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1、第一章 公司简介*自动化控制系统有限公司成立于2002年，主营产品有强力珩磨机，其性能优良自动化程度高，可实现压力自动进给，在对扩张电机的控制上既采用了高性能超低噪音交流电机变频器又配以压力传感器对整个扩张过程实现实时监控和无级调速。同时具备往复运动换向缓冲低噪音，并且有完善的切削液冷却循环系统，可极大提高珩磨效率是一套高效的自动控制超深孔超精加工机床。我公司的MB4180强力珩磨机已被多家石油钻采厂选用。公司有从事20余年数控机床改造经验的工程师，尤其对普通机床的数控改造具有精深研究和实践，改造成功的数控机床遍布辽吉黑三省。公司还有磨齿机Y7132数控改造，其完全可以取代现有的老式磨齿机，其
2、精度、成品率更高，操作更简便、直接。第二章 实习概况2.1实习目的毕业实习是信息工程专业以及其他任何专业十分重要的实践性教学环节，是培养学生实际动手能力和分析问题解决问题能力、理论与实践相结合的基本训练，同时也是学生毕业设计选题及设计工作原始资料的来源，为学生进行毕业后进入社会工作打下扎实基础。认真做好毕业实习的教学工作，提高生产实习的实际效果，是提高学生业务素质和思想素质的重要环节。主要有如下几点目的：1.训练从事专业技术工作及管理工作所必须的各种基本技能和实践动手能力，熟悉工厂企业实际生产的一些基本流程，更好地掌握本专业的一些基本技能。2.了解本专业业务范围内的现代工业生产组织形式、管理方
3、式、工艺过程及工艺技术方法。3.培养理论联系实际、从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力，将所学的专业理论知识系统化，加深对本专业理论知识理解，并掌握一些理论常识。4.通过实习为毕业后走向社会，参加工作做好准备。2.2 实习时间和地点时间：总共四周地点：沈阳恒远自动化控制系统有限公司2.3实习内容1.公司主任给我们带来的精彩讲座2.参观并了解相关技术的设计研究过程3.了解了该公司的销售服务过程第三章 普通机床的数控化改造设计3.1概述机床作为机械制造的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进入柔性自动化控制的
4、新一代机床数控机床的诞生和发展。机玄机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动机结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、便捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，他把刀锯和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的启停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制媒介上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床
5、伺服器系统或其他的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复制工件；在数控机床上改变加工工件时，只需要重新编辑工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高。3.生产效率高。4.减轻劳动强度，改善劳动条件。5良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机床近几年在产业化合产品开发上去的了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百
6、万多台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要更大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，
7、使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。3.2总体方案的设计本设计是针对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm、脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（一）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以微机数控系
8、统采用两轴联动连续控制系统。图2.1 CA6140（二）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（三）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效的运行。再设计的数控装置中，CPU是关键。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的事MCS-51系列单片机。主要是因为它的配套芯片便宜，普及型、通用性强。制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改
9、造需要。本设计中世以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令丰富，相对96系列价格便宜。本设计以8031为核心，增加储存器扩展电路，接口和面板操作开关组成的控制系统。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿行带使脉冲发生器同步
10、旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。3.3微机数控系统硬件电路设计图3.1 8031本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外界2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统出入输出口扩展，分别接键盘的出入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。各引脚功能简要介绍如下：1
11、.源引脚 Vss：电源接地端。 Vcc：+5v电源端。2.输入/输出（I/O）口线 8031单片机有P0、P1、P3、P4四个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8为并行数据，P2口用来输出高8为地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。3.信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。Vpp：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序
12、存储器中的程序。XTAL1:振荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2:振荡器的反响放大器输出，使用外部振荡器时，接受外围震荡信号；3.3.1 8255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送、中断传送方式完成CPU与外围设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1.8255的结构8255的内部结构包括三个8为并行数据I/O口，两个工作方式控制电路，一个读写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器，各部分功能介绍如下：图3
13、.2 8255引脚图（1） 三个8位并行I/O口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器，可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓存器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓存器和一个8位输入缓冲器，C口可分为两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2） 工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分别分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字
14、，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清0或置1。（3）读/写逻辑电路他接受来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口德工作状态。数据总线缓冲器（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据中线直接相连，以实现CPU和8255之间信息的传送。图3.3 8031连82552.引脚功能8255为双列直插式40引脚封装芯片。（1） D7-D0三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数据信息。（2） PA7-PA0、PB7-PB0及PC7-PC0 A口、B口及C口的输入/输出线。（3） CS片选信号线，低电平有效。（4） RD读出信号线，低电平有效。（5）
15、WR写入信号线，低电平有效，控制数据的写入。（6） A1、A0端口选择信号，用来寻址控制端口和I/O端口。（7） RESET复位信号线，高电平有效。有效时，控制寄存器的内部都被清零，三个I/O端口都被置成输入方式。（8） Vcc+5V电源。（9） GND接地。3.3.2 8255端口的寻址一块8255芯片内，AB两组控制电路各有一个控制寄存器，由CPU输入的控制字来决定三个I/O端口的工作方式。两个控制寄存器一起构成控制端口，占用一个端口地址。同时8255芯片内有A、B、C三个I/O端口，各须占用一个端口地址。这四个端口地址用A1、A0两个端口选择信号选择。（1）工作方式8255有三种工作方式
16、：即基本输入/输出方式-方式0、选通输入/输出方式-方式1、双向输入/输出工作方式-方式2（只有A口可以选择这种工作方式）。（2）8255的控制字 8255A在投入工作前必须设定工作方式，工作方式由初始化程序对8255的控制寄存器写入控制字来决定，控制字有两种。分别是工作方式控制字和C口德按位置/复位控制字。两种控制字写入的控制端口相同。由于两种控制字都有特征位，因此写入顺序可以任意。在工作中，随时可以根据需要对C口德某位置1或清0。3.3.3 可编程键盘，显示器接口Intel8279图3.4 82798279内部结构：（1） 数据缓冲器及I/O控制逻辑数据缓冲器是一个双向缓冲器，它连接内部总
17、线和外部总线，用于传送CPU和8279之间的命令，数据和状态。（2） 控制与定时寄存器以及定时与控制电路8279为一个可编程芯片，其工作方式等通过写入一些命令来设置。控制与定时寄存器用来寄存操作命令字，通过对命令字译码产生相应的控制信号，控制8279的各个部件的协调工作，完成相应的功能。（3） 扫描计数器扫描计数器有两种工作方式。一种为外部译码方式。计数器以二进制方式计数，4为计数状态从扫描结SL0SL3输出，经外部译码后的16位扫描信号：另一种为内部译码方式。3.3.4 部分硬件接口电路及辅助电路设计本系统接口电路包括程序存储器扩展电路、数据存储器扩展电路、键盘显示接口电路和步进电机接口电路
18、，辅助电路包括时钟电路、复位电路、计数电路和警报电指示路。1. 外部EPROM电路EPROM2764芯片28引脚，其主要有16根地址线，8跟数据线，片选端（CR）,输出允许端（OE）等。由于EPROM一般不含有地址锁存器，因此8031的P0口要经过机制锁存器74LS373与EPROM低8位地址端相连，P2口与2764高8为地址端相连。图3.5 外部EPROM电路数据线有8031的P0口直接与2764的8位数据端相连。控制线的链接。2764的OE端与8031的PSEN相连。ALE与74LS373的OC端相连。由于扩展了一片8K的EPROM，因此2764片选端（CE）应接地，同时8031的EA端应
19、接地。该芯片的地址范围0000HFFFFH。图3.6 扩展2764EPROM2. 外扩RAM电路SPAM6264芯片为28引脚，主要有15个地址端（A0A14）、8个双向三态数据端、片选端(CE)、读选通端（OE）、写允许端（CE）等。地址连接：8031的低八位地址经P0口通过74LS373与6264的低八位地址端相连高位地址线只用7根与6264的高7为地址端相连。在数据线链接上，同2764芯片一样，P0口直接与6264数据端相连。控制端链接，片选端应接8031的P2.7端，OE、WE分别于8031的RD、WE端相连接来控制6264的读写。该芯片的地址范围是0000H7FFF。3.7扩展626
20、4电路3. 键盘显示器的接口电路利用8279扩展键盘和显示器，在这里采用外部译码的方式，因此要选用译码器，采用74LS154。为了让数据显示稳定、可靠，必须增加数据线和扫描的驱动能力，这里选用74LS244。4. 方式选择开关设置方式选择开关时一单刀八掷的波段开关，提供选择方式有编辑、空运行、自动、回零、手动1、手动2、手动3和通信，总共8种功能。方式选择开关设置为通过键盘输入，使用软件控制。5. 步进电机驱动接口电路由前面总体设计可知，步进电机的脉冲发生采用硬件实现，设计给定的条件要求电机采用3相6拍，但本设计所采用的芯片为YB104 4相8拍环形分配器。一般情况下，该芯片的两个输入控制E1
21、E2可直接接地，如果工作方式设定在3相5拍，只需将0，1接地即可。这样，该芯片的所生控制端主要还有方向控制端;-、+选通输出控制端；时钟脉冲输入端CP及清零端R。要正确控制步进电机，必须正确控制这些信号。在此确定：所需的方向及输出控制信号有单片机P1口控制。X、Y向步进电机各自用一个环形分配器控制。为了防止强电干扰及其他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机，影响其工作，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换元件组成。6. 报警电路设计报警电路的作用是当数控机床出现故障或工作台超程
22、时亮灯警报，当机床工作正常时，其绿灯亮，显示正常工作状态。3.4数控系统软件设计1.系统管理程序 2.零件加工源程序的出入处理命令 3.插补程序 4.伺服控制程序 5.诊断程序 6.机床的自动加工机手动控制程序 7.键盘操作和显示处理程序 数控机床的进给速度与加工精度、表面光洁度和生产率有密切关系。要就进给速度稳定、有一定的调节范围、启动快、停车准。在CNC系统中，可用软件或软件与接口配合实现进给速度的控制。常见的方法有程序计时法、时钟中断法及V/积分器法等。在这里选用时钟中断法。时钟中断法只要求一种时钟频率，用软件控制每个时钟周期内的插补次数，以达到控制速度的目的，进给速度可以每分钟毫米给定
23、。时钟频率选择：根据最插补进给速度要求，并结合计算机换算方式，可取一特殊的F（mm/min），使该速度下每个时钟周期进行一次插补。输入处理程序的任务是接收用户的零件加工程序，并将它转换为便于在加工过程中处理的数据形式。这样，在加工过程中只做实时性强的插补运算和控制调节等工作，从而提高系统的速度和精度。输入处理程序的任务是接收用户的零件加工程序，并将它装换便于在加工过程中处理的数据形式。这样，在加工过程中只要做实时性强的插补运算和控制调节等工作，从而提高系统的速度和精度。输入处理程序将数控程序有键盘输入，逐行存入内存中。这个存储区叫源程序区，一个字母存于一个字节中，每一个数都占一个字节。在加工时
24、，控制软件将数控语句从N到LF将程序段读入到控制软件的工作区，工作区内各单元都对应一个代码和坐标单元，并且在读入程序过程中对数据进行十翻二处理。第四章 系统改进及实习体会微型电子计算机，一起功能齐全、计算速度、逻辑判断准确、重量轻、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉而闻名于世。由于采用微机作为机电一体化系统或残品的控制器，因此其控制系统的设计就是选用微机、设计接口、选用控制形式和动作控制方式的问题。对于给定的任务，选择微机的方案不是唯一的，从控制的角度出发，微机应能满足具有较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的输入/输出通道和实时时钟等要求。从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求：
25、字长、速度、指令等。通过这次总共20天的校外实习，我受益匪浅。实习加强了我的动手能力以及对单片机知识的巩固。对产品的设计、加工、调试等一系列过程有了了解。校外实习不仅巩固了在校期间的理论知识，更学会了怎样去单独的查找资料、了解未知的芯片和独立焊接的本领。实习对我动手能力的提高很大。学会如何处理实践中遇到的问题。学会了如何和大家共同作业，如何协作完成作业。实践也让我对自己的理论知识和实际动手能力有了清楚的认识。更进一步的找到自己与他人的差距。如何协调各部门之间的关系及工作交接等问题我还是很欠缺的。实习虽然实践不是很长，但是我真正的得到了锻炼，受益匪浅。参考文献1熊光华主编.数控机床.北京：机械工业出版社，2001 2王离九主编.电力拖动自动控制系统.武汉：华中理工大学出版社，1991 3焦振学主编.机床电气控制技术.北京：北京理工大学出版社，1992 4. 吴祖育等主编.数控机床.上海：上海科学技术出版社，1990 5冯辛安主编.机械制造装备设计第2版.北京：机械工业出版社，2005.12 6任建平等主编.现代数控机床故障诊断及维修.北京：国防工业出版社，20027蔡光起等主编.机械制造工艺学.沈阳：东北大学出版社，1994 8宋文骥主编.机械制造工艺过程自动化.昆明：云南人民出版社，1985 9刘任需主编.机械工业中的机电一体化技术.北京：机械工业出版社，1991
