C6140普通车床数控化改造设计方案

.专业.专注..专业.专注..专业.专注.C6140普通车床数控化改造设计方案有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。第一节设计任务1.1题目：C6140普通车床数控化改造设计1.2任务将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下：床身上最大加工直径400mm;最大加工长度1000mm；（3）X方向（横向）的脉冲当量0.005mm/脉冲，Z方向（纵向）x0.01mm/脉冲；z（4）X方向最快移动速度v 2500mm/min，Z方向为xmax v 6000mm/min；xmax（5）X方向最快工进速度v 400mm/min，Z方向为xmaxfv 700mm/min；xmaxf（6）X方向定位精度0.01mm，Z方向0.02mm；可以车削柱面、平面、锥面与球面等；安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程24mm；安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；自动控制冷却泵的启/停;安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；纵、横向安装限位开关；数控系统可与PC机串行通信；显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。第二节总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给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具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。2．普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。3．根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。4．根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等，还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。5．为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。6．计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有消间隙机构。7．选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。第三节机械系统的改造设计方案3.1主轴系统的改造方案对普通机床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可以减少机械改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用2~4速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于70Hz，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。改造C6140车床时，若采用有级变速，可选用超力生产的YD系列7.5kW变级多速三相异步电动机，实现2~4档变速；若采用无级变速，应加装交流变频器，推荐型号为：F100-G0075T3B,适配7.5kW电动机，生产厂家为惠丰电子。3.2安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系。3.3换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用市宏达机床数控设备生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。3.4螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴信号的反馈元件，它与车床主轴同步。改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24mm，Z向的进给脉冲当量是0.01mm/脉冲，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24mm/(0.01mm/脉冲）2400脉冲。考虑到编码器的输出有相位差90的A、B相信号，可用A、B异或后获得2400个脉冲（一转），这样编码器的线数可降到1200线（A、B信号）。另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。基于上述要求，选择螺纹编码器的型号为：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。电源电压+5V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径15mm，生产厂家为光机数显技术。螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在床头箱的的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为1:1的同步齿形带与主轴连接起来。需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性连接，且车床组、主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。3.5进给系统的改造与设计方案拆除挂轮架所有齿轮，在此主轴的同步轴，安装螺纹编码器。拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。（3）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的的螺母座与螺母座托架。拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式刀架。拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘一段（长216mm，见图一）锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。将横向进给步进电动机通过法兰安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。改造后的横向、纵向进给传动系统分别见附图一和附图二。第四节进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机等。4.1脉冲当量的确定根据设计任务要求，X方向（横向）的脉冲当量为0.005mm/脉冲，Z方向（纵向）为0.01mm/脉冲。x z4.2切削力的计算（1）纵向切削力算设工件为碳素结构钢，650MPa；选用刀具材料为硬质合金bYT15；刀具几何参数为：主偏角k60，前角10，刃倾角5； r 0 s切削用量为：背吃刀量3mm，进给量f0.6mm/r，切削速度pv105m/min。c查表得：G2795，x1.0，y0.75，n0.15；主偏角KFc FC Fc Fc r的修正系数K 0.94；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数KrFc值均为1.0。由经验公式：FCxFcfyFcVnFcK，算得主切削力F2673.4N;C F p c F cc c由经验公式：F:F:F1:0.35:0.4，算得纵向进给切削力F935.69N, c f p f背向力F1069.36N。P（2）横向切削力计算横向主切削力为纵向的一半，所以横向主切削力1F'F1336.7Nc2c由经验公式F:F:F1:0.35:0.4,求得横向进给切削力F467.85N，c f p f背向力F534.68N。p4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型1.纵向：(1)工作载荷F的计算m已知移动部件总重量G1300N；车削力F2673.4，F1069.36N，F935.69N。根据FF，FF，F的对应关P f z c y p x f系，可得：F2673.4N，F1069.36N，F935.69N。 z y x选用矩形-三角形组合滑动导轨，查表，取K1.15，0.16，代入FKF(FG),得工作载荷F1712N. m x z m(2)最大动载荷F的计算Q设本车床Z向在承受最大切削力条件下最快的进给速度v0.8m/min，初选丝杠基本导程P6mm，则此时丝杠转速hn1000v/P133r/min。h取滚珠丝杠的使用寿命T15000h，代入L60nT/106,得丝杠寿0命系数L119.7(单位为：106r）。0查表，取载荷系数f1.15，再取硬度系数f1，代入式 W HF3LffF，求得最大动载荷F3LffF9703N。Q0W H m Q0W H m初选型号根据计算出的最大动载荷，查表，选择启东润泽机床附件生产的FL4006型滚珠丝杠副。其公称直径为40mm，基本导程为6mm，双螺母滚珠总圈数为32圈6圈，精度等级取4级，额定动载荷为132000N，满足要求。传动效率的计算将公称直径d40mm，基本导程P6mm，代入 0 harctan[P/(d)]，得丝杠螺旋升角244'。将摩擦角10'，代入 h 0tan/tan()，得传动效率94.2%。刚度的验算1）纵向滚珠丝杠的支承，采取一端轴向固定，一端简支的方式，见图二。固定端采取一对推力角接触轴承，面对面组配。丝杠加上两端接杆后，左、右支承的中心距离约为a1497mm；钢的弹性模量E2.1105MPa；查表得滚珠直径D3.9688mm，算得丝杠底径WFaMa2d公称直径d滚珠直径D36.0312mm。忽略式m中2 0 W 1 ES 2IE的第二项，算得丝杠在工作载荷F作用下产生的拉/压变形量mFa/(ES)0.01197mm。m根据公式Z(d/D)3，求得单圈滚珠数目Z29,该型号 0 W丝杠为双螺母，滚珠总圈数为326，则滚珠总数量Z296174。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力FF/3571N。则由式 YJ mF0.0013 m ,求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量103DFZ2/10 W YJ0.00117mm。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实变形量可减小一半，取0.000585mm。将以上算出的和代入，求得丝杠总变形量（对 1 2 总 1 2应跨度1497mm）0.012555mm12.555m。由表知，4级精度滚珠丝总杠任意300mm轴向行程行程的变动量允许16m，而对于跨度为1497mm的滚珠丝杠，总的变形量只有12.555m，可见丝杠刚度足总够。(6)压杆稳定性校核f2EI根据式Fk F计算失稳时的临界载荷F。查表取支承k Ka2 m k系数f2；由丝杠底径d36.0312，求得截面积惯性矩 k 2Id4/6482734.15mm2；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安2装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值1497mm。代入式f2EIFk F，得临界载荷F51012N,远大于工作载荷F(1712N)，k Ka2 m k m故丝杠不会失稳。综上所述初选的滚珠丝杠副满足使用要求。4.4同步带减速箱的设计为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了使传动系统的负载惯量尽可能地减小，传动链中常采用减速传动。C6140车床纵向减速箱选用同步带传动。设计同步带减速箱需要的原始数据有：带传动的功率P；主动轮转速n和传动比i；传动系统的位置和工作条件等。1根据改造经验，C6140车床纵向步进电动机的最大静转矩通常在15~25Nm之间选择。初选电动机型号为130BYG5501,五相混合式，最大静转矩20Nm，十拍驱动时步距角为0.72。传动比的确定已知电动机的步距角0.72，脉冲当量0.01mm/脉冲，zP滚珠丝杠导程P6mm，代入式ih算得传动比i1.2h 360主动轮最高转速n 由纵向床鞍的最快动速度v 6000mm/min，得出主动轮 的最高转速n(v /)/3601r/min。 1 zmax z（3）确定带的设计功率Pd预选的步进电动机在转速为1200r/min时，对应的步进脉冲频率为f1200360/(60)1200360/(600.72)Hz10000Hz。当max脉冲频率为10000Hz时，电动机的输出转矩约为3.8Nm，对应的输出功率为PnT/9.5512003.8/9.55W478W。取OUTP0.478kW，K1.2,代入式PKP，得出 A d AP1.20.478kW0.574kW.4）选择带型和节距pb根据带的设计功率P0.574kW和主动轮最高转速dn1200r/min，选取同步带的型号为L型节距p9.525mm。 1 b确定小带轮齿数z和小带轮节圆直径d 1 1pz取z15，则小带轮节圆直径db145.48mm。当n达到 1 1 1dn601000 最高转速1200r/min时，同步带速度为v 112.86m/s，没有超过L型带的极限速度35m/s。确定大带轮齿数z和大带轮节圆直径d 2 2大带轮齿数ziz18，节圆直径did54.57mm。 2 1 2 1初选中心距a、带的节线长度L、带的齿数z 0 0p b初选中心距a1.1(dd)110.06mm，圆整后取a110mm。 0 1 2 0 (dd)2 则带的节线长度为L2a(dd)1 2377.33mm。查 0p 021 2 4a0表选取标准节线长度L381mm，相应齿数z40。 p b计算实际中心距aLL 实际中心距aap 0p111.835mm。 0 2校验带与小带轮的的啮合齿数zmz pzzent[1b1(zz)]7，啮合齿数比6大，满足要求。m 222a2 1此处ent表示取整。计算基准额定功率P0所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率：(Tmv2)v Pa ，式中T表示带宽为b时的许用工作压力，查 0 1000 a s0表得T244.46N；m表示带宽为b时的单位长度的质量，查表 a s0得m0.095kg/m；v表示同步带的带速，由上述（5）知v2.86m/s。代入式子算得P0.697kW.0确定实际所需同步带宽度bsPbb(d)1/1.14，式中b表示选定型号的基准宽度，查表s s0KP s0z0得b25.4mm；K表示小带轮啮合齿数系数，查表得K1。由 s0 z z上式算得b21.42mm，再根据表选取标准带宽b25.4mm。 s s带的工作能力验算b根据式P(KKTsmv2)v103，计算同步带额定功率P的zw bs0精确值：式中K为齿宽系数：K(b/b)1.141。经计算得 w w s s0P0.697kW,而P0.574kW,满足PP。因此，带的工作能力合d d格。4.5步进电动机的计算与选型（1）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq已知：滚珠丝杠的公称直径d40mm，总长（带接杆）0l1560mm，导程P6mm，材料密度7.85103kg/cm3；纵向h移动部件总重量G1300N；同步带减速箱大带轮宽度28mm，节径54.57mm，孔径30mm，轮毂外径42mm，宽度14mm；小带轮宽度28mm，节径45.48mm，孔径19mm，轮毂外径29mm，宽度12mm；传动比i1.2。将上述数据代入公式，可得出：滚珠丝杠的转动惯量J30.78kgcm2；床鞍折算到丝杠上的转动惯量SJ1.21kgcm2；小带轮的转动惯量J0.95kgcm2，大带轮的 W z1转动惯量J1.9kgcm2。在设计减速箱时，初选的纵向步进z2电动机型号为130BYG5501，查表得该型号电动机转子的转动惯量J33kgcm2。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量m为：JJJ(JJJ)/i257.55kgcm2。（2）算在进动转上的等效负载转矩Teq分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。1）快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩T由式TTTT，可知T包括三部分：快速载起 eq1 amax f 0 eq1 动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩T 、移动部件运amax动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩T、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T。为滚珠丝杠副传动0FP 效率很高，根据式TYJh(12)可知，T相对于T 和T很02i00amaxf小，可以忽略不计。则有：TTT（4-1） eq1 amax f2Jn根据式T Jeqm，考虑纵向传动链的总效率amax eq 60ta，计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转 2Jn 1矩：T eqm（4-2）式中n表示对应纵向空载amax 60t ma最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min；t表a示步进电动机由静止到加速至n转速所需的时间，单位为mvs。其中：nmax（4-3）式中v表示纵向空载最m360 max快移动速度，任务书指定为6000mm/min；表示纵向步进电动机步距角。为0.72；表示纵向脉冲当量，为0.01mm/脉冲。将以上各值带入式（4-3），算得n1200r/mmin。m设表示步进电动机由静止到加速至n转速所需时间mt0.4s，纵向传动链总效率0.7；则由式（4-2）求得：a 257.551041200 FPTNm2.58Nm，由式T摩h可amax600.40.7 f2i知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：(FG)P T c h（4-4）式中表示导轨的摩擦因数，滑动 f 2i导轨取0.16；F表示垂直方向的工作载荷，空载时取0；表c示纵向传动链总效率，取0.7。则由式（4-4）得：0.16(01300)0.006TNm0.24Nm，最后由式（4-1），f 20.71.2求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩为：TTT2.82Nm(4-5)eq1amaxf2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2由式TTTT可知，T包括三部分：折算到电 eq2 t f 0 eq2动机转轴上的最大工作负载转矩T、移动部件运动时折t算到电动机转轴上的摩擦转矩T、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转T。T相对于T和T很 0 0 f t小，可以忽略不计。则有：TTT（4-6） eq2 t f其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩TtFP由式Tfh计算，本例中在对滚珠丝杠进行计算的时t2i候，已知进给方向的最大工作载荷F935.69N,则有：f FP 935.690.006Tfh Nm1.06Nmt2i20.71.2FP再由式T摩h计算承受最大工作负载f2i（F2673.4N）情况下，移动部件运动时折算到电动机c转 轴 上 的 摩 擦 转 矩 : (FG)P 0.16(2673.41300)0.006TchNm0.72Nmf2i20.71.2最后由式（4-6），求得最大工作负载状态下电动机转轴所承的负载转矩：TTT1.78Nm（4-7） eq2 t f经上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩：Tmax{T,T}2.82Nm（4-7） eq eq1 eq2（3）步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢布，甚至堵转。因此，根据Teq来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中取安全系数K4，则步进电动机的最大静转矩应满足： T 4T42.82Nm11.28Nm（4-8） jmax eq对于前面预选的130BYG5501型步进电动机，查表可知，其最大静转矩T20Nm，可见完全满足式（4-8）要求。jmax（4）步进电动机的性能校核1）最大工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定纵向最快工进速度v 700mm/min，脉冲当量maxfv0.01mm/脉冲，由式f maxf求出电动机对应的运行频率maxf 60 f 700/(600.01)Hz1167Hz。在此频率下，电动机的输出转maxf 矩T 17Nm，远远大于最大工作负载转矩T1.78Nm，满maxf eq2足要求。2）最快空载移动时电动机输出转矩校核任务书给定纵向最快空载移动速度v6000mm/min，由式maxvfmax，求出电动机对应的运行频率max60f6000/(600.01)Hz10000Hz。查表得，此频率下，电动机的max输出转矩T3.8Nm，大于快速空载起动时负载转矩T2.82Nm满足要求。eq1最快空载移动时电动机运行频率校核最快空载移动速度v6000mm/min，对应的电动机运行频max率f10000Hz。查表可知130BYG550的极限运行频率为max20000Hz，可见没有超出上限。起动频率的计算已知电动机转轴上的总转动惯量J57.55kgcm2，电动机转eq子自身的转动惯量J33kgcm2，查表可知电动机转轴不带任何mf负载时最高空载起动频率f1800Hz。由式f q ，可q L 1Jeq/Jm以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率为：f1087Hz，L上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1087Hz。实际上，在采用软件升降频率时，起动频率选得很低，通常只有100Hz(即100脉冲/s)。综上所述，纵向进给系统选用130BYG550步进电动机，可以满足要求。4.6同步带传递效率的校核分两种工作情况，分别进行校核。（1）快速空载起动电动机从静止到加速至n1200r/min，由式（4-5）可知，m同步带传递的负载转矩T2.82Nm，传递的功率为PnT/9.5512002.82/9.55W54.3W。meq1（2）最大工作负载、最快工进速度由式（4-7）可知，带需要传递的最大工作负载转矩T1.78Nm，任务书给定最快工进速度v700mm/min，对应 eq2 maxf 电动机转速n (v /)/360140r/min。传递的功率为 maxf maxf zPT/9.551401.78/9.55W26.1W。eq2可见，两种情况下同步带传递的负载功率均小于带的额定功率0.697kW。因此，选择的同步带功率合格。第五节绘制进给传动机构的装配图在完成滚珠丝杠螺母副和步进电机的计算选型后可以着手绘制进给伺服系统的机械装配图。在绘制机械装配图时，还应认真的考虑与具体结构设计有关的一些问题。（1）了解原机床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。（2）根据载荷特点和支承形式确定丝杠两端支承轴承的型号，轴承座的结构以及轴承预紧和调节方式，确定齿轮轴支承轴承的型号。考虑各部件之间的定位、联接和调整方法。箱上的联接与定位等。考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。在进行各零部件结构设计时，应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。第六节控制系统硬件电路设计根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能：接收键盘数据，控制LED显示；接收操作面板的开关与按钮信号；接收车床限位开关信号；接收螺纹编码器信号；接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号；控制X、Z向步进电动机的驱动器；控制主轴正转、反转与停止；控制多速电动机，实现主轴有级变速；控制交流变频器，实现主轴无级变速；控制切削液泵起动/停止；控制电动卡盘的夹紧与松开；控制电动刀架的自动选刀；与PC机的串行通信。图（2）为控制系统的原理框图。CPU选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52；由于AT89S52本身资源有限，所以扩展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片SRAM芯片6264用做数据存储器，存放用户程序；键盘与LED显示采用8279来管理；输入/输出口的扩展选用了并行接口8255芯片，一些进/出的信号均做了隔离放大；模拟电压的输出借助于DAC0832;与PC机的串行通信经过MAX233芯片。数控系统的操作面板布置如图（1）所示。面板设置了48个微动按钮，三个船形开关，一只急停按钮，显示器包括1组数码管和77只发光二极管。交流变主轴电动隔离放X向步进电动隔离放隔离放隔离放隔离放隔离放隔离放隔离放Z向步进电动刀架电动机主轴电动机卡盘电动机切削液泵电刀架刀位信限位开关信SRAM芯片6264复位电晶振电EPROM芯片W27C5CPUAT89S52单片机键盘与显示接口芯片串行接口芯片MAX23并行接口芯片8255D/A转换芯片螺纹光栅信操作面板开关/按钮主机板中存储器与I/O芯片的地址分配，如下表所示：器器件名称地址选择线（0~15AA）片地址单元数地址编码6264,,,0008KFFFHH1~0000825511,1111,1111,00114FFFHFFCH3~38279111,1111,1111,01012FFFHFFEH5~5DAC08321111,1111,1111,01111FFFH7控制系统的监控管理程序系统设有7档功能可以相互切换，分别是“编辑”、“空刀”、“自动”、“手动1”、“手动2”、“手动3”和“回零”。选中某一功能时，对应的指示灯点亮，进入相应的功能处理。控制系统的监控管理程序流程见图（3）。系统上电CPU、8255、8279等工作状态编编辑处回回零处N自自动处N手手动处N空空刀处NN图（3）8255芯片初始化子程序B255:MOVDPTR，#3FFFH；指向8255的控制口地址MOVA，#10001001B；PA口输出，PB口输出，PC口输入，均为方式0MOVXDPTR，A；控制字被写入MOVDPTR，#3FFCH；指向PA口MOVA，#0FFH；预置PA口全“1”MOVXDPTR，A；输出全“1”到PA口MOVDPTR，#3FFDH；指向PB口MOVA，#0FFH；预置PB口全“1”MOVXDPTR，A；输出全“1”到PB口RET4.8279芯片初始化子程序B279:MOVDPTR，#5FFFH；指向8279的控制口地址MOVA，#0CFH；清除FIFO与显示RAM命令MOVXDPTR，A；命令字被写入WAIT:MOVXA，DPTR；从8279的控制口读取8279的状态字JBACC.7，WAIT；测试显示RAM有没有被清除完毕。只有状态字的D7=0，清除才结束MOVA，#08H；编码扫描，左入口，16位字符显示，双键互锁MOVXA，DPTRMOVA，#34H；分频系数取20MOVXDPTR，ARET5.8279控制LED显示子程序设显示缓冲区的首地址为6BH，系统在指定的工作状态下，需要显示的字符段码的编码，事先存储在CPU部的RAM的6BH~73H这9个字节中。已知8279的控制口地址为5FFFH，数据口地址为5FFEH，则显示程序如下：DIR:MOVDPTR，#5FFFH；8279的控制口地址MOVA，#90H；写8279显示RAM的命令MOVXDPTR，A；从显示RAM的00H地址开始写，每写一次，显示RAM的地址自动加1MOVR0，#6BH；显示缓冲区的首地址为6BHMOVR7，#09H；显示缓冲区的长度为9个字节MOVDPTR，#5FFFH；8279的数据口地址DIR0:MOVA，R0；从CPU的RAM中读取显示段码的编码ADDA，#05H；PC与DTAB表格之间的偏移量MOVCA，A+PC；查表，取出显示段码MOVXDPTR，A；送到8279显示RAM中指定的字节INCR0；写8279的下一个显示RAMDJNZR7，DIR0；循环9次，完成9位显示RET；段码字符编码DTAB:DB6FH；F00-01DB0DAHDB0BEH；X02-03DB0E7HDB0A3H；Z04-05DB0CBHDB0D1H；U06-07DB0D3HDB0DCH；W08-09DB0CEHDB0DFH；-0ADB21H；00BDB7BH；10CDB91H；20DDB19H；30EDB4BH；40FDB0DH；510DB05H；611DB69H；712DB01H；813DB09H；914DB20H；0.15DB7AH；1.16DB90H；2.17DB18H；3.18DB4AH；4.19DB0CH；5.1ADB04H；6.1BDB68H；7.1CDB00H；8.1DDB08H；9.1E……；根据系统需要编制字库当需要显示一组字符时，首先给显示缓冲区的6BH~73H这9个字节赋值，然后调用DIR子程序即可。例如，要显示“X-1234.56”，程序如下：MOV6BH，#02H；“X”的一半MOV6CH，#03H；“X”的另一半MOV6DH，#0AH；-MOV6E，#0CH；1MOV6FH，#0DH；2MOV70H，#0EH；3MOV71H，#19H；4.MOV72H，#10H；5MOV73H，#11H；6CALLDIR；向8279的显示RAM写数……显示缓冲区（CPU部RAM）：(6BH)(6CH)(6DH)(6EH)(6FH)(70H)(71H)(72H)(73H)|||||||||显示字符：X-1234.56|||||||||字符编码：02H03H0AH0CH0DH0EH19H10H11H6.8279管理键盘子程序如图三所示，当矩阵键盘有键按下时，8279即向CPU的INT1申请中断，CPU随即执行中断服务程序，从8279的FIFO中读取键值，程序如下：