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1、返回目录回看结束放映第八章第八章 传统机械加工设备的 机电一体化改造分析与设计第一节 传统机械加工机床 机电一体化改造分析第二节 微机控制系统的设计分析习题与思考题1返回目录回看结束放映第一节第一节 机床的机电一体化改造分析机床的机电一体化改造分析 在机械加工工业中，如果绝大多数传统机床，改用微机控制，实现机电一体化改造，将会适应多品种、小批量、复杂零件加工的需求，不但提高加工精度和生产率，而且会降低生产成本、缩短生产周期，更加适合我国国情。利用微机实现机床的机电一体化改造的方法有两种，一种是以微机为中心设计控制系统；另一种是采用标准的步进电动机数字控制系统作为主要控制装置，前者需要重新设计控
2、制系统，比较复杂；后者选用国内标准化的微机数控系统，比较简单。这种标准的微机数控系统通常采用单扳机、单片机、驱动电源、步进电动机及专用控制程序组成的开环控制，如下图所示，其结构简单、价格低廉。对机床的控制过程大多是由单片机或单扳机，按照输入的加工程序进行插补运算，由软件或硬件实现脉冲分配，输出一系列脉冲，经功率放大、驱动纵横轴运动的步进电动机来实现的。2返回目录回看结束放映3返回目录回看结束放映 1.车床机械传动系统的改造设计方案析 右图a、b为C620-l机床外形与改造方案，下图为CA6140机床改造方案。这些改造方案均比较简单，当数控系统出现故障时，仍可使用原驱动系统进行手动加工。改装时，
3、只要将原机床进给丝杠尾部加装减速箱和步进电动机(如图中A和B)即可。对CA6140车床（如下图）的纵向(z向)进给运动，可将对开开合螺母合上，离合器M5脱开，以使主运动与进给运动脱开，此时，将脱开蜗杆等横向自动进给机构调整至空挡（脱开）位置。若原刀架换为自动转位刀架则可以由微机控制自动转换刀具，否则仍由手动转动刀架。一、一、一、一、机械传动系统的改造设计方案分析机械传动系统的改造设计方案分析机械传动系统的改造设计方案分析机械传动系统的改造设计方案分析4返回目录回看结束放映CA6140车床的改造方案 如需加工螺纹，则要在主轴外端(如图所示)或其他适当位置安装一个脉冲发生器C 检测主轴转位，用它发
4、出的脉冲来保证主轴旋转运动与纵向进给运动的相互关系，因为在车螺纹时，主轴转一转，车刀要移动一个螺距(单头螺纹)。为了每次吃刀都不乱扣，也必须取得脉冲发生器的帮助。上述改造方案成本较低。但是，为了保证加工精度，还需根据实际情况对机床进行检修，以能保证控制精度。原机床运动部件(包括导轨副、丝杠副等)安装质量的好坏，直接影响阻力和阻转矩的大小，应尽量减小阻力(转矩)，以提高步进电动机驱动转矩的有效率。对丝杠要提高其直线度，导轨压板及螺母的预紧力都要调得合适。为减少导轨副的摩擦阻力可改换成滚动导轨副或采用镶塑料导轨。根据阻力(转矩)、切削用量的大小及机床型号的不同，应通过计算，选用与之相匹配的步进电动
5、机。5返回目录回看结束放映 如果选用步进电动机的最大静 转 矩 冗余过大，价格就贵，改造成本就高，对用户来说，在使用中，转矩的冗余部分始终用不上，是一个极大的浪费；如果选得过小，在使用中很可能会因各种原因而使切削阻力 突 然增大、驱动能力不够，引起丢步现象的产生，造成加工误差。因此，必须采用第六章介绍的方法对执行元件进行匹配选择。对要求加工精度较高的机床，其进给丝杠应改换为滚珠丝杠。2 铣床机械传动系统改造的方案分析 1）X52K立式铣床传动系统改造方案分析 X52K立式铣床的原传动系统原理 如如下下图图a a所示。其主轴转动由电动机1经变速齿轮驱动。其主轴的升降用手柄5经锥齿轮副3、丝杠2手
6、动操作。工作台的X轴(纵轴)和Y轴(横轴)均通过离合器6和离合器7，由进给电动机10通过变速齿轮驱动丝杠副4和8机动进给。工作台的升降由电动机10通过离合器9将运动传给丝杠副11实现。为实现复杂零件的自动铣削加工，可以将工作台升降、工作台X与Y轴的进给运动、或将主轴升降和工作台的X、Y轴的进给运动、或仅将工作台的X、Y轴进给运动改为微机控制实现三轴或二轴的开环同步控制或非同步控制。上述方案中的第一种方案，由于工作台较重，升降所需步进电动机转矩大，功率损失也大，改造成本高，故一般不采用。而第三种方案仅为二轴控制，不能自动铣削三维曲面零件，显然改造的意义不大。第二种方案实现较容易、成本也较低，故多
7、被采用。现就第二种方案的改造设计思路作说明。6返回目录回看结束放映1、10-电动机；2、4、8、11-.丝杠副；3.锥齿轮副；5-受柄；6、7、9-离合器7返回目录回看结束放映12-丝杠副；13-椭轮；14-偏心套；15-电动机；16、17-步进电机8返回目录回看结束放映 为保留原机床的半自动功能，应对原系统作尽可能少的改动，即一旦控制系统出了问题，机床还可以手动进行加工，以免影响生产。为此可进行以下改动（如上图如上图b b 所示）：保留原机床主轴传动系统；保留机床工作台X、Y轴进给系统，脱开离合器6、7去掉手轮，将滑动丝杠副换为滚珠丝杠副(也可用原有丝杠副)，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进
8、电动机（16、17）；主轴垂直升降进给运动：拆去原手动锥齿轮副3及丝杠副2，更换成滚珠丝杠副12或采用滑动丝杠副并将丝杠上的锥齿轮改为圆柱齿轮，由于安装电动机受到减速齿轮副中心距尺寸的限制，故可安装一个采用偏心轴支承的中间轮(惰轮13)，设计并安装减速箱，将电动机15安装在减速箱的偏心套14上。为了调整齿轮传动间隙；可通过惰轮轴（偏心轴）调整与丝杠轴上齿轮的啮合间隙。调整偏心套14又可调整电动机输出轴上的齿轮与中间轴齿轮之间的传动间隙。2）XA6132型升降工作台卧式铣床传动系统改造方案分析 对于XA6132普通升降工作台卧式铣床可采用下图下图所示的改造方案。其改造目的主要是加工不同品种的凸轮
9、轴。由于凸轮轴所需加工的轮廓外形含有直线、圆弧和渐开线，要求的轮廓的尺寸公差为0.1mm，表面粗糙度为Ra1.6,因此，采用了三坐标联动方案。9返回目录回看结束放映10返回目录回看结束放映 为使铣床的机电一体化改造后的性能不低于原铣床，选X、Z坐标快进速度不低于2.4mmin，水平拖动力按15kN计算，则要求电动机功率 P152.4600.6kW，如选用步进电动机作为执行元件，则步进电动机达不到此功率要求。例如，200BF001反应式步进电动机，其最大静转矩为14.7N.m，最高空载运行频率为l1000steps，步距角为0.16/step。若取最高工作频率下的工作转矩为最大静转矩的14，则高
10、速运行工作状态下所需功率为PH1414.7110000.162 360O112.9(W)=0.1129kW，因此，如果选用步进电动机，必须相应地降低快速性要求。又由于步进电动机在低速工作时有明显冲击，易引起自激振荡，而且其振荡频率很可能与铣削加工所用进给速度相近或一致，对加工极为不利。故不宜采用步进电动机驱动。若采用直流或交流伺服电动机的全闭环控制方案，结构复杂技术难度大，成本高。如果采用直流或交流伺服电动机的半闭环控制，其性能介于开环和闭环控制之间。由于调速范围宽；过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于步进电动机开环控制；反馈环节不包括大部分机械传动元件，调试比闭环简单，系统的稳定性较易
11、保证，所以比闭环容易实现。11返回目录回看结束放映 但是采用半闭环控制，调试比开环控制步进电动机要困难些，设计上要有其自身的特点；另外反馈环节外的传动零件将会直接影响机床精度和加工精度，因此在设计中也必须给予足够重视。在直流和交流伺服电动机之间进行比较时，交流调速逐渐扩大了其使用范围，似乎有取代直流伺服电动机的趋势。但交流伺服的控制结构较复杂，技术难度高，而且价格高；此外，相比于直流伺服的大惯量电动机，交流伺服电动机自身惯量小，调试时困难大一些，维修时元件来源也较困难。直流伺服电动机的控制系统技术较成熟，普及较广。通过上述比较分析，确定采用直流伺服电动机驱动半闭环控制为宜。x、y、z 轴采用其
12、中二轴作插补联动；第三轴作单独的周期进刀，故称2.5轴联动加工；其传动方案如下图a所示。下图下图b b为结构改装装配原理图。图b改装部分装配原理图 图a XA6132铣床改造方案示意图1-离合器；2-锥齿轮副；3-滚珠丝杠副；4-减速齿轮；5-直流伺服电动机(2.5kW，1000rmin)；6-(横向)直流伺服电动机(1.4kw，1500rmin)；7-(纵向)直流伺服电动机(14kW，1500rmin)；8-减速齿轮；9-滚珠丝杠副12返回目录回看结束放映二、机械传动系统的简化二、机械传动系统的简化以车床C620-1为例，如果原机床不再考虑原手动传动系统的使用问题，其机械系统将得到大大简化。
13、图8.2b所示车床改装时需要改动的部分为：挂轮架系统：全部拆除。进给齿轮箱：箱体内零件全部拆去，原丝杠端加一个轴承套。溜板齿轮箱：拆去箱体部分光杠、操作杆、增加滚珠丝杠支承架和螺母座。横向拖板：安装步进电动机，并通过减速齿轮、联轴器将电动机轴与横向滚珠丝杠连接起来。改造后，主传动系统与进给系统互相独立。刀架体：采用自动转位刀架或根据需要加装纵、横向微调装置，供调整刀具用。改造后，车床的主运动：驱动主轴电动机V型带传动主轴变速齿轮传动主轴;进给运动：步进电动机减速齿轮传动丝杠传动溜板刀架。改造后的车床传动系统如图C620-1C车床的改造方案b所示。13返回目录回看结束放映自动转位刀架具有重复定位
14、精度高、刚性好、寿命长等特点。按其工作原理可分为螺旋升降转位刀架、槽轮转位刀架、棘轮棘爪转位刀架及电磁转位刀架等。下图a为螺旋升降转位刀架原理图，电动机l经弹簧安全离合器2、蜗轮蜗杆副3带动螺母6旋转，并将刀架5推起使端齿盘7的上、下盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后，由内装信号盘4发出到位信号，让电动机反转锁紧。图b为槽轮转位刀架原理图。它是利用十字槽轮原理进行转位和锁紧定位的。销钉盘2每转一周，带动槽轮转过一个槽，使其刀架4转过360/K(K为刀架工位数)。转位刀架原理图14返回目录回看结束放映 右图为四工位自动转位刀架结构原理图。这种刀架适用于多种车床。其转位、定位锁紧过程如下：转换刀位
15、时，微机发出信号，电动机1旋转，经蜗轮蜗杆副3、键2使螺杆4转动，迫使刀架体5与其相联的双头螺母6轴向上移动，使端齿盘11的上、下齿盘脱开，与螺杆4一起旋转的拨套9拨动拨块10，从而强制带动刀架体转 位，实 现 90、180、360转位、换刀。换刀到位时，行程挡块触发微动开关8，使电动机反转带动螺杆4反转，螺母6带刀架体5轴向下移，至使上、下端齿盘重新啮合、定位，达到预定锁紧力后，电动机停止转动，完成换刀过程。四工位自动转位刀架结构原理15返回目录回看结束放映 三、三、三、三、机床机电一体化改造的性能及精度选择机床机电一体化改造的性能及精度选择机床机电一体化改造的性能及精度选择机床机电一体化改
16、造的性能及精度选择 机床的性能指标应在改造前根据实际需要作出选择。以车床为例，其能加工工件的最大回转直径及最大长度、主轴电动机功率等一般都不改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度及粗糙度等基本上仍取决于机床本身原来的水平。但有一些性能和精度的选择是要在改装前确定，主要包括：1）主轴）主轴主轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。2)进给运动进给运动进给速度：Z向(通常为8400mmmin)；X向(通常为2100mm/min)；快速移动：Z向(通常为1.24m/min);X向(通常为1.25m/min);脉冲当量：在0.0050.01mm)内选取，通常Z向为X向的2倍。加工螺
17、距范围：包括能加工何种螺纹(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等)，一般螺距在10mm以内。通常进给运动都改装成滚珠丝杠副传动。3）刀架）刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置自动转位刀架时需要确定工位数，通常有4、6、8个工位；刀架的重复定位精度通常为5角秒以内。16返回目录回看结束放映 4)4)其他性能指标的选择其他性能指标的选择 刀具补偿刀具补偿：指刀具磨损后要使刀具微量调整的运动量。间隙补偿：在传动链中，影响运动部件移动的齿轮或其他构件造成的间隙，常用消除间隙机构来消除，也可以用控制微机发脉冲来补偿掉，从而提高加工精度。显显示示：采用单板机时其显示用数码管显示的位数较少，如不能满足要求，必要
18、时可以采用显示荧光屏，这样可以清楚地把许多条控制机床工作的数控程序都完整地显示出来。甚至可以把加工过程工件及刀具的运动图形显示出来。诊断功能诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现误动作，指示出机床某部分有故障或某项功能失灵，都可在改装时加入必要的器件和软件，使数控机床具有某些诊断功能。以上是车床改装时考虑的一些共性问题，有时改装者根据需要还提出一些专门要求。例如，有的要求能车削大螺距的螺纹；有的要求控制机与电气箱能防灰尘，在恶劣环境下工作；有的要求车刀能高精度且方便地对刀等。17返回目录回看结束放映四、机床进给系统机电有机结合四、机床进给系统机电有机结合四、机床进给系统机电有机结合四、
19、机床进给系统机电有机结合 匹配选择计算匹配选择计算匹配选择计算匹配选择计算18返回目录回看结束放映刀具角度及切削力方向 19返回目录回看结束放映20返回目录回看结束放映21返回目录回看结束放映22返回目录回看结束放映23返回目录回看结束放映24返回目录回看结束放映25返回目录回看结束放映第二节第二节 微机控制系统设计分析微机控制系统设计分析 从机床的开环控制系统框图可看出，系统应具有以下功能(或部分功能)及特点：控制机床刀具、工作台纵、横向和主轴z向的速度和位移；可控制加工端面、内外圆以及由任意锥面、球面、逼近的任意曲面；控制走刀速度，一般分0、1、2、9、A、BF等16挡，并可随时进行换挡；
20、加工程序中可给出一定的延时，在加工中执行延时程序时，车床刀架在预定时间内停止运动；具有程序暂停功能，当执行到暂停程序时，刀架停止运动，再按下启动键，可继续执行程序；微机I/O端口可发出和接受各种信号，作为限位、刀架(车床)回转、电动机正、反转等的控制及反馈信号。它与程序的自动循环功能相结合，可实现加工的全自动化；程序固化在EPROM中，使用时只要将所需程序调至内存即可，并可较方便地修改加工程序；具有点动和单步控制功能，以便调试、校对原点及修正加工尺寸；具有一定的自诊断功能，以便调试、校对原点及修正加工尺寸；具有一定的自诊断功能。26返回目录回看结束放映 一、选择一、选择Z80CPUZ80CPU
21、的控制系统设计的控制系统设计(以车床为例以车床为例)利用标准的单板机(如TP801A)作为控制器，控制车床的纵、横轴及自动转位刀架时，首先应熟悉单板机提供的资源，包括硬件资源和软件资源。硬件资源主要是指单板机的硬件配置及提供给用户扩展用的硬件特性；软件资源主要指单板机的监控程序，特别是供调用的基本子程序。对用户关系较大的资源、特点分析与选用如下：1.主要技术特性和硬件配置 （1)中央处理机为Z80CPU，晶振频率为3.9936MHz，不分频时其系统时钟为4MHz。（2)存储器共有七个24脚插座，可以插5片2k8位的6116RAM和2片2k8位的2716EPROM或者插上7片全是2716EPRO
22、M或4k8位的2732EPROM。作为车床改造的控制系统选用3片2k8位的2716EPRON和二片2k8位的6116RAM就足够了。2716的读周期是450ns，6116的读写周期小于200ns，CPU的时钟周期是250ns，所以在搭配上符合要求。监控程序固化在一片2716EPROM内，各功能模块程序存放在另一片2716EPROM内，剩下的一片EPROM芯片用于存放常用零件的加工程序。这样安排的好处是更换零件加工程序时，只需更换一块芯片即可。2片6116RAM作为调试程序存放和运行程序的中间数据存放用。27返回目录回看结束放映 （3)I/O口，Z80PIO并行接口芯片，有二个8位可编程I/O口
23、，全供用户使用。这里将A口做为X、Z轴进给系统步进脉冲的输出口，其中 PA0PA2为X向的输出口，PA3PA5 为Z向输出口。B口为位控方式，其中PB0PB3为+x、-x、+z、-z的行程越位信号输入，PB5为急停信号输入，PB6、PB7为系统工作正常、报警信号输出。（4)计数器定时器。它有Z80-CTC计数器定时器芯片一片。它的4个通道中0#和3#通道在应用程序中使用，其余由监控程序使用。（5)显示器由6位LED构成。（6)具有31个键的键盘，包括16个数字键、14个命令键及一个复位键。足够控制使用。另外还有S-100总线插孔一组。2.存储器空间分配 28返回目录回看结束放映 3.I/O地址
24、分配 4.单板机部分相关电气工作原理设计29返回目录回看结束放映30返回目录回看结束放映 5.驱动电路设计 下图为步进电动机驱动电路原理之一。为提高系统的抗干扰能力，在驱动电路(功率放大)与I/O口之间用光电隔离器连接。图中，由于x、z轴步进电动机的U、V、W相控制信号输入端均接入一驱动器(跟随器)以提高驱动能力。当I/O口输出为高电平时，经驱动器后仍为高电平，此时发光二极管不发光，使光电隔离器中的光敏三极管截止，则VT1、VT2均截止，VT3、VT4基加压导通，相绕组通电。反之，相绕组不通电。驱动电路原理31返回目录回看结束放映 6.其他辅助电路 为了防止机床行程越界，所以在机床上装有行程控
25、制开关。为了防止意外，装有急停按钮。因为这些开关都安装在机床上，距控制箱较远，容易产生电气干扰。为了避免这种情况发生，在电路和接口之间实行光电隔离。为了报警，还设有报警电路。当绿色的发光二极管亮时表示工作正常。当红色发光二极管亮时，表示溜板箱已到极限位置。7.控制系统软件设计 为了让车床自动加工零件，必须先将人的意图，用机 器 所能接受的语言，编制加工程序，程序格式不同，其设计方法也不同。下面以某厂生产的微机数控装置为例，对控制系统的程序设计做一简要说明。（1)加工程序的总格式。该系统在进行某段工序加工时，需将加工量以十进制的mm数送入，然后送入加工速度字、方向字等。因此，在车床进行加工之前，
26、必须根据零件图纸给出每道工序的刀具运动方向和位移长度。根据零件材料和车床的特性以及工艺要求，给出车床的切削速度。该加工程序以四个字节至八个字节为一段程序，先以一段为开头，中间为加工程序段，最后为结尾，参看教材图8.12。（2)主程序。根据上面规定的加工格式，画出控制系统的主程序流程图，参看教材图。32返回目录回看结束放映 二、单片机控制系统设计二、单片机控制系统设计二、单片机控制系统设计二、单片机控制系统设计(以工作台为例以工作台为例以工作台为例以工作台为例)X-Y工作台的工作原理比较简单，X、Y向均采用步进电动机并通过齿轮减速器和丝杠传动副带动工作台沿X和Y向运动,与车床X轴、Z轴和铣床的X
27、轴、Y轴与Z轴的传动原理相同。如对工作台的控制要求先作如下规定：步进电动机选用四相八拍，其脉冲当量为0.01mm/step；能用键盘输入命令，控制工作台的X向、Y向运动及实现其他功能，其运动范围均为0200mm；能实时显示工作台的当前运动位置；具有越程指示报警及停止功能；采用硬件进行环形分配，字符发生及键盘扫描均由软件实现。单片机控制系统的硬件构成:现选用803l单片机芯片作为主芯片。它有P0、P1、P2、P3四个8位口，P0口可以驱动8个TTL门电路，16根地址总线由它经地址锁存器(74LS373)提供低8位A0A7,而高8位A8A15由P2口直接提供。数据总线由P0口直接提供。控制总线由P
28、3口的第二功能状态和4根独立的控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。仅剩P1口可供控制外设。因此，不能满足上述控制要求，又由于8031芯片无ROM，且只有128字节的RAM也是不够用的,故也需要进行扩展。现采用8155和2764、6264芯片作为I/O口和存储器扩展芯片。显示器采用LED数码显示，从控制要求来看，需要5位数码显示，其中整数部分3位，小数部分2位。其他辅助电路有复位电路、时钟电路、越位报警指示电路。延时可利用8155的定时器计数器的引脚TMRIN和TMROUT。综上所述绘制单片机(8031)控制系统工作原理图如下图所示。33返回目录回看结束放映单片机控制系统工作原理34返
29、回目录回看结束放映 图中，单片机时钟利用内部振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，晶振可以在1.212MHz间任选，电容在530pF之间，对时钟有微调作用。越位超程报警、指示电路，采用4个限位开关，一旦越位，应立即停止工作台移动。这里采用中断方式，利用8031的外部中断，只要有一个开关闭合，即工作台的X向或Y向有一项越位，便能产生中断信号。为了报警,设置了两个发光二极管灯，一个红灯用于越位报警，另一个为绿灯，工作正常时亮，两灯均由803l的P1.6控制。为了整体控制需要，应将8155的输出端TMROUT与803l的T0端相连，且还应与步进电动机控制用环形分配器的CP端相接。35
30、返回目录回看结束放映 三、三、XA6132XA6132型铣床的多型铣床的多CPUCPU直流伺服直流伺服 系统设计简介系统设计简介根据第一节XA6132普通升降工作台卧式铣床所选定的直流伺服驱动与加工要求，所配数控装置应实现闭环(半闭环)控制；提供模拟量控制信号，接收半闭环的反馈信号；要能控制三个坐标轴的运动，其中至少需同时控制两轴联动完成圆弧插补；为了在加工中可使用不同尺寸的刀具，数控装置应具有刀具的半径和长度的补偿功能，以便数控加工中按轮廓编制程序而能适应刀具尺寸的变化。为了适应将来发展的需要，数控装置应具备通信接口。因此确定选用MTC-1M铣床数控装置。MTC-lM是三坐标2.5轴联动的铣
31、床用多CPU数控装置。该装置除了有一般数控功能之外，还具有子程序和参数编程，特别是镜像功能，很适合具有对称轮廓工件的数控加工编程。此外，它还具有示教、录返和用RS232C通信的功能。该数控装置还可以控制主轴转速，但由于主轴所需调速范围小，调速机会也不多，而且主轴电动机功率较大，如采用调速装置将会增加不少投资，所以改造中未采用数控装置调速，而仍保留原机床上的手动机械换挡方式对主轴实行变速。36返回目录回看结束放映由于采用现成的MTC-1M数控装置，在选配时要考虑功能需求，与伺服单元的配接，其他的输入输出控制信号及控制能力。在配接时要考虑接口的数量及参数，必要时要设计信号变换电路，在设计参考点信号
32、的电路时，采用了光电隔离；另外为了在接近开关及其电源、引线等发生故障时，能有一定的保护，设计了逻辑检测电路。此逻辑检测电路的作用是当发生元件损坏、断线或短路时发出信号，起到紧急停机的作用。为了能用一般的8位微处理器芯片完成插补运算，而且还要监控键盘，对显示屏幕的不断刷新等，系统采用了多CPU结构。多CPU结构是数控系统为了适应功能强、速度快、分辨力高而发展起来的很有生命力的结构型式。下图数控装置采用三个CPU，分别是中央CPU，显示和键盘管理CPU以及插补和输入/输出CPU。中央CPU起主要控制作用，负责数控程序的编辑、数控程序段的译码预处理、刀具半径补偿的计算、机器和刀具参数编辑与诊断处理，
33、按键信号监控处理等，并且要协调另两个CPU的同步工作。显示CPU主要功能是按照中央CPU送来的显示命令和显示内容，组成相应的显示页面，负责产生CRT显示器所需要的视频扫描信号，控制显示器按规定的显示方式显示有关信息。此外，扫描键盘，将接受的键盘和开关信号经译码后送给中央CPU进行相应处理。插补CPU主要进行插补运算，发生伺服驱动所需的控制信号，接收测量元件的反馈信号，实现速度和位置的控制。此外，对输入输出信号进行控制，并完成RS232C通信功能。37返回目录回看结束放映数控系统硬件框图38返回目录回看结束放映 插补CPU接收中央CPU送来的程序段信息和其他命令，并返回插补完成情况及出错信号。为
34、了完成信息交换，中央CPU与显示CPU之间，中央CPU与插补CPU之间分别设置了公用存储区。以中央CPU与插补CPU之间数据交换为例，为了避免两个CPU同时存取公用存储区而发生冲突，需要采取措施。为了简化线路和控制，该设计方案采取借用Z80CPU所具备的总线请求和响应的功能，以中央CPU为主控，当中央CPU需要时，通过I/O口，由芯片8255的输出向插补CPU的总线请求发出信号。插补CPU返回响应信号后，也经由8255，从输入口传给中央CPU。中央CPU接到响应信号后打开74LS244和74LS245总线驱动器的门，使中央CPU的地址信号送达插补CPU的存储区，数据得以传送。在地址分配上，为了
35、减少芯片数，插补CPU所用的ROM采用2片EPROM2764，用74LSl38完成片选，由三根地址线译码后，每个输出Y端控制8k存储区。2片2764占低地址区。但RAM只需2k(包括公用存储区)，设计中把公用存储区放在最高地址区，为了精确地选址，又加了74LSl39，进一步用选定RAM的地址为0F800H0FFFFH。输入/输出采用8255，每片可以有24个端口作为输入输出用。对伺服驱动单元的控制模拟量信号采用DAC0830数模转换。为了实现正反转控制，采用2级放大，可输出l0V控制信号。由于数控装置在使用RS232C通信功能时不做其他工作，为了简化结构，利用8255的一个输入端口和一个输出端
36、口，用软件实现串行数据通信。I/O的地址分配，由于I/O片不多，为简化线路减少芯片数，地址译码输入只用了5根地址线，输出分别给CTC，2片8255和4片DAC0830共7个芯片，其中CTC和8255每个口有2个地址，而DAC0830有8个地址。该系统的软件设计采用模块化设计。39返回目录回看结束放映习题与思考题8-1采用“微机”实现传统机床的机电一体化改造的方法有哪两种？8-2分析C620-1、CA6140车床机电一体化改造的原理方案。8-3为何说传统切削机床的机电一体化改造大大简化了其机械传动系统？8-4了解一、两种自动转位刀架的工作原理。8-5在对传统机械加工机床进行机电一体化改造之前，首先要选择机床的哪些性能指标？8-6在对传统机械加工机床进行机电一体化改造时，对进给系统必须作怎样的设计计算？8-7在对传统机械加工机床进行机电一体化改造时，为什么最好应根据实际需要所选定的机床所限用的最大切削用量进行计算？8-8以X52K立式铣床为例，分析并绘制其进给系统传动系统改造的方案。8-9分析图8.10和图8.20所示控制系统工作原理图中存储器及I/O口的扩展方法。40