C6163普通车床微机数控化改造设计

题 目： C6163普通车床微机数控化改造设计姓 名： 学 号： 系 别： 专 业： 年 级： 指导教师： 年 月 日独创性声明本设计是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明本人完全了解学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名： 指导教师签名： 日期C6163普通车床微机数控化改造设计摘要从中、小企业设备的实际情况出发，对在普通机床的数控化改造中，如何对数控系统、伺服系统进行选择，如何对其机械部分进行改造等问题进行了介绍。近年来，随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床代表着机械制造业现代科学技术发展的方向和水平。数控机床以其精度高、效率高和劳动强度低等诸多普通机床无法比拟的优势，数控机床能较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产率，也具有适应性强、较高的加工精度，成为当今制造业的主流加工设备。目前，一个企业设备数控化程度的高低已经直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较少的资金，把原有机床进行升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。现在，机床的改造，非凡是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。关键词：普通机床，数控化，数控机床，改造The Numerization Rebuilding of C6163 Ordinary LatheAbstractFrom the actual situation of equipment, small business, starting in common to the numerical control machine tool in improvement of CNC system, how to choose servo system, how to reform the problems such as mechanical part introduced.In recent years, with the product requirements of machining industries continuously improved and CNC technology rapid development, nc machine tools represents machinery manufacturing modern science and technology development direction and level. Nc machine tools to its high accuracy, high efficiency and low intensity of Labour many ordinary machine tools and incomparable advantage, nc machine tools to better solve complex shape, precision and small batch changeable parts processing problem. Can stable processing quality and productivity, also has good adaptability and high machining accuracy, now became manufacturing.Key Words: General machine tools, Numerically-controlled, Numerically-controlled machine tool, transformation目 录第1章 绪论11.1 研究背景11.2 经济型数控机床研究的意义11.3 研究内容21.3.1 总体改造方案21.3.2主要技术参数21.3.3 方案的分析、比较、论证3第2章 主传动系统设计52.1 计算转速的计算52.2 拟定结构式52.3 确定齿轮齿数52.4 转速图62.5主轴与传动轴的直径的确定62.6带轮传动设计82.6.1 计算功率的确定82.6.2 选择V带的类型82.6.3 确定带轮的基准直径dd1并验算带速V82.6.4 确定V带的中心距a和基准长度Ld82.6.5验算小带轮上的包角192.6.6计算带的根数Z92.6.7计算单根V带的初拉力的最小值（F0）min92.6.8 计算压轴力FP9第3章 进给系统设计103.1 纵向进给丝杠设计103.1.1 切削力的计算103.1.2 计算纵向进给牵引力103.1.3计算最大的负载C103.1.4 初选滚珠丝杠螺母副的型号113.1.5 校核计算113.2 横向进给丝杠设计123.2.1 切削力的计算123.2.2 计算横向进给牵引力123.2.3 计算最大的负载C133.2.4初选滚珠丝杠螺母副的型号133.2.5校核计算13第4章 步进电机的选用164.1 纵向进给步进电机计算164.1.1步距角164.1.2 距频特性174.1.3 步进电机的安装尺寸194.2 横向进给步进电机计算194.2.1步距角194.2.2启动距频特性校核20第5章 单片机控制系统电路的设计245.1数控系统基本硬件组成部分245.2总体设计245.3主控芯片的选择255.4存储器系统的扩展设计265.5 可编程并行I/O扩展接口265.6 I/O口地址译码275.7键盘显示接口电路285.8电液脉冲马达驱动电路285.9其它辅助电路285.10 储存器及I/O口芯片地址分配30参考文献31谢辞32IIIC6163普通车床微机数控化改造设计第1章 绪论1.1 研究背景20世纪中叶数控技术和数控机床的诞生标志着生产和控制领域一个崭新时代的到来。它不仅能够提高产品质量、提高生产率、降低生产成本，还能够极大的改善生产者的劳动条件。在许多数控机床上已具有自适应控制、自动检测、软件精度补偿、自动换刀、自动交换工件、动态加工图像显示、现场编程及机床故障自动诊断等功能。某些数控机床还带有自动监控刀具破损、磨损、切削振动，以及主轴功率超载监控等装置。这些都有效的完善了数控机床的适应性和提高了平均无故障间隔时间。目前，在工业发达国家中，数控机床的应用几乎已扩展到所有加工领域。从总体来看，数控机床正向高速化、高精度化和高智能化方向发展。近10年来我国在数控机床的开发研和生产方面已取得了长足的进步。我国已研制了具有我国自主版权的数控技术平台和数控系统。基本系统集成度高、体积小，普遍采用了数字交流驱动技术并研制最新的电力电子器件与其配套，在编程方面开发了图形交互多维数控自动编程系统。同时，我国数控机床与世界工业化国家相比还有不少差距，最大的差距是商品化率和市场占有率不高，今后应迎头赶上。1.2 经济型数控机床研究的意义数控机床代表着机械制造业现代科学技术发展的方向和水平。目前，我国数控机床的发展不仅从技术水平上已研制出五坐标的数控铣床加工中心，CNC系统和自动编程系统等。同时，也拥有了一定数量的数控机床的开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上的先进国家有较大差距。要达到世界先进水平，迅速发展我国数控机床行业势在必行。经济型数控机床设计的必然性：数控机床能较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产率，也具有适应性强、较高的加工精度。但是应用数控机床还受到其它条件的限制。1. 价格昂贵，一次性投资巨大，对于中小企业心有余而力不足。2. 目前各企业都有大量的通用机床，完全用数控机床代替根本不可能，而且替代下来的机床闲置起来，又会造成浪费。3. 在国内，订购新数控机床的交货期一般较长，往往不能满足生产急需。4. 通用数控机床对具体生产有多功能。要较好地解决上述问题，应走经济型数控机床设计之路。经济型数控机床设计的优点：经济型数控机床设计一般指对普通机床其某些部位做一定的设计，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力，其目的有以下几点：1. 从提高资本效率出发，改造闲置旧设备，发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。2. 为了提高生产效率进行数控改造。3. 为了适应多品种，小批量生产而进行数控改造。4. 为了使技术等级较低的工人也能加工出高质量的产品零件和提高生产效率而进行的设计。所有这些目的都围绕提高机床的性能价格比，用较少的价格，得到较高的机床性能。因此，经济型数控机床设计具有以下优点：1. 易于对现有机床实现自动化，而且专业性强，没有多余功能。2. 减少辅助加工时间，提高机床的生产效率。3. 降低工人技术等级的要求。4. 费用低，可充分利用原有机床设备。5. 周期短，可满足生产急需。由上所述，普通机床进行经济型数控设计是提高技术水平，更新工艺设备的重要途径之一，是使企业更好地完成计划，满足市场需求，提高经济效益的重要手段。因此这次设计主要进行的是C6163车床的机械部分（主轴箱、纵向进给机构和横向进给机构）和数控部分的设计，其传动系统利用电液脉冲马达驱动滚珠丝杠，使拖板作精确的位移。1.3 研究内容1.3.1 总体改造方案本设计内容是对C6163数控车床的机械部分设计和利用MCS-51系列单片机，对纵、横向进给系统进给进行开环设计。使其在纵向和横向具有直线和圆弧插补的功能，驱动元件采用电液脉冲马达，传动系统采用滚珠丝杠，使车床进行精确动作，能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工。机床主轴的起动，停止和变速，纵向和横向进给运动的行程和速度，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线、锥度、直螺纹和锥螺纹等自动循环机能。 1.3.2主要技术参数机械部分：工件最大回转直径 630毫米工件最大长度 1400毫米主轴转速范围 302300转/分刀架快速移动速度纵向 2.0 M/min横向 1.0M/min最大进给速度 纵向 0.5M /min横向 0.25M/min 定位精度 0.015mm 启动时间 35ms1.3.3 方案的分析、比较、论证1.3.3.1 系统运动方式确定数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度，对于刀具移动过程中不进行切削，点位直线控制系统不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工件，其控制方式与点、位控制系统十分相似；而改造后的经济型数控车床有定位、直线、顺、逆圆弧插补、暂停、循环、加工公制、英制螺纹等功能，可以加工各种外形轮廓复杂的零件，因此选择连续控制系统。1.3.3.2 伺服系统的选择伺服系统分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。半闭环控制系统和闭环控制系统都具有检测装置，伺服控制精度都比开环系统高，但系统造价也高于开环结构且调试也不太容易。而开环系统不带检测装置，指令是单方向传送的，结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单，符合经济型数控机床的加工精度要求不高的性能。因此，为了简化结构，降低成本，采用电液脉冲马达开环控制系统。1.3.3.3 执行机构传动方式的确定为实现机床所要求的分辨率，采用电液脉冲马达经齿轮减速再传动丝杠，确保数控系统的传动精度和工作平稳性，应尽量减少摩擦力，而采用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负载的结构来提高传动刚度，齿轮传动也要采用清除齿侧间隙的结构。1.3.3.4 计算机的选择根据机床的要求，采用8位微机，由于MCS-51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强等特点，所以采用MCS-51系列。制定系统总体方案框图见图1-1。步进电机主轴脉冲发生器纵向进给机构变速机构电机横向进给机构步进电机图1-1 系统总体方案框图第2章 主传动系统设计2.1 计算转速的计算主轴要求的恒功率调速范围为：RDn=2300/110=20.9 (2)初选电动机初选电动机SDS-S101-11/15-1000/6000型，其额定功率为11KW额定转速1000r/min 最高转速4000 r/min电动机可达到的恒功率调速范围为：RN= nmax /n j= 4000/1000=4代入= RN /RDN =20.9/4=5.23 查机床手册（7.3-29）得2组=2.29 Z=3 。=1.74 Z=4若选择=1.74 Z=4代入N0= ND RDN/=11x4/1.74=25.29KW10KW基本符合题目的要求。所以选择11KW的电动机。4级变速箱，=1.742.2 拟定结构式由主传动系设计的一般原则，考虑到实际情况，将第一变速组作为扩大组，第二变速组作为基本组。所以，确定传动结构式为4=2X22.3 确定齿轮齿数根据机械制造装备设计中齿轮齿数的确定方法，确定各轴上齿轮齿数及带轮直径如表3-1所示。表3-1 齿数分配及带轮直径齿数及带轮直径电动机-轴小带轮150，大带轮240轴-，轴-，2.4 转速图在设计和分析分级变速主传动系时，用到的工具是转速图。在转速图中可以表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值等。2.5主轴与传动轴的直径的确定（1）III轴啮合齿轮模数 取=2.5（2）II轴，主轴合齿轮模数 取=3.5（3） 主轴直径的计算已知最大加工直径 根据公式 取主轴前轴颈的直径 主轴后颈轴的直径 主轴内孔直径（4） 传动轴直径的计算传动轴直径按扭矩刚度用下列公式估算传动轴直径：轴I直径的计算取d1=40mm轴II直径的计算取d2=45mm2.6带轮传动设计2.6.1 计算功率的确定由公式 KA-工作情况系数 P电机额定功率 = 2.6.2 选择V带的类型根据Pca，由3图8-10选用B型2.6.3 确定带轮的基准直径dd1并验算带速V（1） 初选小带轮的基准直径dd1。由38-6和38-8，取小带轮的基准直径dd1=150mm。（2） 验算带速V （3） 计算大带轮的基准直径2.6.4 确定V带的中心距a和基准长度Ld（1） 初定中心距 取=500（2） 计算带所需的基准长度=1000+612.3+4.05=1616.351616由表8-2选带的基准长度Ld=1600mm（3） 计算实际中心距a2.6.5验算小带轮上的包角12.6.6计算带的根数Z（1） 计算单根V带的额定功率由 查38-4a 根据 和B型带查3表8-4b得查3表8-5得， 3表8-2得（2） 计算V带的根数Z取Z=5根2.6.7计算单根V带的初拉力的最小值（F0）min由表8-3得B型带的单位质量q=0.18kg/m应使带的实际初拉力2.6.8 计算压轴力FP压轴力的最小值为第3章 进给系统设计3.1 纵向进给丝杠设计3.1.1 切削力的计算 主切削力式中是车床加工最大回转直径。按切削力各分力比例：，分别计算出（走刀方向的切削分力）和（垂直走刀方向的切削分力）。 3.1.2 计算纵向进给牵引力 纵向进给为综合型导轨，进给牵引力式中考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨K=1.15； 滑动导轨摩擦系数,取0.150.18；溜板及刀架重力；则进给牵引力3.1.3计算最大的负载C 式中 滚珠丝杠导程，初选；最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的，此处取；动转系数，按一般运转取；使用寿命，取；寿命，以转为单位；3.1.4 初选滚珠丝杠螺母副的型号根据最大额定动载荷，查机床设计手册2（上）表3采用，2.5圈1列的滚珠丝杠副。其主要参数如下：名义直径螺距滚珠直径 螺旋升角滚道半径偏心距额定动载荷3.1.5 校核计算(1)校核传动效率式中螺旋升角，；摩擦角，取；则(2)刚度计算 图3-1纵向进给机构1）丝杠的轴向拉伸压缩变形，从机床设计手册2（上）图5.795查得，有预紧时，2) 根据选用的滚珠丝杠副的型号从机床设计手册2（上）图5.7100查得其中因采用“单推单推”支承方式，所以3) 支承滚珠丝杠轴承的轴向变形采用51407型推力轴承作为支承滚珠丝杠的轴承，滚动体直滚动体数量有预紧时，总的变形为：总变形定位精度。(3)稳定性校核滚珠丝杠两端是推力轴承，不会产生失稳现象，不需作稳定性校核。3.2 横向进给丝杠设计3.2.1 切削力的计算 主切削力可取纵向切削的一半即：按切削力各分力比例：，分别计算出（走刀抗力）和（吃刀抗力）。 3.2.2 计算横向进给牵引力 横向进给为燕尾型导轨，进给牵引力式中考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨K=1.4； 滑动导轨摩擦系数,取0.2；溜板及刀架重力，取800N；则进给牵引力3.2.3 计算最大的负载C 式中滚珠丝杠导程，初选；最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的，此处取；动转系数，按一般运转取；使用寿命，取；寿命，以转为单位；3.2.4初选滚珠丝杠螺母副的型号根据最大额定动载荷，查机床设计手册2（上）表3采用，2.5圈列的滚珠丝杠副。其主要参数如下：名义直径 螺距滚珠直径螺旋升角滚道半径 偏心距额定动载荷3.2.5校核计算(1)校核传动效率式中螺旋升角，；摩擦角，取；则(2)刚度计算 图3-2 横向进给机构1)滚珠与螺纹滚道间的接触变形根据选用的滚珠丝杠副的型号，从机床设计手册2（上）图5.795查得2)丝杠的轴向拉伸压缩变形从机床设计手册2（上）图5.7100查得，其中因采用“单推单推”支承方式，所以3)支承滚珠丝杠轴承的轴向变形采用8109型推力轴承作为支承滚珠丝杠的轴承，滚动体直径滚动体数量 总的变形为：总变形定位精度。(3)稳定性校核滚珠丝杠两端是两端固定，不会产生失稳现象，不需作稳定性校核。（3）齿轮传动比的计算1.纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量=0.01，滚珠丝杆导程L0=6mm，初选步进电机步角0.75。可计算传动比I。I=360/0.75X6=0.8，可确定齿轮齿数为：I=Z1/Z2=48/602.横向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量=0.01滚珠丝杆导程L0=5mm，初选步进电机步角0.75。可计算传动比I。 考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径过大，以免影响到横向溜板效行程，故此处用2级齿轮降速：第4章 步进电机的选用4.1 纵向进给步进电机计算4.1.1步距角 初选电机型号时应合理选择b及，并满足： 根据表4-1中所提供的BF反应式步进电动机技术参数表，可以选取本次设计中所需要的型号：选取b=0.75/1.5 较为合理，相应参数见下表4-1。表4-1 150BF反应式步进电动机技术参数 电机型号 相数 步 距 角 /（。） 电 机 /V相电流/A最大静转距/Nm（fcm）最高空载启动频率/Hz运行频率/Hz 150BF003 50.75/1.580/12 10 9.31（95）300016000 转子转动惯量 10-5（gfcms2） 线圈 电阻 /+-5 分配 方式 质量 / 外形尺寸 外径长度轴径 46.06（4.7） 0.163五相十拍150178184.1.2 距频特性根据已选定步进电机，来确定，具体的数值可见上表。2.启动距频特性校核 步进电机有三种工况：启动、快速进给运行、工进运行。 具体的校核结果见下图4-1：1） 突然启动图4-12）升速启动最后电机运行频率达到最高运行频率。最高运行频率fmax可按下式计算： 式中：umax为运动部件最大快进速度（m/min）。3.运行距频特性校核要对快速进给运行和工作进给运行两种工况分别校核，确保快进和工进时均不丢步。具体的校核结果见下图4-2：2） 快速进给的行距频特性校核图 4-23） 工进运行距频特性校核工进时步进的运行频率为fGJ 式中：uG为最大工作进给速度（m/min）工进时步进电机运行所需力矩MGJ可按下式计算： MGJ=M0+Mf+Mt （Ncm） 4.1.3 步进电机的安装尺寸步进电机的安装比较简单，不带机座，用定位止扣进行安装定位，以保证步进电机安装的同轴度。小尺寸电机的安装面上有螺孔供安装，大尺寸电机的安装面上有通孔供安装。本次设计中用的就是小尺寸，故安装时用的是有螺孔供安装的。具体的安装图见纵向进给全图。 步进电机安装尺寸/步进电机型号轴径d1止扣直径d2 d2螺孔，通孔 L1 L2 外径D150BF00318 100 170412 42 5 150长度L BB 1781501504.2 横向进给步进电机计算4.2.1步距角初选电机型号时应合理选择b及，并满足： 根据表中所提供的BF反应式步进电动机技术参数表，可以选取本次设计中所需要的型号：选取b=0.75/1.5 较为合理，相应参数见下表。 150BF反应式步进电动机技术参数 电机型号 相数 步 距 角 /（。） 电 机 /V相电流/A最大静转距/Nm（fcm）最高空载启动频率/Hz运行频率/Hz 150BF003 50.75/1.580/12 10 9.31（95）300016000 转子转动惯量 10-5（gfcms2） 线圈 电阻 /+-5 分配 方式 质量 / 外形尺寸 外径长度轴径 46.06（4.7） 0.163五相十拍150178182）距频特性根据已选定步进电机，来确定，具体的数值可见上表。4.2.2启动距频特性校核 步进电机有三种工况：启动、快速进给运行、工进运行。具体的校核结果见下图：1）突然启动图 4-32）升速启动最后电机运行频率达到最高运行频率。最高运行频率fmax可按下式计算： 式中：umax为运动部件最大快进速度（m/min）。3.运行距频特性校核要对快速进给运行和工作进给运行两种工况分别校核，确保快进和工进时均不丢步。具体的校核结果见下图：1） 快速进给的行距频特性校核图 4-42） 工进运行距频特性校核工进时步进的运行频率为fGJ 式中：uG为最大工作进给速度（m/min）工进时步进电机运行所需力矩MGJ可按下式计算： MGJ=M0+Mf+Mt （Ncm） 4.2.3 步进电机的安装尺寸步进电机的安装比较简单，不带机座，用定位止扣进行安装定位，以保证步进电机安装的同轴度。小尺寸电机的安装面上有螺孔供安装，大尺寸电机的安装面上有通孔供安装。本次设计中用的就是小尺寸，故安装时用的是有螺孔供安装的。具体的安装图见纵向进给全图。 步进电机安装尺寸/步进电机型号轴径d1止扣直径d2 d2螺孔，通孔 L1 L2 外径D150BF00318 100 170412 42 5 150长度L BB 178150150第5章 单片机控制系统电路的设计5.1数控系统基本硬件组成部分该微机控制系统由硬件和软件部分组成。有了硬件才有软件运行的基础，而只有配置了软件，才是可工作的控制系统。构成微机控制系统的基本硬件由四个部分组成：1. 中央处理单元，即CPU。2. 总线 包括数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线。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。5. 外围设备 如键盘、显示器及光电输入机等。其中CPU是整个系统的核心，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的各种数据。I/O接口电路是系统与外界进行信息交换的桥梁。三总线则是连接CPU、存储器和I/O接口电路和纽带，是CPU与部分电路进行信息交换和通讯的必由之路。数控系统硬件框图见图51。图5-1 数控系统硬件框图5.2总体设计 1总体组成主控器：单片机；存储器：EPROM、RAM；I/O接口：键盘、显示器及电液脉冲马达。2.软、硬件任务合理分配控制电液脉冲马达的脉冲发生器用硬件控制，采用国产YB015环形分配器实现，键盘扫描、插补功能用软件实现。图5-3为该系统控制面板。图7 经济型数控车床面板5.3主控芯片的选择近年来国外一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种8位单片微型计算机，主要有Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列，日本东芝公司的JICS-84系列及NEC公司的UPD8711系列。目前在国内用的较广的是MCS-51系列的开发工具。MCS-51系列单片机主要有三种型号产品，8031，8051，8751。三种型号的引脚完全相同，仅在内部结构上有少数差异。8751具有片内EPROM，但价格是8051的10-15倍，所以适合于开发样机，小批量生产和需要在现场进一步完善的场合。8051的EPROM程序是Intel公司制作芯片时为用户制备的，因此在国内很难采用8051型芯片。而8031内无EPROM，适用于需扩展ROM，可在现场修改和更新程序存储器的应用场合，其价格低、使用灵活，非常适合在我国使用。因此决定使用MCS51系列的8031。8031单片机的基本特性：1具有功能很强的8位中央处理单元CPU。2片内有时钟发生电路。3片内具有128字节RAM。4具有21个特殊寄存器。5可扩展64K字节的外部数据存储器和64K字节的外部程序存储器。6具有4个I/O接口，32根I/O线。7具有2个16位定时器/计数器。8具有5个中断源，配有2个中断优先级。9具有一个全双功能串行接口。10具有位寻址功能，适用逻辑运算。从上述特性可知：这种芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围器件就可以构成一个完整的微机系统。5.4存储器系统的扩展设计MCS-51系列单片机应用系统中，使用最多的EPROM是典型系列芯片2716、2732、2764、27128、27256。各种型号的EPROM主要有最大读出速度，工作温度及容量。在容易确定时，选择EPROM的型号主要考虑因素是读取速度。这是决定系统能否正确工作的前提。根据CPU与EPROM时序匹配要求应满足这样一个关系。即8031所能提供的读取时间大于EPROM所要求的读取时间。根据控制对象和任务的复杂程度，以及是否需大量计算来确定存储系统总容量，包括EPROM容量和RAM容量。设计时可以初步估算。另外对EPROM和RAM都应留有一定余量，以备系统功能扩充之用，在实际设计中应考虑尽量使系统电路简化，在满足容量要求时尽可能选择大容量芯片，以减少芯片组合后数量。以价格方面考虑，目前大容量芯片价格较低，小容量芯片上升，故采用较大容量芯片27256EPROM。27256是32K*8位的紫外线擦除、电可编程只读存储器，单一+5V供电，工作电流为100mA，维持电流40mA，读出时间最大为250ns,28线双列直插式封装的器件。其中A0-A13为地址线；O0-O7为数据输出线；为片选线；为数据输出选通线；VPP为编程电源。数据存储器选用62256芯片，它的管脚分配与27256类似。5.5 可编程并行I/O扩展接口 选用8255A芯片作为可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/0口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8255A芯片内部结构包括三个并行数据输入/输出端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和8位总线缓冲器。各部分功能概括如下：（1）端口A、B、C A口：是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。 B口：是一个8位数据输入/输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。 C口：是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（输入不锁存）。通常A口、B口作为数据输入/输出端口。C口作为控制/状态信息端口，它在“方式控制字”的控制下可分为二个4位端口。每个端口有一个4位锁存器，分别与A口和B口配合使用，作为控制信号输出或状态信息输入端口。（2）工作方式控制电路工作方式控制电路有两个，一个是A组控制电路，另一个是B组控制电路。这两组控制电路具有一个控制命令寄存器，用来接收中央处理器发来的控制字，以决定两组端口的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或者按位置“1”。A组控制电路用来控制A口和C口的上半部分（PC7-PC4）。B组控制电路用来控制B口和C口的下半部分（PC3-PC0）。（3）总线数据缓冲器 总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为8255与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。（4）读/写控制逻辑电路 读/写出控制逻辑电路接收CPU发来的控制信号，然后根据控制信号的要求，将端口数据读出，送往CPU，或者将CPU送来的数据写入端口。5.6 I/O口地址译码 1.地址锁存器由于单片机8031芯片的P0口是分时传送低8位地址线和数据线，故8031扩展系统中一定要有地址锁存器芯片74LS373，74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器。8031芯片ALE(地址锁存允许信号)接主地址锁存器74LS373的G引脚。2.地址译码器(1)8031单片机允许扩展64K程序存储器和64K数据存储器（包括I/O口芯片）。这样需要扩展多个外围芯片。当8031数据总线分时地与各外围芯片进行数据传送时，首先要进行片选（指选中某一个芯片）。 (2)地址译码方法 若系统只扩展少量的RAM和I/O接口芯片，可采用线选法。所谓线选法即是把单独的地址线（通常是P2口的某一根线）接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的优点是硬件电路结构简单，但由于所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于RAM和I/O容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，常采取全地址译码法。它将低位地址线作为芯片的片内地址（取外部电路中最大的址址线位数），用译码器对高位地址线进行译码，译出的信号作为片选线。一般采用74LS138，74LS139作为地址译码器。5.7键盘显示接口电路8279芯片是一种通用可编程键盘、显示器接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘部分提供一种扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别出按下的键并给出编码，能对双键或n键同时按下实行保护。显示部分为发光二极管、荧光管及其它显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供多路复用信号，可显示多达16位的字符或数字。它主要由下列电路组成：1 输入输出控制及数据缓冲器；2 控制与定时寄存器及定时控制；3 扫描计数器；4 回复缓冲器、键盘消抖及控制；5 FIFO/传感器RAM及其状态寄存器；6 显示RAM和显示地址寄存器。5.8电液脉冲马达驱动电路由于是经济型数控机床，采用开环控制，电液脉冲马达是通过电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换为角位移的马达。环形分配器就是实现脉冲分配的，它分为硬件环形分配器和软件环形分配器两种。硬件环形分配器需要的I/O接口接线数少，且执行速度较快，但需要专用芯片。它由门电路及其逻辑电路组成，其可靠性能高，外形尺寸小，使用方便。根据设计要求选择国产集成脉冲分配器，五相的，其型号为YB015。有18个引脚直插式封装。其各引脚说明如下：选通输出控制。控制脉冲分配器是否输出一定顺序的脉冲；清零。在输出一定顺序的脉冲前，对脉冲分配器进行清零。以便使其正常工作；励磁方式控制，确定通电方式。即选择通电相数和拍数；选通输入控制端，决定控制指令起作用的时刻；时钟输入端，决定脉冲分配输出脉冲的频率；正转控制端；出错报警输出；5.9其它辅助电路1.8031的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。内部方式利用芯片内部振荡电路。在XTAL1，XTAL2引脚上接定时元件，对时钟有微调作用。采用外部时钟方式，可把XTAL1直接地，XTAL2接外部时钟源。2.复位电路 单片机的复位部是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在RESET引脚上出现10ms以上高电平，单片机便实现状态复位，以后单片机从0000H单元开始执行程序。单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。这次设计采用上电按扭复位组合。在上电瞬间，RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲，只要RESET端保持10ms以上高电平就能使单片机有效地复位。3越界报警电路 为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。如果是两坐标的数控系统，则有4个方向可能越界。一旦某一方向越界应立即停止工作台移动。为了报警，设置红，绿灯指示。正常工作时绿灯亮。当越界报警时红灯亮。两灯均由一个I/O口输出。4功率放大电路因为环形分配器的功率较小，不能满足电液脉冲马达的要求，因此选用高低压运算放大器电路进行功率放大。