毕业设计（论文）数控铣床进给系统设计

毕业论文毕业论文论文题目：论文题目： 数控铣床进给系统设计数控铣床进给系统设计 学学 院：院： 年年 级：级： 专专 业：业： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2011 年年 5 月月 25 日日I摘要 本设计主要完成 XK50225 数控铣床的是铣床的进给系统设计，它主要是由 X 方向和 Y 方向的进给系统设计，在经过认真的分析后，确定了该方案，然后依据有关参数设计了 X，Y 向的进给。控制系统的 CPU 采用凌阳单片机，显示器采用了液晶显示器，使用丝杠副实现 XY 向的进给，通过进行经济分析后，产品设计合理。关键词数控铣床；丝杠；工作台IIAbstractThe design of NC milling machine XK5025 mainly concerns the design of feed system. The movement system is composed of movement of directions marked X and Y. After careful analysis this program was fixed. Then the movement of the X and Y directions is designed according to related parameter. As to the CPU of control system, it uses the ling yang one-chip computer. Display uses LCD. Vice to achieve the use of screw feed to the XY, through economic analysis, this design is reasonable.KeywordsNC milling machine; leading screw; working stagIII目录摘要 .IABSTRACT .II第一章 绪 论.11.1 数控铣床的发展前景.11.2 课题提出的意义.2第二章 总体设计方案.32.1 设计参数.32.2 总方案的确定.3第三章 步进电机的选择.53.1 纵向、横向进给方向的步进电机的选择.53.1.1 步进电机步距角的确定.53.1.2 电机最大静态扭矩的确定.53.2 安装尺寸：.6第四章 联轴器设计.74.1 联轴器的种类和特性.74.2 联轴器的选择.74.3 键的校核.8第五章 滚珠丝杠的设计.95.1 滚珠丝杠的工作原理.95.2 滚珠丝杠的结构类型.105.2.1 滚珠循环方式：.105.2.2 轴向间隙的调整和预紧方法：.105.2.3 滚珠丝杠的安装：.105.2.4 材料的选择：.115.3 滚珠丝杠副的承载能力及其选用.115.3.1 纵向进给滚珠丝杠副的承载能力及其选用.115.3.2 横向水平进给滚珠丝杠副的承载能力及其选用.145.4 滚珠丝杠的防护.16第六章 数控系统的硬件设计.176.1 数控系统的基本硬件组成.176.2 步进电机的控制.176.2.1 步进电机的工作原理.176.2.2 步进电机的控制.186.3 译码法寻址.18IV6.4 键盘显示器接口.186.5 程序存储器（EEPROM）芯片 .186.6 数据存储器（RAM）芯片：.196.7 程序流程图.19总结.21参考文献.22附录一.23附录二.30致谢.33数控立式铣床进给系统设计 1第一章 绪 论1.1 数控铣床的发展前景市场的开放性和全球化，促使机床产品的竞争日趋激烈，而决定机床产品竞争力的指标是产品的开发时间（Time） 、产品质量（Quality） 、成本（Cost） 、创新能力(Creation）和服务（Service） 。用户在追求高质量产品的同时，会更多地追求低的价格和短的交货期。这就要求企业改变过去传统的设计、生产和管理模式，最大限度地利用虚拟设计手段，以提高产品的质量和性能，降低成本，并努力缩短交货期，同时还需要快速响应市场和用户的变化，利用有利时机快速抢占市场。美国制造业在 50至 60 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80 年代为提高产品质量，90 年代为市场响应速度。所以现代每个企业都期望通过提高自身的科技含量，采用先进的设计技术和手段，以加快设计速度，提高设计质量，增强竞争力。机床总体方案虚拟设计技术就是为适应这种形势的变化而提出来的。 我国世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势，一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场。90 年国外数控机床在我国市场的占有率仅达 15%左右，而 95 年已达 77%。严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个主要的原因是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进，新产品(包括基型、变型和专用机床)的开发周期长，从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。为解决这样的问题，必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提高产品结构性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境，使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面，使企业取得良好的经济效益。同时还有，设计人员操作的和开放的 CAD 应用软件，这样的软件系统应采用特数控立式铣床进给系统设计 2征建模技术、具有完备的图库结构、面向产品对象的数据管理系统并与企业的管理、工艺、制造等建立交换信息的接口；同时软件系统是一种开放环境，使设计人员可以根据自身产品设计的需要，对软件系统方便地进行修改和补充开发，建立起本企业的应用软件系统。对于机床的整体才用虚拟设计软件，整机的总体方案设计是保证产品布局合理、性能全局最优和成本合理的主要环节。但机床整机总体方案设计在传统上往往依赖于人的 “智慧” ，随意性很大，成为影响产品质量的关键因素，随着 CAD 技术、计算技术和设计方法学的发展，以及市场竞争的需要， 必须发展既基于知识，又具有科学分析和预测功能的总体方案虚拟设计软件。在设计完成后对与整体的优化设计，主要从保证整机性能的角度来研究机床总体结构的优化。这里既有建模的算法问题，也有确定载荷和边界条件的问题，更有设计人员直接参与应用和分析的问题。发展仿真技术在该领域的应用，使性能评价更直观和全面，可以使设计人员的经验和科学计算分析完美地结合在一起，以推进结构设计的创新发展。要解决长期困扰机械产品设计人员的方案设计完全依靠个别有经验人员和整机结构性能优化无从下手的问题，又要为广大设计人员提供一个经过二次开发的 CAD 应用软件的设计系统，还需做大量的研究开发工作。还需加大对并行工程、造型、可靠性、优化设计、报价体系、评价体系和软件一体化等方面的研究工作。1.2 课题提出的意义当今机床行业的计算机数控化已成为技术进步的大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件） 。有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化） ，并向智能化、集成化方向发展。在数控机床发展过程中，值得一提的是数控加工中心的出现。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现一次装夹并进行多工序加工。这种机床在刀库中装有钻头、丝锥、铰刀、镗刀等刀具，通过程序指令自动选择刀具，并利用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装缷时间和换刀时间。数控加工中心现在已经成为数控机床中一个非常重要的品种，不仅有立式、卧式等镗铣类加工中心用于箱体类零件的加工，还有车削加工中心用于回转体零件加工以及磨削加工中心等。这些高性能、数控立式铣床进给系统设计 3高精度、高自动化的数控机床就组成了完整的数控机床家族。第二章 总体设计方案方案设计主要是确定铣床工作台的纵向和横向进给的结构，传动原理以及基本的运动动力参数。2.1 设计参数设计任务给出各项指标如下：1 加工对象：45 号钢传动2 工作台行程：X400 Y3503 脉冲当量：0.0010.002mm2.2 总方案的确定由以上数据可以看出，该钻铣床为小型机床，且为立式。主要加工对象为普通 45号钢，加工并不困难，精度要求也不是非常高。所需要的功率也不大。因此，工作台的纵向和横向的移动通过丝杠来实现，按滚珠的循环方式可分为 弯管式 回球器式 端盖式。如图 2-1图 2-1 弯管式丝杠副弯管式丝杠副与丝母之间设有滚珠转动沟道,滚珠对沟道产生轴向负载,滚珠在丝杠轴周围做滚动运动之后,进入镶在丝母内部的弯管口内,并沿弯管再次向负载区循环,数控立式铣床进给系统设计 4从而进行无限滚动运动。这种产品（如图 2-2）是滚珠丝杠副中品种最丰富的普及型产品，可广泛用于各种用途。图 2-2 螺母丝杠副根据题目给出的要求，在工作台控制滑动的是才用的是 WL1 型有衬套的丝杠结构。数控立式铣床进给系统设计 5第三章 步进电机的选择3.1 纵向、横向进给方向的步进电机的选择3.1.1 步进电机步距角的确定根据 360360hh式中 步进电机步距角（度） 脉冲当量（mm） 滚珠丝杠螺距（mm）h因为=8 mm，（mm）h002. 0所以。09. 08002. 0360360h由于要满足步进电机和工作台的步距要求,因此采用联轴器结构，来传递转动。3.1.2 电机最大静态扭矩的确定负载的最大扭矩 39.8102ZFG hM式中 F进给方向的切削力（N） ；G工件和工作台的质量（kg） ；导轨摩擦系数；丝杠的传动效率；丝杠螺距（mm） 。h由以上计算可知高速钢立铣的铣削圆周力最大，并且由专用机床NPZ28.2191设计与制造8表 7 可知，当逆铣时（取 1.2） ，所以2 . 11ZHPP（） ；G 取 200 kg；取 0.8；取 0.95；取 8 NPPZH28.21912 . 12 . 1HPF hmm。所以数控立式铣床进给系统设计 6339.81022629.5369.8 0.8 2008 102 3.14 0.955.629ZFG hMN m 产品规格及性能所以步进电机转矩取 11Nm。选择 110BYG 系列步进电机：型号：110BYG5200C 相数：5 相 保持转矩：11 N.m。3.2 安装尺寸：步进电机的安装尺寸如图 3-1图 3-1 步进电动机安装尺寸数控立式铣床进给系统设计 7第四章 联轴器设计4.1 联轴器的种类和特性联轴器的所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在某种程度的相对位移，如图 4-1 所示两种相对位移等。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移能力。 轴向位移 径向位移 图 4-1 轴的相对位移根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移的条件下保持连接的功能） ，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。4.2 联轴器的选择由于这里步进电机和丝杠的轴在同一直线上具有很好的对中，有轴向位移。所以选用刚性联轴器，刚性联轴器里套筒联轴器能很好的满足结构要求且结构相对简单便于安装，所以选用套筒联轴器。自行设计联轴器如图 4-2 所示：图 4-2 套筒联轴器数控立式铣床进给系统设计 84.3 键的校核套筒与丝杠连接是用普通圆头平键。轴径为 30mm，传动转矩为 44.8Nm,载荷稳定。选择键的类型：选 A 型普通平键。确定键的尺寸：查表可选键的尺寸为 bhl=10855 mm挤压强度：按式（10-32） ，并取 ；，则工作42hKmmbLl451055表面的挤压应力为： 32244.8 1016.59845 302pTMPakld ，故联结能满足挤压强度要求。MPaMPapp605092.22数控立式铣床进给系统设计 9第五章 滚珠丝杠的设计5.1 滚珠丝杠的工作原理滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转换的传动装置。其工作原理如图5-1 所示在丝杠和螺母上分别加工出圆弧形螺旋槽，这两个圆弧槽合起来便形成了螺旋滚道，在滚道内装入滚珠，迫使二者发生轴向相对位移，为了防止滚珠从螺母中滚出来在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能返回丝杠螺母之间构成一个闭合回路。由于滚珠的存在，丝杠和螺母之间是滚动摩擦，仅在滚珠之间存在滑动摩擦。由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。滚珠丝杠副是用制造机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度和湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。滚珠丝杠副可以加压，由于压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。滚珠丝杠副由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。图 5-1 滚珠丝杠螺母工作原理图数控立式铣床进给系统设计 105.2 滚珠丝杠的结构类型 5.2.1 滚珠循环方式：滚珠在循环回路中与丝杠脱离接触称谓为外循环。本方案采用外循环方式的螺旋槽式。在螺母外圆上铣有回珠槽，两个挡珠器分别位于回珠槽与螺母的螺旋滚道的联接处，利用挡珠器一端修磨的圆弧引导滚珠离开螺旋滚道进入回珠槽，以及引导滚珠由回珠槽返回螺旋滚道，形成外循环回路。螺旋槽式滚珠循环回路转折平缓，便于滚珠循环，同时结构简单、加工方便，因此在数控机床中应用较为广泛。5.2.2 轴向间隙的调整和预紧方法：滚珠丝杠螺母的轴向间隙调整和预紧方法的原理与普通丝杠螺母相同，即通过调整滚珠螺母的轴向相对位置，使两个螺母的滚珠分别压向螺旋滚道的两侧面。本设计的间隙调整采用螺纹调隙式。一个滚珠螺母的外端有凸缘，而另一个外端没有凸缘而设有螺纹。用双螺母对双滚珠螺母进行轴向位置的调整和固定。旋转前螺母可使双螺母产生轴向相对位移，达到调整轴向间隙的目的，而用后螺母进行锁紧，这种方法结构简单。调整方便，因此应用广泛。缺点是调整量难以精确控制。5.2.3 滚珠丝杠的安装：1 支承方式按照怎样安排承受推力的轴承来分，有四种支承方式， a、双推双推；b、双推支承 ；c、单推单推；d、双推自由。本仿案采用 c、单推单推支承方式。数控机床的进给系统要求获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母机构的正确安装及其支承，结构刚度也是不可忽视的因素，滚珠丝杠螺母机构安装不正确以及支承刚度不足，会使滚珠丝杠的使用寿命大大下降。丝杠的支承轴承采用滚珠丝杠专用轴承，这是一种特殊的向心推力球轴承，其接触角增大到 60 度，增加了滚珠的数目并相对减少了滚珠直径，使轴向刚度增大到普通向心推力球轴承的两倍，该轴一般是成套出售，出厂时已调好预紧力，使用极为方便。数控立式铣床进给系统设计 11丝杠两端的轴承座孔与滚珠螺母座孔应保证严格的同轴度，同时要保证滚珠螺母与座孔的配合良好以及孔对端面的垂直度，保证轴承支座和螺母支座的整体刚度、局部刚度和接触刚度等。本方案选用 T 类螺纹调整滚珠丝杠副。5.2.4 材料的选择：滚珠丝杠： GCr15 整体淬火 硬度 5860HRC滚珠螺母： GCr15 整体淬火 硬度 6062HRC外循环挡珠器：65Mn 整体淬火 硬度 56HRC5.3 滚珠丝杠副的承载能力及其选用5.3.1 纵向进给滚珠丝杠副的承载能力及其选用滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷（C）和额定静载荷（）来表示，它的定oC义、计算和选用方法和滚动轴承基本相同。一般额定动载荷或额定静载荷选用滚珠丝杠副的尺寸规格；只有细厂而又承受压缩载荷的滚珠丝杠副，才需要压杆稳定性的核算，对转速高，支撑距离大的滚珠丝杠副，才做临界转速的核算；对精度要求高的滚珠丝杠副，才做刚度的核算。按额定动载荷选用额定动载荷 C 是指一批相同规格的滚珠丝杠副，经过运转一百万转（相当于在转速 n=的条件下，运转 500 小时）后，90%的滚珠丝杠副不产生疲劳剥伤min/33133r（或称为点蚀，是滚珠丝杠副的主要失效形式）时的轴向载荷。不同规格的的滚珠丝杠副的额定载荷植见表 5.7-3542。实际应用中，由于预期的总运转时间（寿命） 、转速、载荷性质等与得到额定动载荷值的条件不同，必须根据已知条件，按式（5-1）折算成与之相当额定动载荷值，只要选用的滚珠丝杠副的额定动载荷值等于或大于由式（5-1）计算所得的 C 值，这些滚珠丝杠副就可以在给定的条件下和预期的寿命内安全地工作。hdHdnf f fCPkgff (5-1)数控立式铣床进给系统设计 12式中 ，根据预期的寿命（） ，查寿命系数hf31)500(hhLf )(hLh选取按表15hL图 5.7-89，取 15000h，。hL1 . 3hf表 5-1 滚珠丝杠的预期工作寿命hL机床类别工作寿命一般机床，组合机床数控机床，精密机床机床的移动机构和辅助机构 10000 15000 50008000 521.2ddff 载荷性质系数，按表选取，取；表 5-2 载荷系数df载荷性质df平稳，轻微冲击中等冲击较大冲击，振动 11.21.21.51.52.5表 5-3 硬度影响系数及HFHf硬度 HRC585552.55047.54540动载荷硬度影响系数静载荷硬度影响系1.01.01.111.111.331.401.561.671.922.12.42.653.854.5531.0HHff 动载荷影响系数，按表选取，取；nf转速系数，根据已知的 n，可查图 5.7-90, n 取 100r/min,所以31)3 .33(nfn=0.69;nf 当量轴向载荷(kgf), 取 500kgf。dPdP所以可得3.1 1.2 1.0 5000.692695.7hdHdnf f fCPfkgf按额定静载荷选用额定静载荷OC是指滚珠丝杠副在静止状态下，承载最大接触应力的滚珠和滚道接数控立式铣床进给系统设计 13触面的塑性变形量之和滚珠直径万分之一时的轴向载荷。如果滚珠丝杠副的载荷是静载荷，或其转速小于 10r/min,这时应按额定静载荷选用，使其值符合下式的要求：oC,maxodHCf fPkgf (5-2)式中 521.4ddff 载荷性质系数，按表选取，取； ,53HHff 静载荷影响系数，按表选取，取1. 0； maxP最大轴向载荷(kgf)，maxP取 1500(kgf)。所以可得： ,max1.4 1.0 15002100odHCf fPkgf临界转速cn （r/min）7210Ldfnspc式中 丝杠底径（mm） ，=38.5；spdspd支撑方法有关的临界转速系数，见表 5-4，取 15.1；ff支承方式 Fm双推双推双推支承 单推单推双推自由21.915.19.73.420.310.25.11.3表 5-4 系数 f 和 m丝杠支撑间距（mm） ，取 1000mm。LL所以可得72721015.1 38.51010005813.5 /minspcdnfLr转速远远大于电机的最大转速，所以合适。查8 型外循环螺纹调整预紧的带套的双螺母滚珠丝LW1数控立式铣床进给系统设计 14杠副,表 5.7-37 得：6008 额定动载荷 3120kgf 额定动载荷 14600kgfLW1额定动载荷和额定静载荷都符合要求。5.3.2 横向水平进给滚珠丝杠副的承载能力及其选用滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷（C）和额定静载荷（）来表示，它的定oC义、计算和选用方法和滚动轴承基本相同。一般额定动载荷或额定静载荷选用滚珠丝杠副的尺寸规格；只有细厂而又承受压缩载荷的滚珠丝杠副，才需要压杆稳定性的核算，对转速高，支撑距离大的滚珠丝杠副，才做临界转速的核算；对精度要求高的滚珠丝杠副，才做刚度的核算。按额定动载荷选用 (5-3)(kgfPffffCdnhdh 13,5005515000 ,hhhhhLffhLh fhh 寿命系数，根据预期的寿命L其中L 按表选取，查图5. 7-89，取=3. 1；表 5-5 滚珠丝杠的预期工作寿命hl机床类别工作寿命一般机床，组合机床数控机床，精密机床机床的移动机构和辅助机构 10000 15000 50008000 561.2ddff 载荷性质系数，按表选取，取；表 5-6 df载荷性质df平稳，轻微冲击中等冲击较大冲击，振动 11.21.21.51.52.5 571.0HHff 动载荷影响系数，按表选取，取；转速系数，根据已知的 n，可查图 5.7-90, n 取 100r/min,nf313 .33nfn所以=0.69;nf数控立式铣床进给系统设计 15 当量轴向载荷(kgf), 取 200kgf。dpdp所以可得3.1 1.2 1.02000.691078.26hdHdnf f fCPfkgf表 5-7 硬度影响系数及HfHf按额定静载荷选用额定静载荷是指滚珠丝杠副在静止状态下，承载最大接触应力的滚珠和滚道接oC触面的塑性变形量之和滚珠直径万分之一时的轴向载荷。如果滚珠丝杠副的载荷是静载荷，或其转速小于 10r/min,这时应按额定静载荷选用，使其值符合下式的要求：oC ,maxodHCf fPkgf (5-4)式中 561.2ddff 载荷性质系数，按表选取，取； ,57HHff 静载荷影响系数，按表选取，取1. 0； 最大轴向载荷()kgf，取 250(kgf)。maxPmaxP所以可得：,max1.2 1.0250300odHCf fPkgf临界转速cn （r/min）7210Ldfnspc式中 丝杠底径（mm） ，=49mm；spdspd硬度(HRC)585552.55047.54540动载荷硬度影响系数静载荷硬度影响系1.01.01.111.111.331.401.561.671.922.12.42.653.854.5数控立式铣床进给系统设计 16f支撑方法有关的临界转速系数，见表 5-8，f取 15 .1；表 5-8 系数 f 和 m支承方式 Fm双推双推双推支承 单推单推双推自由21.915.19.73.420.310.25.11.3丝杠支撑间距（mm） ，取1000mm 所以可得LL72721015.1 491010007399 /minspcdnfLr转速远远大于电机的最大转速，所以合适。查机床设计手册8零件设计,型外循环螺纹调整预紧的带套的双螺母滚珠LW1丝杠副,表 5.7-37 得：4000,额定动载荷 2480kgf 额定动载荷 9800 kgf，额定动载LW1荷和额定静载荷都符合要求。5.4 滚珠丝杠的防护如果滚珠丝杠副在机床上外露，应采用封闭的防护罩，根据本机床的机构和经济性要求，所以采用折叠套管防护罩。本丝杠副采用润滑脂（如锂基脂）充填在螺母内部及涂在丝杠螺纹滚道上。数控立式铣床进给系统设计 17第六章 数控系统的硬件设计6.1 数控系统的基本硬件组成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，其性能的好坏直接影响到整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效的运行。机床数控系统的硬件电路概括起来有以下几个部分组成：（1）中央处理单元 CPU。（2）总线。包括数据总线（DB） 、地址总线（AB）和控制总线（CB） 。（3）存贮器。包括可擦除存贮器（EEPROM）和随机存贮器（RAM） 。（4）I/O 输入/输出接口电路。其中 CPU 是数控系统的核心，作用是进行数据运算处理和控制各部分电路的协调工作。存贮器用于存放系统软件，应用中所需的各种数据。I/O 接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。总线则是 CPU 与存贮器、接口以及其它转换电路联接的纽带，是CPU 与部分电路进行信息交换和通讯的必由之路。由于 MCS51 系列单片机在我国数控车床控制方面应用较普遍，其配套芯片价廉普及性通用性强，制造和维修也较方便，因此市场数据系统应用 MCS51 较多。但是随着电子信息技术的飞跃发展，新型号的芯片的不断问世，各种各样的单片机也应声而生。u，n sp 单片机是由凌阳公司推出的 16 位单片机，它的数据处理较强，集成度较高，而且有较大的存贮器空间，较快的处理速度，片内较多的 RAM 和FLASHROM 存贮器，有 D/A、A/D 接口和支持 DSP（数字信号处理）的指令，因此在这里不过多地扩展存贮器监控程序和功能子程序的可擦除存贮器和调试程序用的随机存贮器。数控系统也可以直接购买国内外较好的数控系统系列产品做为数控装置,如德国的西门子系列。6.2 步进电机的控制6.2.1 步进电机的工作原理步进电机是将电能转化为机械能电磁数控立式铣床进给系统设计 18元件。定子上安排了六个磁极，相对两个磁极上放置着同一相励磁绕组，而转子上没有，只有四个凸极，a、b、c、d 组成，当 s1 接通，s2，s3 断开，A 相建立磁场，转子力求以磁路最大来取向，转子齿与定子 A 相磁极对齐，即转子 a、c 齿的轴线与定子A 相磁极轴线重合。当 s1，s3 断开，s2 接通，转子 b、d 齿的轴线与定子 B 相磁极轴线重合。依次类推 s1s2s3s1 循环接通，转子以一定的布距角旋转，改变输入电流方向，实现反转即 s1s3s2s。6.2.2 步进电机的控制步进电机是受脉冲信号控制的，脉冲信号的产生和分配由软件编程来完成，而信号的放大由放大电路来完成。由于强弱信号的原因，我们在放大电路前加上光电耦合电路，已防止电源串路。6.3 译码法寻址由于扩展的存贮器和其它外围芯片的数量较多，常常采用译码法寻址，由译码器组成译码电路对系统的高位地址进行译码，译码电路将地址空间划分若干块，其输出作为存贮器芯片的片选信号，分别选通各芯片。这样既充分利用了存贮器空间，又避免了空间分散的缺点，还可以减少 I/O 口线。6.4 键盘显示器接口键盘和显示器是数控系统常用的人机对话的外围设备，键盘可以完成程序数据的输入，显示器显示计算机运行时的状态数据。键盘接口电路，用 8279 作为并行接口使用。8279 的地址，数据线和凌阳单片机的接口直接连接，由片选信号控制实现分时信息传递。6.5 程序存储器（EEPROM）芯片由于数控机床在加工的时候要进行加工程序的监控，所以数控系统需要有程序存储器，放置监控程序。本数控机床选用 EEPROM （容量为 8K） 。其外形图如图 7-1： 数控立式铣床进给系统设计 19图 7-1 程序存储器（EEPROM）芯片6.6 数据存储器（RAM）芯片：由于数控机床在加工的时候要进行加工程序的调试，所以数控系统需要有随机存储器，放置调试程序。本数控机床选用静态 RAM6264（容量为 8K） 。其外形图如图7-2：图 7-2 数据存储器（RAM）芯片6.7 程序流程图驱动横向和纵向步进电机运转的程序流程图如图 7-3：数控立式铣床进给系统设计 20图 7-3 步进电机流程图返回延时延时延时延时延时延时060506030303向电机启动向电机启动数控立式铣床进给系统设计 21总结本学期的毕业设计就要结束，在过去的 3 个多月的学习中，在老师的带领下，我系统的设计了 XK5025 数控铣床的进给系统的设计，对与丝杠副有了很深的了解，对于步进电机的选择应用，有了一定的认识,在电路设计方面,水品有了很大的提高,自己的机械设计水品有了很大的提高，对自己的大学生活做了一个很好的结局。数控立式铣床进给系统设计 22参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京.高等教育出版社.2001:100-3742 张新义. 经济型数控机床M. 北京.机械工业出版社.1993:1021-583 吴祖育. 数控机床M. 上海.上海科学技术出版社.1989:78-964 王爱玲. 现代数控机床使用操作技术M. 北京.国防工业出版社.20021:46-2545 李忠文. 实用电机控制电路M. 北京.化学工业出版社.2003:1321-766 李佳. 数控机床及应用M. 北京.清华大学出版社.2001:337-87 吉林工学院. 金属切削机床设计（上册）M. 上海.上海科学技术出版社.1979:1021-348 机床设计手册编写组. 机床设计手册（2 零件设计，上册）M. 北京.机械工业出版社.198020:46-239 维邦. 金属切削机床设计（上册）M. 北京.机械工业出版社.1984:341-0310 承恩. 现代数控机床（上册）M. 北京.机械工业出版社.19913:7-8811 蔡春源. 机械零件设计手册（上册）M. 北京.冶金出版社.19964:51-0412 蔡春源. 机械零件设计手册（下册）M. 北京.冶金出版社.19965:067-02数控立式铣床进给系统设计 23附录一输入数据处理程序.defineP_IOA_Data 0 x7000 .defineP_IOA_Dir 0 x7002 .defineP_IOA_Attrib0 x7003 .defineP_IOB_Data 0 x7005 .defineP_IOB_Dir 0 x7007 .defineP_IOB_Attrib0 x7008.ram .var KEY_BUF,K_IN_P,K_IN_C,K_IN_D.var KD00, KD01, KD02, KD03.var KDA0, KDA1, KDA2, KDA3.var KDB0, KDB1, KDB2, KDB3.var KDC0, KDC1, KDC2, KDC3.var KDD0, KDD1, KDD2, KDD3disp_buf:.dw 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00, 0 x00.CODEDISP_TABLE:.DW 0 x003F,0 x0006,0 x005B,0 x004F,0 x0066,0 x006D,0 x007D,0 x0007,0 x007F,0 x006F.DW 0 x0077,0 x007C,0 x0039,0 x005E,0 x0079,0 x0071,0 x0073.public _main_main: R1=0XFFFF/P_IOA_Dir = R1;/ Set port IOA outputP_IOA_Attrib = R1;/ R1 = 0 xF0F0;/ 设置 PORTB D15-D12 为键盘扫描 OUTP_IOB_Dir =R1;/ 设置 PORTB D11-D8 为键盘扫描 INP_IOB_Attrib=R1 R1 = 0 x00FFP_IOB_Data=R1 / 数控立式铣床进给系统设计 24R1=0X0000R3=24R4=KEY_BUF/CLRR0: R4=R1 R4+=1 R3-=1 CMP R3,0 JNE CLRR0mainloop: call F_disp_PIOA call F_ksc_PIOB call F_ksc_CLP jmp mainloop/键值处理/F_ksc_CLP:R1=KEY_BUFCMP R1,0JE KDAECMP R1,11JB K_DATAR2=0K_IN_C=R2CMP R1,11JNE K_GN2R2=KDA0K_IN_P=R2R2=1K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_DATA:数控立式铣床进给系统设计 25R3=K_IN_DCMP R3,0JE KDAER2=K_IN_PR1-=1R2=R1R2+=1K_IN_P=R2R2=K_IN_CR2+=1K_IN_C=R2CMP R2,4JNE KDAER2=0K_IN_C=R2R2=K_IN_PR2-=4K_IN_P=R2KDAE:R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN2:CMP R1,12JNE K_GN3R2=KDB0K_IN_P=R2R2=2K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN3:数控立式铣床进给系统设计 26CMP R1,13JNE K_GN4R2=KDC0K_IN_P=R2R2=3K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GN4:CMP R1,14JNE K_GNAKR2=KDD0K_IN_P=R2R2=4K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GNAK:CMP R1,15JNE K_GNNKR2=KDD0K_IN_P=R2R2=0K_IN_D=R2R2=0KEY_BUF=R2RETFK_GNNK:R2=0K_IN_P=R2数控立式铣床进给系统设计 27K_IN_C=R2K_IN_D=R2KEY_BUF=R2RETF/ 显示子程序/F_disp_PIOA: R2=K_IN_D R2=R2 LSL 2 R2+=4R1=0 x0800AA0:R5=DISP_TABLER5+=R2 R1+= R5 P_IOA_Data=R1 R1-= R5R2+=1R1= R1 LSL 1CALL DELAY CMP R1,0 x8000 JB AA0 R1=0 x0800 RETF; DELAY: R4=0 x0000DL1:R4+=1CMP R4,0 x01JBE DL1RETF/ 按键管理 / F_ksc_PIOB: call KSC_ALL数控立式铣床进给系统设计 28cmp R2,0JE Kendcall F_disp_PIOAcall KSC_ALLcmp R2,0JE KendR4 = 0X7FFF;KK1: P_IOB_Data=R4; R2 = P_IOB_Data; R2|=0 xF0FFR5=R2R2+=1 JCS Ksc1R2=R5 R2 =0 xFFFFR2=R2 LSL 4R5=0LLP1:R2=R2 LSL 1R5+=1CMP R2,0 x0000JNE LLP1 R5=R5 LSL 2R2=R4R2=0 xFFFFLLP2:R2=R2 LSL 1R5+=1CMP R2,0X0000JNE LLP2R5-=4KEY_BUF=R5Ksc1:数控立式铣床进给系统设计 29R4=R4 LSR 1R4|=0X8000CMP R4,0XF7FFJNAE KK1Ksc2:call KSC_ALLcmp R2,0JnE Ksc2Kend: RETFKSC_ALL:R2 = 0X0FFFP_IOB_Data=R2;R2 = P_IOB_Data;R2|=0 xF0FFR2+=1RETFEND数控立式铣床进给系统设计 30附录二调频脉冲输出程序，在 P_IOA0 输出调频脉冲信号 .defineP_IOA_DATA0 x7000 .defineP_IOA_DIR0 x7002 .defineP_IOA_ATTRI0 x7003 .defineP_IOB_DATA 0 x7005 .defineP_IOB_DIR 0 x7007 .defineP_IOB_ATTRI0 x7008.define P_TimerA_Ctrl0 x700b.define P_TimerA_Data 0 x700a.defineP_INT_Ctrl 0 x7010 .defineP_INT_Clear0 x7011 .defineT_DATA(0 xffff - 0 x1FE0) .CODE/主程序.public _main_main: INT OFFR1 = 0 x00FFP_IOA_DIR =R1 P_IOA_ATTRI=R1R1 = 0 xFFFFP_IOA_DATA=R1R1 = 0 x0005P_TimerA_Ctrl = R1;R1 = T_DATAP_TimerA_Data = R1R1 = 0 x1000;P_INT_Ctrl = R1/ 设置 IRQ1_TM 中 断数控立式铣床进给系统设计 31INT IRQ/ 开中断R2=0 xffb6R3=0 x0000Main_lop:Jmp Main_lop Key: R1=P_IOA_DATAR1|=0 x00ffR1=0 xffff R1=R1 LSR 3R1+=1/CMP R3,0/周期不变的调宽脉冲时间设置/JE LOW_TIMER4= 0 xffff R4-=R1R1=R4retfLOW_TIME:R4=0 x2000R4-=R1R1=R4R4= 0 xffff R4-=R1R1=R4retf.TEXT.PUBLIC _IRQ1 /中断子程序_IRQ1:Call Key/输入设置时间 P_TimerA_Data = R1 cmp R3 ,0数控立式铣床进给系统设计 32je cplp r4=0 xffb6P_IOA_DATA=r4R3 = 0R4 = 0 x1000P_INT_Clear = R4reticplp:R3=1 R4=0 xffffP_IOA_DATA=R4R4 = 0 x1000P_INT_Clear = R4 /清中断标识位reti /中断返回END数控立式铣床进给系统设计 33致谢感谢我的学院给我提供的物质上和精神上的帮助和支持。感谢所有在我的毕业设计过程中予我帮助和支持的同学、家人和朋友。