C616型普通车床改造为经济型数控车床

一、设计任务设计题目C616 型普通车床改造为经济型数控车床。1.1 设计要求由于是对原有机床进行经济型数控机床改造，因而在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，降低成本。根据 C616 车床有关资料，确定总体方案。采用控制器进行控制，控制选择电机的输出经齿轮减速后，带动滚珠丝杆转动，从而实现纵向、横向进给运动。图 1 C616 车床1.2 主要设计参数及技术指标主要设计参数及技术指标如下。机械部分：工作台重量：W=960N时间常数：T=30ms滚珠丝杆基本导程：L 0=9mm行程：X=660mm Y=320mm脉冲当量： p=5m/step步进角：a=0.85 0/step步进电机通电方式：四相八拍快速进给速度：Vmax=2m/min控制部分：采用单片机轨迹控制采用数字积分法（DDA）步进电机的控制二、总体方案设计2.1 数控系统运动控制方式的确定按照完成的加工制造任务，数控系统可分为点控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。于由要求 C616 车床能加工复杂轮廓零件，所以数控系统应该设计成连续路径控制型。2.2 伺服进给系统的选择数控机床的伺服进给系统有开环、闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。图 2 开环控制系统2.3 控制器的选择由于 C616 普通数控机床经数控化改造后，实现控制性能的要求的控制算法不是很复杂。所以以 MCS-51 系列的 8 位单片机作为控制器，外扩存储器、D/A转换器、I/O 接口电路、键盘、显示器等组成改造后机床的控制系统。2.4 进给传动机构纵向进给机构的改造:拆去原有机床的溜板箱、光杠、丝杠以及安装机座，选用摩擦力小、传动效率和传动精度高的滚珠丝杠副，且由步进电机驱动。横向进给也是换以步进电机驱动的滚珠丝杠副。2.5 主传动系统保留主传动系统，即保留原有的主传动机构和变速操纵机构。但是主轴的正转、反转和停止由计算机控制。为了使机床能够加工螺纹，需要安装能够检测主轴位置的编码器。编码器既可以与主轴同轴安装，即安装在主轴的后端，也可以通过 1:1 的同步带轮与主轴连接。三、机械部分设计与计算3.1 纵向进给系统的设计计算纵向进给已知参数： 工作台重量： W=960N时间常数： T=30ms滚珠丝杠基本导程： L 0=9mm行程： S=640mm脉冲当量： p=5 =0.005mm/stepstem/步进角： =0.85/step快速进给速度： V max=2mm/min3.1.1 切削力计算 由机床设计手册和相关资料可知，切削功率 KN0式中 N电机功率，查机床说明书，N=4KW； 主传动系统总效率，一般为 0.60.7 取 =0.65； K进给系统功率系数，取为 K=0.96。则： 2.496kW0.654N0又因为ZF0所以 vN 式中 v切削线速度，取 v=100m/min,即 v=1.67m/s,有主切削力1495(N)67.092 F30ZvN由机床设计手册中可知，在一般外圆车削时：FX =（0.10.6）F Z FY=(0.150.7) F Z取： 748N1950. .5Z6FY3.1.2 滚珠丝杠设计计算计算进给率引力（ ）综合导轨车床丝杠的轴向力: mW)(FkFZXf式中 K=1.15，f=0.150.18，取为 0.16。则1254N0)69(1450.67481.5Fm 计算最大动载荷负荷 C 滚珠丝杠导程初选 ；取 ；TmLin/s按 15000h 计算；取 ， ；L 以 转为一单位。2.wfhf6寿命值 2.in/9210in/10rrLvns105.26106T最大动负荷为NFfLCmw 801254.23h3 滚珠丝杠螺母的选型 根据滚珠丝杠的相关数据，可采用 外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠01LW丝杠副 1 列 2.5 圈，其额定动载荷为 10700N，精度取 3 级，公称直径 32mm，所以强度足够用。其结构如图 3 所示。图 3 滚珠丝杠螺母结构传动效率计算 传动效率按式 计算，取 ； 摩擦角取 10,滚动摩擦因数)tan(9一般为 0.0030.004，则带入数据计算得953.0)13tan()ta(刚度验算丝杠的拉伸或压缩变形量 。滚珠丝杠受工作负载引起的导程 的变化量按式1 0L计算，式中 ， ， ，EALF0mNF254mmL9024cm/16.2NE取 A 为 ，带入数据计算得31.28d/d）（ 5260m 108.14.3)/0.8(1.2 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 很小，可以忽略。2L 有效行程为 ，所以m60Lm 51.6105.6918. 3-501 由于两端采用推力球轴承，丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高四倍，其实际变形量引起丝杠总的变形量63.141滚珠与螺纹滚道间接触变形 。查阅资料可知， 外循环螺纹，1 列 2.52 05LW圈滚珠和螺纹滚道接触变形量为 ，因进行了预紧，有m.76.32支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 。采用 51105 型推力球轴承，滚动体直径3，滚动体数量 Z=14，轴向力 ，由公式mdQ3.6 NF154m可知， 单位需换算成 kgf,则 ，代入计算：32304.ZdFQmkgf28mZdFQm6.50.024.323因施加预紧力，故8.23根据以上计算：m07.84.260.1321 已知精度等级为 3 级。行程为 660mm,查表知，允许丝杠行程变动量偏差为15 ，所以刚度足够。m稳定性计算 由于机床丝杠直径为 30mm,现选用的丝杠直径为 32mm,支承的方式不变，为一端固定、一端径向支承，丝杠固定端安装两个 8105 型推力球轴承和一个 305型球轴承（外径要和原装配孔一致） ，支撑端安装一个 3305 型双列角接触球轴承，所以稳定性不存在问题，故不再验算。通常还需适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触强度，新设计的机床在工艺条件允许时，常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增加刚度。3.1.3 齿轮及转矩有关计算 步矩角 ，导程 ，脉冲当量step/85.0bm90L，齿轮传动比：ttmp /0.854.2360bpi可选定的齿数为 241354.2zi取=21， =50， =25， =451z23z4表 3-1 齿轮传动参数 （单位：mm）齿数 z 21 50 25 45模数 m 2齿宽 b 20分度圆 zd42 100 50 90齿顶圆 2a46 104 54 94齿根圆 m5.1-f37 95 55 85中心距 /2dA71 70转动惯量计算 2244s kg639.1kg3.1.08.7108.7 cmcLDJ 齿轮的转动惯量： 4221.k.85gcm42227.810k15.6kJgcmgc350974224.9.3Jcc工作台质量折算到丝杠轴上的转动惯量： 22220 01.14.308.96g cmkgckgLGJ 电动机的转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量： 22314 22 ()()0.485.76.0975.810.35.64892.01sGzzJJJkgcmkgcm所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩： famxM起最大切削负载时所需力矩： t0f切快速进给时所需力矩： f 快式中 M amax 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；Mf 折算到电机轴上的摩擦力矩；M0 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；Mat 切削时折算到电机轴上的加速度力矩；Mt 折算到电机轴上的切削负载力矩。当 ， 时 ，有nmaxamxr/in4.925.0a Liv2 2maxamx 3.1.10135.096nJ Ncmct 当 ， 时，有0.8.fcmNciLGFfiLZ 93.1425.4801.32962M00f 当 时预加载荷 ，则：0.9xP0 cm1.9Nc25.4801.36)9(74)1()-(12 2020p0 iLFiLFX轴向最大切削力为 向切削力，有X cm53.1c25.4801.3297M0tt NiLF所以，快速空载启动时所需力矩为 amxf.094.9c152.0cmN起最大切削负载时所需力矩为 .8cm53.1.9341M0f Nt切快速进给时所需力矩为=16.85 N6.92. f 快由以上分析计算可知：所需最大力矩 Mmax发生在快速启动时。3.2 横向进给系统的设计计算 横向进给已知参数 工作台重量： W=960N时间常数： T=30ms滚珠丝杠基本导程：L 0=9mm行程： S=320mm脉冲当量： p=5 =0.005mm/stepstem/步进角： =0.85/step快速进给速度： V max=2mm/min3.2.1 切削力计算横向进给量为纵向的 1/31/2，取 1/2，则切削力约为纵向的 1/2。Z F(1495/2)N=78按经验公式取： XZ0. .34Y F67893.2.2 滚珠丝杠设计计算计算进给率引力（ ）燕尾导轨取 K=1.4，f取 0.2，G=320N，代入数据计m算得 F1.490.2(748320)147.8N计算最大动载荷负荷 C 滚珠丝杠导程初选 ；取 ；Tm90Lin/s按 15000h 计算；取 ， ；L 以 转为一单位。.wf1hf6代入数据计算得 2.in/920in/10rrLvns 0105.6106T最大动负载为 33h2.47.8359.4wmCLfFN滚珠丝杠螺母的选型 跟据滚珠丝杠的相关数据，可采用 外循环螺纹120WL调整预紧的双螺母滚珠丝杠副 1 列 2.5 圈，其额定动载荷为 8800N，精度取 3级，公称直径 20mm。传动效率计算 传动效率按式 计算，取 ； 摩擦角取 10,滚动摩擦因数)tan(43一般为 0.0030.004，则带入数据计算得 an0.9tan()t(431)刚度验算丝杠的拉伸或压缩变形量 。滚珠丝杠受工作负载引起的导程 的变化量按式1 0L计算，式中 ， ， ，EALF0mm1047.8FNmL9024cm/106.2NE取 A 为 ，带入数据计算得d17.692/d）（ 6m062. 1.80.10(79/)3.4滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 很小，可以忽略。2L有效行程为 ，所以320L6-31030.815.41m5.419 由于采用推力球轴承，丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高四倍，其实际变形量 1.354珠与螺纹滚道间接触变形 。查阅资料可知， 外循环螺纹，1 列 2.52 20WL圈滚珠和螺纹滚道接触变形量为，25.m因进行了预紧，有 2.60支撑滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 。采用 51105 型推力球轴承，滚动体直径3，滚动体数量 Z=14，轴向力 ，由公式5.6Qdmm147.8FN可知， 单位需换算成 kgf,则 ，代入计算32304.ZdFQm0kgf2330.45.mQFdZ因施加预紧力，故 32.60根据以上计算：123.5.m6.5已知精度等级为 3 级。行程为 320mm,查表知，允许丝杠行程变动量偏差为 12，所以刚度足够。m稳定性计算 由于机床改造后的滚珠丝杠直径与原来的丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬挂变为一端固定（采用 51104） 、一端径向支承（采用 3304型双列角接触球轴承） ，稳定性增大，多以不再验算。3.2.3 有关齿轮计算 步矩角 ，导程 ，脉冲当量step/85.0bm90L，齿轮传动比：ttmp /0.854.2360bpi可选定的齿数为 241354.2zi取=21， =50， =25， =451z23z4表 3-2 齿轮传动参数 （单位：mm）齿数 z 21 50 25 45模数 m 2齿宽 b 20分度圆 zd42 100 50 90齿顶圆 2a46 104 54 94齿根圆 m5.1-f37 95 55 85中心距 /2dA71 70转动惯量计算 4422s7.8107.81025kg0.6489kgJDLcmc齿轮的转动惯量： 4221.k.gc27801156kJ gc4223.50.97cm49k3Jgc工作台质量折算到丝杠轴上的转动惯量： 22220 01.14.308.96g cmkgckLGJ 电动机的转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量： 22314 22 ()()0.485.76.0975.810.35.64892.01sGzzJJJkgcmkgcm所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩： famxM起最大切削负载时所需力矩： t0f切快速进给时所需力矩： f 快式中 M amax 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；Mf 折算到电机轴上的摩擦力矩；M0 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；Mat 切削时折算到电机轴上的加速度力矩；Mt 折算到电机轴上的切削负载力矩。当 ， 时 ，有nmaxamxr/in4.925.0a Liv2 2maxamx 3.149.M100135.096nJ Ncmct 当 ， 时，有0.8.f0f .1674890.1.52223.25ZFGLL cNcii当 时预加载荷 ，则：0.9xP02 2p2000(1)74.9(10.)M (1-) cm0.98c6385XLFLii轴向最大切削力为 向切削力，有Xt0t 3740.9cm15.76c2.182FLNi所以，快速空载启动时所需力矩为 amxfM35.09.98c147.6cmN起最大切削负载时所需力矩为 f01.21.762.t N切快速进给时所需力矩为 f .5098cm1.5c快由以上分析计算可知：所需最大力矩 Mmax发生在快速启动时。3.3 步进电机的选择步进电机的选择的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下：步距角 步距角应满足： imn式中 i传动比min系统对步进电机所驱动部件的最小转角。精度步进电机的精度可用步矩误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值。用积累误差衡量精度比较实用。所以选用不进电机应满足Qis式中 Q步进电机的积累误差；s系统对步进电机驱动部件允许的角度误差。转矩为了使步进电机正常运行（不失步、不越步） ，正常启动并满足对转速的要求，必须考虑：1）启动力矩 一般启动力矩选取为： 5.03MqL式中 Mq电动机启动力矩；ML0电动机静负载力矩。根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如下表所示。Mjm 为步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的。表 3-3 步进电机相数、拍数、启动力矩表相数 3 3 4 4 5 5 6 6运行方式 拍数 3 6 4 8 5 10 6 12Mg /Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.8662）在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。启动频率 由于步进电机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足：ftfcpm式中 ft极限启动频率；fcpm要求步进电机最高启动频率。步进电动机最高工作频率z7.6z05.6210maxax Hfp3.3.1 纵向进给系统步进电机的确定对于工作方式为四相八拍的步进电动机 cmNcM53.1786.0152.maxj根据步进电动机型号，以及为了便于设计和采购选择 70BF004 型步进电动机，具体性能参数如下表：综合考虑能满足使用要求。3.3.2 横向进给系统步进电机的确定对于工作方式为四相八拍的步进电动机 cmNcM45.17086.0147.maxj根据步进电动机型号，以及为了便于设计和采购选择 70BF004 型步进电动机，具体性能参数如下表：综合考虑能满足使用要求。四、单片机控制系统硬件电路设计4.1 微机控制系统硬件的选择根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能：（1） 接收键盘数据，控制 LED 显示（2） 接受操作面板的开关与按钮信息；（3） 接受车床限位开关信号；（4） 接受编码器信号；（5） 控制横纵向步进电动机的驱动器；（6） 控制主轴的正转，反转与停止；（7） 其它。考虑到通用性以及普遍性，选择 MCS-51 系列中的 8031 芯片。8031 芯片属于 8 位单片机。它是集 CPU、I/O 口及部分 RAM 等一体的控制器，价格低，但功能全，编程灵活性大，硬件资源丰富。由于 8031 单片机内部无 ROM，128 字节的 RAM 也无法满足要求，所以需要外扩程序存储器和数据存储器。根据控制要求，还需要有键盘、数码显示器、D/A 转换器以及一些 I/O 接口。现采用 8255A和 2764、6264 作为 I/O 接口和存储器扩展芯片。显示器采用 LED 数码显示。延时可以利用 8255 的定时器/计数器。4.2 8031 单片机8031 各引脚功能简要介绍如下：图 4-1 80314.2.1 源引脚Vss：电源接地端。Vcc：+5v 电源端。4.2.2 输入/输出（I/O）口线8031 单片机有 P0、P1、P3、P4 四个端口，每个端口 8 根 I/O 线。当系统扩展外部存储器时，P0 口用来输出低 8 位并行数据，P2 口用来输出高 8 位地址，P3 口除可作为一个 8 位准双向并行口外，还具有第二功能。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置 1。4.2.3 信号控制线RST/VPD：RST 为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。Vpp：当 EA 为高电平且 PC 值小于 0FFFH 时 CPU 执行内部程序存储器中的程序。当 EA 为低电平时，CPU 仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1:振荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2:振荡器的反响放大器输出，使用外部振荡器时，接受外围震荡信号；4.3 8255A 可编程并行 I/O 口扩展芯片8031 单片机共有 4 个 8 位并行 I/O 接口，但供用户使用的只有 P1 口及部分P3 口线，因此要进行 I/O 口的扩展。8255A 与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的接口芯片。根据功能需求，选择两片 8255A，一片扩展接口主要完成步进电动机的脉冲输出、限位及键盘输入等信号处理，另外一片 8255A 扩展接口完成手动调整、刀架控制及螺纹信号的输出、输入信号的处理。8255A 可编程并行 I/O 口扩展芯片可以直接与 MCS 系列单片机系统总线连接，它具有三个 8 位的并行 I/O 口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送、中断传送方式完成 CPU 与外围设备之间的信息交换。8255A 引脚图如下： 图 4-2 8255A 引脚图8255A 的结构：8255A 的内部结构包括三个 8 位并行数据 I/O 口，两个工作方式控制电路，一个读写控制逻辑电路和一个 8 位数据总线缓冲器。三个 8 位并行 I/O 口 A、B、CA 口：具有一个 8 位数据输出锁存/缓冲器和一个 8 位数据输入锁存器，可编程为 8 位输入、或 8 位输出、或 8 位双向寄存器。B 口：具有一个 8 位数据输出锁存/缓存器和一个 8 位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C 口：具有一个 8 位数据输出锁存/缓存器和一个 8 位输入缓冲器，C 口可分为两个 4 位口，用于输入或输出，也可作为 A 口和 B 口选通方式工作时的状态控制信号。8255 扩展 I/O 口如图 4-3 所示。图 4-3 8255 扩展 I/O 口4.4 外部 EPROM 电路单片机外部扩展常用的程序存储器扩展芯片是 EPROM，其掉电后信息不会丢失，且只有在紫外线的照射下，存储器的单元信息才可以擦除。考虑到程序存储器的容量，本设计扩展芯片采用 2764EPROM，扩展 28KB 的程序存储容量。2764 芯片 28 引脚，其主要有 16 根地址线，8 根数据线，片选端,输出允许端等。由于 EPROM 一般不含有地址锁存器，因此 8031 的 P0 口要经过机制锁存器74LS373 与 EPROM 低 8 位地址端相连，P2 口与 2764 高 8 为地址端相连。数据线有 8031 的 P0 口直接与 2764 的 8 位数据端相连。控制线的链接。2764 的 OE 端与 8031 的 PSEN 相连。ALE 与 74LS373 的 OC 端相连。图 4-4 扩展 2764EPROM4.5 外扩 RAM 电路数据存储器扩展主要用于存储现场采集的原始数据。运算结果等。所以扩展的外部数据存储器应能随机读/写，通常由半导体静态随机读/写存储器 RAM 组成。本设计扩展芯片采用一片 6264，扩展 8KB 的数据存储容量。6264 芯片为 28 引脚，主要有 15 个地址端（A0A14）、8 个双向三态数据端、片选端、读选通端、写允许端等。地址连接：8031 的低八位地址经 P0 口通过 74LS373 与 6264 的低八位地址端相连，高位地址线只用 7 根与 6264 的高 7 为地址端相连。在数据线链接上，同 2764 芯片一样，P0 口直接与 6264 数据端相连。控制端链接，片选端应接 8031 的 P2.7 端，OE、WE 分别于 8031 的 RD、WE端相连接来控制 6264 的读写。4-5 扩展 6264 电路4.6 四行四列矩阵式键盘图 4-6 是矩阵式键盘原理图，图中键盘为四行四列共 16 个键，行扫描线分别接到 8031 单片机的 P1.0P1.3 口上；列扫描线分别接到 8031 单片机的P1.4P1.7 口上。第一行按键从左到右对应数字 79 和代码 G，第二行按键从左到右依次对应数字 46 和 ENTER（确认） ，第三行按键从左到右对应数字 13 和START（开始） ，第四行按键从左到右依次为 X（表示 X 坐标） 、数字 0、Y（表示Y 坐标）和（负号） 。图 4-6 四行四列矩阵式键盘原理图4.7 显示器图 4-7 6 位数码管显示电路使用的是 6 位数码管如图 4-7 所示，引脚 A、B、C 、D、E、F、G和 DP 是数码管的段驱动信号输入端口；引脚 1、2、3、4、5 和 6 分别是数码管的位选择信号输入端口。该显示器能及时的显示键盘电路输入的指令。4.8 X-Y 向步进电机控制电路分析图 4-8 X/Y 向步进电机控制电路模拟图图 4-8 为 X/Y 向步进电机控制电路模拟图，从图中我们可以看到四相八拍步进电机通过 8255A 的 PC0PC3 口分别向 X 向步进电机输入脉冲信号，PC4PC7 则分别向 Y 向步进电机输入脉冲信号。四相八拍步进电机的正转相序是 AABBBCCCDDDA，反转相序是DADCDCBCBBAA；表 4-1 将给出 X 向步进电动机正转时 PC 口各引脚输出电平与 X 向电机相位关系；表 4-2 将给出 Y 向步进电动机正转时 PC 口各引脚输出电平与 Y 向电机相位关系；而反转时，控制的方式只需把从上往下循环改为从下往上循环即可。表 4-1 X 向步进电动机正转时 PC 口各引脚输出电平与 X 向电机相位关系可编程控制器 8255A 的 PC 口各引脚的电平X 向步进电机相位PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7PC 口输出的 16 进制数A 1 0 0 0 0 0 0 0 0x01AB 1 1 0 0 0 0 0 0 0x03B 0 1 0 0 0 0 0 0 0x02BC 0 1 1 0 0 0 0 0 0x06C 0 0 1 0 0 0 0 0 0x04CD 0 0 1 1 0 0 0 0 0x0cD 0 0 0 1 0 0 0 0 0x08DA 1 0 0 1 0 0 0 0 0x09表 4-2 Y 向步进电动机正转时 PC 口各引脚输出电平与 Y 向电机相位关系可编程控制器 8255A 的 PC 口各引脚的电平Y 向步进电机相位PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7PC 口输出的 16 进制数A 0 0 0 0 1 0 0 0 0x10AB 0 0 0 0 1 1 0 0 0x30B 0 0 0 0 0 1 0 0 0x20BC 0 0 0 0 0 1 1 0 0x60C 0 0 0 0 0 0 1 0 0x40CD 0 0 0 0 0 0 1 1 0xc0D 0 0 0 0 0 0 0 1 0x80DA 0 0 0 0 1 0 0 1 0x90五、软件设计5.1 系统控制功能分析系统控制功能包括：（1）系统初始化。如对 I/O 接口 8255A 进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。（2）工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。（3）输入和显示加工程序。（4）监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。（5）工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。（6）工作台的自动控制。（7）工作台的手动控制。（8）工作台的联动控制。5.2 系统管理程序控制管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控 X-Y 工作台的基本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。根据以上分析，设计管理程序流程图如下所示：图 5-1 管理程序流程5.3 自动加工程序设计（1）机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位刀具快速进给加工退刀工作台运动到下一位置；（2）计算机在加工过程中的操作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工；（3）由以上分析，设计自动加工程序框图如下所示：图 5-2 自动加工程序流程5.4 电机的控制电机与 8255 引脚的接线简图如图所示图 5-3 电机与 8255 引脚的接线简图X、Y 电机对应的内存地址如下8255 控制控制口地址为 4BH，PC 口地址为 48H。X 电机 Y 电机内存地址 状态内容电机状态 内存地址 状态内容08H 00H 15H 00H09H 01H A 16H 10H0AH 03H AB 17H 30H0BH 02H B 18H 20H0CH 06H BC 19H 60H0DH 04H C 1AH 40H0EH 0CH CD 1BH C0H0FH 08H D 1CH 80H10H 09H DA 1DH 90H正转11H 00H 1FH 00H反转5.5 程序清单MAIN:MOV SP,#60H ;主程序开始MOV R0,#4BH ;8255 初始化MOV A,#80H ;设置 A、C 口方式 0 输出MOVX R0,A MOV R5,#08HMOV R6,#17HCLR A ;位清零使表头表尾为 0MOV 08H,AMOV 10H,AMOV 17H,AMOV 1FH,AMOV R0,#09H ;装 X 电机状态码到内存MOV R0,#01HINC R0MOV R0,#03HINC R0MOV R0,#02HINC R0MOV R0,#06HINC R0MOV R0,#04HINC R0MOV R0,#0CHINC R0MOV R0,#08HINC R0MOV R0,#09HMOV R0,#16H ;装 Y 电机状态码到内存 MOV R0,#10HINC R0MOV R0,#30HINC R0MOV R0,#20HINC R0MOV R0,#60HINC R0MOV R0,#40HINC R0MOV R0,#C0HINC R0MOV R0,#80HINC R0MOV R0,#90HLOR4:MOV 28H,#0C8H ;XeMOV 29H,#0C8H ;YeMOV 2AH,#00H ;XMOV 2BH,#00H ;YMOV 2EH,#00H ;FMOV 70H,#0AH ;电机初始状态LOP3:MOV A,2EH ;偏差送到 A 口JB ACC.7,LOP1 ;F0 跳到 LOP1Y 转MOV A,70HSETB ACC.0 ;D0=1X 转CLR ACC.2 ;D2=0Y 不转MOV 70H,A ;送控制字LCALL MOTR ;X 方向走一步 MOV A,2EH ;偏差送到 ASUBB A,29H ;F-YeINC 2AH ;X+1AJMP LOP2 ;跳转到 LOP2 进行偏差判断LOP1:MOV A,70HSETB ACC.2 ;D2=1Y 转CLR ACC.0 ;D0=0X 不转MOV 70H,A ;送控制字LCALL MOTR ;Y 方向走一步MOV A,2EH ;偏差送到 AADD A,28H ;F+XeINC 2BH ;Y+1LOP2:MOV 2EH,A ;将 A 的偏差送到 2EH 单元MOV A,28HCJNE A,2AH,LOP3 ;Xe=X?MOV A,29HCJNE A,2BH,LOP3 ;Ye=Y?AJMP STMOTR:MOV A,70H ;MOTR 子程序，查看控制字JNB ACC.0,Y ;D0=!1,X 不转,则执行 Y(Y 转)X:JNB ACC.1,XF ;D1=!1,X 不转,则执行 XFXZ:INC R5 ;X 正转地址指针 R5+1MO