数控技术课程设计数控铣床X轴设计.doc

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1、 课程名称：数控技术课程设计 学 院： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 2011年1月5日目 录1概述41.1技术要求51.2总体方案设计62设计计算62.1主切削力及其切削分力计算62.2导轨摩擦力的计算72.3计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力82.4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算82.5初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号112.6由式确定滚珠丝杆螺母副的预紧力122.7计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力122.8确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号123工作台部件的装配图设计144滚珠丝杆螺母副的承载能力校验154.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验154.2滚珠丝杆螺

2、母副临界转速的校验154.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验155计算机械传动系统的刚度165.1机械传动系统的刚度计算165.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算176驱动电动机的选型与计算186.1计算折算到电动机轴上的负载惯量186.2计算折算到电动机轴上的负载力矩186.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩196.4选择驱动电动机的型号207机械传动系统的动态分析217.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率217.2计算扭转振动系统的最低固有频率218计算传动系统的误差计算与分析228.1计算机械传动系统的方向死区228.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差228.

3、3计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差229确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号239.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级239.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号2310 数控机床控制系统设计2310.1数控系统硬件电路设计2310.2数控系统软件电路设计2811总结与体会38参考文献38XK715D立式数控铣床工作台（X轴）设计1概述 数控铣床 定义:数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两都的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别. 如图所示，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成： 1、主轴

4、箱 包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 2、 进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 3、控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 4、 辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 5、 机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架XK715D 立式数控铣床 特点与用途：XK 715D立式数控铣床主要用于中小型零件模具等多品种加工，工件一次装夹后，可自动高效、高精度的连续完成铣、钻、

5、镗、铰等工序。该机床主要构件刚度高，主轴转速恒功率范围宽，低转速扭矩大，可进行强力切削。主轴轴承采用进口轴承，主轴运转时精度高、噪声低、震动小、热变形小。XK 715D立式数控铣床技术参数项目单位 参数型号 XK715D工作台面尺寸mm 1200520坐标行程（X、Y、Z） mm 880500610主轴最高转速 rpu 8000主电机功率 KW 11/15主轴镗孔 MAS403 BT40工作台最大承重kg1000主轴端面至工作台面距离 mm 125735定位精度 mmX:0.020 Y:0.014 Z:0.016重复定位精度 mmX:0.012 Y:0.008 Z:0.010数控系统HNC-2

6、1M/22M华中“世纪星”数控系统1.1技术要求 X向拖板(上拖板)尺寸为: 长*宽*高=1200*520*50重量:按重量=体积*材料比重估算为: = 上导轨重量为电机重量夹具及工件重量:约1588NX-Y工作台运动部分总重量为:工作台、工件和夹具的总重量=1000kg（所受的重力W=9800N），其中，工作台的质量=600kg（所受的重力=5880N）；工作台的最大行程=880mm；工作台快速移动速度=15000；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数=0.15,静摩擦系数=0.2；工作台的定位精度为20，重复定位精度为12；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）机床采用主轴服电

7、机，额定功率=11，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=125mm，主轴转速n=8000，切削状况如表2-1所示表2-1数控铣床的切削状况切削方式进给速度/时间比例/(%)备注强力切削0.610主电动机满功率条件下切削一般切削0.830粗加工精加工切削150精加工快速进给1510空载条件下工作台快速进给1.2总体方案设计为了满足以上技术要求，采取以下技术方案。（1） 工作台工作面尺寸（宽度长度）确定为520mm1200mm。（2） 工作台的导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动面上贴聚四氟乙烯（PT-FE）导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨

8、背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴塑。（3） 对滚珠丝杆螺母副采用预紧措施，并对滚珠丝杆进行预拉伸。（4） 采用伺服电机驱动。（5） 采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连。2设计计算2.1主切削力及其切削分力计算（1）计算主切削力。根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀直径D=125mm）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率。此时，铣刀的切削速度为若主传动链的机械效率，按式可计算主切削力；-机床主轴的计算转速（主轴转速全部功率时的最低切削速度，；-机床主传动系统的传动功率，一般取。（2）计算各切削分力。根据表2-2

9、可得工作台纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为表2-2 工作台工作载荷与切向铣削力的经验比值切削条件比值对称端铣不对称端铣逆铣顺铣端铣圆柱铣、立铣、盘铣和成形铣-2.2导轨摩擦力的计算（1）按式(2-8a)计算在切削状态下的导轨摩擦力。此时，动摩擦系数，、-主切削力的垂向切削分力（N）和横向切削分力（N）；W-坐标轴上移动部件的全部重量（包括机床夹具和工件的重量，N）；-摩擦系数，随导轨形式不同而不同，对于帖塑导轨，=0.15；对于滚动直线导轨，=0.01；-镶条紧固力（N）,其推荐值可查表2-3得镶条紧固力=2500N，则=0.15(9800+2500+159.75+92.49)N=18

10、82.84N表2-3 镶条紧固力推荐值导轨形式主电动机功率/kw2.23.75.57.5111518贴塑滑动导轨50080015002000250030003500滚动直线导轨254075100125150175(2) 按式,计算在吧切削状态下的导轨摩擦力和导轨静摩擦力。=0.15（9800+25000）N=1845N=0.2(9800+2500)N=2460N2.3计算滚珠丝杆螺母副的轴向负载力（1）按式， -主切削力的纵向切削力 =（62.26+1882.84）N=1945.1N（2）按式N计算最小轴向负载力 =1845N2.4滚珠丝杆的动载荷计算与直径估算1）确定滚珠丝杆的导程根据已知条

11、件，取电动机的最高转速，则由式得：2)计算滚珠丝杆螺母副得平均转速和平均载荷（1）估算在各种切削方式下滚珠丝杆的轴向载荷。将强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削(粗加工)和精细切削（精加工）时，滚珠丝杆螺母副的轴向载荷、分别可按下列公式计算：，并将计算结果填入表2-4。表2-4 数控铣床滚珠丝杆的计算切削方式轴向载荷/N进给速度/()时间比例/()备注强力切削1945.1010一般切削（粗加工）2234.0230精细加工（精加工）1942.2650快移和定镗定位184510(2) 计算滚珠丝杆螺母副在各种切削方式下的转速（3）按式计算滚

12、珠丝杆螺母副的平均转速。（4） 按式计算滚珠丝杆螺母副的平均载荷。3)确定滚珠丝杆预期的额定动载荷（1）按预定工作时间估算。查表2-5得载荷性质系数。已知初步选择的滚珠丝杆的精度等级为2级，查表2-6得精度系数。查表2-7得可靠性系数，额定寿命则由式得表2-5 载荷性质系数载荷性质无冲击（很平稳）轻微冲击伴有冲击或振动11.21.21.51.52表2-6精度系数精度等级1、2、34、571010.90.80.7 表2-7可靠性系数可靠性/()90959697989910.620.530.440.330.21(2) 因对滚珠丝杆螺母副将实施预紧，所以可按式估算最大轴向载荷。查表2-8得欲加动载荷

13、系数，则表2-8 欲加动载荷系数欲加载荷类型轻预载中预载重预载6.74.53.4（3）确定滚珠丝杆预期的额定动载荷。取以上两种结果的最大值，即=37117.37N。4）按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杆的最大轴向变形。已知工作台的定位精度为20，重复定位精度为12，根据公式重复定位精度和定位精度以及定位精度和重复定位精度的要求，得，取上述计算结果的较小值，即。（2）估算允许的滚珠丝杆的最小螺纹底经。本机床工作台（X）轴滚珠丝杆螺母副的安装方式拟采用两端固定式。滚珠丝杆螺母副的两个固定支承之间的距离为L=行程+安全行程+2余程+螺母

14、长度+支承长度（1.21.4）行程+（2530）取L=1.4行程+30=（1.4880+3010）mm=1532mm,又=2460N，由式得2.5初步确定滚珠丝杆螺母副的规格型号根据计算所得的、，初步选择FFZD型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆螺母副FFZD5010-5,其公称直径、基本导程、额定动载荷和丝杆底径如下：，,，故满足式，的要求。2.6由式确定滚珠丝杆螺母副的预紧力2.7计算滚珠丝杆螺母副的目标行程补偿值和预拉伸力（1） 按式计算目标行程补偿值-目标行程补偿值；-温度变化值（），一般情况下为23；-丝杆的线膨胀系数（1/）,一般情况下为；-滚珠丝杆副的有效行程。已知温度变化值，丝杆的

15、线膨胀系数，滚珠丝杆副的有效行程=工作台行程+安全行程+2余程+螺母长度 =（880+100+220+146）mm=1166mm,故(2)按式计算滚珠丝杆的预拉伸力。已知滚珠丝杆螺纹底径,滚珠丝杆的温度变化值，则2.8确定滚珠丝杆螺母副支承用轴承的规格型号（1）按式计算轴承所承受的最大轴向载荷。（2） 计算轴承的预紧力(3) 计算轴承的当量轴向载荷(4)按式计算轴承的基本额定动载荷。已知轴承的工作转速,轴承所受的当量轴向载荷,轴承的基本额定寿命。轴承的径向载荷和轴向载荷分别为 因为，所以查表2-9得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故表2-9 载荷系数组合列数2列3列4列承载列数1列

16、2列1列2列3列1列2列3列4列组合形式DFDTDFDDFDDTDDFTDFFDFTDTTX1.9-1.432.33-1.172.332.53-Y0.54-0.770.35-0.890.350.26-X0.920.920.920.020.020.920.920.920.92Y1.01.01.01.01.01.01.01.01.0(5)确定轴承的规格型号因为滚珠丝杆螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杆两端固定的支承形式。由于滚珠丝杆的螺纹底径为44.3mm，所以选择轴承的内径为40mm，以满足滚珠丝杆结构的需要。在滚珠丝杆的两个固定端均选择国产角接触球轴承两件

17、一组背对背安装，组成滚珠丝杆的两端固定支承方式。轴承的型号为760308TNI/P4DFB,尺寸（内径外径宽度）为40mm90mm23mm，选择脂润滑。该轴承的预载荷能力为5600N，大于计算所得的轴承预紧力=2647.25N.并在脂润滑状态下的极限转速为1500r/min,等于滚珠丝杆的最高转速，故满足要求。该轴承的额定动载荷为=50000N，而该轴承在20000h工作寿命下的基本额定动载荷=42720.89N,也满足要求。3工作台部件的装配图设计将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计（见本课程设计插页图1）。其计算简图如下图所示，本课程设计后插页图2为电机接线图，插页图3为电机控制图。4

18、滚珠丝杆螺母副的承载能力校验4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验本工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杆始终受拉而不受压，因此，不存在压杆补稳定问题。4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验根据以上的计算可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度=1117.5mm。已知弹性模量，材料密度，重力加速度，安全系数。查参考文献表2-44得。滚珠丝杆的最小惯性矩为滚珠丝杆的最小截面积为故可由式得 本丝杆螺母副的最高转速为1500，远远小于其临界转速，故满足要求。4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验滚珠丝杆螺母副的寿命，主要是指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杆在相同的条件下回转时，其中90不

19、发生疲劳剥落的情况下运转的总转速查参考文献附录A表A-3得滚珠丝杆的额定动载荷，运转条件系数，滚珠丝杆的轴向载荷,滚珠丝杆螺母副转速,由式，得， 一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命故满足要求5计算机械传动系统的刚度5.1机械传动系统的刚度计算(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度。本工作台的丝杆支承方式为两端固定，当滚珠丝杆的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置时时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度，可按式计算： 当或时（即滚珠丝杆的螺母中心位于行程的两端位置时），滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度，可按式计算：（2）计算滚珠丝杆螺母副支承轴承的刚度。已知轴承接触角，滚动体直径，滚动

20、体个数Z=17，轴承的最大轴向工作载荷,查参考文献表2-45、2-46得（3） 计算滚珠与滚道的接触刚度查参考文献附录A表A-3得滚珠与滚道的接触刚度，额定载荷，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷，故由式得（4） 计算进给传动系统的综合拉压刚度。由式得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为故。由式得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为故。5.2滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算由以上计算可知，扭转作用点之间的距离已知剪切模量，滚珠丝杆的底径。由式得6驱动电动机的选型与计算6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量（1）计算滚珠丝杠的转动惯量。已知滚珠丝杠的密度，由式得（2）计算联轴器的转动量。（3）计算折算到电

21、动机轴上的移动部件的转动惯量。已知机床执行部件（即工作台、工件、夹具）的总质量，电动机每转一圈，机床执行部件在轴上移动的距离,则由式得（4）由式计算加在电动机轴上总的负载转动惯量。6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩（1）计算切削负载力矩。已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离，进给传动系统总效率，由式得（2）计算摩擦负载力矩已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力），由式得（3）计算由滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。已知滚珠丝杠螺母副的预紧力滚珠丝杠螺母副的基本导程，滚珠丝杠螺母副的效率，由式得6.3计算坐标轴折算到电动机轴上

22、的各种所需的力矩（1）计算线性加速力矩已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速，电动机的转动惯量，坐标轴的负载惯量，进给伺服系统的位置环增益，加速时间，由式得 （2）计算阶跃加速力矩。已知加速时间，由式得（3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。按式计算线性加速时空载启动力矩。按式计算阶跃加速时空载启动力矩。按式计算快进力矩。按式计算工进力矩。6.4选择驱动电动机的型号(1)选择驱动电动机的型号根据以上计算和查参考文献表2-47，选择日本FANUC公司生产的型交流伺服电动机为驱动电动机。主要技术参数如下:额定功率3kw；最高转速3000；额定力矩12；转动惯量；质量。交流伺服电

23、动机的加速力矩一般为额定力矩的5-10倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60，均大于本机床工作台的线性加速时所需 的空载启动力矩以及阶跃加速时所需的驱动力矩，因此，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。该电动机的额定力矩为12，均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩以及工进时所需的驱动力矩，因此，不管是快进还是工进，本电动机均满足驱动力矩要求。（2）惯量匹配验算。为了使机械传动系统的惯量达到较合理 的匹配，系统的负载惯量与伺服电动机的转动惯量之比一般应满足式而在本设计中，故满足惯量匹配要求。 7机械传动系统的动态分析7.1计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率已知滚珠丝杠

24、螺母副的综合拉压刚度，而滚珠丝杠螺母副和机床执行部件的等效质量（其中、分别是机床执行部件的质量（）和滚珠丝杠螺母副的质量（），则 7.2计算扭转振动系统的最低固有频率折算到滚珠丝杠轴上的系统总当量转动惯量为已知丝杠的扭转刚度，则由以上计算可知，丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率、扭转振动系统的最低固有频率都比较高。一般按的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。8计算传动系统的误差计算与分析8.1计算机械传动系统的方向死区已知进给传动系统的最小综合拉压刚度，导轨的静摩擦力，则由式得即故满足要求。8.2计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差由式得 即故满足要求。8.3计算滚珠丝杠

25、因扭转变形产生的误差（1）计算由快速进给扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量。已知负载力矩，由以上计算得扭转作用点之间的距离，丝杠底径，由式得由扭转变形量引起的轴向移动滞后量将影响工作台的定位精度。由式得9确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 9.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级本机床工作台采用半闭环控制系统，、应满足下列要求： 滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为1级，查参考文献表2-20得；查参考文献表2-21得，当螺纹长度为850mm时，故满足设计要求。 9.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD5010-3-P1/15191000,其具体参数如下。公称直径与导程：50

26、mm,10mm；螺纹长度：1000mm；丝杠长度：1519mm；类型与精度：P类，1级精度。10 数控机床控制系统设计10.1数控系统硬件电路设计10.1.1 设计内容.按照总统方案以及机械结构的控制要求，确定硬件电路的方案，并绘制系统电气控制的结构框图；.选择计算机或中央处理单元的类型；.根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路；.根据控制对象以及系统工作要求设计扩展接口电路，检测电路，转换电路以及驱动电路等；.选择控制电路中各器件及电气元件的参数和型号；.绘制出一张清晰完整的电气原理图，图中要标明各器件的型号，管脚号及参数；.说明书中对电气原理图以及各有关电路进行详细的原理说明和方案论证。

27、10.1.2 设计步骤.确定硬件电路的总体方案。数控系统的硬件电路由以下几部分组成：1 主控制器。即中央处理单元CPU2 总线。包括数据总线，地址总线，控制总线。3 存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。4 接口。即I/O输入输出接口。数控系统的硬件框图如下所示：中央处理单元CPU存储器RAMROM外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯接口等输入/输出I/O接口信号变换控制对象.主控制器的选择系列单片机是集中，端口及部分等为一体的功能性很强的控制器。只需增加少量外围元件就可以构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强大，编程灵活，硬件资料丰富。本次设计选用芯片

28、作为主控芯片。.存储器扩展电路设计(）程序存储器的扩展单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多采用芯片。其型号有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分别为k,4k,8k,16k32k。在选择芯片时要考虑与时序的匹配。所能读取的时间必须大于所要求的读取时间。此外，还需要考虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择芯片作为本次设计的程序存储器扩展用芯片。单片机规定0口提供为位地址线，同时又作为数据线使用，所以为分时用作低位地址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外接存储器

29、提高低位的地址信息，一般采用芯片作为地址锁存器，并由发出允许锁存信号ALE的下降沿，将地址信息锁存入地址锁存器中。由以上分析，采用EPROM芯片的程序存储器扩展电路框图如下所示 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 A12 A8 2764A7A0 D7 D0译码电路G74LS372 扩展2764电路框图 (）数据存储器的扩展由于内部只有字节，远不能满足系统的要求。需要扩展片外的数据存储器。单片机应用系统数据存储器扩展电路一般采用6116,6262静态RAM数据存储器。本次设计选用芯片作为数据存储器扩展用芯片。其扩展电路如下所示： P2.4 P2.0ALE P0.7

30、 P0.0 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0译码电路G74LS372 扩展6264电路框图 (）译码电路在单片机应用系统中，所有外围芯片都通过总线与单片机相连。单片机数据总线分时的与各个外围芯片进行数据传送。故要进行片选控制。由于外围芯片与数据存储器采用统一编址，因此单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。可采用线选法和全地址译码法。线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。线选法的硬件结构简单，但它所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于和容量较大的应用系统，当芯片所需的

31、片选信号多于可利用的地址线的时候，多采用全地址译码法。它将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。本设计采用全地址译码法的电路分别如下图所示：（4）存储器扩展电路设计8031单片机所支持的存储系统起程序存储器和数据存储器为独立编址。该设计选用程序存储器2764和数据存储器6264组成8031单片机的外存储器扩展电路，单片机外存储器扩展电路如下：（5）扩展电路设计(a).通用可编程接口芯片单片机共有个位并行接口，但供用户使用的只有1口及部分3 口线。因此要进行口的扩展。与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的接口芯片。8155Y与8031的连接方式如

32、下图所示(b).键盘，显示器接口电路键盘，显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示。通常，数控系统都采用行列式键盘，即用口线组成行，列结构，按键设置在行列的交点上。数控系统中使用的显示器主要有和。下图所示为采用接口管理的键盘，显示器电路。它有键和位显示器组成。为了简化秒电路，键盘的列线及显示器的字位控制共用一个口，即共用的P口进行控制，键盘的行线由口担任，显示器的字形控制由8155的PB口担任。键盘显示器接口电路如下所示：4步进电机驱动电路设计(1）脉冲分配器步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按一定的分配方式

33、和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统中通常使用集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。本设计采用集成脉冲分配器YB013。采用YB013硬件环行分配器的步进电机接口线路图如下：（2）光电隔离电路在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。如果将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起电气干扰。因此在接口电路与功率放大器间加上隔离电路实现电气隔离，通常使用光电耦合器。光电耦合器接线图如下：（3）功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，必须将其输出信号放大产生足够大的功率，才能驱动步进电机正常运转。因此必须选用功率放大器，需根据步进电机

34、容量选择功率放大器。本设计选用功率放大器。5其它辅助电路设计（）的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生：内部方式和外部方式。内部方式利用芯片的内部振荡电路，在XTAL1,XTAL2引脚上外接定时元件，如下图所示。晶体可以在.之间任意选择，耦合电容在pF之间，对时钟有微调作用。采用外部时钟方式时，可将XTAL1直接接地，XTAL2接外部时钟源。8031XTAL1XTAL2时钟电路（）复位电路单片机的复位都是靠外部电路实现。在时钟工作后，只要在引脚上出现ms以上的高电平，单片机就实现状态复位，之后便从单元开始执行程序。在实际运用中，若系统中有芯片需要其复位电平与复位要求一致时，可以直接相连。当晶

35、振频率选用z时，复位电路中取，取，取。实用复位电路图如下所示：（）越界报警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。利用光电耦合电路，将行程开关接至发光二极管的阴极，光敏三极管的输出接至的口1.0。当任何一个行程开关被压下的时候，发光二极管就发光，使光敏三极管导通，由低电平变成高电平。可利用软件设计成查询的方法随时检查有无越界信号。也可接成从光敏三极管的集电极输出接至的外部中断引脚（或），采用中断方式检查越界信号。10.2数控系统软件电路设计10.2.1 系统控制软件的主要内容数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个部分：1、系

36、统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。其功能主要是接受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。2、零件加工源程序的输入处理程序。该程序完成从外部I/O设备输入零件加源程序的任务。3、插补程序。根据零件加工源程序进行插补，分配进给脉冲。4、伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以及方向。5、诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等功能。6、机床的自动加工及手动加工控制程序。7、键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工作状态、操作命令等信息。1

37、0.2.2 软件设计1.系统控制功能分析数控X-Y工作台的控制功能包括：（1）、系统初始化。如对I/O接口8155，8255A进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。（2）、工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。（3）、输入和显示加工程序。（4）、监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。（5）、工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指示字符。（6）、工作台的自动控制。（7）、工作台的手动控制。（8）、工作台的联动控制。2.系统管理程序控制 管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执

38、行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y工作台的基本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。根据以上分析，设计管理程序流程图如下所示： 开始系统初始化加工程序输入键按下？机床复位 N自动加工自动加工键按下？加工数据输入 Y N手动调整Y手动加工键按下？ N管理程序流程3.自动加工程序设计（1）机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位刀具快速进给加工退刀工作台运动到下一位置；（2）计算机在加工过程中的操作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工；（3）由以上分析，设计自动加工程序框图如下所示： 入口零件坐标地址

39、指针读零件坐标调步进电机子程序工作台移动到位刀具快进加工快速退刀零件坐标地址指针加1N零件加工完成 Y 返回 4.步进电机控制子程序设计步进电机的控制包括速度，转角及方向的控制。步进电机在突然启动或停止时，由于负载和惯性，会使电机失步，所以电机运行时有一个加，减速过程。通过确定进给脉冲数和脉冲时间间隔，即可实现步进电机转角与速度的控制。（1）时间常数的确定在步进电机控制程序中，利用单片机的定时器中断，延时产生进给脉冲的时间间隔。此间隔由送入定时器的时间常数决定。时间常数由下式计算：式中：T为脉冲时间间隔（ms）；为单片机机器周期（s），在时钟为6MHz时，=2s。（2）步进电机加，减速进给脉冲

40、及脉冲时间间隔的确定设步进电机加，减速方式为直线加，减速。要使步进电机不失步，应满足：式中：为步进电机启动力矩；为负载力矩；为惯性力矩。由步进电机=3.92N.m，取步进电机的加速启动力矩则使步进电机不失不的惯性力矩步进电机角加速度又式中：为上升到步进电机最高频率所需时间，所以有：加速脉冲个数：确定加减脉冲个数都为54个又因为：所以脉冲时刻结合可以算出对应各脉冲时刻的计数器时间常数。 EPROM存储器中，时间常数依次安排在首地址为1000H的存储单元中，每个时间常数占据两个字节，低位地址存放时间常数低8位，高位地址存放时间常数高8位。在程序中，设置加速，恒速，减速脉冲计数器N0，N1，N2。以计数器的值是否为0作为相应过程是否结束的标志。步进电机控制程序框图如下所示：步进电机控制子程序：开始中断初始化设时间常数地址指针首地址指向1000H加速减速 脉冲计数器赋初值恒速送时间常数至计数器中中断N返 回开中断启动定时器Y