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C6163型車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計 1 概 論 1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 1.2國內(nèi)數(shù)控機床狀況分析 1.2.1國內(nèi)數(shù)控機床現(xiàn)狀 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。?2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。?近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。? 1.2.2 國內(nèi)數(shù)控機床的特點?： (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。? (2) 數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。? 2001年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。? (3) 數(shù)控機床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。?? 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1.3.1繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展 基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務(wù)。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。 1.3.2向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 1.3.3向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 (1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 (2) 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 (3) 引入故障診斷專家系統(tǒng) (4) 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 1.4機床數(shù)控化改造的必要性 1.4.1微觀看改造的必要性 從微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 (1) 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 (2) 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。 (3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。 (4) 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。 (5) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。 (6) 由以上五條派生的好處。 　　如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 1.4.2宏觀看改造的必要性 　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。 數(shù)控化改造的市場空間 機床的數(shù)控化改造是一個方興未艾的行業(yè)，從各種統(tǒng)計數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光明的，例如："在美國，日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造能作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進步，機床改造是一個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看出：` (1) 國內(nèi)的市場 我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。 (2) 進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 　　我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10年間，全國引進技術(shù)改造項目就有18446項，大約165.8億美元。 　　這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進時只注意引進設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。 　　這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。 機床改造的效益分析 提高機床數(shù)控化效率有兩個途徑：一是購買新的數(shù)控機床；二是對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大，經(jīng)濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設(shè)備的先進性和數(shù)控化率是一個極其有效和使用的途徑，采用第二種方法有以下的優(yōu)點： a) 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費用，改造的費用大大減低。 b) 機械的穩(wěn)定性可靠 機床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時對環(huán)境的污染。 c) 熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修，購買的新設(shè)備，事先很難前面了解機床的結(jié)構(gòu)性能，以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機床在使用和維修方面的培訓(xùn)時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。 d) 可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機時重新構(gòu)筑新基，同時工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。 e) 可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機床，往往對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個專用的特殊功能，如向機床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費用大，交貨的日期又長。而采用改造方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設(shè)計改造成專用的數(shù)控機床。 f)可及時采用最新技術(shù)，充分利用社會資源 由于技術(shù)進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床方面的改造 ，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會資源，可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術(shù)來提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機場改造成當今水平的機床。 2 普通車床數(shù)控改造的可行性論證 對于普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計方案時，應(yīng)遵循的原則是：在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能的少，以降低成本。 2.1 車床的數(shù)控改造 2.1.1數(shù)控機床工作原理及組成 (1) 數(shù)控機床工作原理： 數(shù)控機床加工零件時，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主運動的變化、起停，進給運動的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合要求的零件。 (2) 數(shù)控機床的組成： 數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如圖2-1 圖2-1數(shù)控機床的組成圖 2.1.2設(shè)計內(nèi)容及任務(wù) 普通車床（C6163）的數(shù)控改造設(shè)計內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設(shè)計計算（包括縱向、橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算）、主運動自動變速原理及改造后的機床傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計、機床調(diào)速電動機控制電路的設(shè)計。 本設(shè)計任務(wù)是對C6163臥式車床進行數(shù)控化改造，實現(xiàn)微機對車床的數(shù)控化控制。利用微機對車床的縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)字控制，并要達到縱向最小運動單位為0.01/脈沖，橫向最小運動單位0.005/脈沖，主運動要實現(xiàn)自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動的切削螺紋。 2.1.3 數(shù)控部分的設(shè)計改造 (1) 數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按其運動軌跡可分為：點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點移到另外一點的位置，而對于運動軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個或兩個以上坐標方向的位移進行嚴格的不間斷的控制。由于C6163車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 (2)伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計改造 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到高的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾對加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價高。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電動機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計上也要有其自身的特點，技術(shù)難度較大。 開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路，因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，所以常用于精度要求不高的場合。 經(jīng)過上序比較，由于所改造的C6163車床的目標加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 (3) 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。 數(shù)控裝置的設(shè)計方案通常有： a) 可以全部自己設(shè)計制作 b) 可以采用單板機或STD模塊或工控機改制 c) 可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動 跟據(jù)本次設(shè)計的要求采用第一種設(shè)計方案。 2.1.4機械改造部分的設(shè)計 (1) 主傳動部分的改造設(shè)計 將原機床的主軸電動機換成變頻調(diào)速電動機，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構(gòu)。改造后使其主運動和進給運動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。 (2) 進給機構(gòu)的改造 將原機床的掛輪機構(gòu)、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進給以步進電動機作為驅(qū)動元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。 2.2 可行性論證 根據(jù)《自動化制造系統(tǒng)》，可行性論證使用戶建造自動化制造系統(tǒng)項目前所進行的技術(shù)和經(jīng)濟性分析報告，是上級主管部門審定和批準立項的基本依據(jù)。同樣，在進行普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造之前進行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。 根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個方面進行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標，改造的基礎(chǔ)條件、目標、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實施計劃，結(jié)論等。 由于本設(shè)計僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計，故在此，設(shè)計者僅對改造的投資概算作一簡要的可行性論證。 本改造設(shè)計是對普通車床C6136進行經(jīng)濟型數(shù)控改造。在改造設(shè)計中，采用自己設(shè)置的數(shù)控裝置，加上兩臺伺服電機，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動部分以及齒輪副，一臺變頻調(diào)速電動機，四個電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費用和舊設(shè)備費用總計不會超過8萬元。因此，對普通車床作經(jīng)濟型數(shù)控改造適合我國國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實用性。 3 設(shè)計方案 3.1 總體方案的確定 3.1.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補、順圓和逆圓插補、暫停、循環(huán)加工公英螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 3.1.2 計算機系統(tǒng) 根據(jù)機床要求，采用8位微機。由于MCS—51系列單片機具有集成度高，可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、性能價格比高等特點，決定采用MCS—51系列的8031單片機擴展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進電機功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。 3.1.3 機械傳動方式 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一定的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 3.1.4 運動方式的確定 數(shù)按系統(tǒng)運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。由于C6163車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本次設(shè)計采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 3.1.5 系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)過比較，由于C6163車床加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 3.1.6 機構(gòu)傳動方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動裝置時，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點： (1) 盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。 (2) 盡量消除傳動間隙。例如采用隙齒輪等。 (3) 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。 3.1.7 微機的選擇 微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲器擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅(qū)動電路、檢測電路等幾部分組成。 3.1.8 總體方案框圖 圖3-1 3.2 橫向進給伺服系統(tǒng)機械部分計算與校核實例 3.2.1 計算切削力 橫切端面 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P13頁 式中——車床床身上加工最大直徑橫切端面時主切削力可取縱切時的 式中 ——走刀方向的切削力（N） ——垂直走刀方向的切削力（N） 3.2.2 桿螺母副的設(shè)計、計算與選型 (1) 計算牽引力 橫向進給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考《機床設(shè)計手冊.2》6.2-2；6.2-3表 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中：，，——切削分力（Ｎ） G——移動部件的重量（N） 表1-1查得橫向溜板及刀架重力500N ——滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取=0.15-0.18 K——考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù) 取K=1.15 (2) 計算最大動負載C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考《機床設(shè)計手冊.3》P185-P210 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位 n——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min） ——為最大切削條件下進給速度，可取最高進給速度的1/2-1/3 取 ——絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=6mm T——為使用壽命（h）,對于數(shù)控機床取15000h ——運轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.5 (3) 螺母副的選型 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》附表Ａ-2，可采用WD3006外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動負載為9700N,精度等級按表3-17選為３級。 (4) 傳動效率計算 式中：——螺旋升角，WD3006 ——摩擦角取 滾動摩擦系數(shù)0.003-0.004 (5) 剛度驗算 橫向進給絲桿支承方式圖２所示，最大牽引力2087.98N,支承間距Ｌ＝350mm，因絲桿長度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。 　 圖3-2 計算如下: a) 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm) b) 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4,根據(jù)＝2087.98N,D=30mm查出 可算出： 　　　 c) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 查圖3-5得Ｗ系列１列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量　 　　　　　　 因進行了預(yù)緊 d) 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 　　采用推力球軸承5204查閱《機床設(shè)計手冊.２》表5.9-137,d=20mm,滾動體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13 綜合以上幾項變形量之和： 〈定位精度> (6) 穩(wěn)定性校核 計算臨界負載(N) 式中:E——材料彈性模量() I——截面慣性矩() L——絲桿兩軸承端距離(cm) ——絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡支為2.00 一般=2.5-4.0,所以>> 此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 (7) 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) (見表1) 表1 參數(shù)名稱 符號 關(guān)系式 WD3006 螺 紋 滾 道 公稱直徑 30 導(dǎo)程 6 接觸角 鋼球直徑 3.175 滾道法面半徑 R 1.651 偏心距 e 0.045 螺紋升角 螺 桿 外徑 d 29.365 內(nèi)徑 26.788 接觸直徑 26.83 螺 母 螺紋直徑 D 33.212 內(nèi)徑 30.635 3.2.3 齒輪傳動比計算 已確定橫向脈沖當量，滾珠直徑導(dǎo)程=6mm, 初選步進電動機步距角可計算傳動比: 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級齒輪降速。 因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)````取2，有關(guān)參數(shù)參照表2 表2: 傳動齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) Z 18 45 20 32 分度圓 d=mz 36 90 40 64 齒頂圓 40 94 44 68 齒根圓 31 85 35 59 齒寬 (6-10)m 20 中心距 63 52 3.2.4 橫向步進電機的計算，校核和選型 (1) 初選步進電機 a) 計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中: ——脈沖當量，取 ——進給牽引力(N) ——步距角，初選雙拍制為 ——電機—絲桿傳動效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為 b) 估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩(N.cm) 一般橫向進給伺服系統(tǒng)取0.4-0.5 c) 計算最大靜轉(zhuǎn)矩 查表3-22如取五相十拍，則 d) 計算步進電機運行頻率和最高啟動頻率 式中:——最大切削進給速度 ——最大快移速度 ——脈沖當量，取 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出150BFG2815最大靜轉(zhuǎn)矩為245N.cm >可以滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進電機，以留有一定余量，另一方面與國內(nèi)同類型機床進行類比的要求。決定采用150BFG2915，但從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P24頁查出，步進電機最高空載啟動頻率為4000Hz,滿足空載時(3333.33Hz)的要求。 (2) 校核步進電機轉(zhuǎn)矩 前面所述初選步進電機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初選后，應(yīng)該進行校核計算。 a) 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 計算簡圖見圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對齒輪降速時，傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算: 式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 ——齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 ——絲桿轉(zhuǎn)動慣量 ——絲桿導(dǎo)程(cm) G——工件及工作臺重量(N) G=500(N) b) 齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算 表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式如下: 對于鋼材， 式中:M——圓柱體質(zhì)量 D——圓柱體直徑 (cm) L——圓柱體長度或原長(cm) 鋼材的密度為 因此 基本滿足慣量匹配的要求。 c) 電機轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算: 快速空載起動轉(zhuǎn)矩 在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算如下： 式中: ——快速空載起動轉(zhuǎn)矩 ——空載起動時折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ——折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ——由于絲桿預(yù)緊時折算到電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 在采用絲桿螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計算： 式中:——傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 ——電機最大角速度 ——電機最大轉(zhuǎn)速 ——運動部件最快速度 ——脈沖當量 ——步進電機的步距角 ——運動部件從停止到起動加速到最大快進速度所需時間(s) 起動加速時間=30(ms) 折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 式中: ——導(dǎo)軌的摩擦力(N) ——垂直方向的切削力(N) G——運動部件的總重量(N) ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15 ——齒輪降速比 ——傳動鏈總效率，一般可取0.7-0.8 附加摩擦轉(zhuǎn)矩: 式中: ——滾珠絲桿預(yù)加負荷，一般取，為進給牽引力(N) ——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm) ——滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 上述三項合計: 快速移動時所需轉(zhuǎn)矩 最大切削負載時所需要的轉(zhuǎn)矩 式中: ——折算到電機軸上的切削負載轉(zhuǎn)矩 從上面計算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項作為校核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。 從表3-22查出，當步進電機為五相十拍時為 則最大靜轉(zhuǎn)矩為: 從表3-23查出150BFG2815最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項要求。 d) 校核步進電動機起動矩頻特性和運行矩頻特性 前面已經(jīng)計算出機床最大快移時，需步進電機的最高起動頻率為3333.33Hz,切削進給時所需步進電機運行頻率為1666.7Hz 從表3-23中查出150BFG2815型步進電機允許的最高空載起動頻率為4000Hz，運行頻率為16000Hz，再從圖3-15，3-16查出150BFG2815步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性如圖3所示: 當快速運動和切削進給時，150BFG2815型步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性可以滿足要求。 3.3縱向進給伺服系機械部分計算與校核 3.3.1 計算切削力 主切削力F（N）按經(jīng)驗公式估算： —走刀方向的切削分力（N） —車床身上加工最大直徑（mm）=630mm =10594.63（N） ：：=1：0.25：0.4 —走刀方向的切削力 —垂直走刀方向的切削力 =0.25=2648.66(N) =0.4=4237.85(N) 3.3.2 絲桿螺母副的計算和造型 (1) 計算進給牽引力 縱向進給選為綜合導(dǎo)軌。參考表6.2—2，6.2—3兩表〈〈機床設(shè)計手冊.3〉〉 查書《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22 在正常情況下： —考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15 —滑動導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.15～0.18 —溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表1—1，取=800N =1.152648.66+0.16(4237.85+500)=2175.94(N) (2) 計算最大動負載C C= 參考《機床設(shè)計手冊.3》P185～P210 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 式中：—滾珠絲桿導(dǎo)程。 初選 —為最大切削力條件下的進給速度，可取最高進給速度的1/2～1/3 取=1m/min —使用壽命（h），對于數(shù)控機車取 =15000h —運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取1.2～1.5（查表3—14《綜合作業(yè)指導(dǎo)》取為1.2 —壽命以 轉(zhuǎn)為1單位 —絲桿轉(zhuǎn)速r/min 125 113 C==19512.57 (3) 滾珠絲桿螺母副的選型 可采用WD6008外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動負載為18200（N），精度等級按表《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-17選為3級。 (4) 傳功效率計算： = 式中：r—螺旋升角，WD6008 r= —磨擦角取10’ 滾動磨擦系數(shù)0.003～0.004 (5) 剛度驗算 先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖如A圖所示，最大牽引力2175.94(N)。支承L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負荷1/3。 ① 絲杠的拉伸或壓縮變形量 圖3-5 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4，根據(jù) =2175.94(N), 查出10-5 可算出 ==(0.65×10-5×1500)mm=0.975×10-2 mm 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量(mm)為 =1/4=0.975×10-2/2=0.244×10-2mm ② 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-5，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 =6.0μm 因進行預(yù)緊 =1/2=1/2×6.0=3.0μm ③ 支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形 采用D8208型推力球軸承，=35mm,滾動體直徑=6.35mm,滾動體數(shù)量Z=18, 注意此公式中單位應(yīng)為N 因施加預(yù)緊力，故 =1/2×=1/2×0.009065=0.004528mm 根據(jù)以上計算 =＋＋=0.00244＋0.0030＋0.004528=0.009968<定位精度 因為查表達1-1《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為±0.01 (6) 穩(wěn)定性校核 滾珠絲桿兩端采用推力球軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。 (7) 縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù) 表3：WD6008滾珠絲桿副幾何參數(shù) 參數(shù)名稱 符號 關(guān)系式 WD6008 螺 紋 滾 道 公稱直徑 60 導(dǎo) 程 8 接觸角 2.183 鋼球直徑 3.969 滾道法面半徑 2.064 偏心距 0.0030 螺紋升角 = 螺 桿 外 徑 =-(0.2～0.25) 59.2 內(nèi) 徑 =＋2－2 55.878 接觸直徑 =－Cos 56.034 螺 母 螺紋直徑 =－2＋2 64.122 內(nèi) 徑 =＋(0.2～0.25) 60.7938 3.3.3 齒輪傳動比計算 已知縱向進給脈沖當量=0.01mm/step,滾珠絲桿導(dǎo)程=8mm，初選步進電動機步距角，可計算出傳動比： = －脈沖當量（mm/step） －滾珠絲桿的基本導(dǎo)程（mm） －步進電機的步距角 ===3/8 因為可進定齒輪齒數(shù)為 =/=24/64 =24 ，=64 根據(jù)《機械設(shè)計》，又因進給給運動齒輪受力不大，模數(shù)m取2， 則有關(guān)參數(shù)如下表所示(見表4)： 表4：傳動齒輪幾何參數(shù) 齒 數(shù) 24 64 分度圓 = 48 128 齒頂圓 =＋2 52 132 齒根圓 =－21.25 46.5 126.5 齒 寬 (6～10) 20 20 中心距 =(＋)/2 88 3.3.4 進電機的計算和選型 (1)初選步進電機 ① 計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩 = －脈沖當量（mm/step）取 =0.01mm/step －進給牽引力（N）取 =2175.94N －步距角，初選雙拍制為 －電機－絲桿的傳動效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，分別為0.98、0.99、0.99和0.94。 =N.cm ② 算步進電機啟動轉(zhuǎn)矩 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機啟動轉(zhuǎn)矩 =/0.3～0.5 一般縱向進給伺服系統(tǒng)的安全系數(shù)取0.3～0.4 = /0.4=182.36/0.4=455.9N.mm ③ 計算最大靜扭矩 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-22，如取五相十拍，則==0.951 =/0.951=455.9/0.951=479.39N.mm 計算步進電機運行的頻率和最高起動頻率 =HZ =HZ 式中：－最大切削進給速度m/min , =1m/min －最大快移速度m/min, =2m/min －脈沖當量, =0.01mm/step 根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩=479.39N.mm在表3-23中查出130BF001最大靜扭矩為931N>479.39N可以滿足要求，，但從表中看出130BF001步進電機最高空載起動頻率為3000HZ，不能滿足=3333HZ的要求，此項指標可暫不考慮，可以采用軟件開降速程序來解決。 (2) 校核步進電機轉(zhuǎn)矩 前面所初步電機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進行校核計算。 ①效轉(zhuǎn)動慣量計算 計算簡圖如前（a）所示，根據(jù)《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-24，傳動系統(tǒng)計算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 可由下式計算： =＋＋[(＋)＋()] —步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（） .—矢輪Z1Z2的轉(zhuǎn)動慣量（） —滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣車（） 參考同類型機床，初步反應(yīng)式步進電機BF1， 作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量： 　　　　I4＝()2w＝()2×80＝0.468kg·cm2＝4.68N·cm2 齒輪轉(zhuǎn)動慣量： 　　　　J1＝7.8×10-4×4.84×2=8.281kg·cm2=82.81 N·cm2 J2＝7.8×10-4×12.84×2=53.678kg·cm2 絲桿傳動慣量： 　　　 J3=7.8×10-4×64×140=141.52kg·cm2=1415.2 N·cm2 電機轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略。 因此，總的轉(zhuǎn)動慣量： Ｊ＝(J3+J2)+J1+J4 =(141.52+53.68)+0.468+8.281 = 130.52 kg·cm2=1305.2 N·cm2 (1) 所需轉(zhuǎn)動力矩計算。 快速空載啟動所需力矩： 最大切削力負載時所需力矩： 式中：－－空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩 　　――折算到電機軸上的摩擦力矩 　　――由于絲桿預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩 　　――切削時折算到電機軸上的加速度力矩 　　――折算到電機軸上的切削負載力矩 　　 當時， 當時， 　　　　 當，時， 　　　　N·cm 當時，預(yù)加載荷則 所以，快速空載啟動所需力矩： 快速進給時所需力矩： 切削時所需力矩： 由以上分析計算可知： 所需最大力矩發(fā)生快速啟動時： ，所以選擇型號WD6008 ③ 校核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。 已計算出機床最大快移時需步進電機的最高起動頻率為3333Hz，切削進入時所需步進電機運行頻率為1333.3Hz。 從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3—23中查出型步進電機允許的最高空BF1-160載起動頻率為3000Hz，運行頻率為16000Hz，再從〈〈綜合作業(yè)指導(dǎo)書〉〉圖3—15，3—16查出BF1-160步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當步進電機起動時，時，,不能滿足此機床所要求的空載起動力矩222.916N.cm。直接使用則會施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開降進控制〈用軟件實現(xiàn)〉，將起動頻率到1000Hz起動轉(zhuǎn)矩可增高到588.4N.cm，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，可將電機輸出轉(zhuǎn)矩擴大一倍左右。 當快速運動和切削進給時，BF1-160型步進電機運行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求： 圖3-6 4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 4.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控機床的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件就能發(fā)揮作用。 機床數(shù)控機床的硬件電路概括起來又以下四部分組成： （1） 中央處理單元CPU。CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心。 （2） 總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB） 地址總線（AB）和控制總線（CB）。 （3） 存儲器。包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器。 （4） 輸入輸出接口電路。 由于8031只有P1口和P3口部分能提供用戶作為I/O口使用，不能滿足輸入輸出口的需要，因而系統(tǒng)必須擴展輸入輸出接口電路。從附錄H圖H—2可以看出，系統(tǒng)擴展了一片8155和一片8255可編程I/O接口芯片。8155的片選信號CE接74LS138的Y0，8255芯片片選信號CS接到74LS138的Y2端。74LS138三—八譯碼器有三個輸入A、B、C分別接到8031的P2。5，P2。6、P2。7，輸出Y0~Y7 8個輸出，低電平有效。Y0~Y7對應(yīng)輸入A、B、C的000至111的8種組合，其中Y0對應(yīng)A、B、C為000，Y7對應(yīng)A、B、C為111。74LS138還有三個使能端，其中2個（GA和GB）為低電平使能，另一個G1為高電平使能。吸有當使能端均處于有效電平時，輸出才能產(chǎn)生，否則輸出處于高電平無效狀態(tài)。 I/O接口芯片與外設(shè)的連接是這樣安排的：8155芯片PA0~PA7作為顯示器段選信號輸出，PB0~PB7是顯示器的位選信號輸出，PC0~PC4 5根線是鍵盤掃描輸入。8155芯片的IO/M引腳接8031芯片的P2。0，因為使用8155的I/O口故P2。0高電平。 8255芯片PA0~PA6接X向、Y向和Z向步進電機硬件環(huán)形分配器，為輸出，PB0~PB7為三個方向的點動及回零輸入，PC0~PC5為面板上的選擇開頭是輸入，設(shè)有編輯、單步運行、單段運行、自動、手動I、手動II等方式。 系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及I/O接口芯片的地址編碼如表4—19所示： X向，Y向步進電機硬件環(huán)形分配器采用YB015，3—2相通電五相十拍方式工作，故A0，A1引腳均接+5V，Z向步進電機配件環(huán)形分配采用YB014，是以2—3相通電四相八拍方式工作。A0、A1接高電平。三個芯片的選通輸出控制E0分別接8255的PA0、PA3、PA5，清零R接8255的PA1，正、反轉(zhuǎn)控制端分別接8255的PA2、PA4、PA6，時鐘輸入端CP接8155芯片的TIMROUT，用以決定脈沖分配器輸出脈沖分配器輸出脈沖的頻率。為實現(xiàn)插補時不同的進給速度，可給8155芯片的定時/計數(shù)器中設(shè)置不同的時間常數(shù)。 表5 芯 片 接74LS138引腳 地址選擇線 片內(nèi)地址單元（B） 地址編碼 2764（1） 000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H～1FFFH 2764 (2 ) 001xxxxxxxxxxxxx 8K 2000H～3FFFH 6264 010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H～5FFFH 8155 RAM 10011110xxxxxxxx 6 61009EFFH I/O 1001111111111xxx 6 9FF8H～9FFDH 8255 01011111111111xx 4 5FFCH～5FFFH 作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作，存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)，輸入輸出接口是系統(tǒng)與外界進行交換的 橋梁。總線則是CPU與存儲器，接口以及其它轉(zhuǎn)換的紐帶，是CPU與部分電路進行交換和通訊的必由之路。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖為： 圖4-1 4.2 單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計 1 向和X向進給伺服系統(tǒng)運動 2 鍵盤顯示 3 自動轉(zhuǎn)位刀架控制 4 螺紋加工控制 5 面板控制 6 行程控制 7其他功能 報警電路、急停電路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。 4.2.1 硬件電路的組成 采用MCS-5系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下： a) 采用8031作CPU b) 擴展了兩片2764芯片、一片6264芯片 c) 兩片8155可編程并行I/O接口。 d) CPU、存儲器及I/O接口 CPU采用8031芯片，選用6MHz晶體振蕩器。它的作為數(shù)據(jù)總線和地址共用。16位地址線由經(jīng)地址鎖存器74LS373提供8位地址，高8位地址由8031的口直接提供。ALE為地址鎖存允許。為低電平時選通外部存儲器（EPROM），相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（）上，輸入到口，8031將指令讀入。RESET為復(fù)位控制，當RESET輸入端出現(xiàn)高電平時，8031被初始化復(fù)位，在復(fù)位有效期向ALE、PSEN也輸出高電平。當RESET輸入端返回低電平后，CPU從O地址開始執(zhí)行程序。（故設(shè)計中一定有一片2764芯片連到74LS138的）設(shè)計中采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。另外，兩片8155的RESET也與8031的RESET管腳相連，它們可同時復(fù)位。 8031的是片內(nèi)的定時器/計數(shù)器溢出中斷申請，由主軸后面的光電編碼器輸入。當車床車螺紋時，主軸光電編碼器向8031發(fā)出進給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個零位螺紋信號，輸入8155(1)的，用以防止車螺紋亂扣。 8155(1)主要用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以及報警等。其中PA口為輸入口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運行、自動、手動I，手動和回零。PB口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動、暫停、單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當自動轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊，刀架電機停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號，開始執(zhí)行進給指令。接光電編碼器輸出的零位螺紋信號。PC口是輸出口，控制自動轉(zhuǎn)位刀架四個刀位的選刀。用于報警顯示，系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)報警功能。 8155(2)控制步進電機，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。其中為輸出口，用于控制Z向、X向步進電機運轉(zhuǎn)，Z向步進電機為五相，X向為三相。此系統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤顯示電路為46鍵和6位顯示器。作為鍵盤的6條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤輸入口。是6位數(shù)碼顯示器的位選信號，8031的口是數(shù)碼顯示器的段選信號。接越程限位控制電路，當床鞍或拖板在Z向或X向越程時，即向計算機輸入此信號，使進給系統(tǒng)停止。 表6 ：數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配 芯片 接74LS1 38引腳 地址選擇線 片內(nèi)地 址單元 地址編碼 2764(1) 000xxxxxxxxxxxxx 8K 0000H-1FFFH 2764(2) 001xxxxxxxxxxxxx 8K 2000H-3FFFH 6264 010xxxxxxxxxxxxx 8K 4000H-5FFFH 8155(1)I/O 0110000100000xxx 6 6100H-6105H 8155(2)I/O 1000000100000xxx 6 8100H-8105H 4.3 C6163經(jīng)濟型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計 直線圓弧插補程序設(shè)計 在電機設(shè)備中，執(zhí)行部件如果要實行平行斜線和圓弧曲線的路經(jīng)運動，必須通過兩個方向運動的合成來完成。在數(shù)控機床中，這是由X、Y兩個方向運動的工作臺，按照插補控制原理來實現(xiàn)的。 4.3.1 直線插補程序設(shè)計 (1) 逐點比較法 用逐點比較法進行直線插補計算，沒走一步，都需要以下四個步驟： 偏差判別：判別偏差Fm≧0或Fm≦0，從而啊決定哪個方向進給和采用哪個偏差計算公式。 坐標進給：根據(jù)直線所在象限及偏差符號，決定沿+X、+Y、-X、-Y的哪個方向進給。 偏差計算：進給每一步，計算新的加工偏差。 終點判別：進給每一步后，終點計數(shù)器減1，若為0，表示到達終點停止插補不為0，則返回到第一步繼續(xù)插補。終點計算判別可用兩個方向的坐標植來判別，也可以由一個方向的坐標植來判別。當Xe﹥Ye，可用X方向的總步數(shù)Xe作為終點判別的依據(jù)，如動點X等于終點Xe則停止。當Xe

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