JCS-18加工中心、X-Y向工作台装配、BF6控制系统设计

xxxx 大学本科毕业设计论文I目录中文摘要 .I英文摘要 .II1 JCS-018 型立式加工中心概述 .11.1 JCS-018 型立式加工中心的特点 .11.2 加工中心分类 .11.3 加工中心工作原理 .21.4 加工中心工作范围 .21.5 加工中心组成部件 .31.6 加工中心加工标准 .41.7 毕业设计主要内容 .52 BF6 控制系统设计 .62.1 BF6 系统的特点及功能 .62.2 BF6 系统结构 .72.3 芯片功能 .83 X-Y 向工作台装配设计 .163.1 设计参数 .163.2 机械部件的选择 .164 JCS-018 型立式数控铣削加工中心外形设计 .354.1 JCS-018 立式加工中心简介 .354.2 机床特点 .364.3 机床布局 .36总 结 .38致 谢 .40参考文献 .41xxxx 大学本科毕业设计论文II中文摘要加工中心是高度机电一体化的产品，它综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床等机床的功能并集中在一台设备上，且增设了自动换刀装置和刀库的数控机床，是高效、高速、自动化技术和数控技术的最佳组合,是高性能与经济性的完美统一。本次任务是设计 JCS-018 型立式数控铣削加工中心外型、X-Y 向工作台装配以及 BF6 控制系统，每一部分的设计都经过了精确地计算和查取相关资料，每个 CAD 图的完成也是经过数次的修改。外型设计中对 JCS-018 加工中心布局设计做了了解，学习了 BF6 系统中各个芯片的功能，最难设计的是 X-Y 向工作台，其中对滚珠丝杠、直线滚动导轨做了详细的计算，根据给定的数据，计算载荷，进而得出所选择部件的型号，从而一步步完成总体的设计。关键词： 加工中心 控制系统 滚珠丝杠 直线滚动导轨xxxx 大学本科毕业设计论文IIITitle：JCS-018 type vertical CNC milling machining centers appearance，On X-Y table assembly and The BF6 control system designAbstractMachining centers are highly mechanical and electrical integration products,It is a combination of CNC milling, CNC boring machine, CNC drilling machine and other machine functions and focus on a single device,and it is the CNC machine that add an automatic tool changer and tool magazine.It is the best combination of efficient, high-speed, automated technology and CNC technology, and the perfect unity of performance and economy .The task is to design JCS-018 type vertical CNC milling machining centers appearance，On X-Y table assembly and The BF6 control system .The design of each part of the accurate calculation and collect the related data, each of the CAD map of completed and after several modifications.Exterior design of the JCS-018 machining center layout did understand,I have learnt the function of each chip in BF6 system.The design is difficult on X-Y table,I made a detailed calculation of the ball screw and linear rolling guide.According to the given data,I calculate the load,and then come to the selected part of the model,thus complete the overall design step by step.Keywords: Machining center Control Systems Ball screw Linear rolling guidexxxx 大学本科毕业设计论文0JCS-018 型立式加工中心概述加工中心是综合了数控铣床、数控镗床、数控钻床等机床的功能并集中在一台设备上，且增设了自动换刀装置和刀库的数控机床，是高效、高速、自动化技术和数控技术的最佳组合,是高性能与经济性的完美统一。加工中心是高度机电一体化的产品，它可在一次安装工件后，由数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能，依次完成平面、孔系等多面和多工序的加工，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的 80%左右( 普通机床仅为 1520%) ，同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。1.1 JCS-018 型立式加工中心的特点（1）可进行强力切削。机床主轴电机变速范围中恒功率范围宽，低转速扭矩大，机床主要构件刚度高，可进行强力切削。（2） 高速定位。工作台由直流伺服电机通过联轴节、滚珠丝杠带动，X 、Y方向移动速度可达 14m/min，主轴箱 Z 向移动可达 10m/min，定位精度可达0.0060.015mm/300mm。（3） 采用随机换刀。随机换刀由数控系统管理，刀具和刀座上不设固定编号，换刀由机械手执行，结构简单、可靠。1.2 加工中心分类加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心。 xxxx 大学本科毕业设计论文1(1) 卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。 (2) 立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。 (3) 万能加工中心(又称多轴联动型加工中心)：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。1.3 加工中心工作原理加工原理大致为：加工之前，根据零件图纸制定出工艺方案，采用手工或计算机自动编制零件加工程序，把零件所需要的机床的各种动作及全部工艺参数变成数控装置能接受的信息代码，并把这些代码存储到信息载体上，如穿孔带、磁盘等。然后将信息载体送到输入装置，由输入装置读出信息并送入数控装置。信息载体为穿带孔时，输入装置为光电阅读机；磁带输入装置可用磁带录音机。信息载体是磁盘时，可用驱动器输入。以上是最常用的程序输入方法。另一种方法是利用计算机和加工中心直接通信，实现零件程序的输入和输出。进入数控装置的信息，经过一系列处理和运算转变为脉冲信号。有的信号送到机床的伺服系统，通过伺服机构进行置换和放大，再经过传动机构、驱动机床执行机构，使刀具和工件严格执行零件程序所规定的相应运动。其他信号被送到可编程控制器，用以顺序控制机床的其他辅助动作，实现刀具的自动更换。1.4 加工中心工作范围在数控机床的基础上，再配以刀具库和自动换刀系统，就构成了加工中心，而构成车削中心，一般只需要在数控车床的刀架上增加驱动刀具旋转的装置即可。车削中心除了能加工各种回转表面外，还可以钻径向孔、攻螺纹、铣键槽、铣油槽和铣扁等。在车削中心增设的自驱动力刀具传动装置中，传动原理一般如下：传动箱装在转塔刀架体的上方。变速电机经锥齿轮副和同步齿形带，将xxxx 大学本科毕业设计论文2动力传至位于转塔回转中心的空心轴。轴左端的中央锥齿轮再经自驱刀具附件传动刀具。其中，自驱刀具铣削附件分为两部分，其一为中间传动装置轴套的A 部装入转塔刀具孔中，齿轮与传动装置的中央锥齿轮啮合。齿轮将运动经轴和轴上的锥齿轮副、横轴和两个圆柱齿轮将运动传至铣主轴。铣主轴前端装有铣刀。铣主轴除了传动铣刀运动之外，还可以与传动装置一起旋转，以适应不同方位加工表面的加工。1.5 加工中心组成部件尽管加工中心有各种不同的总体布局形式，外型结构各异，但从总体上来看，大体上由以下几部分构成。（1）基础部件。它由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心的基础部件。他们可以是铸铁，也可以是焊接钢结构件，均要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负荷，故必须是刚度很高的部件，亦是加工中心质量和体积最大的部件。（2）主轴组件。它由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。其启动、停止和转动等均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具完成切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构优劣对加工中心的性能有很大影响。（3）数控系统。单台加工中心的数控部分是由 CNC 装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及电机等部分组成。它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程中的控制中心。CNC 系统一般由中央处理器、存储器和输入、输出接口组成；中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。CNC 装置由硬件和软件两大部分组成，软件在硬件支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。（4）伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的信号转换为机床运动部件的运动，其性能的好坏是决定机床的加工精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。加工中心的伺服系统有半闭环、闭环和混合环三种。（5）自动换刀装置。它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放xxxx 大学本科毕业设计论文3加工过程中所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、鼓式和链式等多种形式，容量从几把到几百把。当需要换刀时，根据数控系统指令，由机械手将刀具从刀库取出装入主轴中，机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式，如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。尽管换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等各不相同，但都是在数控装置及可编程控制器控制下，由电机和液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。当换刀装置中装入接触式传感器，还可以实现对刀具和工件误差的测量。（6）辅助系统。包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽然不直接参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。（7）自动托盘更换系统。有的加工中心为进一步缩短非切削时间，配有两个自动交换工件托盘，一个安装在工作台上进行加工，另一个则位于工作台外装卸工件，当完成一个托盘上的工件加工后，便自动交换托盘，进行下一个零件加工。这样可减少辅助时间，提高生产率。1.6 加工中心加工标准加工中心采用的标准是机床工具行业内控标准。主要有 JB/GQ1140-89加工中心精度 ，JB/GQ1140-89加工中心精度附则 ，JB/GQ1141-89加工中心技术条件 。标准规定了加工中心的几何精度和工作精度的要求及检验方法。加工中心检验时还须参照 JB2670-82金属切削机床精度检验通则 和 GB9061-88金属切削机床通用技术条件等标准进行。加工中心按其精度等级可分为普通级和精密级。检验项目一般在 30 项以上，其细目及检验条件、方法在标准中均有明确规定。一台加工中心全项验收工作是比较复杂的一般需要使用如激光干涉仪、三座标测量机等大型高精度仪器，对机床的机械、电器、液压、气动、微机控制等各部分及整机运行性能检测试验，最后得出对该机的综合技术评价。主要包括以下几项：(1)几何精度：包括综合反映主轴和工作台的相关和相互位置精度、主轴径跳、xxxx 大学本科毕业设计论文4端面跳动(窜动) 、工作台平面度、回转精度等。(2)机床定位、重复定位精度：即工作台或主轴运动位置，回转角度的设定值与实际值(实测值) 之差或多次测量差值的均值，它是反映机床数控系统的控制、差补精度和机床自身设定的综合指标。(3)工作精度：是指对代表性工件精加工尺寸进行检验，尺寸精度是对机床几何精度，定位精度在一定切削和加工条件下的综合考核。主要有镗孔精度、平行孔孔距精度、调头镗孔同轴度、铣削四周面精度、圆弧插补铣削精度等。(4)外观：可参照通用机械相关标准检验，但加工中心由于其单台价格昂贵，外观要求也高于一般机床。加工中心多采用木箱包装，各木箱生产厂家在制造木箱时，依据 GB7284-98框架木箱 ，GB/T13384-92机电产品包装通用技术条件 及相关标准。上述标准对包装箱的材质、结构、含水率等项目做了具体规定。包装箱检验抽样判定时还须参照 SN/T0275-93出口商品运输包装木箱检验规程 。箱内的加工中心应进行有效的固定和衬垫，其电器及加工未涂漆表面应做防锈防潮处理，其防锈有效期为两年。在存放及滞港期间加工中心应库内保管，暂时露天存放时应垫高并加苫盖防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、轻放等标识应齐全，以保证运输时产品完好、安全运抵目的地。目前生产加工中心的国内厂家主要有：青海第一机床厂、大河机床厂、北京第一机床厂、常州机床厂、南通机床厂、天津第一机床总厂、北京机床研究所等。主要输往美国、拉美、东南亚、香港等国家和地区。外贸经营部门和生产单位必须按照商检法及颁发的有关规定严格掌握。加工中心属金属切削机床分支已实施出口产品质量许可制度，未取得许可证的产品不准出口。订货时除通用技术条件外，对设备参数公、英制，动力，控制电压和周波以及随机附件、刀具类型和机床颜色均应有明确规定。1.7 毕业设计主要内容电气部分：内容是完成 BF6 控制系统的电气图，充分查阅资料了解其工作原理，以及各芯片的功能作用，连线等，掌握电子电路原理,设计要求完成 BF3 控制系统的电气图，用 A0 纸打印出来。xxxx 大学本科毕业设计论文5机械部分：设计要求完成 X-Y 向工作台和 JCS-018 型立式数控加工中心外型的设计，了解 X-Y 向工作台的结构特点，设计联轴器的计算，滚珠丝杠的选择，关键的轴承选择等一些部分。2 BF6 控制系统设计目前，国产标准型数控机床均为引进国外技术，在国内组装生产的。BF6 系统是功能比较简单的标准型数控系统，该机采用 16 位微处理芯片 8086、磁泡存储器、直流伺服电机拖动、编码器、旋转变压器、感应同步器反馈的闭环CNC 系统。系统有地址总线（A0A19 共 20 位）和数据总线（D0D15）两条总线，地址总线中有 16 条和数据总线共用，各芯片都挂在这两条总线上，以便和 CPU 交换信息。2.1 BF6 系统的特点及功能BF6 系统（简称 6 系统）是具备一般功能和部分高级功能的中级型 CNC 系统。其特点主要有：可靠性高 ,适用于高精度、高效率加工。容易编程。容易维护保养，现场调试方便。操作性好，使用安全。BF6 系统（包括 6M，6T）的控制功能有：（1）6M 的控制轴是 X，Y，Z 三轴，6T 是 X 和 Z 两轴，6M 还可以增加选用功能控制第四轴。（2）联动轴数：6M 可以进行三轴中的两轴联动， 6T 能进行 X 和 Z 两轴联动，6M 增加选用功能后可以进行 X，Y，Z 三轴联动，能进行直线、圆弧、螺旋线等插补。（3）辅助功能为 2 位数（M2） ，主轴功能为 2 位数或 4 位数，刀具功能为 2 位xxxx 大学本科毕业设计论文6数或 4 位数。2.2 BF6 系统结构BF6 的结构包括众多芯片，其中 CPU 是 8086 芯片,主时钟频率为5MHz。 8086 包含 8 位和 16 位两种运算，数据总线为 16 位，地址总线为 20 位，存储器可寻址 1MB，I/O 地址空间为 64KB。全部零件加工程序和系统的工作参数存放在磁泡存储器中，磁泡存储器最多可存储 320m 长的控制带。根据使用目的的不同，8086 系统可分为最小组成方式和最大组成方式。最小组成方式与 8085A 相同，而最大组成方式中，系统增加了总线控制器 8288.可编程中断控制器 8259，用于管理各种外围芯片所产生的中断请求，其操作方式由 8086 的软件命令进行设置。它可接收各种中断请求（IR0IR7） ，由优先级判定电路输出优先级最高的中断请求，向 8086 发出中断请求信号。BF6 系统的中断请求及优先级排列如下：8 级（IR0） 串行输入/输出传输错误7 级（IR1） 纸带读数机同步孔请求中断6 级（IR2） 选择部件请求中断5 级（IR3） 2m 定时器中断4 级（IR4） 8m 定时器中断3 级（IR5） 磁泡存储器请求中断2 级（IR6） 控制软件中断 I1 级（IR7） 控制软件中断 II在上述中断请求中，8 级为最高级中断请求，1 级为最低级中断请求。xxxx 大学本科毕业设计论文7图 2-1 中断优先级示意图 DMA 控制器用于控制 CPU 与磁泡存储器、串行输入/ 输出接口之间的数据传送。CPU 在系统总线上传输一个字节或一个字所需的周期称为总线周期，CPU执行一条指令要求一个以上总线周期。然而，实际上 CPU 并没有完全用满总线周期，通常只用总线周期的 50%80%。因此，DMA 控制器就可以挪用总线周期来传输数据，而同时对 CPU 运算影响又不大。与 CPU 的运算速度相比，磁泡存储器和串行输入/输出接口的传输数据是非常缓慢的，若直接由 CPU 来控制磁泡存储器和串行输入/输出接口，则会大大影响 CPU 的运算速度。在 BF6系统中，磁泡存储器和串行输入/输出接口是由 DMA 控制器控制的。CPU 与DMA 控制器都可以访问 RAM。CPU 的地址总线和 DMA 控制器的 DMA 地址发生器产生的 DMA 地址总线，经过多路选择开关，产生 RAM 地址。这样，DAM 控制提高了 CPU 的吞吐量，解决了快速 CPU 与慢速外围设备之间的矛盾。磁泡存储器用于存储系统参量和零件加工程序，它的存储数据是以柱形磁畴（磁泡）的形式存储在磁性物质的薄膜上。在 0.001 英寸厚的磁膜上，在偏移磁场的作用下，会形成直径为 0.0001 英寸的磁畴。磁畴存在表示 1，磁畴不存在表示 0.所以磁泡存储器也是以二进制来表示数据的。磁泡存储器具有非挥发性，这一点与 ROM、EPROM 等类似，同时又具有随机读写的特点，并且写的速度与读的速度一样快。磁泡存储器的结构紧凑、功耗小，它的存储容量相当于半导体存储器的 1664 倍。它的支持线路与微机系xxxx 大学本科毕业设计论文8统兼容，使用非常方便。BF6 的位置控制采用 8739 芯片，与 BF3 相同。2.3 芯片功能各芯片功能介绍如下：2.3.1 中央处理器芯片 8086（1）8086 功能CPU 的任务是从 ROM 或 RAM 中读取指令，分析指令含义及类别，然后执行。8086 的内部逻辑分为两大部分，指令的执行单元与总线的接口单元（BIU ） 。这两部分并行工作。8086 为双列直插式封装，共 40 个引脚，各脚所连信号意义如下：CLK:系统时钟输入，BF-6 系统为 5MHz，信号的占空比为 33%，在逻辑图中该信号标志为 CLK0.RESET:CPU 的复位信号输入，逻辑图上该信号接 PCL0READY:等待信号。用于 CPU 与外部部件的时间上同步。当其为低电平时，CPU 自动插入等待周期 TW。BF6 系统中为了与不同的元件同步，有专门的电路产生 READY 信号，不同的元件产生不同的等待周期数。（2）芯片的输入输出信号：AD00-AD15:地址/数据复用线（双向三态） 。A16-A19：地址总线的最高四位。BHE：数据总线的高位字节使能（输出） 。xxxx 大学本科毕业设计论文9VCC:电源端， +5V。GND:地端。MN/MAX：CPU 的工作模式控制，接地电平时 8086 工作于最大模式（BF6 为此接法） 。RD:读控制（输出） 。WR:写控制（输出） 。DT/R:数据的发送/接收控制（输出） 。用于控制双向驱动器的数据传输方向。DEN:数据信号的有效（输出） 。ALE:地址信号的有效（输出） ，允许锁存。（3）8086 的工作模式8086 允许用其组成单 CPU 或多 CPU 系统。其信号端 MN/MAX 用于工作模式的选择。当该信号端接+ 5V 时，为单 CPU 应用，工作于最小模式；当MN/MAX 接地时，可以和其他处理机共享总线，工作于最大模式（BF6 即为此种模式） 。调机时，和工程师面板调试系统总线是由总线控制器 8288 产生的。也就是说最大工作模式时微处理器是由 8086 和 8288 组成的。2.3.2 时钟发生器 8284在 8086CPU 内部没有有时时钟发生器，当组成微型机系统时，所需的时钟信号由外部时钟发生器提供。 8284 是专门为 8086 设计的时钟发生器/驱动器。在8284 中，不仅有时钟信号发生器，还有复位信号 RESET 和 准备好信号READY 产生电路，这些电路分别向 8086 系统提供时钟信号 CLK，复位信号RESET 和准备好信号 READY ，还可向外界提供晶振信号 OSC 以及外围芯片所需的时钟信号 PCLK。BF3 系统中，READY 由专门的延时电路产生。对应不同的元件，产生不同的等待周期。例如，CMOS RAM、EROM 、位置控制器， USART 等为 2 个等待周期，PC 的 EROM 为三个等待周期xxxx 大学本科毕业设计论文10图 2-2 8284A 芯片 2.3.3 总线控制器 8288 芯片用于 8086 的最大工作模式，目的是扩大 8086 控制总线的功能。8288接收由 8086 送来的三条总线周期状态信号线， 、 、 ，对其状态进行S012译码，相应地产生各种控制命令和时序，并提供双极型的总线驱动能力。也就是说，与 CPU8086 的总线周期有关的总线控制信号，是由 8288 产生的。CPU 通过它实现对存储器和 I/O 设备的访问。2.3.4 中断控制器图 2-3 8259A 芯片 8259A 中断控制器是一个集成电路芯片，它将中断接口与优先级判断等功能汇集于身，常用于微型机系统其内部结构如上图 2-3 所示。8 位中断请求寄存器(IR)接受 8 个外部设备送来的中断请求，每一位对应一个设备中断请求寄存xxxx 大学本科毕业设计论文11器的各位送入优先权判断器，根据中断屏蔽寄存器(IM)各位的状态来决定最高优先级的中断请求，并将各位的状态送入中断状态寄存器(IS)。IS 保存着判优结果。由控制逻辑向 CPU 发出中断请求信号 INT，并接受 CPU 的中断响应信号 INTA。 数据缓冲器用于保存 CPU 内部总线与系统数据总线之间进行传送的数据读写逻辑决定数据传送的方向，其中为读控制，为写控制，为设备选择，A0 为 I/O 端口识别单个的 8259A 能管理 8 级向量优先级中断。在不增加其他电路的情况下，最多可以级联成 64 级的向量优级中断系统。8259A 有多种工作方式，能用于各种系统。各种工作方式的设定是在初始化 时通过软件进行的。 在总线控制器的控制下， 8259A 芯片可以处于编程状态和操作状态，编程状态是 CPU 使用 IN 或 OUT 指令对 8259A 芯片进行初始化编程的状态。8259A 主要功能：就是在有多个中断源的系统中，接受外部的 中断请求，并进行判断，选中当前优先级最高的中断请求，再将此请求送到 cpu 的 INTR 端；当 cpu 响应中断并进入中断子程序的处理过程后，中断控制器仍负责对外部中断请求的管理。8259A 的主要功能如下：一片 8259A 可以接受并管理 8 级可屏蔽中断请求，通过 9 片 8259A 级联可扩展至 64 级可屏蔽中断优先控制。对每一级中断都可以通过程序来屏蔽或允许。在中断响应周期，8259A 可为 CPU 提供相应的中断类型码。具有多种工作方式，并可通过编程来加以选择。2.3.5 可编程计时器 8253 表 2.1 8253 端口选择xxxx 大学本科毕业设计论文128253 具有 3 个独立的计数通道，采用减 1 计数方式。在门控信号有效时，每输入 1 个计数脉冲，通道作 1 次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。8253 芯片有 24 条引脚，封装在双列直插式陶瓷管壳内。1.数据总线缓冲器数据总线缓冲器与系统总线连接，8 位双向，与 CPU 交换信息的通道。这是8253 与 CPU 之间的数据接口，它由 8 位双向三态缓冲存储器构成，是 CPU 与8253 之间交换信息的必经之路2 读写控制读/写控制分别连接系统的 IOR#和 IOW#， 由 CPU 控制着访问 8253 的内部通道。接收 CPU 送入的读/写控制信号， 并完成对芯片内部各功能部件的控制功能， 因此， 它实际上是 8253 芯片内部的控制器。 A1A0：端口选择信号，由 CPU 输入。8253 内部有 3 个独立的通道，加上控制字寄存器，构成 8253 芯片的4 个端口， CPU 可对 3 个通道进行读/写操作 3 对控制字寄存器进行写操作。 这 4 个端口地址由最低 2 位地址码 A1 和 A0 来选择。如表所示。2.3.6 可编程并行 I/O 接口芯片引脚功能：RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0 时,表示芯片被选中，允许 8255 与 CPU 进行通讯;/CS=1 时,8255 无法与 CPU 做数据传输.RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD 产生一个低脉冲且/CS=0xxxx 大学本科毕业设计论文13时,允许 8255 通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU 从 8255 读取信息或数据。WR:写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR 产生一个低脉冲且/CS=0时,允许 CPU 将数据或控制字写入 8255。D0D7:三态双向数据总线，8255 与 CPU 数据传送的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。图 2-3 I/O 接口芯片8255 具有 3 个相互独立的输入/输出通道端口，用 +5V 单电源供电，能在以下三种方式下工作。方式 0基本输入输出方式；方式 1选通输入/出方式；方式 2双向选通输入/输出方式； PA0PA7:端口 A 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个 8位的数据输入锁存器。 工作于三种方式中的任何一种；PB0PB7: 端口 B 输入输出线，一个 8 位的 I/O 锁存器， 一个 8 位的输入输出缓冲器。 不能工作于方式二；xxxx 大学本科毕业设计论文14PC0PC7: 端口 C 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个 8位的数据输入缓冲器。端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口， 每个 4 位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。不能工作于方式一或二。 2.3.7 地址总线的锁存与数据总线的缓冲从 CPU 芯片 8086 输出的地址与数据总线（ADXX） ，送往地址锁存器和数据总线驱动器，分开为地址总线（ABXX）和数据总线（DBXX ） 。地址总线的锁存由 8086 输出的 16 位地址/数据复用线和另外四条地址总线由三片 8D 锁存器锁存后，输出 20 位地址总线 AB00-AB19。8D 锁存器的输出门为三态驱动器，由信号 OE 控制器输出状态，在系统中该端总接地。（2）数据总线的缓冲BF6 系统中采用两片 8 位双向驱动器 74LS640 作为数据总线的缓冲。输入信号 AD00-AD15 经总线缓冲器后，变为 16 位数据总线 DB00-DB15。BF6 系统所用各芯片的数据信号线，可与此链接.2.3.8 字符输入键盘BF-6 系统与 BF-3 系统类似，使用字符输入键盘输入程序、参数、信息等，进行 CNC 的操作与诊断。电路上排列成 8X8 的矩阵。为识别输入的字符，CPU 依次发出 8 个行扫面信号，对键盘进行扫描。每次发出一个扫描信号，就依次读入 8 列状态。若有键按下，就可测知其矩阵代码值，然后经软件查找即可知道字符的 ASCII 码。2.3.9 其他部分（1）地址译码器：各芯片的选址信号，由地址总线 AB00-AB19 经译码器译码后得到。BF6 系统中的译码器件有两种，一种是双二线一四译码器xxxx 大学本科毕业设计论文1574LS155，另外一种是三线一八线译码器 74LS138。译码方式是分级译码。（2）存储器：BF6 系统中采用 EROM、NMOS、RAM 和 CMOS RAM 三种存储器芯片。EROM 为只读存储器，用于存储系统的控制软件，共 32KX8 位。NMOSRAM 为随机存储器，用于计算机的中间计算，其响应时间非常快。CMOS RAM 是带有后备电池的 RAM，当交流电源切断后仍可保持其内部信息。这种存储器用于存储机床参数的系统设定参数。（3）CNCD 的输出信号的锁存：CNC 输出的下述信号：到机床的接口信号（开关信号） 、S 功能代码、 M 功能代码，豆油锁存器锁存。锁存器元件为 8位可寻址锁存器 74LS244 为 3 态 8 位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244没有锁存的功能。地址锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。（4）扩展总线：扩展总线用于 CNC 装置与可编程序接口（PG）和 CRT的控制芯片链接。为了简化机床的强电控制柜，多数机床使用可编程控制器作为 CNC 装置与机床强电控制部分的接口。机床顺序控制逻辑由 PC 软件实现。BF6 系统采用的是 FANUC 的 PC-D。使用 PC 时，上述大部分输入，输出信号都由 PC 与机床侧联系。3 X-Y 向工作台装配设计3.1 设计参数设计一套供立式数控铣床使用的 X-Y 数控工作台，主要参数如下：1、立铣刀最大直径的 d=15mm，立铣刀齿数 Z=3，最大铣削宽度 =15mmca最大背吃刀量 =8mm，加工材料为碳素钢或有色金属。pa2、X、Z 方向的定位精度均为0.012/300mm。3、工作台面尺寸为 1200mm450mm，加工范围为 300mm120mm4、工作台空载进给最快移动速度： Vxmax = Vymax =14m/min，工作台进给最快移动速度: ，加减速 0.3s。maxyax40/minffV5、最大钻孔直径 d=100mm，最大攻丝直径 M24，铣削能力 100 /mincm36、主轴电机 5.5/7.5 KWxxxx 大学本科毕业设计论文163.2 机械部件的选择3.2.1 直流伺服电动机的选用直流电动机有永磁式、它激式、串激式与并激式几种。前两种电机具有线性的机械特性，有良好的起、制动特性与调速特性，适用于伺服驱动。这里我选用的电机，是在永磁式电机的基础上，为数控机床开发的力矩电机，它广泛用于闭环(包括半闭环）伺服驱动系统。下图为直流伺服电动机的结构，主要包括如下三部分:图 3-1 直流伺服电动机基本结构固定磁极定子。磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，直流 1电机可分为永磁式和它激式。永磁式磁极由永磁材料制成；它激式磁极由冲压矽钢片叠成，外绕线圈，通以直流电流即产生恒定磁场。电枢转子。转子由矽钢片叠成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定 2子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。电刷与换向片。为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方 3xxxx 大学本科毕业设计论文17向均匀地连续旋转，电刷与外施直流电源相接，换向片与电枢导体相接。3.2.2 直线滚动导轨的设计计算机电一体化产品要求机械系统的各运动机构必须得到安全的支承，并能准确地完成其特定方向的运动。这个任务就有导向机构来完成。机电一体化产品的导向机构是导轨，其作用是支承和导向。导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定的轨道运动。在导轨副中，运动的一方称为运动导轨，不运动的一方称为支承导轨。运动导轨相对于支承导轨的运动，通常是直线运动或回转运动。目前，数控机床上的导轨形式主要有滑动导轨、滚动导轨和液体静压导轨等。1.导轨的要求(1)导向精度高 导向精度主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度及机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和其有关基准面之间的相互位置的准确性。影响它的因素有：导轨的几何精度、接触精度、结构形式、刚度、热变形、装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。(2)耐磨性好 耐磨性是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。因导跪在工作过程中难免有磨损，所应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中能否保持一定的导向精度。(3)足够的刚度导轨的受力变形会影响导轨的导向精度及部件之间的相对位置，因此要求导轨要有足够的刚度。为减轻和平衡外力的影响，可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的的方法提高刚度。导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，故要求导轨应有足够的刚度。(4)低速运动平稳性 低速运动时，作为运动部件的动导轨易产生爬行现象低速运动的平稳性与导轨的结构和润滑，动、静摩擦系数的差值，以及导轨的刚度等有关。 应使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。(5) 疲劳和压溃 导轨面由于过载或应力不均匀而使导轨表面产生弹性变形，反复运行多次后就会形成疲劳点，呈塑性变形，表面形成龟裂、剥落而出现凹坑，这种现象就是压溃。疲劳和压溃是滚动导轨失效的主要原因，为此应控制滚动导轨承受的最大载荷和受载的均匀性。xxxx 大学本科毕业设计论文18(6)结构简单、工艺性好所设计的导轨应使制造和维修方便，在使用时便于调整和维护。2、导轨的分类（1）滑动导轨1)以聚四氟乙烯为基体，添加合金粉和氧化物等构成的高分子复合材料。2)以环氧树脂为基体，加入 MoS2、胶体石墨、TiO2 等制成的抗磨涂层材料。图 3-2贴塑导轨的结构a)矩形导轨b)燕尾导轨c)圆柱导轨（2）滚动导轨1)滚珠导轨这种导轨的承载能力小，刚度低。2)滚珠导轨这种导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的数控机床。xxxx 大学本科毕业设计论文19图 3-3滚珠导轨示意图(3) 滚针导轨滚针导轨的滚针比滚柱的长径比大，滚针导轨的特点是尺寸小、结构紧凑，主要适用于导轨尺寸受限制的数控机床。(4) 滚动直线导轨(简称直线导轨)1）滚动直线导轨的特点承载能力大 其滚道采用圆弧形式，增大了滚动体和圆弧滚道接触面积， 1从而大大地提高了导轨的承载能力，可达到平面滚道形式的 13 倍。刚性强 在该导轨制作时，常需要预加载荷，这是道轨系统刚度得以提 2高。所以直线导轨在工作时能承受较大的冲击和振动。寿命长 由于是纯滚动，摩擦系数为滑动导轨的 1/50 左右，磨损小， 3因而寿命长，功率低，便于机械小型化传动平稳可靠 由于摩擦小，动作轻便，因而定位精度高，微量移动灵 4活准确。具有结构自调整能力 装配调整容易，因此降低了对配件加工精度要求。 52）滚动直线导轨的分类按滚动体的形状分 有钢珠式和滚柱式两种，滚柱式由于为线接触，故 1其有较高的承载能力，但摩擦力也较高，同时加工装配也相对复杂。目前使用较多的是钢珠式。xxxx 大学本科毕业设计论文20按导轨截面形状分 有矩形和梯形两种，矩形导轨承载时各方向受力大 2小相等。梯形导轨能承受较大的垂直载荷，而其他方向的承载能力较低，但对于安装基准的误差调节能力较强。按滚道沟槽形状分 有单圆弧和双圆弧二种，単圆弧沟槽为二点接触， 3双圆弧为四点接触，前者的运动摩擦和对安装基准的误差平均作用要比后者小，但其静刚度比后者稍差。图 3-4 所示是直线滚动导轨副的外形图，直线滚动导轨由一根长导轨(导轨条)和一个或几个滑块组成。本设计中采用此种导轨。导轨条 循环滚柱滑座 抗振阻尼滑座 循环滚柱滑座 导轨条图 3-4直线滚动导轨副的外形图4、滚动直线导轨的设计计算1） 额定动载荷 Ca 额定动载荷是指滚动直线导轨的额定长度寿命 Ts=50km时，作用在滑座上大小和方向均不变化的载荷。其值可按下式计算：Ca=111.57* * *db1.2ls30Z2式中， 为钢球直径（mm） ； 为滑座有效长度（mm） ；Z 为有效接触的钢球数； 为额定动载荷（N）