Z4012型钻床数控改造

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2.1 主控器的选用
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第 2 章 微机控制系统设计
本设计选用Intel公司生产的MCS—51系列的8031芯片。 8031芯片可与 同系列的8051、8751芯片兼容。它采用40引脚的双列直插封装（DIP）方 式。其引脚图如图2—1。各引脚的功能分述如下： 1）主电源引脚Vss与V cc Vss：接地；Vcc：正常操作时接+5V电源。 2） 外接晶体引脚 XTAL1 与 XTAL2 这里 MCS—51 的时钟采用内部 方式外接晶体或外接陶瓷谐振器与电容 C1、 C2 构成并联谐振器。C1、 C2 通常选 30pF 左右。晶振一般选 2~12MHz。本设计选 6MHz。 3）制引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/Vpp。分别介绍如下： RST/VPD： 当振荡器正常运行时， 在此引脚上出现两个机器周期以上 的高电平使单片机复位。Vcc掉电期间，此引脚可接备用电源，已保持内 部RAM的数据。当Vcc下降掉到低于规定的水平，而VPD在其规定的电压 范围内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ALE/PROG：当ALE（允许地址锁存信号）为高电平时，P0口送出低 8位地址，通过ALE信号锁存；反之，则P0口传送数据。对于8751型单片 机，在EPROM编程期间，PROG引脚用于输入编程脉冲。 PSEN：程序存储器读选通信号，低电平有效。当从外部程序存储器 取指令期间每个机器周期两次PSEN有效，P2和P0口送出的地址为持续存 储器地址；当访问外部数据存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现。 外部数据存储器是靠RD及WR信号控制。 PSEN同样可以驱动8个LSTTL输 入。 EA/Vpp：当EA 端保持高电平时，访问内部程序存储器（4KB） ，但 当PC（程序计数器）值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内 的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器（从0000H地址开 始） ，不管单片机内部是否有程序存储器。对于 EPROM 型单片机，在 EPROM编程期间，Vpp引脚用于施加21V的编程电源。
显示 74LS138 7407 8279 74LS138 键盘
图1—2
62256 74LS245 8031 27256 74LS373
微机控制系统设计框图
1.2.2 软件的改造措施 由于模块化设计便于修改和扩充，编制程序较为方便。故本单片机系 统采用模块化设计，主要包括主模块、字程序模块、和中断处理模块等。 主模块即系统管理程序，开机后即执行该程序。主模块的功能为：初始化
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摘
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要
数控机床作为一种高精度的自动化机床， 综合应用了电子、 计算机、 信息、自动控制和机床工程等领域的先进技术，在机械制造业中发挥着 巨大的作用，它很好地解决了现代制造中结构复杂、精密、批量小、 样 式多变零件的加工问题，产品的加工质量稳定，且能大幅度地提高生产 率。但就企业目前面临的情况来看，对于一般企业来说，一次性投入巨 资购买新的数控机床不太现示。我国作为拥有400多万台普通机床的机 床大国，而拥有的数控机床仅2~3万台，所占比例不到3%。所以对现有 的普通机床进行数控改造，无疑是一种投资少、见效快、且能在短期内 使企业加工生产能力上规模、上档次。 关键词： 数控机床 步进电机 数控改造
1.2 控制系统改造思路
1.2.1 微机控制系统的改造措施 在我国，普通机床的数控改造大多从减少投资、改装方便、高效率等 方面考虑。因此比较PLC、MCS—单片机、计算机三种控制方案，单片机 的性价比高、改装方便等，因而深受客户喜欢。而MCS—单片机三种系列 中8751的价格是8051的5~10倍，8051的EPROM程序的Intel公司制作芯片 为用户制备的，因此在国内很难采用8051芯片而8031片内无ROM需扩展 可在现场修改和更新程序存储器的应用场合，其价格低、使用灵活、故选 用该系列中的8031芯片作为数控系统的控制器。 下图为微机控制系统设计 框图。
Y工作台 执行元件
8 0 8 3 2 1 7 9
Z步进 电机
Z轴上下 移动 执行元件 极限位置 控制电路 超程报警 电路
图 1—1
系统的设计框图
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性和可靠性，因此选用无触点控制元件的电路。所以整个数控系统是一开 环无触点控制元件的点位控制系统。图 1—1 为系统的总体设框图。
图2—1 8031引脚图
（4） P3.0~P3.7： P3口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 在MCS—51 中，这8个引脚还兼有专用功能。如表2—1所示。
P3.0 P3.2 P3.4 RXD 串行输入口 INT0 外部中断 0 T0 定时器 0 的外部输入 P3.1 P3.3 P3.5 P3.7 TXD 串行输入口 INT1 外部中断 1 T1 定时器 1 的外部输入 RD 外部数据存储器读选通
1.3 机械ห้องสมุดไป่ตู้分改造思路
主要包括以下几个方面的设计： 1） ： X、Y工作台的设计计算 根据钻床工作台的尺寸初步确定要设 计的X、Y工作台的尺寸及重量； 2） ：钻削工作时切削力的计算 切削力与工件材料的硬度、进刀量和 孔径等有关； 3） ：滚珠丝杠副的设计计算 包括最大动负载、滚珠丝杠螺母副、传 动效率、刚度、稳定性的验算等； 4） ：滚动导轨副的设计计算 包括导轨长度计算、滚动体尺寸与数目 的确定、滚动体承载能力计算等； 5） ：一对减速齿轮的设计计算等。
分配并放大的信号 分配后的脉冲信号 脉冲信号 脉 冲 分 配 器 功 率 放 大 器 电机 绕组
方向
分配器电源
放大器电源
图 1—3 开环控制系统框图
互干扰，所以必须设计一个光电隔离器。它安全、可靠、方便。由于单片
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机的信号很弱，必须经过放大后才能驱动电机运行，也必须采用一个功率 放大电路将信号放大。图 1—3 为开环控制系统的设计框图。
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第1章 概
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1.1 总体方案的确定
我毕业设计的课题是对Z4012型钻床进行数控改造。在改造过程中， 台钻的机械本体部分；主轴的旋转运动和转速调节不需要改动。而需要改 造是：1.将设计好的一套简易微机数控XY工作台，固定在Z4012型钻床的 工作台上，可转动下手柄使工作台上下移动，位置调整好后将其锁定。X、 Y工作台的位置控制采用步进电机；2.根据实际的改造情况，主控器选用 MCS—51单片机，3个步进电机采用开环控制的驱动方式。由于工件相对 刀具移动的过程中不进行钻削，故采用点位控制系统。其定位方式采用增 量坐标控制较为方便。 考虑到相匹配的驱动电路应尽量满足微机数控的快 速。
ＣＰ 环形 方向 分配 器 环形 分配 器 环形 分配 器 光电 耦合 电路 光电 耦合 电路 光电 耦合 电路 功率 驱动 电路 功率 驱动 电路 功率 驱动 电路
数据存储 器扩展电 路 数据存储 器扩展电 路 键盘 输入 电路 LED 显示 输出 电路 复位 电路
X步进 电机
Ｘ工作台 执行元件
Y步进 电机
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和监控。 其中初始化包括8279的初始化， 键盘数据区、 显示缓冲区初始化， 各种软件标志初始化，开中断的处理。监控主要判别是否有功能键按下， 若有则根据功能键调用相应的子程序模块。 主模块的简化流程图如下图所 示子程序模块根据功能键设计。如编辑子程序模块、空运行子程序模块、 自动运行子程序模块、手动进给子程序模块、回零子程序模块等。中断处 理模块包括3个模块，根据实际情况，中断处理模块的优先级排列如下： 越界报警、 急停处理模块最高， 实时修改显示缓冲区数据模块次之， 键盘、 显示定时扫描管理模块最低。 总之利用MCS—51系列单片机对普通机床进行数控改造后， 其加工精 度、生产率都有较大提高，而且价格低廉，系统性能稳定。是提高企业数 控化率的一条实用的的途径。 1.2.3 开环控制系统的改造措施 由于步进电动机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作， 这就需要实现环形分配。本设计采用专用的 CH250 环行分配器实现脉冲 分配。系统将单片机的脉冲信号经环行分配器送出，为了避免各电路的相
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Abstract The number controls the automation machine that machine bed be used as a kind of high accuracy the bed, synthesizing apply the electronics, calculator, information, automatic control with machine bed engineering etc. realm of advanced technique, in machine manufacturing industry develop the enormous function, it nicely solved the modern manufacturing the returns the persimmon lesson But in regard to circumstance that business enterprise face now, for general business enterprise to say, a devotion huge sum purchases the new number controls the machine bed not that realistic.The our country conduct and actions owns 400 many ten thousand the big country in bed in machine of common machine in pedestals beds, but the number that own controls the machine bed only 2~30,000 set, the comparison occupied is not 3%.So proceed to the current and common machine bed the number controls to reform is a kind of investment doubtless little, take effect quick, can make the business enterprise process the production ability in short-termly last scale, top file time. Keywords: The number controls the machine bed.The step enters the electrical engineering.The number controls to reform.
74ls373与74ls138引脚功能表24键盘显示器接口芯片的选用74ls37374ls138vcc工作电压74ls37374ls138gnd接地oe片选信号线q1q8输出端74ls373d1d8输入端gstb锁存控制信号线译码选择74ls138y0y7输出端e1e2e3译码选择成都电子机械高等专科学校39383736353433322122232425262728302940101112131415161719183120gndd6rstd5d4d3d2d1d0wrrdrl7rl6rl5rl4irqclkrl3rl2vccd7outb0rl1rl0cntlstbshiftsl3sl2sl1sl0a0csbdouta3outa2outa1outa0outb3outb2outb1vcc工作电压irq中断请求输出信号vss接地rl0rl7回复输入端cs片选信号线shift移位信号输入端rdwr读写控制信号cntlstb控制选通信号输入端a0数据命令选择信号输入端outa0outa3a组显示信号输出端d0d7数据总线outb0oub3组显示信号输出端clk时钟信号输入端bd显示消隐信号输出端reset复位信号输入端sl0sl3扫描信号输出端8279的引脚功能表8279引脚图输入演示复位电机正转电机反转电机转速输入小数点负号结束返回修改暂停回车成都电子机械高等专科学校8031与8279连接图8279是intel公司生产的通用可编程键盘和显示器接口电路芯片
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4） 输入输出引脚 P0.0~P0.7 P0口是一个漏极开路 型准双向I/O口。在访问外部存储器 时，它是分时多路转换的地址（低8 位）和数据总线，同时激活内部上 拉电阻。在EPROM编程时它接收指 令字节，而在验证程序时则输出指 令字节且要求外接上拉电阻。 P1.0~P1.7：P1口是带内部上拉 电阻的8位双向I/O口。在EPROM编 程和程序验证时，它接收低8位地址。 2.0~P2.7：P2口是带内部上拉电 阻的8位双向I/O口。在访问外部存储 器时，它送出高8位地址。在EPROM 编程和程序验证期间，它接收高8位 地址。