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1、河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计（论文）题目：大型结构件专用数控钻孔机床控制系统设计专业（方向）：机械设计制造及其自动化学 生 信 息： 学号：080458 姓名：郭义海 班级：机设085指导教师信息：教师号： 10003 姓名： 陈贵亮 职称：高级工程师报告提交日期：2012.04.17 一. 控制系统设计应完成如下功能要求：1） 两条工作手臂分别做三个自由度的运动，以调整加工部位。2） 可用于加工两侧加工，两条手臂分别控制。3） 在运行过程中可人工干预而紧急停车。4） 能实现越界报警。5） 可与PC机通讯。二. 控制电机初选：电主轴的
2、电机采用异步交流伺服电动机，XYZ三方向的运动采用同步交流伺服电动机带动滚珠丝杠运动。换刀机构不需要机械手，盘式刀库的回转运动用交流伺服电动机带动，盘式刀库沿径向向主轴运动采用气压驱动。夹刀机构设在主轴内，采用锥柄刀具，锥柄尾端装有拉钉，主轴前端锥孔与刀具的锥柄相配台，起定心作用，其端面有键用以传递切削力矩；气缸作用于拉杆拉动拉钉使刀具夹紧。三.数控系统硬件电路设计1.总体设计：选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于
3、系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示：Zuobi左臂X向光电隔离光电隔离光电隔离8031单片机光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离功率放大功率放大功率放大功率放大功率放大功率放大功率放大功率放大伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机伺服电机旋转旋转 图1.1系统总体方案图2.工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给伺服电动机各相绕组，使各相绕组按照
4、预先规定的控制方式通电或断电，这样控制电动机带动工作台按照指令运动。3.存储器的扩展选择晶体振荡器的工作频率f为12MHz。主控器CPU选用8031，根据容量估算，选用一片2764作为程序存储器，一片6264作为数据存储器。同时，还采用一片74LS373作为地址锁存器。4.程序存储器2764EPROM是用紫外线可擦除的半导体只读存储器， 2764芯片引脚的介绍如下。P0-P7：数据线，输出。编程时代码输入。A0-A7：地址线，输入。：片选信号，低电平有效，输入：读信号，低电平有效，输入：编程脉冲输入端，输入Vpp：编程电压(典型值为12.5V)Vcc：电源(+5V)GND：接地(0V)输出允许
5、编程逻辑译码输出缓冲256256存储矩阵A12A11A0 D0 D7图1.2 2764引脚图5.数据存储器62641) 存储器6264为24脚双列直插式器件，其引脚图和逻辑符号图如图1.3所示。A0A12：地址输入线。D0D7：双向三态数据线。：片选信号输入线，低电平有效。CE2：片选信号输入线，高电平有效，可用于掉电保护。：读选通信号输入线，低电平有效。：写允许信号输入线，低电平有效。：工作电源电压(+5V)。GND：电源地。A12 Vcc CE2A0 D0 GNDD7 图1.3 6264引脚图和逻辑符号图2) 存储器6264芯片操作方式选择如表1.1所示。如表1.1：方式功能001写D0-
6、D7上内容写入A0-A10对应单元010读A0-A10对应单元内容输出到D0-D70XX非选D0-D7呈高阻表 1.16. 键盘显示电路根据系统要求，通过键盘输入命令来实现对机床工作台的运行控制。一共需要七个键，六个分别控制工作台向+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z方向运行，另一个作启动键；通过LED数码管显示手臂的运行位置，行程范围分别为3m*1.5m*0.5m，精确到0.01m，所以用了6个LED数码管采用动态显示。1）采用键盘显示器接口8279来实现键盘显示功能。它主要由以下几部分组成。n I/0控制和数据缓冲器； n 控制和定时寄存器及定时控制部分；n 扫描计数器；n 回送缓冲器 与
7、键盘去抖控制电路；n FIFO(先进先出)寄存器和状态电路；n 显示器地址寄存器及显示RAM。2）下面对引脚名称作简要说明。n DB0DB7:双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。n CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。n RESET:复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序时钟前置分频器被置为31,RESET信号为高电平有效。n ：片选输入线，低电平有效，单片机在为低时可以对8279进行读/写操作。n A0:缓冲器低位地址，当A0为高电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低l 电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平
8、时，表示数据总线上为数据。n :读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。n :写信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出,将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。n SL0-SL3：扫描线n RL0-RL7：信号回送线173）工作过程：每当按下一个键，8279会自动识别键号，产生相应的键编码自动送入先进先出寄存器FIFO中，同时产生中断请求信号IRQ，向CPU请求中断。当CPU响应中断，执行中断服务程序，并从FIFO中读取编码数据之后，则IRQ信号自动撤消。如果上一个键的编码数据尚未取走，下一个键盘又被按下，则新的键码进入FIFO中。由于FOIO中由8个存储单元组成，故最多可依次暂存8个键码。只有在读完所有数据时，IRQ信号才会撤消。在中断程序中，CPU是用片外取数指令(MOVX指令)从FIFO中读取数据。7. 保护电路采用光电耦合器接口把控制计算机和外部驱动电路完全隔离开来。1）具体的光电耦合器如图1.7。2）外部驱动电路本设计采用的驱动电源是功率开关集成电路TWH8715/2。这是一个集放大、比较、选通、整形和功率开关于一体的高速功率开关集成电路。其真值表分别见图1.9及表3.7。TWH8715/2引脚功能181控制端（高电平有效，TTL电平，下同）2输入端（选通端低电平有效）3V-（单电源使用时，接地）4输出端
