自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析2</p><p><b>　　2 卡盤的設(shè)計(jì)5</b></p>

2、<p>　　2.1卡盤方案的確定5</p><p>　　2.2卡盤原理簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.4卡盤定位分析6</p><p>　　2.4卡盤夾緊力的計(jì)算7</p><p>　　2.5液壓缸的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.6彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>

3、　　3 回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1回轉(zhuǎn)刀架總體方案選擇12</p><p>　　3.2刀架原理簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.3回轉(zhuǎn)刀架電機(jī)的選擇16</p><p>　　3.4刀架設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及計(jì)算18</p><p>　　3.5刀架三維零件的建立22</p><p

4、>　　4 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求24</p><p>　　4.2硬件組成24</p><p>　　4.3電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.4程序設(shè)計(jì)33</p><p><b>　　結(jié)論40</b></p>

5、<p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　1、 緒論</b></p><p>　　數(shù)控車床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品?？ūP和刀架都是數(shù)控車床中的重要組成部分，其功能

6、和精度直接影響整個(gè)機(jī)床的功能和精度?？ūP是數(shù)控車床的通用夾具，在夾持工件時(shí)要有足夠的夾緊力，而且使工件布發(fā)生夾緊變形。刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。此外，刀架的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等要求。</p><

7、p>　　1.1國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析 </p><p>　　(1).國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床。1998年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70，我國(guó)為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢(shì)已從以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。 </p><p>　　(2).國(guó)外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化。隨著計(jì)算機(jī)技

8、術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢(shì)和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化對(duì)于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的

9、現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析</p><p>　　1.2.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 </p><p>　　近年來我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占

10、有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 </p><p>　　2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能

11、滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長(zhǎng)27.3%。近年來我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等。</p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) </p><p>　　(1).新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。&

12、#160;</p><p>　　(2).數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高。2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 </p><p>　　(3).數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。近年來通過政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建

13、立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)。 </p><p>　　1.2.3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床</p><p>　　我的設(shè)計(jì)題目為數(shù)控車床卡盤和回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)，考慮到電氣方面單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，而在數(shù)控車床中只有經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床采用單片機(jī)控制，因此，我選擇設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中的卡盤和回轉(zhuǎn)刀架。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指價(jià)格低廉、操作使用方便，比較適合國(guó)

14、內(nèi)國(guó)情的，在普通機(jī)床上加裝數(shù)控系統(tǒng)的高級(jí)自動(dòng)化機(jī)床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。對(duì)于保證和提高被加工零件的精度，主要依靠?jī)煞矫鎭韺?shí)現(xiàn)：一是系統(tǒng)的控制精度；二是機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度。數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以，數(shù)控車床與普通臥室車床相比，應(yīng)具有更好的精度，以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性。</p><p>　　1.2.4設(shè)計(jì)參數(shù)：</p><p&g

15、t;　　最大回轉(zhuǎn)直徑：540mm/260mm</p><p>　　最大切削直徑：軸類零件 150 mm 盤類零件 400 mm</p><p>　　最小外圓車削直徑： 10 mm</p><p>　　最大車削長(zhǎng)度： 500 mm</p><p>　　工作進(jìn)給速度： 0.01 mm/r~500 mm/r 1 mm

16、/min~2000 mm/min</p><p>　　主軸電機(jī)功率：連續(xù)： 5.5KW; 30min： 7.5KW</p><p>　　進(jìn)給伺服電機(jī)：額定功率：1.4KW; 額定轉(zhuǎn)速：1500r/min; 機(jī)床質(zhì)量： 3500Kg.</p><p><b>　　精度</b></p><p>　　橫向定位精度

17、 ±0.025mm/300mm</p><p>　　重復(fù)定位精度 ±0.01mm</p><p>　　車削工件直徑誤差 ±0.018mm</p><p>　　圓度誤差 ±0.027 mm</p><p>　　端面平

18、面度誤差 ±0.027 mm</p><p>　　輪廓尺寸 2395 mmX1385 mmX1860 mm</p><p><b>　　2、 卡盤的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1卡盤方案的確定</p><p>　　在機(jī)床中，卡盤是用來定位和夾緊工件的，它是一種典型

19、的機(jī)床通用夾具?？ūP的定位精度等直接影響被加工件的質(zhì)量?？ūP由兩爪、三爪、四爪，其中三爪在機(jī)床上應(yīng)用比較廣泛，尤其是三爪自定心卡盤是車床上最常用的自定心夾具。它夾持工件時(shí)一般不需要找正，裝夾速度較快。主要用于加工回轉(zhuǎn)體零件，其主要特點(diǎn)是：夾具都裝在機(jī)床主軸上，車削時(shí)夾具帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于主軸轉(zhuǎn)速一般都很高，所以要注意解決由于夾具旋轉(zhuǎn)帶來的質(zhì)量平衡問題和操作安全問題。</p><p>　　卡盤有液壓卡盤，電動(dòng)

20、卡盤機(jī)械手動(dòng)卡盤，在數(shù)控車床中經(jīng)常用電動(dòng)卡盤和液壓卡盤，液壓卡盤噪聲小，控制精度高，所以設(shè)計(jì)為液壓卡盤。</p><p><b>　　2.2卡盤原理簡(jiǎn)介</b></p><p>　　三爪卡盤是數(shù)控車床的夾具。隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，實(shí)現(xiàn)高速和超高速切削，一般卡盤已不適用，必須采用高速卡盤才能保證安全可靠的加工。目前，卡盤的松夾是靠有拉桿連接的卡盤和液壓油缸實(shí)現(xiàn)的。裝在主軸

21、后端的油缸中，活塞帶有拉桿向后移動(dòng)，拉桿前端的杠桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將卡爪組件推向中心，夾緊工件；油缸相反方向進(jìn)油，拉桿向前移動(dòng)，杠桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，松開工件。</p><p>　　卡盤的夾緊與松開，尾架的頂緊與退出，防護(hù)罩拉門的開、關(guān)等均有液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)與控制。</p><p>　　機(jī)床采用變量泵，將系統(tǒng)油壓調(diào)整到規(guī)定的壓力時(shí)，壓力油經(jīng)慮油器進(jìn)入控制油路。卡盤的夾緊與松開由二位四通閥來控制。夾緊力的

22、大小由減壓閥來調(diào)整。為了安全操作，在油缸的進(jìn)出油路上，設(shè)置了壓力繼電器，使得卡盤夾緊力達(dá)到一定值后，才能發(fā)出指令。</p><p>　　尾架由三位四通換向閥來控制，其頂緊力的大小由減壓閥來調(diào)整，調(diào)整范圍為0.5～1.5Mpa.</p><p>　　拉門的開、關(guān)由二位四通閥來控制，在油路中增加了單向閥和節(jié)流閥以調(diào)節(jié)拉門的開關(guān)速度。</p><p><b>　

23、　2.4卡盤定位分析</b></p><p>　　2.3.1自由度分析</p><p>　　在機(jī)床上加工工件時(shí)，為使工件在該工序所加工表面能達(dá)到規(guī)定的尺寸與形位公差要求，在開動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工之前，必須首先將工件放在機(jī)床上或夾具中，使它在夾緊之前就相對(duì)與機(jī)床占有某一正確位置。</p><p><b>　　圖2.1 機(jī)床坐標(biāo)</b><

24、;/p><p>　　卡盤限制自由度：X移動(dòng)，X轉(zhuǎn)動(dòng)，Y移動(dòng)，Y轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p><b>　　2.3.2定位誤差</b></p><p>　　因定位不正確而引起的誤差稱為定位誤差。定位誤差由基準(zhǔn)不重合和定位副（含工件定位基面和定位元件）制造不準(zhǔn)確誤差兩部分組成，定位誤差值為上述兩項(xiàng)誤差在工序尺寸方向上的代數(shù)和，即</p><

25、p>　　對(duì)于卡盤來說，定位基準(zhǔn)是加工工件的外圓表面，工序基準(zhǔn)為外圓表面，所以基準(zhǔn)不重合誤差＝0，三爪卡盤有自定心的作用，所以定位副制造不準(zhǔn)確誤差＝0。</p><p>　　2.4卡盤夾緊力的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)力學(xué)的基本知識(shí)得知，要表述和研究任何一個(gè)力，必須掌握力的三個(gè)要素，即：力的大小、方向和作用點(diǎn)。對(duì)于夾緊力來說，也不例外。</p><p>　　

26、2.4.1卡盤夾緊力的方向</p><p>　　首先，夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面。為使夾緊力有助于定位，則工件應(yīng)緊靠支承點(diǎn)，并保證各個(gè)定位基準(zhǔn)與定位元件接觸可靠。一般的講，工件的主要定位基準(zhǔn)面其面積較大、精度較高，限制的不定度多，夾緊力垂直作用于此面上，有利于保證工件的加工質(zhì)量。其次，夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。</p><p>　　2.4.2卡盤夾緊力的作用力</p>

27、<p>　　夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。選擇作用點(diǎn)的問題是在夾緊力方向已定的情況下才提出來的。選擇夾緊力作用點(diǎn)位置和數(shù)目時(shí)，應(yīng)考慮工件定位可靠，防止夾緊變形，確保工序的加工精度。車削時(shí)夾緊力的方向和作用點(diǎn)如圖2.2</p><p>　　圖2.2 夾緊力的方向</p><p>　　2.4.3卡盤夾緊力大小的計(jì)算</p><p>　

28、　由表3.1得知 </p><p>　　——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)的額定功率</p><p><b>　　K——安全系數(shù)</b></p><p>　　M——電機(jī)輸出軸扭據(jù)（N.m）</p><p><b>　　D——工件最大直徑</b>&l

29、t;/p><p><b>　　n——卡爪數(shù)</b></p><p>　　～為各種因素的安全系數(shù)，查表得： </p><p>　?。?.3 考慮工件材料及加工余量均勻性得基本安全系數(shù)；</p><p>　?。?.0 加工性質(zhì)，精加工； </p><p>　　＝1.4 刀具鈍化程度；</p&

30、gt;<p>　?。?.2 切削特點(diǎn)，斷續(xù)切削；</p><p>　　＝1.0 夾緊力的穩(wěn)定性，機(jī)動(dòng)夾緊；</p><p>　?。?.0 操作方便； </p><p>　　=1.0 僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)工件與支承面接觸情況。</p><p><b>　　M=47.7N.m</b></p&g

31、t;<p><b>　　n=3 </b></p><p>　　一般鋼件接觸摩擦系數(shù)=0.15</p><p><b>　　2.5液壓缸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.5.1液壓缸工作壓力的確定</p><p>　　為克服外部載荷所需的壓力稱為有效工作壓力。作用在活塞上的

32、總機(jī)械載荷P主要包括兩個(gè)部分，即： 式中為活塞桿上所受的外載，它主要包括夾緊力在油缸軸向的分力，以及夾緊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的磨擦力。為活塞和活塞桿密封處的摩擦力。這種磨擦力的計(jì)算，視密封裝置不同而有所不同。對(duì)于O形密封圈：.根據(jù)所確定的P值，油缸的工作壓力可按表2.2確定。</p><p>　　表2.2 油缸工作壓力的選擇</p><p><b>　　＝</b><

33、/p><p>　　=3086.72+92.6=3179.32N=324.4KG=0.3噸</p><p>　　液壓缸的工作壓力p=8～12公斤力/厘米。取p=12公斤力/厘米</p><p>　　2.5.2液壓缸內(nèi)徑、活塞桿尺寸的確定</p><p>　　在一般情況下，活塞工作面積可按下式確定：</p><p>　　式中

34、P――活塞桿上的總機(jī)械載荷，公斤力；</p><p>　　P――液壓缸的有效工作壓力，公斤力/厘米</p><p>　　――液壓缸的機(jī)械效率，主要考慮密封處的摩擦損失，一般取0.95。</p><p>　　求出活塞的工作面積后，就可按下式確定油缸內(nèi)徑D</p><p>　　根據(jù)GB2348-8將其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化D＝63mm</p>

35、<p>　　活塞桿直徑d一般可按下式確定</p><p>　　D=(0.3~0.4)D=0.3x63=18.9mm</p><p>　　根據(jù)GB2348-80將其標(biāo)準(zhǔn)化，d＝20mm</p><p><b>　　液壓缸的工作行程L</b></p><p>　　L<20D=20x6＝120cm</p&

36、gt;<p>　　根據(jù)GB2349-80，將其標(biāo)準(zhǔn)化，取L＝100cm</p><p>　　2.6彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p>　　因?yàn)閺椈赏鈴讲楸戆聪盗兄等?lt;/p><p><b>　　旋繞比：</b></p><p&g

37、t;<b>　　補(bǔ)償系數(shù)：</b></p><p><b>　　許用切應(yīng)力：</b></p><p><b>　　彈簧絲直徑：</b></p><p><b>　　彈簧外徑：</b></p><p><b>　　彈簧內(nèi)徑：</b>&l

38、t;/p><p>　　3、 回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1回轉(zhuǎn)刀架總體方案選擇</p><p>　　3.1.1伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按有無反饋檢測(cè)單元分為開環(huán)和閉環(huán)兩種類型，如圖3.1所示。這兩種類型的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成不完全相同。但不管是那種類型，執(zhí)行元件及其驅(qū)動(dòng)控制單元都比不可少。驅(qū)動(dòng)控制單

39、元的作用是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件所需要的信號(hào)形式，執(zhí)行元件則將該信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械位移。</p><p><b>　　進(jìn)給</b></p><p><b>　　指令</b></p><p><b>　　圖3.1 伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　(1)開環(huán)伺服系統(tǒng)：開環(huán)

40、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)控制單元、執(zhí)行元件和機(jī)床組成。它主要由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)線路構(gòu)成。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令脈沖經(jīng)過驅(qū)動(dòng)線路變換或放大，傳給步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)指令脈沖，就旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)過的角度取決于指令脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，反映到刀架上就是刀架的移動(dòng)速度和位移大小。然而，由于系統(tǒng)中沒有檢測(cè)和反饋環(huán)節(jié)，工作中移動(dòng)到位不到位，取決于步進(jìn)電機(jī)的步距角精度，蝸輪傳動(dòng)間隙等，所以它的精度較低。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，工作可靠，價(jià)格低

41、廉。該系統(tǒng)用于精度要求不高的數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　(2)閉環(huán)伺服系統(tǒng)：由于開環(huán)伺服系統(tǒng)只接受數(shù)控系統(tǒng)的指令脈沖，至于執(zhí)行情況的好壞系統(tǒng)則無法控制。如果能對(duì)執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，其加工精度無疑會(huì)大大提高。然而另一方面，正是由于各個(gè)環(huán)節(jié)都包括在反饋回路內(nèi)，因此它們的摩擦特性、剛度和間隙等都直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)整參數(shù)。所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其調(diào)試和維護(hù)都有較大的技術(shù)難度，價(jià)格也較貴。因此一般只在大型精密數(shù)控

42、機(jī)床上采用。</p><p>　　(3)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：不在機(jī)床末端而在中間某一部分拾取反饋信號(hào)的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)拋開了一些諸如傳動(dòng)系統(tǒng)精度和摩擦阻尼等非線性因素，所以這種系統(tǒng)調(diào)試比較容易，穩(wěn)定形也好。盡管這種系統(tǒng)步反應(yīng)反饋回路之外的誤差，但由于采用高分辨率的檢測(cè)元件，也可以獲得比較滿意的精度。這種系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用與中小型數(shù)控機(jī)床上。</p><p>　　從經(jīng)濟(jì)的角度

43、考慮，我選擇開環(huán)伺服系統(tǒng)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。但是要注意的是精度夠不夠的問題。因此，從設(shè)計(jì)題目中給的設(shè)計(jì)參數(shù)中最小指令值出發(fā)，選擇具有一定脈沖當(dāng)量的電動(dòng)機(jī)，從而保證機(jī)床的精度。</p><p>　　3.1.2刀架結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。根據(jù)加工對(duì)象，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉(zhuǎn)刀架上

44、分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。</p><p>　　回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對(duì)于數(shù)控車床來說，加工過程中刀架部要進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度（一般位0.001～0.005mm）

45、。</p><p>　　回轉(zhuǎn)刀架按其工作原理分為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位、十字槽輪轉(zhuǎn)位、凸臺(tái)棘爪式、電磁式及液壓式等多種工作方式。但其換刀的過程一般均為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架壓緊并定位等幾個(gè)步驟。</p><p>　　普通車床的刀架一般都是四方刀架，考慮經(jīng)濟(jì)性以及利于普通車床數(shù)控化改造，我選擇四方回轉(zhuǎn)刀架。并設(shè)計(jì)成螺旋升降式四方回轉(zhuǎn)刀架。</p><p><b>

46、;　　3.2刀架原理簡(jiǎn)介</b></p><p>　　該裝配圖為螺旋升降式四方回轉(zhuǎn)刀架，其工作原理見圖：</p><p>　　(1)刀架抬起 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令喉，電機(jī)正轉(zhuǎn)，并經(jīng)聯(lián)軸器，帶動(dòng)蝸桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪通過鍵帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，軸上裝有軸套26，它可在套筒24內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動(dòng)，從而舉起與套筒24相連的上刀架21及上端齒盤20，使上端齒盤20與下端齒盤18

47、分開，完成刀架抬起動(dòng)作。如圖3.2所示。</p><p>　　(2)刀架轉(zhuǎn)位 刀架抬起后，軸套26仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)上刀架21轉(zhuǎn)過（如不到位，刀架還可繼續(xù)轉(zhuǎn)位、、），當(dāng)轉(zhuǎn)過所需的角度后，由微動(dòng)開關(guān)3發(fā)出信號(hào)給數(shù)控裝置。</p><p>　　(3)刀架壓緊 刀架轉(zhuǎn)位后，由微動(dòng)開關(guān)發(fā)出的信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓縮彈簧15推動(dòng)定位銷17，定位銷伸出，使上刀架21定位而不隨軸套26回轉(zhuǎn)，于是刀架

48、在重力的作用下向下移動(dòng)，上下端齒盤合攏壓緊。蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)則產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧5，套筒4的外圓曲面壓縮開關(guān)3使電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一次轉(zhuǎn)位。</p><p><b>　　a</b></p><p><b>　　b</b></p><p>　　圖3.2刀架原理圖 </p><p>　　2

49、3－軸；39－蝸輪；16－下刀架體；20－上刀架齒盤；19－下刀架齒盤；21－上刀架體</p><p>　　26－軸套；24－套筒；17－定位銷；3－微動(dòng)開關(guān)；5－壓縮彈簧；48－步進(jìn)電機(jī)；45－蝸桿軸。</p><p>　　3.3回轉(zhuǎn)刀架電機(jī)的選擇</p><p>　　開環(huán)伺服系統(tǒng)一般選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移

50、量的執(zhí)行元件。其轉(zhuǎn)速則與脈沖頻率成正比。由于輸入為電脈沖，因而易于電子計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字電路接口，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、繪圖機(jī)、計(jì)時(shí)鐘表等方面。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用于系統(tǒng)具有較好的開環(huán)穩(wěn)定性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有可能省去閉環(huán)系統(tǒng)中的測(cè)量元件。</p><p>　　3.3.1電機(jī)種類的選擇</p><p>　　(1)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

51、：步距角小，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率高，在一相繞組長(zhǎng)期通電狀態(tài)下，具有自鎖能力，消耗功率較大，應(yīng)用范圍比較廣泛。例如閥門控制、數(shù)控機(jī)床及其他數(shù)控裝置。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：功率比較小，在斷電的情況下，有定位轉(zhuǎn)矩，步距角大，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低，主要應(yīng)用在自動(dòng)化儀表方面。</p><p>　　(2)永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：有較小的步距角，啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，消耗功率較小，有

52、定位轉(zhuǎn)矩，它具有反應(yīng)式和永磁式兩種步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)，因是混合式結(jié)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高。</p><p>　　縱上所述，從精度和經(jīng)濟(jì)的角度來選，選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　3.3.2電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇</p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在負(fù)載力矩的作用下，轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角時(shí)，所做的功為</p><p>　　初步估計(jì)刀架重量為200N

53、，即克服負(fù)載F＝200N，位移所做的功為</p><p>　　根據(jù)能量守恒原則，其中為電機(jī)的傳動(dòng)效率。取＝0.964</p><p><b>　　由以上可求得：</b></p><p>　　若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的慣性影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為</p><p><b>　　取安全系數(shù)0.4</b></

54、p><p><b>　　則</b></p><p>　　為了滿足最小步距角的要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表得：</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)頻率:</b></p><p>　　根據(jù)以上參數(shù)選用反應(yīng)

55、式步進(jìn)電機(jī)75BF004。其參數(shù)見下表。</p><p>　　表3.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)75BF004參數(shù)</p><p>　　3.4刀架設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及計(jì)算</p><p>　　3.4.1蝸輪蝸桿傳動(dòng)</p><p>　　蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較大的單級(jí)傳動(dòng)比，在動(dòng)力傳動(dòng)中，傳動(dòng)比的一般范圍在5～80，對(duì)非動(dòng)力傳動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000或更大

56、。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目少，因而結(jié)構(gòu)緊湊。由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪輪齒的嚙合是逐漸進(jìn)入或逐漸嚙合，因而傳動(dòng)平穩(wěn)，震動(dòng)和噪聲小。蝸桿傳動(dòng)的噪聲級(jí)比同精度圓柱齒輪傳動(dòng)平均約低7dB。另外，不需要其他輔助機(jī)構(gòu)即可獲得傳動(dòng)的自鎖性。蝸桿傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是效率低，故不易在大功率連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下工作，因而會(huì)產(chǎn)生大的熱量，因此，設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿必須考慮散熱，要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。</p><p>　　3.4.2雙導(dǎo)程蝸桿設(shè)計(jì)<

57、;/p><p>　　在數(shù)控機(jī)床中分度工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)都廣泛采用蝸桿、蝸輪傳動(dòng)。蝸輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副的側(cè)隙就成為回轉(zhuǎn)刀架的關(guān)鍵。一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中（如齒輪加工機(jī)床、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)等）或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)因承受脈沖動(dòng)載荷（如斷續(xù)加工）而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合往往采用上導(dǎo)程蝸桿，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙刀最小限度。雙導(dǎo)程蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是：雙導(dǎo)程蝸桿的齒的左、右兩側(cè)具有不同的齒距（導(dǎo)程）；而

58、同一側(cè)面的齒距（導(dǎo)程）則相等。雙導(dǎo)程蝸桿副的嚙合原理與一般蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當(dāng)與基本齒條，蝸輪則相當(dāng)與同它嚙合的齒輪。由于蝸桿齒左、右兩側(cè)面具有不同的齒距，即左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù)m(m=t/),因而同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件。雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)的公稱模數(shù)m可看成普通蝸輪副的軸向模數(shù)，一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值。</p><p>　　設(shè)蝸桿左側(cè)的齒距為t， 右側(cè)的齒距為，中間齒

59、距為t。</p><p><b>　　當(dāng)>時(shí)，</b></p><p><b>　　相鄰兩齒厚的差值</b></p><p>　　不難看出，任意兩相鄰齒厚之差（沿同一軸向截面上）都是這樣的蝸桿從左到右移動(dòng)時(shí)，嚙合側(cè)隙將會(huì)逐漸減小。同理，當(dāng)<時(shí)，從左到右齒厚漸薄，當(dāng)蝸桿向右移動(dòng)時(shí)，嚙合側(cè)隙將會(huì)逐漸變大，要依靠調(diào)整

60、環(huán)的厚度變化，可使蝸桿軸向移動(dòng)，以便調(diào)整蝸桿蝸輪嚙合側(cè)隙。</p><p>　　3.4.3蝸桿軸的支承</p><p>　　蝸桿軸跨距較大且工作溫度較高，其熱伸長(zhǎng)量大，因此可才采用一端固定，一端游動(dòng)支承結(jié)構(gòu)和兩端游動(dòng)。在工作的時(shí)候電機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而蝸桿軸要求能左右雙向移動(dòng)，采用兩端游動(dòng)的軸系結(jié)構(gòu)。嚙合傳動(dòng)時(shí)，軸將左右移動(dòng)，為使齒受力均勻，應(yīng)采用允許軸系能左右小量軸向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，故兩端都

61、選用圓柱滾子軸承。</p><p>　　3.4.4蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　根據(jù)刀架尺寸的大小和圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配表3.2進(jìn)行選擇。</p><p>　　表3.2 蝸輪參數(shù)</p><p>　　對(duì)于蝸輪蝸桿傳動(dòng)來說，傳動(dòng)效率低，所有工作時(shí)產(chǎn)生的熱量大。對(duì)閉式蝸桿傳動(dòng)，摩擦所產(chǎn)生的熱量將通過箱體散發(fā)到周圍

62、空氣中去。如果散發(fā)條件較差，使油箱不斷升溫而使?jié)櫥В瑥亩觿×四p，甚至導(dǎo)致膠合。熱平衡計(jì)算的目的是使工作時(shí)減速箱內(nèi)的油溫穩(wěn)定地處在所規(guī)定地使用范圍內(nèi)。</p><p>　　3.4.5蝸輪蝸桿地?zé)崞胶庥?jì)算</p><p>　　計(jì)算所需箱體散熱面積A</p><p>　　取環(huán)境溫度,潤(rùn)滑油工作溫度，散熱系數(shù)</p><p><b>

63、;　　所需散熱面積：</b></p><p>　　3.4.6蝸輪蝸桿幾何尺寸計(jì)算</p><p><b>　　蝸桿齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　蝸桿齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　蝸桿齒寬：</b></p><

64、;p><b>　　取</b></p><p><b>　　蝸輪喉圓直徑：</b></p><p><b>　　蝸輪齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　蝸輪咽喉圓半徑：</b></p><p><b>　　蝸輪齒寬：</b

65、></p><p><b>　　蝸輪輪緣寬度：</b></p><p><b>　　取B＝35mm</b></p><p>　　為切去頂圓齒尖，蝸輪頂圓直徑</p><p><b>　　取</b></p><p>　　3.5刀架三維零件的建立<

66、;/p><p>　　a b c</p><p>　　圖3.3 刀架下刀體</p><p>　　a b</p><p><b>　　圖3.4 蝸桿軸</b></p><p>　　a

67、 b</p><p>　　圖3.5 與蝸輪配合的軸</p><p>　　a b</p><p><b>　　圖3.6 上刀架體</b></p><p>　　圖3.7 蝸輪蝸桿嚙合</p><p>　　a

68、 b</p><p>　　圖3.8 刀架部分裝配</p><p>　　4、微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　（1）Z向和X向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制；</p><p>　?。?）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制；</p><p

69、>　?。?）螺紋加工控制；</p><p><b>　?。?）行程控制；</b></p><p><b>　?。?）鍵盤及顯示；</b></p><p><b>　?。?）面板管理；</b></p><p>　?。?）其他功能：報(bào)警、急停、復(fù)位等。</p>

70、<p><b>　　4.2硬件組成</b></p><p>　　4.2.1 8031</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)用MCS-51系列單片機(jī)控制，其典型代表為8031、8051、8751，從經(jīng)濟(jì)型出發(fā)進(jìn)行比較，采用具有價(jià)格低、功能強(qiáng)、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)的8031有擴(kuò)展系統(tǒng)的單片機(jī)，即用8031外接2732（EPROM）、6264（RAM）及8155（擴(kuò)展I/O）等

71、芯片擴(kuò)展成一個(gè)較簡(jiǎn)單的微機(jī)控制系統(tǒng)。程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為4K（2732，EPROM），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為8K（6264，RAM）。編制的用戶程序由鍵盤輸入，修改程序也由鍵盤來完成。程序存入外部RAM，如果需要保存該程序，可以把錄音機(jī)接在錄音輸出口上將程序錄下來，每段程序輸入都可以顯示。系統(tǒng)中有時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位和復(fù)位電路、數(shù)碼顯示接口電路、光電耦合等。</p><p>　　8031芯片內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器，只有256字節(jié)的

72、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址從00H－FFH。內(nèi)部256字節(jié)的空間被分成兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）地址為00H-7FH,特殊功能寄存器（SFR）的地址80H－FFH為4個(gè)工作寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)都有8個(gè)8位寄存器R0-R7，可以用來暫存運(yùn)算的中間結(jié)果以提高運(yùn)算速度。其中的R0和R1還可以用來存放8位地址，要確定采用哪個(gè)工作寄存器，可通過標(biāo)志寄存器PSW中的RS0、RS1來指定。8031在組成控制系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

73、器，由于地址線是16位的，故最多能擴(kuò)展64K程序存儲(chǔ)器和64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其地址均為0000－FFFFH，即程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址。因此，EPROM和RAM的地址分配比較自由，變成時(shí)不必考慮地址沖突問題。</p><p>　　圖4.1 8031管腳圖</p><p>　　4.2.2程序存儲(chǔ)器</p><p>　　程序存儲(chǔ)器一般采用ROM芯片，國(guó)內(nèi)一般無條件

74、使用掩膜ROM，也極少使用PROM，經(jīng)常使用的是EPROM芯片。</p><p>　　紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM可作為MCS－51單片機(jī)的外部存儲(chǔ)器，其典型產(chǎn)品是Intel公司的系列芯片2716（2KX8）、2732（4KX8）、2764（8KX8）、27128（16KX8）、27256（32KX8）、27512（64KX8）等，這些芯片上均有一個(gè)玻璃窗口，在紫外光下照射20分鐘左右，存儲(chǔ)器中的各位信

75、息均變?yōu)?，此時(shí)，可以通過編程將工作程序固化到這些芯片中。</p><p>　　2732A是一種4KX8位的紫外線擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V供電，最大靜態(tài)工作電流為100mA,維持電流為35mA，讀出時(shí)間為250ns。2732A為24線雙列直插式封裝。</p><p>　　4.2.3地址鎖存器</p><p>　　由于MCS－51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址

76、/數(shù)據(jù)總線，因此在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須利用地址鎖存器將地址信號(hào)從地址/數(shù)據(jù)總線中分離開來。</p><p>　　通常，地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373或8282。</p><p>　　圖4.2 74LS373的管腳圖</p><p>　　4.2.4 138譯碼器</p><p>　　譯碼法使由譯碼器組成譯碼電路，

77、譯碼電路將地址空間劃分為若干快，其輸出端分別選通一片存儲(chǔ)器芯片，這樣即充分利用了存儲(chǔ)空間，又避免了空間分散的缺點(diǎn)，</p><p>　　常用的譯碼器有74LS138和74LS139等，74LS138是“3－8”譯碼器，具有三個(gè)選擇輸入端，可組成八種輸入狀態(tài)。8個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端分別對(duì)應(yīng)8種輸入狀態(tài)種的一種，0電平有效。換句話講，對(duì)應(yīng)每種輸入狀態(tài)，僅允許一個(gè)輸出端為0電平，其余全是1。</p>&l

78、t;p>　　表4.1 74LS138真值表</p><p>　　4.2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　6264芯片是一個(gè)8KX8的CMOS SRAM 芯片，它共有28條引出線，包括13根地址線、8根數(shù)據(jù)線以及4根控制信號(hào)線。</p><p>　　圖4.3 6264管腳圖</p><p>　　4.2.6 I/O擴(kuò)展</p>

79、;<p>　　8031單片機(jī)共有四個(gè)8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有P1口及部分P2口線。因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都不可避免的要進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。</p><p>　　8155是具有40條引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴(kuò)展器。含有256個(gè)字節(jié)的RAM存儲(chǔ)器，一個(gè)6位、兩個(gè)8位可編程I/O口，一個(gè)14位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　8155（1）的PC

80、.0~PC.3接自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架（四方刀架）.自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時(shí)，由PC.0~PC.3發(fā)出刀位信號(hào)，到達(dá)指定的刀位。刀架夾緊后，即發(fā)出回答信號(hào)，表示已完成換刀過程，可以進(jìn)行切削加工。換刀回答信號(hào)經(jīng)8155（1）的PB.5輸入計(jì)算機(jī)，控制刀架開始進(jìn)給。</p><p>　　8155（1）的PA.0~PA.5接控制面板上的選擇開關(guān)，設(shè)有編輯、空運(yùn)行、自動(dòng)、手動(dòng)1、手動(dòng)2、回零等選擇方式。</p><

81、;p>　　8155（1）的PB.0~PB.4接控制面板上的按鈕開關(guān)，設(shè)有啟動(dòng)、暫停、單段運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、急停等操作功能。</p><p>　　加工螺紋時(shí)，與車床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器發(fā)出螺紋加工信號(hào)和零位螺紋信號(hào)。螺紋加工信號(hào)送入8031的T0,通過設(shè)置不同的時(shí)間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時(shí)的縱向進(jìn)給量，從而加工出不同螺距的螺紋。零位螺紋信號(hào)送入8155(1)PB6,用來防止多次走刀時(shí)螺紋亂扣。系統(tǒng)各芯片采用

82、全地址譯碼芯片地址編碼見表4.2。操作面板設(shè)計(jì)如圖4.4。</p><p>　　8155（2）的A口為控制刀架的橫、縱向電機(jī)的接口。本系統(tǒng)縱向、橫向步進(jìn)電機(jī)都選用三相反應(yīng)式55BF004型軟件環(huán)形分配器控制高、低壓驅(qū)動(dòng)電路。為了防止功率放大器高電壓的干擾，步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示設(shè)計(jì)在一起，8155（2）的PC口（PC0－PC5）擔(dān)任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制；PB口的（PB0-PB

83、5）擔(dān)任鍵盤的行線；8031的P1口為顯示器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6工24個(gè)行列式鍵盤和六位八段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口與自位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　PB口剩于的I/O線PB4-PB7分別作為刀架縱向+、縱向-、橫向+、橫向-四個(gè)方向的行程限位控制信號(hào)。</p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)上8155（2）的PA口、PC口設(shè)置為輸出，

84、PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測(cè)PB4-PB7的電平，當(dāng)某I/O線為“0”電平時(shí)，應(yīng)立即停止橫、縱向步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　　表4.2 芯片地址編碼</p><p>　　圖4.4 數(shù)控車床控制面板</p><p>　　圖4.5 8155與8031連接</p><p>　　4.2.7驅(qū)動(dòng)門電路</p>

85、;<p>　　7404為TTL非門電路，用于提高8031I/O口的驅(qū)動(dòng)能力。</p><p><b>　　4.2.8光電隔離</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)采用光電隔離電路（光電隔離器），其作用是電壓隔離。微機(jī)系統(tǒng)一般工作在5V的弱點(diǎn)條件下，而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源為幾十伏至幾百伏的強(qiáng)電，若部采取措施，強(qiáng)電會(huì)通過電氣連接耦合到弱點(diǎn)，造成微機(jī)系

86、統(tǒng)的損壞，采用光耦器件，可以斷絕兩者的電氣聯(lián)系。</p><p>　　4.2.9功率放大電路</p><p>　　從環(huán)形分配器輸出的電流很小，而步進(jìn)電機(jī)的額定電流為幾百毫安到幾十安培，所以必須接功率放大器。功率放大器由前置放大和大功率驅(qū)動(dòng)兩部分組成，前者用于推動(dòng)大功率器件而設(shè)置，一般由反相器、射極跟隨器等構(gòu)成；后者都為大功率器件，按電路主要?jiǎng)澐譃閱坞妷弘娐?、雙電壓電路、恒流斬波電路、調(diào)頻調(diào)

87、壓電路、細(xì)分電路等，是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路種最重要的部分。</p><p>　　*單電壓電路的特點(diǎn)：用恒流源取代了限流電阻，另外，PNP工作早放大區(qū)，等效電阻大，改善了電流波形，所以這種電路在電流較小的場(chǎng)合具有實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　*雙電壓電路的特點(diǎn)：在繞組通電開始時(shí)由高壓供電，保證電流快速上升，當(dāng)電流達(dá)到額定值后改為低壓供電，改善了電流波形的前沿。電路中的高壓可達(dá)數(shù)百伏，高壓的定時(shí)

88、脈寬由單穩(wěn)態(tài)電路提供，為固定脈寬，容易引起電流產(chǎn)生過大的超調(diào)，解決的辦法時(shí)采用具有電流反饋的定流高、低壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　*恒流斬波電流的特點(diǎn)：繞組電壓為為斬波信號(hào)，繞組電流在額定電流附近波動(dòng)，沒有大的凹陷或超調(diào)，這比單電壓驅(qū)動(dòng)和雙電壓定時(shí)驅(qū)動(dòng)的波形有較大的改善，同時(shí)，電路效率也高，所以，目前步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器很大一部分都采用這種恒流斬波驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　從經(jīng)濟(jì)角度和應(yīng)

89、用考慮，單電壓電路即簡(jiǎn)單又很實(shí)用，應(yīng)用也很廣泛。因此選用單電壓電路進(jìn)行功率放大。</p><p>　　4.3電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2732的片選控制端＃ce直接接地，系統(tǒng)復(fù)位后，8031從0000H開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端＃CE接至3－8譯碼器U2的Y2輸出端，所以6264的空間地址為4000H－5FFFH。系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯

90、片8155（2）。8155（2）的片選端＃CE接至3－8譯碼器U2的Y4輸出端，故8155（2）控制命令寄存器及PA口、PB口、PC口的地址號(hào)分別為8000H及8001H、8002H、8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H－80FFH。</p><p>　　原理中還設(shè)計(jì)有兩個(gè)其他輔助電路，它們是：</p><p><b>　　時(shí)鐘電路：</b></p&g

91、t;<p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。我選用了內(nèi)部方式。</p><p>　　內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，晶體可在1.2－12MHz之間任選，耦合電容在5－30uF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。</p><p><b>　　復(fù)位電路：</b></p><p>　

92、　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路來實(shí)現(xiàn)，在時(shí)鐘電路工作后，只要RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后8031便從0000H單元開始執(zhí)行程序。一般數(shù)控系統(tǒng)都采用上電與按鈕復(fù)位組合，上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，若有些需要復(fù)位的芯片其復(fù)位電平與8031復(fù)位要求一致時(shí)，則可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用6MHz時(shí)。&

93、lt;/p><p><b>　　4.4程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.4.1鍵盤輸入</b></p><p>　　鍵盤是數(shù)控機(jī)床最常用的輸入設(shè)備，它由排列成矩陣形式的一系列按鍵開關(guān)組成。鍵盤由兩種基本類型：全編碼鍵盤和非編碼鍵盤。</p><p>　　全編碼鍵盤每按下一個(gè)鍵，其鍵盤功能

94、由硬件邏輯自動(dòng)提供被按鍵的代碼，并能產(chǎn)生一選通脈沖通知CPU。此外，還有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，但價(jià)格昂貴，一般系統(tǒng)很少應(yīng)用。</p><p>　　非編碼鍵盤僅僅提供鍵盤的行和列矩陣，其它全部工作都是用軟件來完成。所以非編碼鍵盤是最便宜的微機(jī)輸入設(shè)備。</p><p>　　使用非編碼鍵盤必須解決識(shí)別鍵盤矩陣中被按下的鍵；產(chǎn)生與被按鍵對(duì)應(yīng)的編碼；消除鍵接觸時(shí)產(chǎn)生

95、的抖動(dòng)干擾；防止鍵盤操作的串鍵錯(cuò)誤。</p><p>　　識(shí)別被按鍵有兩種方法，一種是行掃描方法，另一種是線反轉(zhuǎn)方法。行掃描方法應(yīng)用比較廣泛。數(shù)控機(jī)床改裝中也適用。鍵盤行掃描的流程如下：</p><p>　　ORG 2200H</p><p>　　DISP:LD A, 3FH</p><p>　　OUT

96、 (DIGIT), A ；使所有引線為低</p><p>　　IT A, (KBSEL) ；讀列數(shù)據(jù)</p><p>　　AND 1FH </p><p>　　CP 1FH ；鍵盤有鍵按下嗎？</p><p>　　JR Z

97、, DISP ；無鍵入，返回</p><p>　　CALL D20ms ；有鍵入，延時(shí)20ms消除抖動(dòng)</p><p>　　LD C， DIGIT </p><p>　　LD B， 01H ；置行數(shù)據(jù)初值</p><

98、p>　　LOOP1：OUT (C), B ；選第一行鍵為低電平</p><p>　　IN A, (KBSEL) ；讀列線數(shù)據(jù)</p><p>　　AND 1FH</p><p>　　CP 1FH ；鍵盤有鍵按下嗎？</p>

99、<p>　　JP NZ, LOOP3 ；有鍵入，則計(jì)算鍵值</p><p>　　SLA B ；無鍵入，掃描下一行</p><p>　　LD A, 40H</p><p>　　CP B</p><

100、p>　　JR NZ, LOOP1 ；未到最后一行則繼續(xù)下一行</p><p>　　JR DISP ；到最后一行，則返回</p><p>　　DIGIT：EQU 8CH</p><p>　　KBSEL：EQU 90H</p><p>　

101、　鍵掃描以后得到行數(shù)據(jù)和列數(shù)據(jù)，再計(jì)算鍵的特征值，就確定是哪一個(gè)鍵。每一個(gè)鍵都是一個(gè)特征值。為了較方便的尋找特征值可以將特征值制成表格，放在存儲(chǔ)器中，再設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器作為鍵值寄存器。由計(jì)算出來的鍵特征值與表中的特征值自上到下逐個(gè)進(jìn)行比較，每比較一次，鍵值寄存器加一，直到兩者相等為止。此時(shí)，鍵值寄存器中得到的數(shù)據(jù)即為該按鍵的鍵值。</p><p>　　鍵值與鍵值特征值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4.3所示。這種產(chǎn)生與被按鍵對(duì)應(yīng)的

102、編碼稱為鍵譯碼。</p><p><b>　　表4.3 鍵值表</b></p><p>　　單片機(jī)計(jì)算鍵特征是將行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一代碼和列數(shù)據(jù)相加。鍵譯碼的框圖如圖4.4所示，其程序如下：</p><p>　　程序入口： A累加器存放列值， B寄存器存放行值。</p><p>　　ORG 2300H</p

103、><p>　　LOOP3：LD C, 0</p><p>　　LOOP5：DEC C</p><p>　　SRL B</p><p>　　JR NZ, LOOP5 ；行值右移一位，C減一</p><p>　　SLA C&

104、lt;/p><p>　　SLA C</p><p>　　SLA C</p><p>　　SLA C</p><p>　　ADD A, C ；A中的鍵特征值</p><p>　　LD HL, KYTBL ；置鍵特征值表首

105、地址</p><p>　　LOOP7：CP (HL)</p><p>　　JR Z, LOOP8</p><p>　　INC HL</p><p>　　INC B</p><p>　　JR LOOP7</p>&

106、lt;p>　　LOOP8：IN A, (KBSEL)</p><p>　　AND 1FH</p><p>　　CP 1FH</p><p>　　JR NZ, LOOP8 ；等待鍵釋放</p><p>　　CALL D20ms

107、 ；消除抖動(dòng)</p><p>　　LD A, B ；取鍵值</p><p>　　經(jīng)過上述鍵掃描和鍵值譯碼后，在鍵按下時(shí)，CPU將立即得到被按鍵的鍵值，不僅識(shí)別出有否鍵按下，而且識(shí)別出哪一個(gè)鍵按下。</p><p>　　圖4.4 鍵譯碼框圖</p><p>　　4.4.2顯示程序

108、設(shè)計(jì)</p><p>　　入口：顯示存儲(chǔ)器地址為3C00H~3FFFH累加器A中保存鍵值的ASCLL碼</p><p>　　（1）顯示字符控制程序：</p><p>　　ORG 5300H</p><p>　　DISPLY：LD HL, (ADRE) ；顯示位置指針</p>&

109、lt;p>　　CP 0DH ：是回車鍵</p><p>　　CALL Z, ROWCH ；是，轉(zhuǎn)換行</p><p>　　LD (HL), A ；字符送顯示</p><p>　　INC HL</p>

110、<p>　　LD A, H ；高位地址是否溢出</p><p>　　CP 40H</p><p>　　CALL NC, OVERSP ；是，轉(zhuǎn)卷行</p><p>　　DISP1：LD (HL) 7FH ；不是，顯示

111、光標(biāo)</p><p>　　LD (ADRE), HL ；顯示位置保存</p><p>　　JP KEY ；轉(zhuǎn)鍵盤掃描</p><p>　　KEY： EQU 5000H</p><p><b>　　(2)換行子程序</b

112、></p><p>　　ROWOH：PUSH AF ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　PUSH BC</p><p>　　LD BC, 40H ；一行64個(gè)字符</p><p>　　ADD HL,

113、 BC ；地址換行</p><p>　　LD A, L</p><p>　　AND C0H ；屏蔽低位</p><p>　　LD L, A</p><p>　　POP BC

114、 ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　POP AF</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　(3)清屏子程序</b></p><p>　　ORG 5120H</p><p>

115、　　ERASEP：PUSH AF ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　PUSH HL</p><p>　　LD HL, 3C00H ；從最小地址開始</p><p>　　CONUT： LD (HL), 20H ；選空格碼&l

116、t;/p><p>　　INC HL</p><p>　　LD A, H</p><p>　　CP 40H ；檢查高位地址是否溢出</p><p>　　JR NZ, CONUT </p><p&

117、gt;　　POP HL ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　POP AF</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　(4)卷行子程序</b></p><p>　　OVERSP：PUDH

118、 DE ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</p><p>　　PUSH BC</p><p>　　LD HL, 3C40H ；第二行地址</p><p>　　LD DE, 3C00H ；第一行地址</p><p>