CA6140车床主轴箱的数控化改造 - 图文

作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作。存储器用于存放系统软件、应用程序（监控程序）和运行中所需的各种数据。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。三总线则是CPU与存储器、接口以及其它转换电路联接的纽带，是CPU与外界进行信息交换和通讯的必由之路。数控系统硬件框图如下所示。

根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路基本组成如下图

所示： RAM ROM I/O CPU 光电 功率 步进 接口 隔离 放大器 电机 外 设 键盘、显示器 及其它 1、系统的构成及工作原理

该系统是由PC机和自行开发的数控控制板两级控制组成，其组成如图l所示。主要功能部件有：

（1）数控控制板。考虑到经济型数控改造的特点，数控板没有采用常见的ISA总线插卡，而是结合本课题的具体情自行开发一块以8031单片机为核心的数控控制板。它主要成实EI性任务，如机床状态检测、紧急情况处理、细插补运算、脉冲分配等。PC机利用标准并行打印口与8031进行通信，将预处理后的数控加工信息通过数控控制板完成对机床的控这种结构省去了打开机箱的麻

21

烦，方便安装和维护。为提靠性和处理速度，采用硬件环形分配器产生脉冲控机的运转。为增强系统的抗干扰能力，输入输出信号要经电隔离。

（2）驱动电路。采用离低压驱动方式，自行设计步进电机驱动电路板。 2、接口硬件设计

PC机的标准并行打印口是一个具有25个引脚，3个端址的控制接口。本系统只需把PC机插补后的数据快速的下传，而上传的只是机床的少量状态信息，机床的动作主要由8031来控制完成。这种情况很适合打印机接口的通信特点。利用打印机接口在和数控控制板之间通信，不需增加额外硬件，只要把并行打的3个端口根据数控加工的需要重新定义即可利用，尤其适于经济型数控改造。数控控制板的有关组成电路如图2所示。

二、控制系统的功能 ( 一 )CPU和存储器

CPU采用8031芯片

8031芯片內部具有128字节数据存储器RAM，地址为佳00H—7FH，用作工作寄存器。堆栈，软件标志和数据缓冲器，CPU对内部RAM有较为有效的操作指令。另加有128字节的特殊功能寄存器，地址为80H---7FH。是用于对片内各功能模块进行管理，控制，监视等。8031芯片内部虽然没有程序存储器，只有128字节ROM，在组成该系统时RAM不够用。现外接一片6264芯片来扩展8031的RAM存储器。8031是一个无ROM的CPU。单片机的8031不能满足设计要求，不能够成完整的计算机。外接两片2764，一片作为系统存储器，一片作为加工程序存储器。8031的输入、输出（I/O）口线不多，不能满足设计要求，现外接两片8155芯片以扩展I/O口。

8031芯片的P0和P2接口用来传送外部存储器的地址和数据。P0口传送高8位地址，P2口传送低8位地址和数据，故要采用74LS373地址锁存器，锁存底8位。ALE作为选通信号，当ALE为高电平，锁存器的输入和输出`透明，既输入的低8位存储器地址在输出端出现。此时不需锁存。当ALE从高电平变为

22

低电平，出现下降沿时，低8位地址存入地址锁存器重中，74LS373的输出不再随输入变化，即地质被锁存。这样P0口就可以传送读写的树据。

8031芯片的P2口和74LS373送出的P2口共同组成它的地址，2764和6264芯片都是8kb，需要13根地址线。A0—A7低8接74LS373芯片的输出，A8—A12接8031芯片的P2.0—P2.4,系统采用全地译码，两片2764芯片片选信号CE分别接74LS138译码器的Y0和Y1，系统复位以后从0000H开始执行。6264芯片的片选信号CE接74LS132的Y2。单片机扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址（即地址重叠）。在本次设计并没有地址重叠。8051芯片的控制信号PSEN接2764的OE引脚，作为外部程序存储器的选通信号。读写控制信号WR和RD分部接6264芯片的WE和OE。以实现对外部数据存储器的读写。由于8031芯片内部无ROM，故要选外部程序存储器，且其EA必须接地。 I/O接口电路

(二)隔离电路和功率放大电路 在步进电机驱动电路中，脉冲信号经功率放大电路后控制步进电机励磁绕组。由于步进电机需要的驱动电压较高，电流较大（几安到几十安），如果将输出信号与功率放大器直接相联，将会起强电干扰。轻则影响计算机程序的正常工作，重则导至计算机和接口电路损坏。所以一般在接口电路与功率放大电路之间接上隔离电路，采用的光电隔离电路。

功率放大电路分为单电源和双电源型。单电源型线路简单，效率不高，所以选双电源型。双电源型采用高低压供电电路。

在功率放大器导通初始，T1、T3、T4均导通，并使脉冲变压器B的副边产生一定宽度的脉冲电流，使T2导通。高压电源EH通告T2、T1为步进电机某一相绕组供电，使其电流上升沿变逗。经过T0时间后脉冲电流消失，使T2截止，高电压电源与绕组之间被切断，EN通过D2、T1为绕组WA供电，提供所需的额定电流。通过调节脉冲变压器的磁芯和R4可改变高压供电的时间宽度Tb。 以上是从原理上分析说明，由于我国步进电机的功率放大器已由生产厂家生产出系列化产品。在设计数控机床电路时只需根据步进电机的容量大小进行选择。前面已选110BF003型电机，因此只须根据110BF003步进电机来选择功放电路，所以不再进行计算.

六、 润滑系统的改造

油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾润滑方式，油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中，油量大小可达最佳值。压缩空气有散热作用，润滑油可回收，不污染周围空气。油气润滑原理图如下图：

根据轴承供油量的要求，定时器的循环时间可从1~99min定时,两位两通气阀每定时开通一次,压缩空气进入注油器,把少量油带入混合市,经节流阀的压缩空气,经混合室把油带入塑料管道内,油液沿管道壁被风吹入轴承内,此时形成小油滴状.

23

七、毕业设计体会

通过毕业设计，使我对机床数控系统这门课程进一步加深了理解。对于各方面知识之间的相互联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有相当距离，还需在今后进一步学习和实践。

本设计由于时间紧和对知识的掌握程度的限制，在设计上不很周详，许多应考虑进去的方面，可能没在设计上体现。

在这次设计过程中，我得到徐秀芬老师的精心指导和各方面的帮助，才使设计得以顺利进行，借此我深表谢意。

24

参考文献：

[1]刘文信，孙学礼机床数控技术 北京：机械工业出版杜，1995．

[2]上海交通大学，华南工学皖．沈阳机电学院，等．数控机床[Mj上海：上海科学技术出版杜1990.

[3]刘又午，杜君文．数字控制机床[M]．北京：机械工业出版社，l999． [4]王炳实．机床电气控制[M]．北京：机床工业出版社，20O4．

[5]王也仿．可编程控制器应用技术[M]．北京：机床工业出版社，2004．

[6]余英良．机床数控改造设计与实例[M]．1版．北京：机械工业出版社，2001． [7]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统〔M〕.西安：西北工业大学出版社，2000 [8]李华.WCS—51单片机实用接口技术[M].北京：北京航空天大学出版社，1993 [9]李圣怡等.VFrindows环境下软硬件接口设计〔M〕.长沙：科技大学出版社

25