CA6140车床的数控改造ntd.docx

成都理工大学毕业设计（论文）CA61140车车床数控控改造之之控制系系统设计计内容摘要要本文主要要是将传传统的CCA61140车车床的电电气控制制系统改改造成为为数字控控制的开开环控制制系统。改改造后的的系统是是以MCCS-551单片片机系统统为控制制模块，以以步进电电机为驱驱动执行行元件。实实现X轴轴和Z轴轴的两坐坐标联动动以及对对刀具的的自动选选取。同同时能够够进行直直线和圆圆弧的插插补；工工件在一一次安装装后，完完成多道道工序的的加工，通通过编写写不同的的程序完完成各种种较为复复杂零件件的加工工；改造造后的CCA61140车车床提高高了加工工范围和和加工精精度。关键词：CA661400车床、控制系系统、数控改造造AbsttracctThiss paaperr maainlly iis tthatt thhe ttradditiionaal CCA61140 latthe eleectrriciity conntrool ssysttem is Refformmed thee nuumerricaal cconttroll thhe oopenn-looop conntrool ssysttem. Affterr thhe rrefoorm sysstemm iss taake thee MCCS-551 mmonoolitthicc innteggratted cirrcuiit ssysttem as thee coontrrol moddulee, Taake steep-bby-sstepps tthe eleectrricaal mmachhineery as thee acctuaatioon ffuncctioonall ellemeent. Reealiizess X axiis aand thee Z axiis ttwo cooordiinattes linnkagge aas wwelll ass too thhe ccutttingg toool auttomaaticc seelecctioon. At thee saame timme ccan carrry on thee sttraiightt liine andd thhe ccircculaar aarc inssertts mmakees uup; Aftter insstallls thee woork pieece Commpleetess thhe mmulttichhannnel worrkinng pprocceduure thee prroceessiing Commpleetess eaach kinnd oof mmoree coompllex commponnentts tthrooughh thhecoompiilattionn diiffeerennt pprocceduure thee prroceessiing; Ennhanncedd thhe pproccesssingg sccopee annd tthe proocesssinng ppreccisiion commparred to thee trradiitioonall CAA61440 llathhe.Keywwordds:CCA61140 lattheCConttroll syysteemNuumerricaal cconttroll Reeforrm目录前言5正文1001.总体体改造方方案构思思101.1 CA661400车床的的用途1101.2 CA661400数控改改造后的的功能1101.3普普通车床床数控改改造设计计方案1101.3.1改造造机械部部分1001.3.2增加加数控控控制系统统101.4 CA661400车床的的电气控控制系统统101.4.1电路路分析1111.4.2控制制电路分分析1221.5数数控系统统的基本本概念113.数控控装置的的硬件结结构155.数控控装置的的软件系系统166.数控控系统的的I/OO和通信信接口1171.5.4 CCNC系系统接口口电路的的主要任任务1882.CAA61440车床床数控化化改造的的具体实实施方案案182.1系系统硬件件设计2202.1.1 880311单片机机212.1.2程序序存储器器212.1.3数据据存储器器222.1.4地址址锁存器器222.1.5接口口芯片2232.1.6译码码器2332.2系系统软件件设计2232.2.1进给给伺服系系统X轴与ZZ轴步进进电机控控制2442.2.2 自自动刀架架换刀控控制2552.3 接口电电路设计计293.步进进电机的的设计3303.1脉脉冲分配配器PMMM877133303.2电电压-频频率变换换器LMM3311313.3驱驱动器系系统电路路324.系统统抗干扰扰和误差差分析3334.1系系统的干干扰信号号334.1系系统误差差335.总结结34致谢344参考文献献35附件366前言当今世界界，工业业发达国国家对机机床工业业高度重重视，竞竞相发展展机电一一体化、高高精、高高效、高高自动化化先进机机床，以以加速工工业和国国民经济济的发展展。目前前普通机机床已不不适应这这种多品品种、小小批量生生产和快快速反映映的市场场要求，数数控机床床则综合合了数控控技术、自自动检测测技术和和微电子子技术等等先进技技术，最最适宜加加工小批批量、高高精度、形形状复杂杂、生产产周期要要求短的的零件。当当变更加加工对象象时只需需要更换换零件相相应的加加工程序序，不需需要对机机床作任任何调整整，因此此既能很很好地满满足产品品频繁变变化的加加工要求求，又能能降低机机床升级级改造成成本、提提高产品品质量和和生产效效率，故故而对普普通机床床进行数数控化改改造这一适合我我国国情情的技术术正得到到日益广广泛的应应用。长期以来来，欧、美美、亚在在国际市市场上相相互展开开激烈竞竞争，已已形成一一条无形形战线，特特别是随随微电子子、计算算机技术术的进步步，数控控机床在在二十世纪纪八十年代代以后加速发发展，各各方用户户提出更更多需求求，早已已成为四四大国际际机床展展上各国国机床制制造商竞竞相展示示先进技技术、争争夺用户户、扩大大市场的的焦点。19488年美国国空军部部门为制制造飞机机杂零件件，提供供设备研研经费，由由G&LL公司与与MITT合作研研究四年年，于19552年试试制出世世界第一一台数控控铣床，立立即生产产1000台交付付军工使使用。在在成果上上显示了了它是社社会需求求、科技技水平、人人员素质质三者的的结晶；在技术术上则显显示出机机电一体体化机床床在控制制方面的的巨大创创新。 数控机床床具有以以下三大大突出的的特点：1利用二二进制数数学方式式输入，加加工过程程可任意意编程，主主轴及进进给速度度可按加加工工艺艺需要变变化，且且能实现现多座标标联动，易易加工杂杂曲面。对对于加工对对象具有有“易变、多多变、善善变”的特点点，换批批调整方方便，可可实现杂杂件多品品种中小小批柔性性生产，适适应社会会对产品品多样化化的需求求，但价价格较昂昂贵。2利用硬硬件和软软件相组组合，能能实现信信息反馈馈、补偿偿、自动动加减速速等功能能，可进进一步提提高机床床的加工工精度、效效率、自自动化程程度； 3是以电电子控制制为主的的机电一一体化机机床，充充分发挥挥了微电电子、计计算机技技术特有有的优点点，易于于实现信信息化、智智能化、网网络化，可可较易地地组成各各种先进进制造系系统，如如FMSS、FTTL、FFA，甚甚至将来来的CIIMS，能能最大限限度地提提高工业业的生产产率、劳劳动生产产率。数控机床床的发展展条件主主要包括括：1它是机机、电、液液、气、光光多学科科各种高高科技的的综合性性组合，特特别是以以电子、计计算机等等现代先先进技术术为基石石，必须须具有巩巩固的技技术基础础，互相相配套，缺缺一不可可。2数控机机床是由由主机、各各种元部部件（功功能部件件）和数数控系统统三大部部分组成成，还需需先进的的自动化化刀具配配合，才才能实现现加工，各各个环节节在技术术上、质质量上必必须切实实过关，确确保工作作可靠、稳稳定，才才能保数数控机床床工作的的精度、效效率和自自动化，否否则，难难以在生生产实际际中使用用； 3它是社社会需求求、科技技水平和和人员素素质三者者的结合合，缺一一不成。如如果人员员素质差差、科技技水平达达不到，则则难以满满足社会会需求。人人是一切切活动的的主体，需需要各种种精通业业务的专专家、人人才和熟熟练技术术工人，互互相配合合，共同同完成。数控机床床出现至至今的550年，随随科技、特特别是微微电子、计计算机技技术的进进步而不不断发展展。美、德德、日三三国是当当今世上上在数控控机床科科研、设设计、制制造和使使用上，技技术最先先进、经经验最多多的国家家。因其其社会条条件不同同，各有有特点。 美国的特特点是，政政府重视视机床工工业，特特别讲究究“效率”和“创新”，注重重基础科科研。因因而在机机床技术术上不断断创新，如如19552年研研制出世世界第一一台数控控机床、119588年创制制出加工工中心、770年代代初研制制成FMMS、119877年首创创开放式式数控系系统等。从从90年年代起，纠纠正过去去偏向，数数控机床床技术上上转向实实用，产产量又逐逐渐上升升。 德国政府府一贯重重视机床床工业的的重要战战略地位位特别讲讲究“实际”与“实效”，坚持持“以人为为本”，师徒徒相传，不不断提高高人员素素质。119566年研制制出第一一台数控控机床，德国的的数控机机床质量量及性能能良好、先先进实用用、货真真价实，出出口遍及及世界。尤尤其是大大型、重重型、精精密数控控机床。在在质量、性性能上居居世界前前列。如如西门子子公司之之数控系系统和HHeiddenhhainn公司之之精密光光栅，均均为世界界闻名，竞竞相采用用。 日本政府府对机床床工业之之发展异异常重视视，通过过规划、法法规（如如“机振法法”、“机电法法”、“机信法法”等）引引导发展展。19958年年研制出出第一台台数控机机床，在在战略上上先仿后后创，在在上世纪纪80年年代开始始进一步步加强科科研，向向高性能能数控机机床发展展。日本本FANNUC公公司战略略正确，仿仿创结合合，针对对性地发发展市场场所需各各种低中中高档数数控系统统，在技技术上领领先，在在产量上上居世界界第一。目前，中中国机床床工业厂厂多人众众。20000年年，金切切机床制制造厂约约3588家（220.66万人），成成形机床床制造厂厂1911家（约约6.55万人），共共计5449家（227.11万人）。其其中生产产数控金金切机床床的约1150家家，生产产数控成成形机床床的约330家，共共计约1180家家，占厂厂家总数数的三分分之一。中国于119588年研制制出第一一台数控控机床，发发展过程程大致可可分为两两大阶段段。在11958819979年年间为第第一阶段段，从119799年至今今为第二二阶段。通通过合作作生产先先进数控控机床，使使设计、制制造、使使用水平平大大提提高，缩缩小了与与世界先先进技术术的差距距；通过过利用国国外先进进元部件件、数控控系统配配套，开开始能自自行设计计及制造造高速、高高性能、五五面或五五轴联动动加工的的数控机机床，供供应国内内市场的的需求，由于数控化技术基础薄弱，至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。总的来说说：数控控机床产产量不断断增长，进进口量增增长较快快，达229倍，出出口量有有所增加加，但数数目较小小，为44.8倍倍；数控控机床消消费量增增加较快快，达77.9倍倍。国内内企业对对数控机机床档次次上的要要求存在在着很大大差异， 特别是那些中小型企业，如果购买成套的数控装置，不但经济上不能承担，而且对于只进行小批量，简单零件生产企业来说无疑是大材小用，浪费成本。这就要求中国在数控机床方面要走出一条符合国情的道路。数控系统统的出现现,其发发展经过过以下几几代：第一代数数控系统统:19952年年由Paarsoon公司司和麻省省理工学学院联合合开发研研究的第第一台电电子管数数控系统统。第二代数数控系统统：19960年年开始,采用晶晶体管元元件。第三代数数控系统统：19965年年开始,采用集集成电路路。第四代数数控系统统：19970年年开始,采用大大规模集集成电路路及小型型通用计计算机。第五代数数控系统统：19974年年开始,采用微微处理机机和微型型计算机机。第六代数数控系统统：二十十世纪九九十年代代后期，出出现了PPC+CCNC的的智能数数控系统统。随着微电电子技术术和计算算机技术术的发展展，现在在的数控控系统性性能日臻臻完善，数数控系统统应用领领域日益益扩大。科科学技术术的发展展推动了了数控系系统的发发展。各各生产部部门加工工要求的的不断提提高又从从另一个个方面促促进了数数控系统统的发展展。二十世纪纪九十年代代，数控控系统由由16位机机向322位机的的转变，伺伺服驱动动从直流流向交流流全数字字式转变变，系统统体系结结构从封封闭向开开放转变变，控制制系统由由专用计计算机向向通用计计算机转转变，使使数控系系统可充充分利用用计算机机技术丰丰富的资资源，能能根据控控制对象象的要求求，迅速速、灵活活地更改改软硬件件，并能能及时吸吸收新技技术，使使数控技技术的发发展步伐伐加快。数数控技术术的进步步突出表表现在高高精度、高高效率，具具有联网网通信功功能等方方面。数数控技术术主要朝朝着体系系结构开开放化、制制策略的的智能自自适应化化、网络络环境下下的数字字化、柔柔性制造造系统（FMS）方向发展。总之，当当今数控控系统正正不断吸吸收最新新技术成成就，朝朝着高速速度化、高高精度化化 ，高高功能、智智能化、小小型化、系系统化、高高可靠性性以及开开放性等等方向发发展。机床工业业是制造造业的基基础产业业，而数数控机床床是关系系国家战战略地位位、工业业现代化化和综合合国力水水平的基基础装备备。现代代国防、工工业装备备的制造造，都离离不开数数控技术术。日本本的“东芝事事件”美国的的“考克斯斯报告”，均提提出对我我国禁运运高档数数控装备备。因此此，为了了增强我我国国防防实力和和综合国国力，必必须将发发展数控控技术和和数控机机床提高高到战略略高度来来对待。目前，我我国数控控机床购购置中660依依赖进口口，20004年年的进口口总额超超过500亿美元元。要提提高我国国机床数数控化率率，靠大大量引进进国外的的数控机机床是行行不通的的。引进进一台数数控机床床，至少少几十万万，多则则数百万万，一般般企业难难以承受受。从满满足企业业加工需需求来看看，对那那些精度度等级要要求高的的零部件件加工，可可适当引引进一些些数控机机床，而而对于那那些大量量的半精精加工和和粗加工工，普通通机床数数控化改改造后，是是完全可可以胜任任的。机床数控控化改造造后，可可在一定定程度上上提高加加工精度度，保证证加工精精度的一一致性，提提高加工工的自动动化程度度，缩短短加工周周期，提提高加工工效率。经经过几十十年来的的发展，国国产数控控系统的的可靠性性已大为为提高。机机床数控控化改造造费用低低，改造造后的机机床使用用维护费费低，操操作使用用方便，企企业改得得起，用用得起。总之，对对普通机机床进行行数控化改造，既既解决了了旧机床床大量闲闲置的问问题，做做到了物物尽其材材，为企企业节省省了成本本，带来来了明显显的经济济效益。同同时也能能提高了了企业的的加工能能力和信信息化水水平，提提高产品品的加工工质量和和精度，是是一条符符合我国国国情的的技术改改造的路路子。本文主要要是结合合我国国国情,源源于生产产实际的的需要,利用大大量闲置置的旧CCA61140车车床，对对其进行行数控化化改造,本改造造主要对对CA661400车床的的控制系系统进行行数控改改造，将将用单片片机，存存储器等等组成的的数控控控制系统统取代传传统的控控制装置置，改造造成为可可以实现现平面两两坐标联联动的数数控车床床。使之之成为一一种新型型的高效效、多功功能的经经济型数数控机床床。该论文的的主要内内容是:(1)从从总体上上给出了了一套数数控改造造车床CC61440的思思路和框框架。(2)在在细节上上完成了了对开环环控制系系统部分分的改造造设计。(3)数数字控制制部分给给出了总总体设计计思路和和设计后后硬件的的控制电电路原理理图。正文1.总体体改造方方案1.1CCA61140车车床的用用途CA61140车车床主要要用于加加工中小小型轴类类盘类和和螺纹零零件，各各种零件件的回转转表面，刀刀架能实实现纵向向和横向向进给运运动，并并能在换换刀点自自动改变变工位选选择刀具具。1.2 CA661400数控改改造后的的功能该车床经经过数控控化改造造后，能能够实现现两轴联联动，自自动换刀刀，直线线和圆弧弧的插补补；工件件在一次次安装后后，完成成多道工序序的加工工，通过过编写不不同的程程序完成成各种较较为复杂杂零件的的加工；提高了了加工范范围和加加工精度度。1.3普普通车床床数控改改造设计计方案一般来说说对于现现有普通通机床进进行数控控化改造造的做法法应从两两方面着着手：机械部部分和数数控控制制部分。1.3.1改造造机械部部分主传动的的机械部部分的改改造主要要是在主主轴上加加装编码码器，实实现反馈馈主轴转转速，保保证主轴轴转一转转，刀架架能移动动一个被被加工螺螺纹的导导程。保保留原调调速系统统，进给给传动系系统中采采用高精精度的滚滚珠丝杠杠螺母副副替换进进给轴原原有的普普通丝杠杠副。1.3.2增加加数控控控制系统统机械部分分改造完完成后，配配上由单单片机系系统及应应用程序序构成的的开环数数字控制制系统，用用步进电电机作为为进给轴轴动力，直直接或经经过一级级减速齿齿轮驱动动X、ZZ轴的运运动。1.4 CA661400车床的的电气控控制系统统CA61140型型传统车车床是车车床中使使用最广广泛的一一种。该该车床的的主要组组成部件件有：主主轴箱、进进给箱、溜溜板箱、刀刀架部件件、尾座座、和床床身等。车车床一般般由四个个基本部部分组成成：主机机部分、驱驱动部分分、控制制部分、检检测和显显示部分分。其电气控控制原理理图, 如图图1.11所示：图1.111.4.1电路路分析电源由漏漏电保护护断路器器引入。主主电路中中共有三三台电动动机。MM1为主主轴电动动机，用用来带动动主轴旋旋转和刀刀架作进进给运动动，它的的运转和和停止接触器KKM1的的三个常常开主触触点的接接通和断断开来控控制。电电动机MM1的容容量不大大，所以以采用直直接启动动。热继继电器FFR1作作过载保保护。M2为冷冷却泵电电动机。它它的运转转和停止止由接触触器KMM2的三三个常开开主触点点的接通通和断开开来控制制，热继继电器FFR2作作过载保保护。M3为刀刀架快速速移动电电动机。它它的运转转和停止止由接触触器KMM3的三三个常开开主触点点来控制制。因刀刀架快速速移动电电动机MM3是短短时工作作，故不不设过载载保护。对线路图图进行照照明灯和和信号灯灯的电路路分析可可知,控控制变压压器TCC的二次次侧分别别输出224v和和6v电电压，作作为机床床照明灯灯和信号号灯的电电源。照照明电路路由开关关QS22接灯泡泡EL，灯灯泡ELL的另一一端必须须接地，以以防止照照明变压压器原绕绕组和副副绕组间间发生短短路时可可能发生生的触电电事故。熔熔断器FFU4是照明明电路的的短路保保护。信信号指示示电路采采用6VV交流电电压，指指示灯泡泡HL接接在控制制变压器器的6VV线圈上上，指示示灯亮表表示控制制电路有有电。熔熔断器FFU3是信号号指示电电路的短短路保护护。1.4.2控制制电路分分析控制电路路采用1110交交流电压压供电，该该电压由由3800电压经经控制变变压器TTC降压压而得。二二次侧输输出1110v交交流电压压作为控控制回路路的电源源。主轴电动动机M11的控制制：按下起起动按钮钮开关SSB2，接接触器KKM1的的线圈通通电，KKM1的的铁心吸吸合，主主电路上上接触器器KM11的三个个常开主主触头闭闭合，主主轴电动动机M11起动运运转。同同时，KKM1的的一个常常开辅助助触点也也闭合，进进行自锁锁保证主主轴电动动机M11在松开开起动按按钮后能能连续转转动。按按下蘑菇菇形停止止按钮开开关SBB1，接接触器KKM1因因线圈断断电而释释放，电电动机停停转。热继电器器FR11的常闭闭触点串串联在KKM1线线圈的电电路中，当当主轴电电动机MM1过载载时，FFR1的的常闭触触点断开开，KMM1因线线圈断电电而释放放，电动动机M11便停止止。该电路有有零压保保护功能能，在电电源断电电后，接接触器KKM1释释放，当当电源电电压再次次恢复正正常时，若若不按下下起动按按钮SBB2，则则电动机机不会自自行起动动，以免免发生事事故。该电路也也有欠电电压保护护，当电电源电压压太低时时，接触触器KMM1因电电磁吸力力不足而而自动释释放电电动机MM1自行行停止，以以避免欠欠电压时时电动机机M1回回电流过过大而烧烧坏。冷却泵电电动机MM2的控控制：当主轴轴电动机机运转时时，KMMI的常常开辅助助触点闭闭合，这这时若需需要冷却却液，则则可旋转转转换开开关SAA1使其其闭合，则则接触器器KM22线圈通通电，铁铁心吸合合，主电电路上KKM2的的三个常常开主触触点闭合合，冷却却泵电动动机起动动运转，给给切削加加工提供供冷却液液。当主轴电电动机停停车时，接接触器KKM1释释放，其其常开触触点断开开，冷却却泵电动动机M22也同时时停止。可可见，只只有当主主轴电动动机MII起动后后，冷却却泵电动动机M22才能起起动，两两者之间间存在联联锁。热继电器器FR22的常闭闭触点串串联在KKM2线线圈的电电路中，所所以当冷冷却泵电电动机过过载时，FFR2的的常闭触触点断开开，接触触器KMM2因线线圈断电电而释放放，电动动机M22便停止止，实现现过载保保护。接接触器KKM2对对冷却泵泵电动机机也有欠欠压保护护。刀架快速速移动电电动机MM3的控控制：刀架快快速移动动电动机机M3的的起动是是由安装装在进给给操纵手手柄顶端端的按钮钮开关SSB3来来控制，它它与交流流接触器器KM33组成点点动控制制环节。将将装在溜溜板箱的的十字形形操纵手手柄扳到到所需的的方向，压压下按钮钮开关SSB2，接接触器KKM3通通电吸合合，电动动机M33获电起起动刀刀架就向向指定方方向快速速移动。联锁保护护：钥匙匙式电源源开关SSA2的的触点（WWZI13）与与行程开开关SQQ2的常常闭触点点并联后后与检漏漏电阻RR串联。检检漏电阻阻不通电电流的条条件是用用钥匙将将钥匙式式电源开开关旋转转到SAA2断开开位置，并并且电气气箱盖于于已盖好好，这时时其盖子子压下行行程开关关SQ22，常闭闭触点断断开。只只有在这这种情况况下，检检漏电阻阻不通电电漏电电保护开开关QFF才能合合得上，以以保证安安全。 SQ1为挂挂轮架安安全行程程开关。当当装好挂挂轮架罩罩时，SSQ1的常常开触点点闭合，控控制电路路才有电电，电动动机才可可能起动动。通过对CCA61140车车床的电电气原理理图的分分析，我我知道了了传统机机床电气气控制就就是采用用各种控控制元件件、自动动装置对机床床进行自自动操纵纵、自动动调节转转速、按按给定程程序和自自动适应应多种条条件的随随机变化化而选择择最优的的加工方方案，以以及工作作循环自自动化等等。采用用直流或或交流无无级调速速电动机机驱动机机床，使使结构复复杂的变变速箱变变的十分分简单，简简化了机机床结构构提高高了效率率和刚度度，也提提高了精精度。由此可见见普通车车床的动动力控制制系统一一般是由由三相异异步电机机来实现现，三相相异步电电动机是是由各种种有触点点的接触触器、继继电器、按按钮、行行程开关关等电器器组成的的电器线线路来进进行控制制的。电电气控制制线路一一般应由由电源电电路，主主电路、控控制电路路和辅助助电路（保保护、显显示和报报警电路路）四大大部分构构成。1.5数数控系统统的基本本概念计算机数数控系统统（coompuuterr nuumerricaal cconttroll）简称称CNCC系统，按按照美国国电子工工业协会会（EIIA）数控控标准化化委员会会的定义义，CNNC系统统是：用用计算机机道过执执行其存存贮器内内的程序序来完成成数控要要求的部部分或全全部功能能，并配配有接口口电路、伺伺服驱动动的一种种专用计计算机系系统。CNC系系统根据据输入的的程序或或指令，由由计算机机进行插插补运算算，形成成理想的的运动轨轨迹，插插补计算算出的位位置数据据输出到到伺服单单元，控控制电机机带动执执行机构构，加工工出所需需的零件件。CNC系系统具有有灵活性性强，易易于变化化和扩展展，通用用性高；易于实实现许多多复杂的的功能；可靠性性高，使使用维修修方便等等优点。CCNC系系统是由由程序、输输入输出出设备。计计算机数数控装置置（CNNC装置置）、可可编程控控制器（PPLC）、主主轴驱动动和伺服服驱动等等组成，其其核心是是CNCC装置。图图1.2为CNNC系统统的结构构框图： 图1.2数控伺服服驱动系系统按有有无反馈馈检测元元件分为为开环、半半闭环和和闭环三三种类型型。开环伺服服系统由由驱动控控制单元元、执行行单元和和机床组组成（如如图1.4所示示）。通通常,执执行元件件选用步步进电动动机,因因系统不不对输出出进行检检测,所所以执行行元件对对系统的的特性具具有重要要的影响响。图1.33半闭环控控制系统统是在开开环控制制伺服电电动机装装有角位位移检测测装置，通通过检测测伺服电电机的转转角间接接的检测测出运动动部件的的位移（或或角位移移）反馈馈给数控控装置的的比较器器，与输输入指令令进行比比较，用用差值控控制运动动部件。虽虽然半闭闭环控制制将运动动部件的的机械传传动链不不包括在在闭环内内，但目目前广泛泛采用的的滚珠丝丝杠螺母母机构精精度和精精度保持持性，而而且采取取了可靠靠的消除除反向运运动间隙隙机构，完完全可以以满足绝绝大部分分机床用用户的需需要。图图1.55所示为为半闭环环控制系系统示意意图。图1.44闭环伺服服系统是是在机床床最终的的运动部部件的相相应位置置直接安安装直线线或回转转式检测测装置，将将直接测测量到的的位移或或角位移移反馈到到数控装装置的比比较器中中与输入入指令位位移进行行比较，用用差值控控制运动动部件，使使运动部部件严格格按照实实际需要要的位移移量进行行运动。从从理论上上来说闭闭环系统统的控制制精度相相当高，但但闭环系系统除了了价格昂昂贵外，对对机床的的结构及及传动链链提出了了严格要要求，同同时会增增加系统统调试的的难度，甚甚至使伺伺服系统统产生振振动，降降低数控控系统的的稳定性性。图11.6所所示是闭闭环控制制示意图图。图1.55.数控控装置的的硬件结结构现在生产产研制的的数控机机床都是是采用微微型计算算机数控控装置。从从价格，功功能和使使用性能能指标考考虑，可可分为经经济型，标标准型和和高档型型三类数数控装置置；按CCNC装装置中微微处理器器的数目目可以分分为单微微处理机机和多微微处理机机结构两两大类；从硬件件结构上上可分为为大板式式结构和和模块化化结构；按CNNC装置置硬件的的设计与与制造方方式可分分为专用用型和通通用型，通通用型又又称为开开放式体体系结构构数控系系统，主主要是基基于通用用个人计计算机的的数控系系统。但但总体来来说它们们基本上上都是由由微处理理器、存存储器、系系统BUUS、PPLC、接接口电路路、控制制模块等等组成。图图1.44是数控控装置的的硬件结结构图：图1.66微处理器器是数控控装置的的核心；存储器器用于存存储数据据、参数数和程序序等；系系统BUUS进行行硬件之之间的调调配通讯讯和数据据传输；可编程程控制器器(PLLC)是是代替传传统车床床的继电电器逻辑辑控制来来实现各各种开关关量的控控制；控控制模块块控制插插补后的的坐标位位置、数数据输入入、输出出和显示示等，该模模块包括括零件程程序、参参数和数数据以及及各种操操作命令令的输入入、输出出以及显显示所需需的各种种接口电电路和程程序；接口电电路用于于连接外外设。.数控控装置的的软件系系统CNC装装置作为为一个独独立的过过程控制制单元用用于自动动加工中中，其系系统软件件必须完完成管理理和控制制两项任任务。 CNCC装置的的管理任任务包括括输入、I/O处理、显示、诊断等，控制任务包括译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制等。图1.5为软件结构图：图1.77CNC装装置的软软件结构构,无论论其硬件件是采用用单微处处理器还还是多微微处理器器,都具具有两个个特点:多任务务并行处处理和多多重实时时中断处处理。(1)CCNC装装置的多多任务并并行处理理在许多情情况下，CCNC装装置中的的管理和和控制的的某些工工作必须须同时进进行，即即所谓的的并行处处理，这这是由CCNC装装置的工工作特点点所决定定的。并行处理理是指计计算机在在同一时时刻或同同一时间间间隔内内完成两两种或两两种以上上性质相相同或不不相同的的工作。并并行处理理的优点点是提高高了运行行速度。(2) CNCC装置的的多重实实时中断断处理CNC装装置的中中断管理理主要靠靠硬件完完成,而而系统的的中断结结构决定定了系统统软件结结构。CCNC装装置的中中断类型型分为:外部中中断、内内部定时时中断、硬硬件故障障中断、程程序性中中断。.数控控系统的I/O和通信接口数控机床床“接口”是指数数控装置置与机床床及机床床电气设设备之间间的电气气连接部部分。根根据国际际标准“ISOO4366619881（EE）机床床数字控控制数控控装置和和数控机机床电气气设备之之间的接接口规范范”的规定定，接口口分为四四种类型型。第类：与驱动动命令有有关的连连接电路路；第类：数控装装置与测测量系统统和测量量传感器器间的连连接电路路；第类：电源及及保护电电路；第类：通/断断信号和和代码信信号连接接电路。CNC的的I/OO（输入入/输出出）接口口是CNNC系统统与外界界交换信信息的必必要手段段，在CCNC系系统中占占有重要要的位置置。不同同的输入入输出设设备与CCNC系系统相连连接，采采用与其其相应的的I/OO接口电电路和接接口芯片片。系统统与机床床之间的的来往信信号，不不能直接接连接，而而要通过过I/OO接口电电路连接接起来。由机床(MT)向CNNC系统统传送的的信号成成为输入入信号;由CNNC向MMT传送送的信号号成为输输出信号号。直流流信号用用于进给给坐标轴轴和主轴轴的伺服服控制,交流信信号用于于直接控控制功率率执行器器件。无无论是输输出或输输入信号号都需要要专门的的接口电电路。继电器输输出由数数控系统统输出到到机床的的信号，用用于显示示指示灯灯，驱动动继电器器等，常常用干弹弹簧继电电器，其其规格为为触点额定定电压 DC 50VV 以下下 触触点额定定电流 DDC5000mAA以下触点容量量 55VA以以下 抖动时时1mss以下输出接口口是将各各种机床床工作状状态灯的的信息送送到机床床操作面面板，把把控制机机床动作作信号送送到强电电箱，因因此有继继电器输输出电路路和无触触点输出出电路。1.5.4CNNC系统统接口电电路的主主要任务务(1)进进行电平平转化和和功率放放大 一般CCNC系系统的信信号是TTTL电电平，而而控制机机床的电电平则不不一定是是 TTTL电平平，负载载较大，因因此要进进行必要要的信号号电平转转化和功功率放大大。(2)防防止噪声声引起误误动作 要用用光电藕藕合器或或继电器器将CNNC系统统和机床床之间的的信号电电气上加加以隔离离。(3) 采用模模拟量传传送时 在CCNC和和机床电电气设备备之间要要接入数数/模（DD/A）和和模/数（AA/D）转转换电路路。(4) 防止信信号畸变变 信信号在传传输过程程中，由由于衰减减、噪声声和反射射等影响响，会发发生畸变变。为此此要根据据信号类类别及传传输线质质量，采采取一定定措施并并限制信信号的传传输距离离。2.CAA61440车床床数控化化改造的的具体实实施方案案传统的CCA61140车车床是靠靠手工操操作机床床来完成成各种切切削加工工，而改改造后的的数控车车床是将将编制好好的加工工程序输输入到数数控系统统中。再再由数控控系统通通过车床床X、Z坐标标轴的伺伺服电动动机去控控制车床床各项运运动部件件的先后后动作顺顺序、移移动量和和进给速速度，再再配以主主轴的转转速和转转向，便便能加工工出各种种形状不不同的轴轴类或盘盘类回转转体零件件。改造后的的数控车车床与普普通车床床相比较较，其结结构上仍仍然是由由主轴箱箱、刀架架、进给给传动系系统、床床身、液液压系统统、冷却却系统、润润滑系统统等部分分组成。只是数数控车床床的进给给系统与与普通车床床的进给给系统在在结构上上存在着着差别：CA661400车床主主轴的运运动经过过挂轮架架、进给给箱、溜溜板箱传传到刀架架实现纵纵向和横横向进给给运动。而而改造后后的CAA61440数控控车床是是采用伺伺服电动动机经滚滚珠丝杠杠，传到到滑板和和刀架，实实现Z向向（纵向向）和XX向（横横向）进进给运动动。其外外形变化化也不大大，只是是在原来来的机床床上添加加了一个个控制模模块位于于操作者者的右侧侧，便于于观察、调调试和操操作CAA61440车床床改造后后的外观观图如22.1所所示。图2.11根据设计计要求，本设计确定的总体改造目标是将CA6140改造成为经济型的开环控制的数控车床，采用普通交流电机拖动，有级调整能够满足加工要求。因此其主传动系统的电气部分不需要改造。仍采用其原来配置的交流电动机。主传动机械部分的改造主要是在主轴上加装编码器，实现反馈主轴转速，保证主轴转一转，刀架能移动一个被加工螺纹的导程，同时保留原调速系统。改造后的的数控车车床的控控制部分分：采用用微机（MMCS551单片片机）对对数据进进行计算算处理，由由I/OO接口输输出步进进脉冲，环环形分配配，经光光电隔离离电路，以步进电机作为驱动执行件，数控系统送出的指令脉冲经过驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，再经齿轮减速，带动滚珠丝杠转动，从而实现X、Y 两个方向的进给运动，以及刀架的移动。具体设计如2.2图所示：图 2.22.1系系统硬件件设计硬件主控控制器（CCPU）采采用MCCS-551系列列的单片片机芯片片80331。程程序存储储器采用用27664EPPROMM 2片片。数据据存储器器采用662644RAMM 1片片。地址址锁存器采采用744LS3373 1片。用用82555A芯芯片和881555芯片各各一片作作为I/O口的的扩展电电路。882555A作为为作为控控制X、Y 向步步进电机机脉冲输输出；881555作为控控制键盘盘和LEED 显显示器。采采用1338