C6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

摘要 I C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 20080310010143 學(xué)生姓名 宮鳳麗 指導(dǎo)教師 任繼文 摘 要 中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó) 但其裝備水平落后 特別是一些老的機(jī)械 制造廠大多還是比較舊的機(jī)床 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求 中國(guó)又是發(fā)展中國(guó) 家 在經(jīng)濟(jì)緊張的情況下 如何提高裝備精度及自動(dòng)化程度具有重要的現(xiàn)實(shí)意 義 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合我國(guó)國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際 在滿足系統(tǒng)基本功能 的前提下所提出的 性價(jià)比適中是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床最主要的特點(diǎn) 矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪 廡賴 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制 實(shí)現(xiàn)了車床自動(dòng)化 提高了加工精度 并且成本較 低 C6140 普通車床的數(shù)控化改造控制部分的設(shè)計(jì)主要包括主傳動(dòng)部分的改造 設(shè)計(jì)和伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和部分軟件 的設(shè)計(jì) 改造后的機(jī)床主運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)變速 縱向 橫向進(jìn)給系統(tǒng)能夠?qū)?現(xiàn)數(shù)控控制 其中縱向精度為 0 01mm 脈沖 橫向精度為 0 005mm 脈沖 并且 能夠利用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀及自動(dòng)切削螺紋等功能 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴 凈 關(guān)鍵詞 臥式車床 數(shù)控化改造 控制系統(tǒng) 單片機(jī) Abstract II The numerical control transformation of the C6140 horizontal lathe殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟 ABSTRACT China is a traditional machinery manufacturing country but its level of equipment is backward especially some old mechanical manufacture factories are equipped with the older machines can not meet the processing requirements China is a developing country in a tight economy circumstances how to improve the accuracy of equipment and degree of automation has important practical significance Economic type CNC machine tool system is combined with China s national conditions and the actual production to meet the basic functions of the system under the premise of the proposed Price moderate economic type CNC machine tools is the most important features 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐 This design uses a single chip control realizes the automatic lathe the processing precision is improved and the cost is relatively low C6140general transformation of CNC lathe control section design mainly includes the main transmission part of the transformation design and servo system design Through the control system hardware circuit design and software design after the transformation of the main motor to realize the automatic transmission longitudinal transverse feeding system can realize the control in which the longitudinal accuracy for 0 01mm pulse horizontal accuracy for 0 005mm pulse and can use the automatic knife rest to realize the automatic tool change and automatic cutting thread function 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡 Key Words Horizontal lathes Numerical control transformation Control system SCM Single Chip Microcomputer 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔 目錄 摘 要 I廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷 ABSTRACT II煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚 目錄 III鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴 第一章 緒 論 1籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng) 1 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴 1 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 2滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦 1 3 總體設(shè)計(jì)方案 3鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡 第二章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 5擁締鳳襪備訊顎輪爛薔 2 1 確定控制系統(tǒng)方案 5贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷 2 2 電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚 2 3 四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 18蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅 2 4 電源設(shè)計(jì)與選擇 19買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄 2 5 本章小結(jié) 20綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 21驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦 3 1 存儲(chǔ)器與 I O 芯片地址分配 21貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡 3 2 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 21鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔 3 3 8255 芯片初始化子程序 22構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖 3 4 8279 芯片初始化子程序 22輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩 目錄 3 5 8279 控制 LED 顯示子程序 23堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅 3 6 8279 管理鍵盤子程序 25識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒 3 7 D A 電路輸出模擬電壓程序 25凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴 3 8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制程序 26恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦 3 9 主軸 卡盤與冷卻泵的控制程序 26鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù) 3 10 插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 27碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞 3 11 本章小結(jié) 28閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖 結(jié) 論 28氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩 參考文獻(xiàn) 29釷鵒資贏車贖孫滅獅贅 致謝 30慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長(zhǎng)涼 附錄 A 外文翻譯 原文部分 31諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類 附錄 B 外文翻譯 譯文部分 44嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 1 第一章 緒 論 隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展 對(duì)很多零部件的精度要求越來(lái)越高 許多零件用 普通車床很難加工 要求用數(shù)控機(jī)床加工 這就需要大量經(jīng)費(fèi) 對(duì)老設(shè)備進(jìn)行 改造是一條投資少見效快的途徑 有許多工廠有 C6140 車床 但無(wú)法完成精度 高的工件加工 因此需對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù) 發(fā)達(dá)國(guó)家重視裝備制造業(yè)的發(fā)展 不僅在于其在本國(guó)工業(yè)中出口 積累 就業(yè) 貢獻(xiàn)均占前列 更在于裝備制造業(yè)為新技術(shù) 新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供 重要的物質(zhì)技術(shù) 是經(jīng)濟(jì)高級(jí)化不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè) 即使是邁進(jìn) 信息化 社會(huì) 的工業(yè)化國(guó)家 也無(wú)不高度重視機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展 先進(jìn)的裝備制造業(yè) 是高新技術(shù)的重要組成部分 是促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)和發(fā)展的重要依托 進(jìn) 入 90 年代 隨著信息裝備技術(shù) 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù) 數(shù)控加工技術(shù) 機(jī)器人技術(shù) 先進(jìn)的發(fā)電和輸配電技術(shù) 電力電子技術(shù) 新型材料技術(shù)和新型生物 環(huán)保裝 備技術(shù)等當(dāng)代高新技術(shù)成果的應(yīng)用 使機(jī)械產(chǎn)品不斷高技術(shù)化 其高新技術(shù)含 量己成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)取勝的關(guān)鍵 為適應(yīng)市場(chǎng)需求的不確定性和個(gè)性化的用戶要 求 先進(jìn)的制造企業(yè)不斷吸收各種高新技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)等信息 并將其綜 合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì) 生產(chǎn) 管理 銷售 使用 服務(wù)乃至回收的全過(guò)程 以實(shí) 現(xiàn)優(yōu)質(zhì) 高效 低耗 清潔 靈敏及柔性化生產(chǎn) 一方面規(guī)模化生產(chǎn)使得壟斷 性跨國(guó)公司的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)主導(dǎo)作用日益增強(qiáng) 例如在汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域 目前 年產(chǎn)超過(guò) 400 萬(wàn)輛的企業(yè)集團(tuán)大概有 6 家 產(chǎn)量占世界汽車產(chǎn)量的 80 以上 在 電力設(shè)備領(lǐng)域 世界前三大公司控制了全球大型電力設(shè)備市場(chǎng)的 70 另一方 面各大跨國(guó)公司在不斷聯(lián)合重組 擴(kuò)張競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的同時(shí) 紛紛收縮戰(zhàn)線 剝離 非主營(yíng)業(yè)務(wù) 以精干主業(yè) 提高系統(tǒng)成套能力和個(gè)性化 多樣化市場(chǎng)適應(yīng)能力 作為規(guī)?；a(chǎn)的前提和條件 生產(chǎn)高水平零部件和配套產(chǎn)品的 中場(chǎng)產(chǎn)業(yè) 快速發(fā)展 社會(huì)化生產(chǎn)服務(wù)體系不斷完善 產(chǎn)業(yè)的國(guó)際化步伐不斷加快 鶼漬螻 偉閱劍鯫腎邏蘞 1 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 早期的數(shù)控系統(tǒng)采用穿孔紙帶傳送加工程序 由專用數(shù)控裝置讀入加工代 碼 進(jìn)行識(shí)別 儲(chǔ)存和計(jì)算 輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng) 70 年代中 期小型計(jì)算機(jī)出現(xiàn) 由于其較低的價(jià)格 高超的數(shù)據(jù)處理和輸入輸出功能 使 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 2 它迅速應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)中 出現(xiàn)所謂計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 和直接數(shù)控 DNC 系統(tǒng) 九十年代以來(lái) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異 通用計(jì)算機(jī)從 8 位 4 機(jī) 已發(fā)展到奔騰時(shí)代 其速度和功能已比當(dāng)年的 8 位機(jī)快了幾百倍 使 7 得在通用微機(jī)上以軟件方式可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能 數(shù)控技術(shù)發(fā)生了深刻變化 PC 機(jī)上的豐富軟件資源 友好的人機(jī)界面 是其它數(shù)控系統(tǒng)所無(wú)法比擬的 基 于微機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)已成為世界數(shù)控技術(shù)的發(fā)展潮流 以 PC 機(jī)為平臺(tái)的數(shù) 控技術(shù)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大 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(diǎn) 更多的數(shù)控 系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路 至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī) 來(lái)處理人機(jī)界 面 編程 聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題 由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù) PC 機(jī)所具有的友 好的人機(jī)界面 將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng) 遠(yuǎn)程通訊 遠(yuǎn)程診斷和維修將更加 普遍 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要 隨著人工智能在計(jì)算 8 機(jī)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 數(shù)控系統(tǒng)能檢 測(cè)過(guò)程中一些重要信息 并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù) 達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 的目的 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn) 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(kù)為支撐 建立具有人工智能的專家系統(tǒng) 引入故障診斷專家 系統(tǒng) 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載 而自動(dòng)調(diào)整參數(shù) 使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖 3 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快 數(shù)控機(jī)床朝著高性 能 高精度 高速度 高柔性化和模塊化方向發(fā)展 但最主要的發(fā)展趨勢(shì)就是 采用 PC 運(yùn)動(dòng)控制器 的開放式數(shù)控系統(tǒng) 它不僅具有信息處理能力強(qiáng) 開 放程度高 運(yùn)動(dòng)軌跡控制精確 通用性好等特點(diǎn) 而且還從很大程度上提高了 現(xiàn)有加工制造的精度 柔性和應(yīng)付市場(chǎng)需求的能力 美國(guó)將其稱為新一代的工 業(yè)控制器 日本稱其將帶來(lái)第三次工業(yè)革命 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧 10 1 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是研究設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的控制部分 采用單片機(jī)或微機(jī)對(duì)進(jìn)給 伺服步進(jìn)電機(jī)及主軸電機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制 要求設(shè)計(jì)出硬件電路 包括 光電隔 離 環(huán)形分配器 驅(qū)動(dòng)放大電路 PWN 調(diào)速電路等 并設(shè)計(jì)相關(guān)的程序 軟件 包括 總體控制中斷程序 輸入輸出程序 鍵盤輸入 顯示器輸出 插補(bǔ)程 序 環(huán)形分配程序等 其主要技術(shù)指標(biāo)如下 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 1 床身最大加工直徑 400mm 最大加工長(zhǎng)度 1000mm 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 3 2 X 方向 橫向 的脈沖當(dāng)量 x 0 005mm 脈沖 Z 方向 縱向 的脈沖當(dāng) 量 z 0 005mm 脈沖 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼 3 X 方向最快移動(dòng)速度 xmax 3000mm min Z 方向最快移動(dòng)速度 zmax 6000mm min 擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類 4 X 方向最快工進(jìn)速度 xmaxf 400mm min Z 方向最快移動(dòng)速度 zmax f 800mm min 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈 5 X 方向定位精度 0 01mm Z 方向定位精度 0 02mm 6 可以車削柱面 平面 錐面與球面等 7 安裝螺紋編碼器 可以車削米 英制的直螺紋與錐螺紋 最大導(dǎo)程為 24mm 8 安裝四工位立式電動(dòng)刀架 系統(tǒng)控制自動(dòng)選刀 9 自動(dòng)控制主軸的正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)與停止 并可輸出主軸有極變速與無(wú)極變速信 號(hào) 10 自動(dòng)控制冷卻泵的起 停 11 安裝電動(dòng)卡盤 系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開 12 縱 橫向安裝限位開關(guān) 13 數(shù)控系統(tǒng)可與 PC 機(jī)串行通信 14 顯示界面采用 LED 數(shù)碼管 編程采用 ISO 數(shù)控代碼 1 3 總體設(shè)計(jì)方案 對(duì)臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造 主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改成用微機(jī)控 制的 能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 將手動(dòng)刀架換成能自動(dòng)換刀的電動(dòng)刀架 這樣 利用數(shù)控裝置 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工 由于 加工過(guò)程中的切削參數(shù) 切削次序和刀具都可按程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換 再 加上縱 橫向的聯(lián)動(dòng)進(jìn)給功能 所以 改造后的車床就可以加工出各種形狀復(fù) 雜的回轉(zhuǎn)零件 并能實(shí)現(xiàn)多工序集中車削 從而提高生產(chǎn)效率和加工精度 塤礙 籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù) 總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型 數(shù)控系 統(tǒng) CPU 的選擇 以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等 1 普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位 兩坐標(biāo)直線插補(bǔ) 圓弧插 補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能 因此 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型 2 普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 在保證一定加工精度 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 4 的前提下 應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 降低成本 因此 進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)的 開環(huán)控制系統(tǒng) 3 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中的最大加工尺寸 最高控制速度 以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng) 濟(jì)性要求 決定選用 MCS 51 系列的 8 位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的 CPU MCS 51 系 列 8 位機(jī)具有功能多 速度快 抗干擾能力強(qiáng) 性 價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn) 4 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求 需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器 鍵盤與顯示電路 I O 接口電路 D A 轉(zhuǎn)換電路 串行接口電路等 還要選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源以及主軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器等 5 為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)中的速度和精度要求 縱 橫向的進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用 摩擦力小 傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副 為了消除傳動(dòng)間隙提高傳動(dòng)剛度 滾珠絲杠的螺母應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)等 6 計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 為了圓整脈沖當(dāng)量 可能需 要減速輪副 且 應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu) 7 選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡盤 選擇螺紋編碼器等 裊樣祕(mì)廬廂顫 諺鍘羋藺 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 第二章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中廣泛采用 Intel 公司的 MCS 51 系列單片機(jī) ATMEL 是著名的半導(dǎo)體公司 它以 51 系列內(nèi)核開發(fā)出許多具有特色的 MCS 51 系列兼容微控制器 并改善了 51 系列許多特性 例如 提高了速度 降低 了時(shí)鐘頻率 加寬了電壓范圍 降低了產(chǎn)品價(jià)格 因此選用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)作 CPU 本章介紹用 MCS 51 系列單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)內(nèi)容 方法及電路控制 倉(cāng)嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁 根據(jù)任務(wù)書的要求 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路時(shí)主要考慮以下功能 1 接收鍵盤數(shù)據(jù) 控制 LED 顯示 2 接收操作面板的開關(guān)與按鈕信號(hào) 3 接收車床限位開關(guān)信號(hào) 4 接收螺紋編碼器信號(hào) 5 接收電動(dòng)卡盤夾緊信號(hào)與電動(dòng)刀架刀位信號(hào) 6 控制 X Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器 7 控制主軸的正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)與停止 8 控制多速電動(dòng)機(jī) 實(shí)現(xiàn)主軸有級(jí)變速 9 控制交流變頻器 實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速 10 控制冷卻泵啟動(dòng) 停止 11 控制電動(dòng)卡盤的夾緊與松開 12 控制電動(dòng)刀架的自動(dòng)選刀 13 與 PC 機(jī)的串行通信 綻萬(wàn)璉轆娛閬蟶鬮綰瀧 2 1 確定控制系統(tǒng)方案 控制系統(tǒng)有微機(jī)的 有 PLC 的 也有單片機(jī)的 這里采用的是開環(huán)控制系 統(tǒng) 可以選擇經(jīng)濟(jì)型的單片機(jī)控制系統(tǒng) 另外 既然要控制 就得有輸入和輸 出設(shè)備才能對(duì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制 其控制系統(tǒng)框圖如圖 2 1 所示 驍顧燁鶚巰瀆 蕪領(lǐng)鱺賻 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 6 圖圖 2 1 控制系統(tǒng)原理框圖控制系統(tǒng)原理框圖 2 2 電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 2 1 CPU 和存儲(chǔ)器連接電路 CPU 選用 ATMEL 公司的 8 位單片機(jī) AT89S52 由于 AT89S52 本身資源有限 片 內(nèi)僅含 4KB 的 EEPROM 所以擴(kuò)展了一片 EPROM 芯片 W27C512 用作程序存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)底層程序 擴(kuò)展了一片 SRAM 芯片 6264 用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存放用戶程 序 鍵盤與 LED 顯示采用 8279 來(lái)管理 輸入 輸出口的擴(kuò)展選用了并行接口 8255 芯片 一些進(jìn) 出的信號(hào)均做了隔離放大 模擬電壓的輸出借助于 DAC0832 與 PC 機(jī)的串行通信經(jīng)過(guò) MAX233 芯片 其芯片連接電路如圖 2 2 瑣釙 濺曖惲錕縞馭篩涼 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 圖圖 2 2 AT89S52 與存儲(chǔ)器電路與存儲(chǔ)器電路 AT89S52 芯片的 P0 和 P2 用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù) P2 口傳送的 高 8 位地址 P0 口傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù) 故要采用 74LS373 地址鎖存器 鎖 存低 8 位地址 ALE 作為其選通信號(hào) 當(dāng) ALE 為高電平 鎖存器的輸入和輸 出透明 即輸入的低 8 位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn) 此時(shí)不需鎖存 當(dāng) ALE 從 高電平變低電平 出現(xiàn)下降沿時(shí) 低 8 位地址鎖存入地址鎖存器中 74LS373 的輸出不再隨輸入變化 這樣 P0 口就可用來(lái)傳送讀寫的數(shù)據(jù)了 AT89S52 芯 片的 P2 口和 74LS373 送出的 P0 口共組成 16 位地址 6264 是 8KB 的芯片 需 要 13 根地址線 W27C512 是 64KB 的芯片 需要 16 根地址線 系統(tǒng)采用完全 譯碼的方法 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存數(shù)據(jù) 6264 時(shí) A0 A7 低 8 位接 74LS373 芯片的輸出 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 8 A8 A12 接 AT89S52 芯片的 P2 0 P2 4 6264 芯片片信號(hào) Error 1用 CPU 的高位地 址線 A15 A14 A13 經(jīng) 74LS138 的輸出 Y0 來(lái)選通 算得 6264 的地址范圍是 1000H 1FFFH 擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器時(shí) A0 A7 低 8 位接 74LS373 芯片的輸出 A8 A15 接 AT89S52 芯片的 P2 0 P2 7 W27C512 芯片片選信號(hào)Error Error 接低 電平 芯片始終處于工作狀態(tài) 由于使用了單片機(jī)自帶的 4KB 的 EEPROM 所以 AT89S52 芯片的 Error A 接高電平 系統(tǒng)復(fù)位以后片外擴(kuò)展的 EEPROM 地址從 1000H 開始執(zhí)行 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編 址 即允許地址重疊 AT89S52 芯片控制信號(hào)Error 接 W27C512 的Error 引 腳 讀寫控制信號(hào)Error 和Error 分別接 6264 芯片的Error 和Error 以實(shí)現(xiàn) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫 鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類 2 2 2 掉電保護(hù)電路 6264 具有兩個(gè)片選引腳 其中 CE1 為低電平有效 CE2 為高電平有效 CE1 用 CPU 的高位地址線 A15 A14 A13 經(jīng) 74LS138 的輸出 Y0 來(lái)選通 CE2 由比較器 LM393 的輸出經(jīng)兩次反相后提供 當(dāng)系統(tǒng)處于上電或斷電的過(guò)程中 系統(tǒng)的工 作電壓低于 5V LM393 比較器輸出低電平 經(jīng)兩次反相后 送到 6264 的 CE2 也是低電平 于是禁止對(duì) 6264 進(jìn)行讀 寫 當(dāng)系統(tǒng)的工作電壓 5V 穩(wěn)定后 LM393 輸出高電平 6264 的第二片選 CE2 也變成高電平 如果此時(shí)第一片選 CE1 為低電平 那么 CPU 就能對(duì) 6264 進(jìn)行讀 寫操作了 圖 2 3 為 6264 的掉電 保護(hù)電路 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 9 櫛緶歐 鋤棗鈕種鵑瑤錟 圖圖 2 32 3 62646264 的掉電保護(hù)電路的掉電保護(hù)電路 2 2 3 I O 接口電路 由于 AT89S52 只有 P1和 P3口部分能提供用戶作為 I O 口使用 不能滿足輸 入口的需要 因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路 系統(tǒng)的擴(kuò)展采用了一片 8255 可編程 I O 接口芯片 8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程輸入 輸出接口芯 片 它具有 A B C 三個(gè) 8 位的并行 I O 口 可選擇三種工作方式 工作方式 0 為基本的輸入輸出 方式 1 為選通輸入輸出 方式 2 為雙向傳送 8255A 還 能對(duì) C 端口的任一位進(jìn)行置位 復(fù)位操作 其 I O 接口連接電路如圖 2 4 所示 轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng) 8255 的片選信號(hào) Error S 接 74LS138 的 Error 1 74LS138 譯碼器有三個(gè) 輸入端 A B C 分別接到 AT89S52 的 P2 5 P2 6 P2 7 輸出 Error 0 Error 78 輸 出 低電平有效 Error 0 Error 7對(duì)應(yīng)輸入 A B C 的 000 至 111 的 8 種組合 其中 Error 0對(duì)應(yīng) A B C 為 000 Error 7對(duì)應(yīng) A B C 為 111 74LS138 還 有三個(gè)使能端 其中 2 個(gè) Error 2Error 和 Error 2Error 為低電平使能 另 一個(gè) G1為高電平使能 只有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí) 輸出才能產(chǎn)生 否 側(cè)輸出處于高電平無(wú)效狀態(tài) 所以把 Error 2Error 和 Error 2Error 接低電平 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 10 把 G1接高電平 5V 峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺 圖圖 2 4 I O 接口電路接口電路 2 2 4 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路 通常在經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)機(jī)床中 大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制 步進(jìn)電機(jī)是一 種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制 并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī) 其 角位移量與電脈沖數(shù)成正比 其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比 通過(guò)改變脈沖頻率 就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 環(huán)形分配器是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成 部分 通常分為硬件環(huán)分和軟件環(huán)分兩種 硬件環(huán)分由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成 一 般放在驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部 其優(yōu)點(diǎn)是分配脈沖速度快 不占用 CPU 的時(shí)間 本設(shè)計(jì) 中我們采用硬件環(huán)分 由于本設(shè)計(jì)中我們選用的 X 向和 Z 向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào) 分別為 110BYG5802 和 130BYG5501 這兩種電動(dòng)機(jī)均為 5 相混合式 所以我 們選用控制該步進(jìn)電機(jī)的專用芯片 PMM8714 采用硬件環(huán)分時(shí) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 通電節(jié)拍由硬件電路來(lái)決定 控制器與硬件環(huán)分電路的連接只需兩根信號(hào)線 一根方向線 一根脈沖線 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定功率 需要有 足夠的功率提供給電動(dòng)機(jī) 因此需要有功率放大環(huán)節(jié) 脈沖分配器及前面的微 機(jī)及接口芯片 工作電壓一般為 5V 而作為電機(jī)電源要符合步進(jìn)電機(jī)要求的額 定電壓值 為了避免強(qiáng)電對(duì)弱電的干擾 在它們之間應(yīng)采用隔離電路 硬件環(huán) 分的脈沖分配如圖 2 5 詩(shī)叁撻訥燼憂毀厲鋨驁 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 11 控制器功率驅(qū)動(dòng) 放大電路 步進(jìn)電 動(dòng)機(jī) 硬件環(huán)分 電路 隔離放大 電路 圖圖 2 52 5 硬件環(huán)分的脈沖分配硬件環(huán)分的脈沖分配 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 本設(shè)計(jì)中 X 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 110BYG5802 Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 130BYG5501 生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司 這兩種電動(dòng)機(jī)除了外形尺寸 步 距角和輸出轉(zhuǎn)矩不同外 電氣參數(shù)基本相同 均為 5 相混合式 5 線輸出 電 機(jī)供電電壓 DC120 310V 電流 5A 這樣 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源可用同一型 號(hào) 在此 根據(jù) 1 表 4 14 選擇合肥科林?jǐn)?shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五相 混合式調(diào)頻調(diào)壓型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 型號(hào)為 BD5A 它與控制系統(tǒng)的連接如圖 2 6 所 示 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧 表表 4 144 14 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)參數(shù)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)參數(shù) 型號(hào)相 數(shù) 輸入電 壓 相電 流 分配方式適用電動(dòng)機(jī) BD28 Nb 220 100V AC 2 4A 二相八拍90BYG2502 90BYG2602 等 BD28 Nc 2110 220V AC 4 6 8A 二相八拍 110BYG2502 110BYG2602 130B YG2502 等 BD28 Fb 220 100V AC 2 4A 90BYG2502 90BYG2602 等 BD28 Fc 2110 220V AC 3 4 6 8A 110BYG2502 110BYG2602 130B YG2502 等 BD3A3220V AC 3 5 7A 1 2 4 5 8 10 2 0 40 細(xì)分 110BYG3502 130BYG3502 等 BD5A5220V 4 6 8A 五相十拍 二十110BYG5802 130BYG5501 等 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 12 AC 拍 圖圖 2 62 6 BD5ABD5A 驅(qū)動(dòng)器與控制系統(tǒng)的連接驅(qū)動(dòng)器與控制系統(tǒng)的連接 2 光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中 脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后 控制步進(jìn)電機(jī) 的勵(lì)磁繞組 由于步進(jìn)電機(jī)需要驅(qū)動(dòng)的電壓較高 電流較大 如果將 I O 口輸 出信號(hào)直接與功率放大器相連 將會(huì)引起強(qiáng)電干擾 輕則會(huì)引起計(jì)算機(jī)的正常 運(yùn)行 重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)接口電路損壞 所以一般在接口電路與功率放大器之間 都要加上隔離電路 實(shí)現(xiàn)電氣隔離 通常使用最多的是光耦合器 光耦合器是 以光為媒介傳輸信號(hào)的器件 其輸入端配置發(fā)光源 輸出端配置受光器 因而 輸入和輸出在電氣上是完全隔離的 其光電隔離輸入電路如圖 2 7 脹鏝彈奧秘孫戶 孿釔賻 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 圖圖 2 7 光電隔離輸入電路光電隔離輸入電路 3 功率放大電路 脈沖分配器的輸出的功率太小 遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的要求 必須將它放 大 以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn) 其功率放大電路如圖 2 8 鰓 躋峽禱紉誦幫廢掃減 圖圖 2 8 功率放大電路功率放大電路 2 2 5 開關(guān)量輸出通道電路 在機(jī)電控制系統(tǒng)中 對(duì)被控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制常采用模擬量和開關(guān)量 數(shù)字 量 輸出兩種方式 模擬量輸出的方法 由于受模擬器件的漂移影響 很難達(dá) 到較高的控制精度 開關(guān)量輸出的控制精度要比一般的模擬量控制高很多 而 且在改變控制算法時(shí) 無(wú)須改動(dòng)硬件 只要改動(dòng)程序即可滿足要求 在開關(guān)量 輸出通道中 為了防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過(guò)輸出通道竄入測(cè)控系統(tǒng) 必須采用隔離技術(shù) 在輸出通道的隔離中采用光電隔離技術(shù) 稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶 機(jī)電控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸出信號(hào) 通常是由 I O 接口芯片給出的低壓直流 信號(hào) 這種信號(hào)一般不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè) 需要經(jīng)過(guò)接口電路的轉(zhuǎn)換處理 開關(guān) 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 14 量的輸出控制采用專門的驅(qū)動(dòng)芯片 MC1413 ULN2003 可編程接口芯片 8255 從 PA 引腳送出的低電平信號(hào) 經(jīng)光電隔離后輸出高電平 再由 MC1413 反相 輸出低電平送給直流繼電器 而直流繼電器的另一端的是 12V 電源 于是 繼 電器線圈得電 常開觸點(diǎn)閉合 完成指定的控制動(dòng)作 該直流繼電器可當(dāng)作中 間繼電器 利用中間繼電器的觸點(diǎn)來(lái)控制交流繼電器線圈的得電與失電 如機(jī) 床主電動(dòng)機(jī)的起 停等 完成從低壓直流到高壓交流的過(guò)渡控制 接口電路如 圖 2 9 繼電器 接觸器控制電路 陽(yáng)簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟 圖圖 2 9 繼電器繼電器 接觸器控制電路接觸器控制電路 2 2 6 D A 轉(zhuǎn)換接口電路 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過(guò)程稱為數(shù)模 D A 轉(zhuǎn)換 完成這一轉(zhuǎn)換的器件 稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC 其轉(zhuǎn)換框圖如下 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng) 微型計(jì)算 機(jī) I O 接口DAC功放執(zhí)行 件 控制對(duì) 象 圖圖 2 102 10 D AD A 的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)中的 D A 轉(zhuǎn)換器選擇 DAC0832 它是一種具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8 位 DAC 它能直接與單片機(jī)相連 其主要特性如下 分辨力為 8 位 電流穩(wěn)定 時(shí)間 1us 可單緩沖 雙緩沖或直接數(shù)字輸入 只需在滿量程下調(diào)整其線性度 單一電源供電 5V 15V 內(nèi)部沒有參考電壓 需要外接 為電流輸出型轉(zhuǎn) 換器 要獲得模擬電壓輸出時(shí) 需要外加轉(zhuǎn)換電路 DAC0832 與 CPU 有三種基 本的接口方法 直通方式 單緩沖方式和雙緩沖同步方式 本系統(tǒng)只有一路 D A 轉(zhuǎn)換 所以我們采用單緩沖的方式連接 芯片的供電電壓為 12V 參考電 壓取 10V 模擬地與數(shù)字地相連 ILE 引腳接高電平 WR1 WR2 兩腳并接 CPU 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 的 WR 端 當(dāng) CPU 對(duì)外部端口執(zhí)行寫指令時(shí) WR 低電平有效 0 同時(shí)選中 WR1 WR2 XFER CS 兩腳并接某一譯碼器的輸出 輸出為低電平時(shí) 同時(shí)選 中 XFER 和 CS DAC0832 的電流輸出腳接至運(yùn)算放大器 741 的兩個(gè)輸入端 741 的工作電壓需要兩組 一組為 12V 另一組為 12V DAC0832 輸出的電流 經(jīng) 741 放大后轉(zhuǎn)變成電壓 Vout 直接送往交流變頻器 F1000 G 實(shí)現(xiàn)交流異步 電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速 其連接電路如圖 2 11 鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺 圖圖 2 11 D AD A 轉(zhuǎn)換接口電路轉(zhuǎn)換接口電路 2 2 7 鍵盤與 LED 顯示電路的設(shè)計(jì) 鍵盤與顯示器是機(jī)電一體化系統(tǒng)中典型的人 機(jī)接口 通過(guò)鍵盤 操作者可 向控制系統(tǒng)發(fā)出指令或輸入數(shù)據(jù) 系統(tǒng)的各種信息又可通過(guò)顯示設(shè)備反饋給操 作者 鍵盤與顯示器是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換的關(guān)鍵部件 鍵盤有獨(dú)立式和矩陣式兩種 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 16 顯示器主要有 LED LCD 和 CRT 等 本設(shè)計(jì)我們采用矩陣式鍵盤和 LED 顯示 器 本設(shè)計(jì)中我們要設(shè)計(jì)的車床數(shù)控布置如圖 2 12 懨俠劑鈍觸樂(lè)鷴燼觶騮 2 12 車床數(shù)控系統(tǒng)操作面板布置圖車床數(shù)控系統(tǒng)操作面板布置圖 1 利用 8279 芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示器的接口電路 8279 是一種通用的可編程鍵盤 顯示器接口芯片 它能完成鍵盤輸入和顯 示控制兩種功能 鍵盤部分提供掃描工作方式 可與 64 個(gè)按鍵的矩陣鍵盤進(jìn)行 連接 能對(duì)鍵盤實(shí)行不間斷的自動(dòng)掃描 自動(dòng)消除抖動(dòng) 自動(dòng)識(shí)別按鍵并給出 鍵值 顯示部分為發(fā)光二極管 熒光管等顯示器件 提供了按掃描工作方式的 接口電路 它為顯示器提供多路復(fù)用信號(hào) 可顯示多達(dá) 16 位的字符 圖 2 13 為 8279 的引腳功能 謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別瀘 圖圖 2 13 8279 的引腳功能的引腳功能 2 8279 的鍵盤管理 SL3 SL0 有采用譯碼掃描和編碼掃描兩種 由于本設(shè)計(jì)需要的鍵較多 所 以我們采用編碼掃描 將 8279 的 SL0 SL2 三根掃描線送給 74LS138 譯碼器的 A B C 得到 8 根行掃描線 組成矩陣鍵盤時(shí)采用了 7 根 列回饋線不必?cái)U(kuò) 展 直接使用 8279 的 RL7 RL0 中的 6 根 但是要接上上拉電阻 組成的鍵盤 為 7 6 矩陣 共有 42 個(gè)按鍵 鍵值的計(jì)算如下 咼鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0瑩 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減 CNTLSHIFTNNNKKK 其中 CNTL SHIFT 0 已接地 NNN 表示行的位置 它的值等于 74LS138 輸出 Yi 0 時(shí)的標(biāo)號(hào) i 寫成二進(jìn)制 KKK 表示列的位置 它的值等于 RLj 0 時(shí)的標(biāo)號(hào) j 即 KKK j 寫成二進(jìn)制 例如圖 2 13 所示 8279 掃描線編碼掃描 管理鍵盤電路中的鍵 S32 其鍵值由 KY3 與 RL4 組合而得 i 011 j 100 麩 肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0納 疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟 00011100 在車床數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)板電原理圖中 8279 的 IRQ 經(jīng)反相后送給 8031 單片機(jī)的 中斷腳 矩陣鍵盤一旦有鍵按下 便向 CPU 申請(qǐng)中斷 風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟 圖圖 2 14 8279 掃描線編碼掃描管理鍵盤電路掃描線編碼掃描管理鍵盤電路 3 8279 的顯示管理 8279 可用來(lái)管理 16 位 8 段的 LED 它的內(nèi)部有專門用于存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)的 RAM 區(qū) 共有 16 個(gè)字節(jié) 地址從 00H 到 0FH 由于本設(shè)計(jì)采用的是編碼掃描工 作方式 掃描輸出線 SL3 SL0 經(jīng)過(guò)譯碼后 可以選擇 16 個(gè) LED 數(shù)碼管 這 16 個(gè)數(shù)碼管顯示的字符 分別對(duì)應(yīng) 8279 顯示 RAM 區(qū)的 00H 0FH 中的內(nèi)容 本設(shè)計(jì) 的顯示器由一個(gè) 16 段的 LED 和 7 個(gè) 8 段的 LED 數(shù)碼管組成 8279 的顯示數(shù)據(jù) 輸出線 OUTA3 OUTA0 OUTB3 OUTB0 上 并接了兩路 8 位數(shù)據(jù)鎖存器 74LS373 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 18 因?yàn)?74LS373 的驅(qū)動(dòng)能力不足 所以在 LED 數(shù)碼管之前加上了兩片 74LS240 進(jìn) 行驅(qū)動(dòng) 8279 的掃描線 SL0 控制了兩片 74LS373 的觸發(fā)端 LE 掃描線 SL1 SL3 接譯碼器 74LS138 的輸出端 譯碼后的輸出 Y0 Y4 作為數(shù)碼管 com 端的選擇線 如車床數(shù)控系統(tǒng)鍵盤與 LED 顯示電原理圖所示 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹 第一個(gè)數(shù)碼管 16 段 由片選線 Y0 來(lái)選擇 中間的六個(gè)數(shù)碼管 每?jī)蓚€(gè)共用 一根片選線 Y1 Y3 最后一個(gè)數(shù)碼管由 Y4 來(lái)選擇 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮 2 2 8 急停電路 為了防止工作臺(tái)越界 分別在極限位置安裝限位開關(guān) 如果是兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) 的數(shù)控系統(tǒng) 則有四個(gè)方向可能越界 即 X X Z Z 一旦某一方向 越界 應(yīng)立即停止工作臺(tái)移動(dòng) 這里采用中斷方式 利用 AT89S52 的外部中斷 Error 0 只有任何一個(gè)行程開關(guān)閉合 即工作臺(tái)在某一個(gè)方向越界 均能產(chǎn)生 中斷信號(hào) Error 0 為了防止這種情況 設(shè)置有急停按鈕 其越界電路如 2 14 攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘 圖圖 2 15 急停電路急停電路 2 3 四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求 數(shù)控車床上安裝四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 如圖 2 11 刀架的轉(zhuǎn)位過(guò)程如下 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào) 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 上刀體 上刀體 上升并轉(zhuǎn)位 轉(zhuǎn)到需要刀位時(shí) 霍爾開關(guān)發(fā)出信號(hào) 刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 檢查刀架有 沒有鎖緊 刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 換刀結(jié)束 趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺 其中 刀架的刀位信號(hào) 由刀架定軸上端發(fā)信盤上的 4 個(gè)霍爾開關(guān)和一塊永 久磁鐵檢測(cè)獲得 4 個(gè)霍爾開關(guān)安裝在一個(gè)塑料盤的四周 代表 4 工位刀架的 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 4 個(gè)刀位 當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)時(shí) 帶動(dòng)磁鐵一同旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)到什么位置需要停止 可 通過(guò)霍爾開關(guān)的輸出信號(hào)來(lái)檢測(cè) 如圖 2 16 發(fā)信盤上的 4 只霍爾開關(guān)型號(hào)為 UGN3120U 它有 3 個(gè)引腳 第 1 引腳接 12V 電源 第 2 引腳接 12V 地 第 3 腳 為輸出 當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開關(guān)時(shí) 其輸出端第 3 腳送出低電平 當(dāng)磁鐵 離開時(shí) 送出高電平 4 只霍爾開關(guān)輸出的刀位信號(hào) T1 T4 分別送到光電隔離 電路進(jìn)行處理 光耦合器的輸出再送給 I O 接口芯片 8255 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減 圖圖 2 16 刀架發(fā)信盤刀架發(fā)信盤 2 4 電源設(shè)計(jì)與選擇 在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中 經(jīng)常要用到小功率的集成穩(wěn)壓電源 如控制系統(tǒng) 的 CPU 芯片需要提供電壓穩(wěn)定的直流電源 在進(jìn)行 D A 轉(zhuǎn)換時(shí) 需給轉(zhuǎn)換電路 提供精密的基準(zhǔn)電壓 在采用光電隔離技術(shù)時(shí) 要給被隔離的電路提供獨(dú)立的 供電電源等 這些電源都是直流的 并且需要穩(wěn)壓 通常采用集成穩(wěn)壓器來(lái)獲 得 視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲 本設(shè)計(jì)中我們選用三端固定正電壓穩(wěn)壓器 MC7805 MC7812 三端固定負(fù)電壓 穩(wěn)壓器 MC7912 車床數(shù)控系統(tǒng)的電源配置如圖 2 13 所示 220V 交流市電經(jīng)過(guò) 隔離變壓后 輸出四組交流電壓 9V 11V 11V 11V 分別對(duì)這四組低壓交流 進(jìn)行橋式整流 電容濾波和穩(wěn)壓處理 最終輸出 5V 電壓供給 CPU 及其擴(kuò)展芯 片使用 12V 電壓供繼電器及 LED 顯示器使用 12V 電壓供數(shù)模轉(zhuǎn)換電路使 用 電源設(shè)計(jì)電路如圖 2 17 偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 20 圖圖 2 17 電源設(shè)計(jì)電路電源設(shè)計(jì)電路 2 5 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容是對(duì)控制部分的電路設(shè)計(jì) 分別介紹各芯片的作用 連接方 法和整體電路的設(shè)計(jì) 同時(shí) 介紹 CPU 和存儲(chǔ)器 I O 接口 步進(jìn)電機(jī)接口與 驅(qū)動(dòng) 開關(guān) 鍵盤 顯示器及越界急停等電路的連接 緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 21 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)是有硬件和軟件兩大部分組成 只有軟件和硬件相結(jié)合才能 實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的功能 本章主要介紹軟件的設(shè)計(jì) 而軟件是有一系列功能子程序組成的一整套程 序 設(shè)計(jì)這些程序的目的是為了完善和發(fā)揮計(jì)算機(jī)的硬件功能 是軟件和硬件 結(jié)合 形成一個(gè)具有特定功能的控制系統(tǒng) 從而使該系統(tǒng)能夠完成零件加工程 序的輸入 編輯 譯碼 數(shù)據(jù)計(jì)算 插補(bǔ)和電機(jī)控制等工作 本章將介紹幾個(gè) 典型程序 騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹 3 1 存儲(chǔ)器與 I O 芯片地址分配 根據(jù)車床數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)板電原理圖中地址譯碼器 U4 74LS138 的連接情 況 可以算出主機(jī)板中存儲(chǔ)器與 I O 芯片的地址分配如表 3 1 所示 癘騏鏨農(nóng)剎貯 獄顥幗騮 表表 3 13 1 主機(jī)板中存儲(chǔ)器與主機(jī)板中存儲(chǔ)器與 I OI O 芯片的地址分配表芯片的地址分配表 3 2 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 系統(tǒng)設(shè)有 7 檔功能可以相互切換 分別是 編輯 空刀 自動(dòng) 手 動(dòng) 1 手動(dòng) 2 手動(dòng) 3 和 回零 選中某一功能時(shí) 對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮 進(jìn)入相應(yīng)的功能處理 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程如圖 3 1 所示 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 22 圖圖 3 13 1 系統(tǒng)監(jiān)控管理程序流程圖系統(tǒng)監(jiān)控管理程序流程圖鏃鋝過(guò)潤(rùn)啟婭澗駱讕瀘 3 3 8255 芯片初始化子程序 B255 MOV DPTR 3FFFH 指向 8255 的控制口地址 MOV A 10001001B PA 口輸出 PB 口輸出 PC 口輸入均為方式 0 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽 MOVX DPTR A 控制字被寫入 MOV DPTR 3FFCH 指向 PA 口 MOVA 0FFH 預(yù)置 PA 口全 1 MOVX DPTR A 輸出全 1 到 PA 口 MOVDPTR 3FFDH 指向 PB 口 MOVA 0FFH 預(yù)置 PB 口全 1 MOVX DPTR A 輸出全 1 到 PB 口 RET邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊 3 4 8279 芯片初始化子程序 B279 MOV DPTR 5FFFH 指向 8279 控制口地址 MOV A 0CFH 清除 FIFO 與顯示 RAM 命令 MOVX DPTR A 命令字被寫入 WAIT MOVX A DPTR 從 8279 的控制口讀取 8279 的狀態(tài)字 JB ACC 7 WAIT 測(cè)試顯示 RAM 有沒有被清除完畢 只有狀態(tài) 的 D7 0 時(shí) 清除才結(jié)束 MOV A 08H 編碼掃描 左入口 16 位字符顯示 雙鍵互 鎖 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 MOVX DPTR A MOV A 34H 分頻系數(shù)取 20 MOVX DPTR A RET嶁硤貪塒廩袞憫倉(cāng)華糲 3 5 8279 控制 LED 顯示子程序 設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH 系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下 需要顯示的字 符段碼的編碼 事先存儲(chǔ)在 CPU 內(nèi)部 RAM 的 6BH 73H 這 9 個(gè)字節(jié)中 已知 8279 的控制口地址為 5FFFH 數(shù)據(jù)口地址為 5FFEH 則顯示程序如下 DIR MOV DPTR 5FFFH 8279 的控制口地址 MOV A 90H 寫 8279 顯示 RAM 的命令 MOVX DPTR A 從顯示 RAM 的 00H 地址開始寫 每寫一次 顯示 RAM 的地址自動(dòng)加 1 MOV R0 6BH 顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH MOV R7 09H 顯示緩沖區(qū)的長(zhǎng)度為 9 個(gè)字節(jié) MOV DPTR 5FFEH 8279 的數(shù)據(jù)口地址 DIR0 MOV A R0 從 CPU 的 RAM 中讀取顯示段碼的編碼 ADD A 05H PC 與 DTAB 表格之間的偏移量 MOVCA A PC 查表 取出顯示段碼 MOVX DPTR A 送到 8279 顯示 RAM 中指定的字節(jié) INC R0 寫 8279 的下一個(gè)顯示 RAM DJNZR7 DIR0 循環(huán) 9 次 完成 9 位顯示 RET該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠 段碼字符 編碼 DTAB DB 6FH F 00 01 DB 0DAH DB 0BEH X 02 03 DB 0E7H DB 0A3H Z 04 05 DB 0CBH DB 0D1H U 06 07 DB 0D3H DB 0DCH W 08 09 宮鳳麗 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 24 DB 0CEH DB 0DFH 0A DB 21H 0 0B DB 7BH 1 0C DB 91H 2 0D DB 19H 3 0E DB 4BH 4 0F DB 0DH 5 10 DB 05H 6 11 DB 69H 7 12 DB 01H 8 13 DB 09H 9 14 DB 20H 0 15 DB 7AH 1 16 DB 90H 2 17 DB 18H 3 18 DB 4AH 4 19 DB 0CH 5 1A DB 04H 6 1B DB 68H 7 1C DB 00H 8 1D DB 08H 9 1E 根據(jù)系統(tǒng)需要編制字庫(kù)劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟 當(dāng)需要顯示一組字符時(shí) 首先給顯示緩沖區(qū)的 6BH 73H 這 9 個(gè)字節(jié)賦值 然后 調(diào)用 DIR 子程序即可 例如 要顯示 X 1234 56 程序如下 MOV6BH 02H X 的一半 MOV6CH 03H X 的另一半 MOV 6DH 0AH MOV 6EH 0CH 1 MOV 6FH 0DH 2 MOV 70H 0EH 3 MOV 71H 19H 4 MOV 72H 10H 5 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 MOV 73H 11H 6 CALLDIR 向 8279 的顯示 RAM 寫數(shù) 顯示緩沖區(qū) 內(nèi)部 RAM 6BH 6CH 6DH 6EH 6FH 70H 71H 72H 73H 顯示字符 X 1 2 3 4 5 6