RESET 也与 8031 的 RESET 管脚相连,它们可同时复位。8031 的 是片内的定时器/计数器溢出中断申请,由主轴后面的光电编码器0T输入。当车床车螺纹时,主轴光电编码器向 8031 发出进给脉冲,用以控制不0T同导程的螺纹加工。光电编码器还发出一个零位螺纹信号,输入 8155(1)的 ,6PB用以防止车螺纹乱扣。8155 主要用于功能键的控制,刀架转位控制以及报警等。其中 PA 口为输入口, 作为功能键的控制管理,刀架控制编辑、空运行、自动、手动50PAI,手动 和回零。 PB 口也是输入口, 由面板上的按键分别控制起动、I 40PB暂停、单段、连续、急停等功能。 是换刀回答,当自动转位刀架按指令转5位、夹紧,刀架电机停转之后,发出此信号,开始执行进给指令。 接光电6PB编码器输出的零位螺纹信号。PC 口是输出口, 控制自动转位刀架四30CP个刀位的选刀。 用于报警显示,系统正常工作时,输出低电平,绿色发光4PC二极管亮,当系统出现异常情况时,输出高电平,经反向后,红色发光二极管亮,实现报警功能。 8255A 控制步进电机,行程控制,以及键盘,显示电路。其中 为70PA输出口,用于控制 Z 向、X 向步进电机运转,Z 向步进电机为两相,X 向为两相。此系统采用软件分配。键盘显示电路为 8 6 键和 8 位显示器。作为键盘的 8 条列线,是键盘扫描线,是输出口。 接行线70PC 30PB作为键盘输入口。 是 8 位数码显示器的位选信号,8031 的 口是数70PC 1码显示器的段选信号。 接越程限位控制电路,当床鞍或拖板在 Z 向4B或 X 向越程时,即向计算机输入此信号,使进给系统停止。 表 6 :数控车床控制系统芯片地址分配芯片 接 74LS138 地址选择线 片内地址单元 地址编码2764(1) 0Y000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H-1FFFH2764(2) 1001xxxxxxxxxxxxx 8K 2000H-3FFFH6264 2010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H-5FFFH8155I/O 3Y0110000100000xxx 6 6100H-6105H8255AI/O 41000000100000xxx 6 8100H-8105H二 机械控制系统原理及电路设计总结:第 1 章设计要求:采用 MCS-51 系列单片机来完成此控制系统的设计,完成控制系统原理图等.主要包括键盘,LCD 显示,电动机的启动、停止、单进控制、联动控制等的控制.同时还要有一些自动错误处理功能.如限位控制,驱动出错处理,这就需要在程序设计时提供相应的中断处理程序。(2)方案分析:由前面电动机的选择:选用电动机型号为 86BYG250 系的步进电机.此电机是一个两相四拍的电动机。由机电一体化可以知道步进电机的运行特性与配套的驱动电源(驱动器)由密切的关系。驱动器由脉冲发生器和功率放大器两大部分组成的。在微机控制电机过程中,需要使电机按照一定规律变化进行运动,而控制这部分规律变化的部分叫做脉冲分配器。实现脉冲分配有两种方法:计算机软件和硬件电路法。当有了环形脉冲分配后,还是不够的。由于我们的脉冲是由微机单片机发出的,属于低电平,是不能直接驱动电机进行运动的,这时我们可以采用功率放大电路将脉冲进行功率放大,然后驱动硬件电路。对于复杂的电路驱动,如两相四拍电路,具有 A,B,无相,他的四拍工作方式为:A-AB-B-BA-A-对于这这种驱动方式,如果采用软件编程或者硬件电路来实现驱动控制都是比较复杂的,这时我们可以采用专用驱动控制芯片,这里采用 SH-20806N 型两相混合式驱动器。我们采用 MCS-51 系列的 8031 型的单片机作为微机控制的主芯片。系统原理图中,采用 74LS373 进行 P0 口的锁存,同时扩展一片 2764 的程序存储器和一片 6264 的数据存储器,作为系统的数据处理和存储之用。同时,我们需要扩展键盘和显示,就需要扩展接口来连接。采用 8255 进行接口扩展,PA 口,PC 口属于输出口,PB 口属于输入口。PA 口的八根地址连接成 6 8 的键盘接口电路,PB 口用于 LED 的八路接口,同时用 PC 口的 8 路进行 LCD 的位控接口。对 2764 和 6264 进行片选。系统原理电路图见附图(A1 图纸) 。(3)地址计算:1)8155 的地址计算:在 8155 中,采用 P1.7 来控制 IO/M 口,进行 I/O 和 RAM 选项控制。当 P1.7=0 时,选择 RAM 口,其地址为:0 1 0 所以其地址为 4000H-5FFFH(其中 P1.7 为 0)当 P1.7=1 时,单片机选中 I/O 口,其地址为:0 1 0 所以其地址为 4000H-5FFFH(其中 P1.7 为 1)因此:8155 的具体地址:命令字:4000HA 口:4001HB 口: 4002HC 口: 4003H低四位:4004H高四位:4005H2)2764 的地址:采用 74LS138 片选控制,地址选择如下:0 0 0 所以地址范围为:0000H-1FFFH3)6264 的地址:同样采用 74LS138 片选控制,地址选择如下:0 0 1 所以地址范围为:2000H-3FFFH4)芯片列表:序号 名称 型号 数量1 微控制器 MCS-8031 12 数据存储器 6264 13 程序存储器 2764 14 锁存器 74LS373 15 译码器 74LS138 16 接口芯片 8155/8255 各 1个7 键盘 6x8 键盘 18 显示器 LCD 液晶显示器 110 电机驱动器 SH-20806N 驱动器 211 电阻 若干12 晶振 20KHZ 113 电容 若干第四章 经济型数控铣床数控系统软件的设计4.1 直线圆弧插补程序设计在电机设备中,执行部件如果要实行平行斜线和圆弧曲线的路经运动,必须通过两个方向运动的合成来完成。在数控机床中,这是由 X、Y 两个方向运动的工作台,按照插补控制原理来实现的。在这里只以直线插补程序设计为例:(1) 逐点比较法用逐点比较法进行直线插补计算,没走一步,都需要以下四个步骤:偏差判别:判别偏差 Fm0 或 Fm0,从而啊决定哪个方向进给和采用哪个偏差计算公式。坐标进给:根据直线所在象限及偏差符号,决定沿+X、+Y 、-X、-Y 的哪个方向进给。偏差计算:进给每一步,计算新的加工偏差。终点判别:进给每一步后,终点计数器减 1,若为 0,表示到达终点停止插补不为 0,则返回到第一步继续插补。终点计算判别可用两个方向的坐标植来判别,也可以由一个方向的坐标植来判别。当 XeYe,可用 X 方向的总步数Xe 作为终点判别的依据,如动点 X 等于终点 Xe 则停止。当 Xe、I、 I、-Z+XLCDXZ、 LCALL MOTR; 调步进电机的控制子程序,+Y 方向进给一步 LCALL DEALAY MOV A,2EH ADD A,28H CJNE A,2AH,LP3;Xe=X? RET综上所述,虽然设计中存在一些缺点,但是这些都不会影响设计要求,并且都可以达到设计任务中的要求,所以上述设计是满足设计要求的,完全可以实现对工作台控制。4.2 1QPYD-03 液晶显示模块QPYD-03 液晶显示控制器是北京精电蓬远显示技术有限公司开发的液晶显示控制 IC。其特点为:控制彩色 320*3*240 点阵 STN 液晶显示模块,8 色,单显示区,无需初始化编程工作;实时操作:计算机可以随时读写显示存储器而不影响显示效果,无“雪花”显示;使用简便:与计算机接口和操作指令简单统一,极容易使用,并且升级换屏方便;遵循 80 时序,所以可以直接与 8031 单片机利用总线方式通信。液晶显示控制器管理 128KB 的显示存储器,显示起始地址固定于 0000H,计算机对显示存储器可以进行实时的读写操作。控制器对显示数

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