(完整word版)CA6140普通车床纵向进给系统的数控化改造(经济型)

1、普通车床进给系统数控化改造设计目录目录 1.一、设计任务书 2.二、设计要求 5.2.1 总体方案设计要求 5.三、机械部分的改造设计和计算 7.3.1 进给系统机械结构改造设计 7.3.2 纵向进给伺服系统机械部分的计算与选型 7.3.2.1、传动计算 8.3.2.2、切削力计算 8.3.2.3、滚珠丝杠设计计算 8.3.2.4、交流伺服电机的选择 1.03.3 横向进给伺服系统机械部分的计算与选型 1. 23.3.1、传动计算 1.23.3.2、切削力计算 1.23.3.3、滚珠丝杠设计计算 1.23.3.4、交流伺服电机的选择 1.4四、单片机型数控系统硬件电路设计 1.74.1 设计内

2、容 1.7.4.2 控制系统的功能要求 1.74.3 硬件电路的组成： 1.84.4 选择电气元件及电路设计 1.84.4.1 微机机型和扩展存储器的选择 1. 84.4.2 确定 I/O 接口 2.04.4.3 键盘接口设计 2.04.4.4 步进电机驱动电路设计 2.14.4.5 其它辅助电路设计 2.1五、系统控制软件的设计 2.35.1 系统控制软件的主要内容 2.35.2 软件设计 2.3.5.2.1 系统控制功能分析 2.35.2.2 系统管理程序控制 2.45.2.3 交流伺服电机控制子程序设计 2. 45.2.4 编语言程序设计 2.6六、心得体会 3.0.七 、参考文献 3.

3、1.课程设计题目CA6140普通车床纵向进给系统的数控化改造（经济型）学院机械工程学院专业机械制造及其自动化年级2010亠、设计任务书已知参数和设计要求：1. 工作台重量： W = 800N （粗估）2. 滚珠丝杆导程：T= 6mm （供参考）3. 行程：S= 640mm4. 脉冲当量：=0.01mm5. 快速进给速度：V快 =3m/min6. 快速进给速度：V进=1m / min7. 时间常数：t 100ms学生应完成的工作：1. 机械结构装配图 A1图纸2张，要求视图基本完整、符合标准2. 数控系统组成框图（或画在设计说明书里面）A2图纸1张。3. 数控系统电气原理图 A1图纸1张。目前资

4、料收集情况（含指定参考资料）：1. 机床设计图册哈工大华中纺织工业大学2. 机床设计手册 机械工业出版社3. 机械设计手册 化学工业出版社4. 微机接口设计参考书5. 现代机械设计师手册 机械工业出版社12课程设计的工作计划:1. 方案论证2. 机械部分设计3. 电气部分设计4. 软件设计5. 编写说明书6. 准备答辩及答辩1.5天6.5天3.5天1.5天1天（约8000字）1天任务下达日期2013 年12月23 日完成日期指导教师（签名）（签名）、设计要求2.1 总体方案设计要求总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和 执行机构的选择等。（1）普通车床数控化改造后应

5、具有定位、 纵向和横向的直线插补、 圆弧插补功 能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系 统。（2）车床数控化改装后属于经济型数控机床， 在保证一定加工精度的前提下应 简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。（3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经 济型数控机床一般采用 8位微机。在 8位微机中， MCS51 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、具有很高的性价比， 因此， 可选 MCS51 系列单片机扩展系统。（4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了 CPU 外，还包括扩展程序

6、存 储器，扩展数据存储器、 I/O 接口电路； 包括能输入加工程序和控制命令的键盘， 能显示加工数据和机床状态信息的显示器， 包括光电隔离电路和步进电机驱动电 路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。（5）设计自动回转刀架及其控制电路。（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺 母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。（7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性， 选用摩擦小、 传动效率高的 滚珠丝杠螺母副， 并应有预紧机构， 以提高传动刚度和消除间隙， 齿轮副也应有 消除齿侧间隙的机构。（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。（9）

7、原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本缩短改造周期。（10）机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保正 安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。经济型数控车床总体方案框图机手工输人计毘臥礒带力I工工件耳伏功車強大器丞迸电机步谡电映工件数控车床改造的总体方案示意图三、机械部分的改造设计和计算3.1 进给系统机械结构改造设计进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板 刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一种方案：挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。 进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减

8、速箱总成 丝杠、光杠和操作杠拆去， 齿轮箱连接滚珠丝杠， 滚珠丝杠的另一端支承座安装 在车床尾座端原来装轴承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原来安装滚珠丝杠中间支撑架和螺母以及部分操作按钮。横溜板箱部分：将原横溜板的丝杠的、螺母拆除，改装横向进给滚珠丝杠螺母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相 连。刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。3.2 纵向进给伺服系统机械部分的计算与选型进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括： 计算切削力、 滚珠丝杠螺母 副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步进电机的计算和选型等。已知条件：1. 工作台重量：W = 1200N

9、（粗估）2. 滚珠丝杆导程：T = 510mm （后面取的 6mrh3. 行程：S= 1000mm4. 脉冲当量：=0.01mm5. 快速进给速度：V 快=5m/ min6.切削进给速度：V进=1.5m/min7.时间常数：t 28mm=56mmd2=mZ2=2 X35mm=70mmb=20mm322、切削力计算刀具选取 加工材料为1Cr18Ni9Ti141HBW ,刀具材料硬质合金, 圆纵车、横车、镗孔；查表 2-5 Cfc 2000, xfc 1.0, yFc 0.75, nFc技术基础】刀具角度：Kr75，r0 10， s 5查表2-7：KKrFc0.92, K sFc 1, Kr0Fc

10、 1主切削力：xFc y Fc nFcFcCWsp fVc Kfc2000 0.92 asp f0.751840 2.5 0.30751864.7N切深抗力：Fp(0.1 0.6)Fc0.5Fc 0.5 1864.7932.35N走刀抗力：Ff(0.15 0.7)Fc 0.6Fc 0.6 1864.71118.82N式中ap -切削深度，取ap=2.5mm进给量，取f =0.3mm/r。323、滚珠丝杠设计计算三角形一矩形综合导轨车床的轴向力按下列实验公式计算：FmKFf（Fc W） 1.15 1118.82 0.05 （1864.7 1200）加工形式为外0 ;【机械制造1439.878N式

11、中 系数K=1.15，摩擦系数按氟塑料导轨取0.05。(1)疲劳强度计算滚珠丝杠的当量动载荷Cm为:3 LfwfmfHfa式中L工作寿命，L 竺】6 V快10T 750(106转)n为丝杠转速,106Ph 106Ph为导程T为实用时间寿命，数控机床取T 15000(h)。fw 运载系数，取1.2 ；fa 精度系数，取1fH-硬度系数，取1因此滚珠丝杠的当量动负荷:3 LfwfmfHfa3 750 1430.878 1.2 1115698.6N由该当量动载荷应小于丝杠的额定动负荷,且使用条件为纵向进给，故选择丝杠CMD3206-3。(2)刚度验算滚珠丝杠的刚度按照下式校核:123Fm1439.8

12、78k29501.52 m，其中k2是预紧力为额定载荷的 滚动轴承的接触变形：1/3时的接触刚度，查手册得k2=950N/um0.52 佥）1/32/3丝杠的支撑方式为两端端固定。 故丝杠拉压弹性位移：Fml 11 4AE1439.878 12843.6um4 -（32）2 2.1 1054其中：h1.2S 10T1.2 100014 61284mm丝杠副內滚珠与滚道的接触变形初选推力球轴承 51106,T=11, D=47, d=30;Dw5.5mm， Z(D d)T3 18，代入上式得,37.24 m丝杠精度取4级，故12312.3616，合格324、交流伺服电机的选择(1)负载转矩MlM

13、l180Fm式中 电机到丝杠的总传递效率，查机械设计手册取齿轮传递效率为0.99，滚动轴承0.99，推力轴承0.99，联轴器0.99导程角：1 s tan () d效率：tantan()15。tan ()4.55020tan 必50 ,0.965tan(4.550 10 )因此总效率： 总 0.99 0.994 0.99 0.9650.908Ml180Fm1800.01 10 3 1439.8780.75 0.9091.21N m(2)滚珠丝杠副预紧引起的附加转矩 M。M0180 KF0式中Fo丝杠螺母的预紧力，F。Fm 478N，3K 预紧螺母内部的摩擦系数，取 0.23180 KF。180

14、 0.2 0.01 10478因此 M00.073N m0.75(3)加速度转矩Mf1 f。Ma (0)J180 t式中f1 电机工作频率空行程时：f1v进 1000 36060Ph 0.758333 Hz0突跳起动频率fo 200 Hz 。切削进给时：1进1000360i2500 Hz60 Ph 0.75t加速时间,t 0.1s。Ph-为导程。I 传动比。J传动系统折算到电机轴上的等效转动惯量。对于一级齿轮传动系统，按下式计算：J (J。Ji)(互)2(J2 J3) mK18)2Z2d式中，Jo为电机转子惯量；对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式计算：J 7.8 10 4D4L齿轮转

15、动惯量：J1 7.8 10 4 5.64 2 1.534 10 4kg cm2J2 7.8 10 4 74 2 3.75 10 4kg m2丝杆转动惯量：J37.8 10 43.24128.410.5 10 4kg m2电机初选为GS系列，120MB075;型号电机转子惯量J0为13.2kg.cm2,额定转矩M为7.16N.m4413.2 103.75 1035 2()(10.5 101.534 10 )28120 (180 0.01 10 )20.753.65 10 ：切削进给时:Ma空行程时:Ma0.751800.75180(2500 200) (0.1 )(8333 200)(0.1 )

16、3.653.6510 310 31.099N m3.886N m故总转矩:M 1.21 0.073 3.886 5.169N m交流伺服电机 M=1.1M1.5M=5.686N.m7.753N.m所选电机的额定转矩在M范围内，能够满足要求。3.3横向进给伺服系统机械部分的计算与选型进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：计算切削力、滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步进电机的计算和选型等。已知条件:工作台重量：W=450 （粗估）滚珠丝杆导程：T = 510mm （后面取的 5mr）i行程：S= 270mm脉冲当量：=0.005mm快速进给速度：V =2.5m/min快切削进给

17、速度：V 进=1m/ min时间常数：t 100ms331、传动计算uT360其中:所以a步距角（本设计取0.75?）, 脉冲当量（本设计是 0.005mm）T丝杠螺距（本设计取 5mm）。3600.01 360u0.48T 0.75 6确定齿轮参数：取Zi=24mm,Z2=50, b=20mm则di=mZi=1.5x24=36mmd2=mZ2=1.5x50=75mmb=20mm332、切削力计算横向进给量为纵向的进给量的1/2,则切削力也约为纵向的1/2.333、滚珠丝杠设计计算横向进给量为纵向的1/2,则切削力约为纵向的1/2. 三角形一矩形综合导轨车床的轴向力按下列实验公式计算:普通车床

18、进给系统数控化改造设计Fm 1/2KFf (1/2Fc 2 1/2Fp W) 1.15 1118.82/20.05 (932.35 932.35 450)768.38 N式中 系数K=1.15，摩擦系数按氟塑料导轨取0.05。(3)疲劳强度计算滚珠丝杠的当量动载荷Cm为:Cm3 LfwfmfHfa式中L工作寿命，L翠60 V快1000T450(106转)。门为丝杠转6Ph 10速，Ph为导程T为实用时间寿命，数控机床取 T 15000(h)。运载系数，取1.2 ；4272913精度系数，取fH-硬度系数，取因此滚珠丝杠的当量动负荷:L f w f m fH3 750C mfag2 17065.

19、8N由该当量动载荷应小于丝杠的额定动负荷,CMD2005-2.5(4)刚度验算滚珠丝杠的刚度按照下式校核：且使用条件为纵向进给，故选择丝杠丝杠的支撑方式为两端固定。故丝杠拉压弹性位移:Fm l1768.38 (1.2 27014AE70)1.645um4 (20)22.1 105丝杠副內滚珠与滚道的接触变形：Fm768.38k21.054普通车床进给系统数控化改造设计其中k2是预紧力为额定载荷的1/3时的接触刚度，查手册得k2=729。 滚动轴承的接触变形：0.52(2/3m ，1)1 /32 /DwZ2初选推力球轴承 51202,T=12, D=32 d=15;Dw T 6mm，Z (D3

20、9，代入上式得，3 5.548 m2T丝杠精度取3级，故 1238.24712，合格。334、交流伺服电机的选择(4) 负载转矩MlMl180Fm式中 电机到丝杠的总传递效率，查机械设计手册取齿轮传递效率为导程角：1 s tan () d15tan ()204.550。效率：tantan 4.5500.965tan()tan(4.550 10)0.99，滚动轴承0.99，推力轴承0.99，联轴器0.99因此总效率： 总 0.99 0.994 0.99 0.9650.908Fm1800.01 10 3768.380.75 0.9090.452N mMl空180理型 O.。05 10 360。如口

21、0.75 0.909(5)滚珠丝杠副预紧引起的附加转矩 M 0式中F0丝杠螺母的预紧力，F。K 预紧螺母内部的摩擦系数,iFm取256.12 N，0.2因此M0型+空耳0.0131025&120.039N m0.75（6）加速度转矩Mf1 f0Ma(-0)J180 t式中f1 电机工作频率切削进给时:v进 1000 360i60Ph 0.751875 Hz空行程时：f11000 360 i 4687.5Hz60Ph 0.750突跳起动频率200 Hz。t加速时间,t 0.1s。J传动系统折算到电机轴上的等效转动惯量。对于一级齿轮传动系统，按下式计算：J （J。J1）（勺）2（2 J3） m（1

22、8）2 Z2d式中，J为电机转子惯量，对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式计算：J 7.8 10 4D4L齿轮转动惯量:4442J1 7.8 10 4 (2.4 1,5)4 2 0.262 10 4 kg cm24442J2 7.8 107.52 4.94 10 kg m丝杆转动惯量：J37.8 10 42439.40.4043 10 4 kg m2电机初选为GS系列，60CB040C电机转子惯量0.3kg.cm2,额定转矩为1.27N.mJ 0.310 44.94 10 4(聖)2 (0.4043 10244 0.0262 10 4)450 (18 .01 10 3 )20.7510

23、 4kg m2切削进给时：6.68Ma0.75180(回S 6.680.110 40.39N m31空行程时:Ma0.75180(便口)3.650.110 30.15N m故总转矩:M 0.452 0.22 0.39 1.062N m 交流伺服电机 M=1.1M1.5M=1.1621.593N.m所选电机的额定转矩 M=1.27N.m在M范围内，能够满足要求四、单片机型数控系统硬件电路设计4.1 设计内容(1) 按照总统方案以及机械结构的控制要求， 确定硬件电路的方案， 并绘制 系统电气控制的结构框图；( 2) 选择计算机或中央处理单元的类型；( 3) 根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路

24、；(4)根据控制对象以及系统工作要求设计扩展I/O接口电路，检测电路，转换电路以及驱动电路等；( 5)选择控制电路中各器件及电气元件的参数和型号；( 6)绘制出一张清晰完整的电气原理图，图中要标明各器件的型号，管脚号 及参数；( 7) 说明书中对电气原理图以及各有关电路进行详细的原理说明和方案论 证。4.2 控制系统的功能要求( 1) z 向和 x 向进给伺服运动控制( 2)自动回转刀架控制( 3)螺纹加工控制( 4)行程控制( 5)键盘及显示( 6)面板管理( 7)其他功能：单段、功率放大、暂停、急停、启动。4.3硬件电路的组成:后面所画大图采用MCS-51系列单片机组成的控制系统硬件电路原

25、理图。电 路的组成如下：（1）CPU采用8031芯片；（2）扩展程序存储器2732两片，6264 一片；（3）扩展可编程接口芯片8255两片；（4）地址锁存器，译码器个一个；（5）键盘电路，显示电路；（6）光电隔离电路，功率放大功率；（7）越程暂停电路，急停电路，启动电路；（8）面板管理电路。数控系统结构框图4.4选择电气元件及电路设计4.4.1微机机型和扩展存储器的选择确定微机机型就是选择 CPU。单片机价格低、可靠性较高，适用于控制， 选择单片机做控制器比较合适。根据总体方案的确定，微机采用 MCS-51系列单片机。51系列有三种型号： 8031是无ROM的8051； 8751是用EPRO

26、M代替ROM的8051。目前，工控机 中应用最多的是8031单片机。本设计就采用8031单片机。8031单片机是美国Intel公司的产品MCS 51系列单片机的一个型号，是 目前性能较高的8位单片微型计算机。8031单片机内部包含一个8位CPU，128 字节的 RAM ，两个 16位定时器，四个八位并行口，一个全功能串行口，可扩展 的外部程序存储器和数据存储器的容量为 64K 字节，具有 5 个中断源并配有两 个优先级，还有 21 个特殊功能寄存器。所以 8031单片机是一种理想的 8 位微型计算机，在各种数控系统中的到广 泛的应用。A 程序存储器的扩展a选用2732芯片常用的 EPROM 存

27、储器有 2716，2732，2764，27128，27256等，容量分别 为2K、4K、8K、16K, 32K。由于车床数控系统包括系统控制程序和加工程序， 采用4KB X 8的2732芯片。2732芯片是一个有 24根引脚的双列直插式集成元件。该芯片共有 13根地 址线A0A12, 8根数据线D旷D7,其余的为控制线。2732低八位地址线和74LS373的输出端连接，高六位地址线直接与8031的 P2.0P2.5连接。它的八位数据线直接与 8031的P0 口连接。b.地址锁存器74LS373单片机规定 P0 口提供低 8 位地址线，同时又要作为数据线，所以 P0 是一 个分时输出低 8位地址

28、和数据的通道口。 为了把地址信息分离出来保存， 提供外 接存储器的低8位地址信息，通常采用74LS373作为地址锁存器。除74LS373外，74LS273、8282、8212等芯片也可用作地址锁存器，使用时 接法稍有不同，由于接线稍繁，多用硬件和价格稍贵，故不如 74LS373 用得普 遍。74LS373作为地址锁存器。D1D8是输入端，Q1Q8是输出端，CE是片选 端,片选端G与8031单片机的地址锁存信号 ALE连接。当片选端G=1时，74LS373 的输出端与输入端相通，当G端从高电平返回低电平（下降沿）时，输入的地址 信息就被锁入Q1Q8中。B数据存储器的扩展a .选用6264芯片数据

29、存储器选用8KX 8位的6264芯片。6264低8位地址线通过地址锁存器 74LS373与8031P0 口相接，高5位地址线分别与 P2.0P2.4相连，8位数据线 直接接到8031P0口，读写控制引脚OE,WE与 8031的读写控制引脚RD,WFft接相 连，片选端CE1通过译码电路与8031相连。b.地址译码器74LS138外部芯片都通过总线与单片机连接， 单片机数据总线分时地与各个外部芯片 进行数据传送， 故需进行片选控制。 若芯片内有多个地址单元时， 还要进行片内 地址选择。 8031 单片机应用系统的地址译码规定，外部扩展芯片与数据存储器 统一编址， 所以外部芯片不仅占用数据存储器一

30、定数量的地址单元， 而且要使用 读/写信号与读 / 写指令完成数据传送。经济型数控硬件结构中采用全地址译码方式。 所谓全地址译码是： 低位地址 作为片内地址， 高位地址用译码器译码， 译码器输出的地址选择信号作为片选线连至每个外部芯片的片选端。地址译码常用74LS138译码器，G1、G2A和G2B是赋能端，A B C是选择 端，丫0Y7是输出端。74LS138地址译码电路输入端出占用了 8031单片机的P2.5P2.7三根高位 地址线，剩余的13根地址线用作数据存储器的内地址线。74LS138译码器每一 个输出端可接一个外部芯片的片选端实现分时片选控制，因此，一个 74LS138 译码器的8根

31、输出端可以连接8个8K字节地址空间。单片机的读/写信号经过与 门后控制译码器的赋能端 G2A G2B这就保证只有在读/写状态时译码器输出端 才会输出片选。4.4.2确定 I/O 接口8031 只有 P1 口可作为普通 I/O 口用，所以需扩展。键盘需要 32个键，采 用矩阵式键盘，需12个I/O 口；显示器采用6个LED，需6个I/O接口；两个 三相步进电机，采用软件环行分配器，需 6个；刀架需 4个；紧急停需 1 个。采 用一片8279芯片和一片8255A即可。键盘/显示器接口采用 8279芯片，因为 8279芯片是专用的键盘 /显示器接口 芯片，还可以编程。 8279芯片具有消颤（去抖动）

32、、双键同时按下保护功能。显 示控制亦按扫描方式工作，可以显示 8或 16 个数码（字符）。 LED 的个数应满 足显示值的要求和便于显示。8279与单片机 8031 的连接无特殊要求，除数据线、 RESET、WR、RD 直接 连接外，CS与74LS138译码器输出线Y1相连；8279的IRQ经反相器与8031 的中断请求输人线 INT1 相连；时钟输人端 CLK 与 8031 的地址锁存控制端 ALE 相连。8279键盘最大可配置8X 8个键，实际用了 32个键。扫描线信号为SL0 SL2,经74LS138译码器输出的4个列选信号，接入键盘列线。键盘行查询用了 RL0RL7 的8根回馈线， 接

33、人键盘行线。 8279配置的 8位共阴极 LED 显示器， 其字位线由扫描线 SL0 SL2 经译码器、驱动器提供，字段线由 OUTA0 OUTBA3、OUTB0OUTB3 通过驱动器提供。4.4.3 键盘接口设计首先判断键盘上有无键闭合，先送 8255的PA 口一个数据为00H,使列线 PA（PA7的电平均为0,然后读PB 口的PB（PB2的状况；若不全为“ T，则 有键闭合，此时延时10ms去掉抖动后再判断有无键闭合。如无则继续扫描，如 有则判断按下的键号。如确定有键按下时， 便开始计算键值。 当采用 8行 4列的键盘时， 定义第一 行的键为00H03H，定义第二行键的键值为04H07H，

34、依次类推。首先判断 是哪一行有键闭合，若第一行有键闭合，设置初值为 00H，若第二行有键闭合， 则设置初值为04H，依次类推。接着对列线进行扫描以判断是哪一列闭合。方法 上使 PA0 对应的列线输出低电平，其余均为高电平，判断一下是否第一列有键 闭合，如有则列计数为00H,与初值相加则为键值，也即是键盘的键号，如无则 把低电平移到第二列上再判断， 直到四列线全判断完毕， 找出列线为止。 然后计 算键值，最后可根据键号跳转到相应的键功能程序的入口。4.4.4 步进电机驱动电路设计(1)脉冲分配器步进电机的控制方式由脉冲分配器实现， 其作用是将数控装置送来的一系列 指令脉冲按一定的分配方式和顺序输

35、送给步进电机的各相绕组，实现电机正反 转。数控系统中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。本设计采用集成 脉冲分配器 YB013 。(2) 光电隔离电路在步进电机驱动电路中， 脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励 磁绕组。如果将输出信号直接与功率放大器相连， 将会引起电气干扰。 因此在接 口电路与功率放大器间加上隔离电路实现电气隔离，通常使用光电耦合器。(3) 功率放大器 脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要， ，必须将其输出 信号放大产生足够大的功率， 才能驱动步进电机正常运转。 因此必须选用功率放 大器，需根据步进电机容量选择功率放大器。本设计选用功率放大器。4.4

36、.5 其它辅助电路设计( 1 ) 8 0 3 1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。内部方式利用芯片的内部振荡电路，在 XTAL1 XTAL2引脚上外接定时元件，女口 下图所示。晶体可以在1 212之间任意选择，耦合电容在53 0 pF之间, 对时钟有微调作用。采用外部时钟方式时，可将 XTAL1直接接地，XTAL2接外部 时钟源。(2)复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现。在时钟工作后，只要在RESET引 脚上出现10 ms以上的高电平，单片机就实现状态复位，之后CPU便从0 0 00H单元开始执行程序。在实际运用中，若系统中有芯片需要其复位电平与8 0 3 1复

37、位要求一致时，可以直接相连。五、系统控制软件的设计5.1 系统控制软件的主要内容数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。 按照功能可将数 控系统的控制软件分为以下几个部分：1、系统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。 其功能主要是接受操作者的命令， 执行命令， 从命令处理程序到管理程序接收命 令的环节，使系统处于新的等待操作状态。2、零件加工源程序的输入处理程序。 该程序完成从外部 I/O 设备输入零 件加工源程序的任务。3、插补程序。根据零件加工源程序进行插补，分配进给脉冲。4、伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速 度，转角以及方向。

38、诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查 错等功能。5、机床的自动加工及手动加工控制程序。6、键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工 作状态、操作命令等信息。5.2 软件设计5.2.1 系统控制功能分析数控 X-Y 工作台的控制功能包括：(1)、系统初始化。如对I/O接口 8155, 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

39、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。522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。5.2.3交流伺服电机控制子程序设计(1)直线插补查任务书，我的直线插补为，二象限；由计算：当Fi 0时，X 走一步，Fi Fi zZ 走一步，Fi Fi Xe流程图如

40、下：(2)圆弧插补查任务书，我的直线插补为，二象限； 由计算：当Fi 0时，X 走一步，X X 1,Fi Fi 2X 1Z 走一步，Y Y 1,Fi Fi 2Y 1程序流程图如下：524编语言程序设计(1)内存地址分配加速脉冲数计数器NO地址设为20H;恒速脉冲数计数器N1低8位字节地址为21H，高8位字节地址位22H；减速脉冲数计数器N2地址位23H。加速，减速，恒速脉冲总数寄存器 N低位字节地址位24H，高位字节地址 位 25H；步进电机进给控制子程序FEED首地址位0E80H。每调用一次该程序，步 进电机按规定方向进给一步。（2）程序清单 7N0EQU20H;加速N1LEQU21H;恒速

41、N1HEQU22HN2EQU23H;减速NLEQU24H;脉冲总数寄存器NHEQU25HDSEQU26H；地址指针偏移量FEED EQU 0E80HORG 0E00H0E00 7581600E03 758901START： MOV P ， #60HMOV TMOD ， #01H ；设计数器工作方式为 1， 16 位定时器MOV N0，#01A4H；设 N0 为 320MOV N2，#1A4HMOV A ，N0；计算 2XN0RLAMOV R0，ACLRC；计算 N1=N-2N0MOV A ，NLSUBB A ，R0MOV N1L，AMOV A ，NHSUBB A ，#00HMOV N1H ， AMOV DPTR ， #1000HMOV DS ， #00H MOVC A ， A+DPTRMOV TL0 ， AINC DSMOV A ，DSMOVC A ，A+DPTRMOV TH0 ，AINC DSSETB EASETB ET0SETB TR0WAIT ：JB EA，WAITRET 中断服务程序：ORG 000BHLJMP 0F00HMOVC A ，A+DPTRMOV TL0 ， AINC DSMOV A ，DSMOVC A ，A+DPTRMOV TH0， AINC DSACALL FEEDMOV