小型数控工具磨床控制系统设计.doc

小型数控工具磨床控制系统设计.doc

《小型数控工具磨床控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型数控工具磨床控制系统设计.doc（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自动化学院

本科毕业设计（论文）

题目：

小型数控工具磨床控制系统设计

专业：

自动化（数控技术应用）

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

起迄日期：

设计地点：

38

GraduationDesign（Thesis）

ControlSystemDesignforSmallToolGrinder

摘要

本文扼要的介绍了数控工具磨床的组成、控制方式。

提出了未知参数螺旋齿刀具的数控刃磨方法，并着重介绍了这种数控控制系统的软硬件设计。

本设计采用8031作主CPU，控制整个工具磨床的工作。

主CPU扩展了外部程序存储器27256和数据存储器6264，外部程序存储器存储系统程序，数据存储器存储加工程序和数控系统处理的中间数据，并设计了掉电保护电路。

另选用89C2051作为从CPU，控制多排多位的八段数码管的动态显示。

8031发出的步进电机脉冲信号经锁存器输出，控制各电机的进给。

用8155扩展一矩阵式键盘，同时用8255扩展开关量输入输出接口电路。

此外，还设计了未知参数螺旋齿刀具参数测量及自动刃磨控制软件。

在本设计的软硬件基础上做进一步的研究，开发出用于数控工具磨床的控制系统，同工具磨床相配套，可解决未知参数螺旋齿刀具的自动刃磨问题。

关键词：

螺旋齿刀具；数控工具磨床；控制系统；软硬件设计

ABSTRACT

Inthispaper,theconstitutionandthecontrolstrategyofNCtoolgrindingmachineintroduced,theprincipleofcuttermillingprocessforunknownparameterscrewgearisbroughtforward,thenemphasizeintroducedthesoftwareandhardwareforthiskindofnumericalcontrolsystem.AtypicalMCU,8031,wasusedasthehostCPUtocontrolthewholefunctionoftoolGrindingMachine;27256,anexternalprogrammemory,isusedtoStoragethesystemprogram,and6264,anexternaldatamemory,isusedtostoretheprocessprogramandthemiddledataofnumericalcontrolsystem.Powerfailurefunctionisalsoprovided.Inaddition,an89C2051isselectedastheslaveCPUtocontrolthedisplayofLED.pulsesignalsgeneratedbythehostCPU,8031,wassendtothestepmotorthroughtheDtocontrolthefeedingmovementofeachmotor.Thekeyboardfunctionisachievedwithaprogrammableparallelinterface,8155andI/OinterfaceoftheNCsystemwasrealizedwithan8255.Furthermore,parametermeasurementandatuo-millingsoftwarefortheunknownparameterspiraltoothmachinetoolisfinishedandtheNCcontrolsystemisdevelopedtosolvetheautomaticgrindingproblemofunknownparameterspiraltoothcuttingtool.

Keyword：

Screwgearcutter;NCtoolgrinder;Controlsystem;softwareandhardware

目录

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2任务及要求 2

1.3数控工具磨床传动系统的组成 2

1.4数控工具磨床传动系统的控制 2

1.5本文的结构 4

第二章数控工具磨床控制系统电路设计 5

2.1设计方案的拟定 5

2.1.1控制系统主CPU的选择 5

2.1.2总体设计思路 6

2.2时钟电路和复位电路设计 7

2.2.1时钟电路设计 7

2.2.2复位电路设计 8

2.3控制系统存储器扩展电路设计 9

2.3.1程序存储器扩展电路设计 9

2.3.2数据存储器扩展电路设计 11

2.4显示电路设计 12

2.4.1显示方式的选择 13

2.4.2从CPU的选择 13

2.4.3数字动态显示电路设计 16

2.4.4字母静态显示电路设计 18

2.5手动键盘和编辑键盘电路设计 18

2.5.1键盘接口芯片的选择 18

2.5.2手动键盘电路设计 18

2.5.3编辑键盘电路设计 20

2.6开关量输入输出与工作方式选择接口电路设计 20

2.6.1接口电路芯片选择 20

2.6.2开关量输入输出接口电路设计 22

2.6.3工作方式选择接口电路设计 23

2.7步进电机脉冲信号输出接口电路设计 23

2.8译码电路设计 24

第三章数控工具磨床控制系统软件设计 26

3.1测量方式控制软件设计 26

3.2磨削方式控制软件设计 27

第四章控制系统电路原理图与PCB图的绘制 30

4.1控制系统原理图的绘制 30

4.1.1原理图的设计步骤 30

4.1.2绘制原理图 30

4.2控制系统PCB图的绘制 31

4.2.1PCB图设计步骤 31

4.2.2元器件的封装说明 32

4.2.3小型数控工具磨床控制系统PCB图 32

第五章结论 33

5.1论文总结 33

5.2感想 34

致谢 35

参考文献 36

附录A：

英文资料 37

附录B：

英文资料翻译 46

附录C：

硬件电路原理图与PCB图 53

附录D：

硬件元器件清单 55

第一章绪论

1.1引言

随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日益激烈，产品更新速度越来越快，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、中小批量生产的比重明显增加。

激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短。

传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。

因此近几十年来，世界各地十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用微电子技术和计算机技术为基础的数控技术。

目前，数控技术正在发生根本性变革，它集成了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术与一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。

目前生产的机械产品发生改变时，普通机床与工艺装备均需作相应的变换和调整。

通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量，特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。

数控机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的，它为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。

数控机床的优点有：

（1）加工对象改型的适应性强，

（2）加工精度高，（3）生产效率高，（4）自动化程度高，（5）良好的经济效益，（6）有利于生产管理的现代化。

众所周知，机床是受固定资产投资影响较大的投资类产品。

在目前国内固定资产投资大幅增加的情况下，为机床行业的发展提供了又一次难得的机遇。

其中数控磨床是很多行业精密生产加工必备的设备，尤其是随着客户对产品的加工精度及交换时间要求越来越严格的情况下，各行业对数控磨床的采购及使用逐年增加。

所以这就使得数控磨床成为不仅是技术先进，也要是一种经济上合理的机床。

磨削加工是零件加工和超精加工的一种主要切削加工方法。

在磨床上采用各种类型的磨具，可以完成内外圆柱面、平面、螺旋面、花键、齿轮、导轨和成形面等各种表面的加工。

它初能磨削普通材料外，还常适用于一般刀具难以切削的高硬度材料的加工，如淬硬钢、硬质合金和各种宝石等，应用十分广泛。

机械加工的高精度不光取决与数控机床的高精度，还受刀具的精度有关。

无论在何种切削条件下，刀具都将有磨损，其磨损量都将随时间的增长而增长。

所以在磨损量超过允许范围时，需要进行对刀具的刃磨。

而圆柱形铣刀、立铣刀及螺旋齿绞刀这类刀具的刃磨一般是在工具磨床上借助附件手工操作，根据火花判断砂轮与刀齿接触与否，凭手感掌握吃刀深度，而且一个刀齿必须一次连续刃磨完成。

因此，对操作者的要求很高，且难以保证刃磨质量，刃磨效率低。

而工厂内讲究的就是效率与精度，鉴于以上情况，研制一种能刃磨多种刀具的小型经济型数控工具磨床，刃磨未知参数螺旋齿刀具是十分重要的。

综上所述，设计一个小型数控工具磨床控制系统，装备工具磨用来刃磨未知参数螺旋齿刀具十分必要。

1.2任务及要求

设计一种小型经济型数控工具磨床，其主要要来刃磨未知参数螺旋齿刀具，也可以刃磨其他刀具。

设计出的工具磨床控制系统必须具备足够的存储空间，用来存储系统程序和加工程序。

控制系统要具备人机交互能力，所以需设计显示电路和键盘扫描电路。

控制系统要控制步进电机工作，要设计电机脉冲输出电路。

要设计出多种工作方式的选择电路，并按照实际磨床工作要求扩展I/O口，按照数控工具磨床工作要求进行小型数控工具磨床控制系统设计。

1.3数控工具磨床传动系统的组成

小型数控工具磨床的机械部分的传动原理图如图1.1所示。

其中，X、Z轴为工作台横、纵向运动；Y轴为磨头升降运动；C轴为刀具（工件）旋转运动。

通过手动可以调整磨头绕Y轴运动；砂轮及刀具的上仰、下俯；刀具变速箱在水平面内转动。

1.4数控工具磨床传动系统的控制

数控工具磨床控制系统由输入/输出装置、数控装置、传动系统（驱动控制装置）、机床电器控制装置四部分组成，工具磨床本体为被控对象。

数控装置即CNC装置，是数控系统的核心，其硬件和软件控制着全部数控功能的实现，它与数控的其他部分通过接口相连，实质上是一个微型计算机组成的控制器。

输入/输出装置包括输入/输出接口和输入/输出设备。

输入/输出接口是计算机和机床之间联系