普通机床的数控化改造(编辑修改稿)

普通机床的数控化改造(编辑修改稿)内容摘要：

2 11 zzazpze ntz rm   ，式中 )(xent 为取整函数。 一般情况下，应该保证 6mz ，对于 XL型至少要保证 4mz。 通过计算，得出 611mz ，满足要求。 计算基准额定功率 基准额定功率就是所选型号同步带在基准宽度下所允许传递的额定功率，其计算公式如下： vvmTP a  )( 20 式中： aT — 带宽为基准带宽 b )( mm 时的许用拉力，根据表 38 其值为 ； 本科课程设计说明书（论文） 第 12 页 共 30 页 m — 带宽为基准带宽 b时的线密度，根据表 38 其值为 mkg/ ； v — 同步带线速度，其值为 sm/。 经过计算得出： WP  确定实际同步带宽度 实际所需同步带宽度 rb 的计算公式如下： 0 )( PKPbbzdr  式中： b — 选定型号的基准宽度， XL 型其值为 ； zK — 小带轮啮合系数，根据文献，当 6mz 时，其值为 1。 dP — 设计功率，其值为 200W 经计算得出： rb。 根据相关文献， 选定最接近的带宽 mmbr 。 同步带工作能力的验算 用下式来计算同步带的额定功率 : vvmbbTKKP rawzr  )( 2 式中： wK — 齿宽系数，其值为 )/(  bbK rw ； zK — 小带轮啮合系数，其值为 1； aT — 带宽为 时的许用拉力，其值为 ； m — 带宽为 时的线密度，其值为 mkg/ ； v — 同步带线速度，其值为 sm/。 经计算得出： WPWP dr 202020  ,所以满足要求。 横 向电机的计算与选择 （ 1） 初选步 进电机 计算步进电机负载转矩 Tm Tm=b MpF236=36 本科课程设计说明书（论文） 第 13 页 共 30 页 = （ 2） 估算步进电机起动转矩 Tq Tq= Tm =（ 3） 计算最大进转矩 Tjmax 取五相 10 拍 Tq= =1418/=1491 (4)计算步进电机运行频率 fe和最高起动频率 fk fe=pVs601000 =fk=pV60 max1000 =1000x2/= 初选步进电机型号为 90BF002，其最大静转矩 3920 ＞ Tjmax,最大起动频率 3800 ＞ fk (5)等效转动惯量计算。 则齿轮的转动惯量分别为（齿轮为 45 号钢，并将齿轮近似看成圆柱体） J1=^4xb 10^3＝ ^^= J2＝ ^4xb 10^3=^3x8^= Js＝ ^4x90 10^3= Jε =Jm+J1+(Z1/Z2)^2x((J2+Js)+(G/g)x(L0/2π )^2) =++(24/40)^2x((+)+(1800/)x()^2) = 考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题 Jm/ Jε = 基本满足惯量匹配的要求 设电动机转子的转动惯量为 mJ ＝ 本科课程设计说明书（论文） 第 14 页 共 30 页 4 微机数控系统硬件电路设计 微机控制系统硬件的选择 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 MCS51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。 CK6163 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 横向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。 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： 源引脚 Vss：电源接地端。 Vcc： +5v 电源端。 输入 /输出（ I/O）口线 本科课程设计说明书（论文） 第 15 页 共 30 页 图 41 8031 8031 单片机有 P0、 P P 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。 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； 本科课程设计说明书（论文） 第 16 页 共 30 页 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； 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： 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 分功能介绍如图 42 所示： 三个 8 位并行 I/O 口 A、 B、 C A 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。 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，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。 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。 本科课程设计说明书（论文） 第 17 页 共 30 页 图 42 8255引脚图 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，如图 43 所示。 引脚功能 8255 为双列直插式 40 引脚封装芯片。 D7D0三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数据信息。 PA7PA0、 PB7PB0 及。