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（毕业设计全套）热盘加工专用机床进给系统电控系统设计（打包下载）

统。其执行机构通常采用功率步进电机或电业脉冲马达。数控装置发出的脉冲指令通过环形分配器和驱动电路，使步进电动机转过相应的步距角，再经过传动系统，带动工作台或刀架移动。移动部件的速度和位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的，位移精度主要决定于该系统各有关零部件的制造精度。如图.图.开环控制系统开环控制系统具有结构简单系统稳定容易调试成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低，般适用于经济型数控机床和旧机床的数控化改造。闭环控制系统这种控制系统绝大多数采用伺服电机，在机床的运动部件上安装有位移测量装置。如图所示，测量元件安装在工作台上，测出工作台的实际位移值反馈给数控装置。位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作，直到到达实际位置，误差值消除，此称之为闭环控制。如图.图.闭环控制系统从理论上讲，闭环控制系统的控制精度主要取决于检测装置的精度，它完全可以消除由于传动部件制造中存在的误差给工件带来的影响。所以这种控制系统可以得到很高的加工精度。闭环系统的设计和调整都有很大的难度，主要用于些精度较高的数控镗床数控铣床超精车床和加工中心等。半闭环控制系统半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置，如圆光栅光电编码器及旋转式感应同步器等。该系统不是直接测量工作台位移量，而是通过检测丝杠转角间接的测量工作台的位移量，然后反馈给数控装置。这种控制系统实际控制的是丝杠的转动，而丝杠螺母副的传动误差无法测量，只能靠制造保证。因而半闭环控制系统的精度低于闭环控制系统，高于开环控制系统，调试比闭环控制系统容易设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。如图.图.半闭环控制系统由于角位移检测装置比直线位移检测装置结构简单，安装调试方便，因此配有精密滚珠丝杠和齿轮的半闭环系统正在被广泛的使用。目前已逐步将角位移检测装置同伺服电动机设计成个部件，使系统变得更加简单，安装调试都比较方便，中档数控机床广泛采用半闭环控制系统。综合上述几种控制系统，由于此次加工的热盘精度要求不是很高，且为了节省成本，所以采用开环控制系统。.控制系统方案确定数控系统基本硬件组成任何个数控系统都有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由四部分组成中央处理单元总线。包括数据总线地址总线控制总线储存器。包括制度可编程储存器和随即读写储存器输入输出接口电路。总体组成主控器单片机储存器接口键盘显示及步进电机系统总体确定后，进行各部分设计.软硬件任务合理分配涉及软硬件任务分配的有控制步进电机的脉冲发生与脉冲分配数码显示的字符发生键盘扫描管理。上述三个都可以用专用硬件芯片实现，也可以用软件编程实现。用硬件实现，编程时较简单，但同时增加了硬件成本及故障源。用软件实现，可节省芯片，降低成本，但增加了编程难度。在决定用何种何法实现时，应统筹兼顾，同时还应根据设计者的软硬件方面的实际经验及能力。此处决定如下控制步进电机用的脉冲发生器用硬件，采用国产环形分配器实现。字符发生及键盘扫描均由软件实现。.主控器主控芯片选择近年来国外些主要的半导体制造厂家相继生产了各种位的单片微型计算机单片机。主要有公司的系列，系列等等，目前在国内用的较广，开发工具较齐的是系列。这里选用系列中的。系列单片机介绍下面介绍与硬件设计及软件编程关系密切的有关系列单片机的些特性。系列单片机的基本特性单片机是集端口及部分与体的功能很强的控制器。现用得较广泛的是系列。该系列包括三个产品。三者的引脚完全兼容，仅在结构上有些差异，主要是是无的，而则使用代替的。通常所说的单片机是该系列的简称。用得较多的是该系列中的。单片机的基本特性如下以为例具有位的中央处理器芯片内有时钟发生电路具有具有字节具有个特殊功能的寄存器具有个端口，根线可寻址外部数据存储器可寻址字节外部程序存储器具有两个位定时计数器具有个中断源，配备个优先级具有个双全功能串行接口具有位寻址能力，适于逻辑运算。从上述特性可以发现，块芯片，功能几乎相当于由块块块块两块和块所组成的微机计算机系统。管脚功能及应用特性简介引脚功能分类按引脚功能可分为三类，即线共个位口。控制线片外取指令控制地址锁存控制片外存储器选择复位控制。电源及时钟应用特性口线不能都用作用户线，除外，真正可完全为用户使用的口线只有口，以及部分作为第功能使用的口口的驱动能力为口驱动个门电路，口则只能驱动个门口试双重功能时钟频率外接时钟频率可在.间选择。三总线结构单片机的三总线结构如下。地址总线地址总线宽度为位，故其外部存储器直接寻址范围达字节，位地址总线由口经地址锁存器提供低位,高位由口直接提供。数据总线数据总线宽度为位，由口直接提供。控制总线由口的第二功能状态和根独立的控制线组成。存储器结构单片机存储器包括程序存储器和数据存储器，可直接寻址的存储器结构如图.。其中外部程序存储器和数据存储器都需要扩展电路。时序由于单片机中程序存储器和数据存储器严格分开，因此，程序存储器的操作时序中分为两种情况不执行指令和执行指令。两种情况的操作时序如图.。对于存储器的扩展芯片的选择极为重要。图.储存器结构图.外部程序存储器的操作时序中断功能单片机提供个中断请求源。两个由输入的外部中断请求，两个位片内的定时器计数器溢出请求，个为片内的串行口中断请求或。这些中断源的引脚如图所示，为口的第二功能。对于每个中断请求源，都可编程为高级优先级或低级优先级，实现二级中断嵌套。当执行关中断指令后才有可能接受中断申请，每个中断源可由软件编程为允许或禁止中断。单片机常用系统扩展芯片在单片机应用系统中，常用的系统扩展芯片有程序存储器数据存储器口以及其它功能芯片，如定时器计数器中断控制器等。现分述如下程序存储器主要是紫外线擦抹得可编程只读存储器。通常采用标准芯片如和。数据存储器静态。无需刷新，但功耗大，成本高。目前常用的静态是和。动态。功耗小，成本低，但须刷新。主要动态有和。般控制系统多采用静态。口扩展集成芯片口扩展芯片可分为三种类型。专用口扩展芯片，这类芯片专用于扩展口用。主要有。扩展复合芯片。这类芯片除了能扩展口外，还能扩展其它外围功能电力路，主要有。电路芯片。这是类广泛用作单片机口扩展芯片，主要有等。其它各种功能芯片还可扩展下列具有各种专用功能的外围芯片。可编程中断控制器可编程键盘显示控制器可编程通用定时器。可编程通信控制器.存储系统扩展设计芯片选择选择单片机应用系统中，使用最多的是典型系列芯片，各芯片的管脚及其兼容性能如图所示。各种型号的有不同的应用参数，主要由最大读出速度工作温度及容量。在容量确定时，选择的型号，主要考虑因素是读取速度，这是决定系统能否正确工作的前提。根据与时序匹配要求，应满足这样个关系即所能提供的读取时间大于所要求的读取时间。访问时，其所能提供的读取时间与所选用的晶体时钟有关，约为，其中为时钟周期。如选用晶体频率为，则，若晶体频率选用，则。本系统选用晶体频率为。根据控制对象和任务的复杂程度，以及是否需大量计算来确定存储系统总容量，包括容量和容量。在产品研制阶段，存储容量般不易精确确定，设计者可以作粗步估算，或凭工作经验，或与其它相似控制系统类不确定。另外，对和都应留有定余量，以备系统功能扩充之用。在实际设计中，应考虑尽量使系统电路简化，在满足容量要求是尽可能选择大容量芯片，以减小芯片组合数量。目前大容量芯片价格日趋便宜，小容量芯片面临减产价格上升的局面，故采用较大容量芯片，从长远的经济效益也有好处。据此，选用片，具体型号根据市场货源及价格选购。选择分为静态和动态，静态无需考虑保持数据而设置刷新电路，扩展电路简单。单片机的扩展多选用静态。在选时，主要考虑因素同样是的读些速度与所提供的读些时序的匹配要求。类似，也应满足这样个关系即所能提供的读些时间应大于所要求的读些时间。常用主要有和。典型读些时间为左右。所能提供的对的读些时间与所选时钟频率有关，其大致关系为，。分别为读时间写时间及时钟周期。当选时钟频率为时。由此可见，常用的都能满足单片机时序要求。类似，这里选用大容量的片。地址分配及译码地址分配与般存储系统不同，单片机所支持的存储系统，其程序存储器与数据存储器独立编址。因此，和的地址分配比较自由，不必考虑是否发生冲突。由于复位后从单元开始执行程序，故程序存储器地址应从开始，有多片组成的情况下，各片间地址可连续，也可不连续，只是后者浪费些空间。这里只用了片，故不存在此问题。因此的地址为。扩展的地址与口及外围设备实行统编址，任何扩展的口及外围设备均占用数据存储器的地址空间。对本系统，容量及扩展外围设备数量不是很多。空间只需很小部分，为便于和的统编码，作如下安排占,占，其余未作分配。的可以分配在。地址译码及译码线路地址译码有线性译码法译码器译码法等。般译码时首先应根据地址分配，列出参加译码芯片的地址变化情况，然后便可画出其译码线路。由于各只有片，故可用线性译码法。据此很容易得到的译码线路图。如图与的联接存储器与单片机的联接，主要是三总线的联接。应考虑单片机总线的驱动能力是否足够，若不够，应加适当的驱动，如加总线驱动器等。根据前面介绍的单片机的驱动特性知，在此不必加驱动。下面给出与的具体联接。地址总线将与的对应相连，与的对应相连，其余地址线经译码器产生片选信号。数据总线数据线的联接是将分别与存储器的对应相连。控制总线单片机返访问和的控制信号主要有外部取指令信号。即，外部写信号。即，外部读信号。根据上述控制信号的功能，可将与的相连，分别与的相连即可。至此，完成了本系统存储器部分的设计。图.译码线路.机床中部分电机控制电路电动机正反转控制电路图.电动机正反转控制电路如图.所示，电动机的正反转控制有两种控制方式，接触器联锁和双重联锁。接触器联锁正反转控制线路动作原理如下。合上开关。按下线圈得电主触点闭合，自锁触点闭合联锁触点断开切断反转控制电路电动机正转启动。按压线圈得电主触点断开，自锁触点断开联锁触点闭合为接通反转控制电路做好准备电动机停转。按压线圈得电主触点闭合，自锁触点闭合联锁触点断开切断正转控制电路，使线圈不能得电电动机反转启动。接触器联锁的优点是安全可靠。如果发生个接触器主触点烧焊的故障，因它的联锁触点不能恢复闭合，另个接触器不可能得电而动作，从而避免了电源短路的事故。其缺点是要改变电动机的转向，必须先按停止按钮，再按反转启动按钮，这样虽然对保护电动机有利，但操作不够方便。双重联锁的正反转控制线路动作原理如下合上开关按下，其动断触点先行切断反转控制电路，电动机停转紧跟着其动合触点闭合，接通正转控制电路，使接触器得电动作，电动机正转。按下，其动断触点先行切断正转控制电路，电动机停转紧跟着其动合触点闭合，接通反转控制电路，使电动机反转。这样，要改变电动机的转向，只要按下相应的按钮即可。双重联锁，兼有接触器联锁和按钮联锁的优点，克服了接触器联锁操作不便的缺点，且反转迅速，所以在机床设备中应用广泛。在这次的设计中，我们也采用双重联锁控制电动机的正反转。工作台的往返运动，刀架的升降，铣刀的正反转，都是依靠电动机的正反转来实现的。冷却泵的控制电路图.冷却泵控制电路冷却泵控制线路原理如下合上电源开关按下启动按钮线圈因通电而吸