毕业设计（论文）-CA6140型普通车床数控化改造设计.doc

毕业设计任务书 考生姓名： 准考证号： 专 业： 机电一体化工程（本科） 题 目： ca6140型普通车床数控化改造设计 指导者： 职称：副教授； 评阅者： 职称： 南京理工大学 年 月 南京目 录一.普通车床简易数控化改造设计的任务及设计要求（一）设计任务 （二）设计要求二.总体方案（一）设计方案的确定 （二）总体方案的确定1.系统的运动方式与伺服系统的选择2.计算机系统 3.机械传动方式三.机床进给伺服系统机械部分的设计和计算 (一)进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案1.纵向进给机械结构改造方案2.横向进给机械结构改造方案(二)进给伺服机构机械部分的设计计算1.选择脉冲当量2.计算切削力1) 纵车外圆2)横切端面 3.珠丝杆螺母副的计算和选型3.1纵向进给丝杆3.1.1计算进给牵引力fm（n）3.1.2计算最大动负荷c3.1.3滚珠丝杆螺母副的选型3.1.4传动效率计算3.1.5刚度验算a.丝杠的拉伸或压缩变形量1b.珠与螺纹滚道间接触变形qc.滚珠丝杆轴承的轴向接触变形33.1.6稳定性校核。 3.2横向进给丝杆 3.2.1 计算进给牵引力fm（n） 3.2.2计算最大动负荷c3.2.3滚珠丝杆螺母副的选型3.2.4传动效率计算3.2.5刚度验算a. 丝杠的拉伸或压缩变形量1b.珠与螺纹滚道间接触变形qb. 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 3.2.6稳定性校核4.传动比计算4.1纵向进给齿轮箱传动比计算 4.2横向进给齿轮箱传动比计算5.步进电机的计算和选型5.1纵向进给步进步电机计算5.1.1等效传动惯量计算5.1.2计算最大动负荷a.快速空载启动力矩m起b.快速移动时所需力矩m快c.快速切削负载时所需力矩 m切5.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率5.2纵向进给步进电机计算5.2.1等效传动惯量计算5.2.2电机力矩计算a. 快速空载起动力b.快速切削负载时所需力矩 m切c.快速移动时所需力矩m快。5.2.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率2)横向进给步进电机计算和选型等效转动惯量计算电机力矩计算a快速空载起动力矩mb快速移动时所需力矩m快。c.最大切削福载时所需力矩m切计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率四.数控系统硬件电路设计 (一) 硬件电路的基本组成 (二)控制系统的功能 (三)cpu和存储器(四)i/o接口电路(五)隔离电路和功率放大电路 (六) 辅助电路 (七)地址分配及编码五.软件设计（一）主程序（二）自动升降控程序ca6140型普通车床数控化改造设计一. 普通车床简易数控化改造设计的任务及设计要求（一） 设计任务本次设计任务是将ca6140型普通车床进行简易数控化改造与设计。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制。根据工作量及时间要求完成以下内容：1.确定总体方案2.完成纵、横向进给伺服系统机械部分的设计、计算。绘制纵、横向坐标轴机械传动装配图；3.完成单片微机数控系统的硬件电路设计，绘制数控系统硬件电气原理图；4.用汇编语言编制三个子程序；5.绘制系统结构框图及程序流程图各一张；6.编制备10000字左右的设计说明书一份； （二）设计要求 本次设计要求是将一台ca6140型普通数控车床改造成微机数控车床。采用8031单片微机控制系统，步进电机驱动，开环控制。要求改造后的车床及数控系统具有以下功能： 1.纵、横向直线，圆弧插补； 2.螺纹切削； 3.刀架自动回转换刀； 4.件环分，软件自动变速驱动步进电机 5.盘现场输入、修改程序数据。树码实时显示 6.编辑、空运行、自动、手动、回零工作方式选择 7.回零、连续、暂停运行方式设置 8.掉电保护、越位报警、急停、复位等辅助功能二 总体方案 （一）设计方案的确定 根据ca6140型普通车床的原始数据及数控改造设计要求，确定主要设计参数如下： 最大加工直径： 车床身上： 400mm 车床鞍上： 210mm 最大加工长度： 1000mm 快进速度： 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min 脉冲当量： 纵向 0.01mm/step 横向 0.005mm/step 脉冲分配方式： 逐点比较法 控制坐标数： 2 机床定位精度： 0.015 溜板及刀架重力： 纵向： 800n 横向： 600n 自动生降速性能： 有 起动加速时间： 30ms主电机功率： 7.5kw（二）总体方案的确定 由于被改装的机床本身的机械结构不是按数控机床的要求设计的，其精度和刚度等性能指标往往不能满足数控机床的要求，因此将普通机床改造为全功能的数控机床，一味追求先进指标则会得不偿失，所以确定总体方案的原则应当是在满足生产需要的前提下，对原机床尽可能减少机械部分的改动量，选择简单易用的数控系统，达到合理的性价比。本次改造设计要求就是根据这一原则提出的。根据设计要求、依据设计参数及机床数控改造的理解，总体方案确定如下：1.系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控机床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。2.计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于mcs51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用mcs51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、i/o接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。3.机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳度，尽量减少摩擦量力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。系统总体方案参见ca6140型简易数控机床系统结构框图。三.机床进给伺服系统机械部分的设计和计算（一）进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案1.纵向进给机械结构改造方案拆除原机床的进给像、溜板箱、滑动丝杠、光杠等，装上步进电机、齿轮减速箱和滚珠丝杠螺母副。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮间隙采用双薄片调隙方式。利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。滚珠丝杆仍安置在原来的位置，两端仍采用原固定方式。这样可减少改装工作量，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，且外径比原先的大，从而使纵向进给整体刚度只可能增大。 纵向进给机构都采用了一级齿轮减速。双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙。因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。当负载大时，弹簧弹力显小，起不到消除间隙之目的；当负载小时，弹簧弹力又显大，则加速齿轮的磨损。因此，采用定期人工调整、螺钉紧固的办法消除间隙。 纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩，以保持机床原外观，起到美化机床的效果，在溜板箱上安装了纵向快速进给和急停按钮，以适应机床调整时的操作需要和遇到意外情况时的急停处理需要。2.横向进给机械结构改造方案 拆除原中拖板丝杆，安装滚珠丝杆副，为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。步进电机、齿轮箱安装于机床后侧，为了使减速机构不影响走刀，同时消除传动过程的冲击，减速机构采用二级传动，从动轮采用双薄片错位消除间隙。(二)进给伺服机构机械部分的设计计算1. 选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/步， 横向：0.005mm/步（半径）2.计算切削力2.1纵车外圆主切削力fz（n）按经验公式估算：fz=0。67dmax1。5=0。67*4001。5=5360 按切削力各分力比例： fz/fx/fy=1/0.25/0.4 f x=53600.25=1340 fy=53600.4=21442.2横切端面主切削力fz（n）可取纵切的0.5 fz=0.5fz=2680此时走刀抗力为fy（n），吃刀抗力为fx（n）。仍按上述比例粗略计算： fz/fx/fy=1/0.25/0.4 fy=26800.25=670 fx=26800.4=10723.滚珠丝杆螺母副的计算和选型3.1纵向进给丝杆3.1.1计算进给牵引力fm（n）纵向进给为综合型导轨 fm=kfx+f（fz+g） =1.1581340+0.16（5360+800） =2530 式中 k考虑颠复力距影响的实验系数，综合导轨取k=1.15； f滑动导轨摩擦系数：0.150.18； g溜板及刀架重力：g=800n3.1.2计算最大动负荷c c=3lfwfm l=60nt/106 n=1000vs/lo 式中 lo滚珠丝杆导程，初选l=6mm； vs最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/21/3），此处vs=0.6m/min t使用寿命，按15000h； fw运转系数，按一般运转取f=1.21.5； l寿命、以106为一单位。n=1000vs/lo=10000.60.5/6=50r/minl=60nt/106=606015000/106=45c=3lfwfm=3451.22530=10798.7n 3.1.3滚珠丝杆螺母副的选型查阅表，可用w1l400b外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为16400n，精度等级按表4-15选为3级（大致相当老标准e级）。3.1.4传动效率计算=tg/tg(+)试中螺旋升角，w1l400b=244摩擦角10滚动摩擦系数0.003-0.004=tg/tg(+) =tg244/tg(244+10)=0.94 3.1.5刚度验算最大牵引力为2530n。支撑间距l=1500mm螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。a. 丝杠的拉伸或压缩变形量1根据pm=2530n，d0=40mm，查出l/l=1.210-5可算出：1=l/l1500=1.210-51500=1.810-2由于两端采用向心推力球轴承，且丝杆又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量 1(mm)为： 1=0.2510-2 b滚珠与螺纹滚道间接触变形q 查图4-7，w系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量q ：q=6.4m因进行了预紧， 2 =0.5q =0.56.4=3.2mc支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形3采用8107型推力球轴承，d1=35mm，滚动体直径dq=6.34mm，滚动体数量z=18，c=0.00243fm2/(dqz2) =0.002432532/(6.35182)注意，此公式中fm单位为kgf应施加预紧力，故3=0.5=0.50.0075=0.0038mm 根据以上计算：= 1+2+3 =0.0045+0.0032+0.0038 =0.0115mm定位精度3.1.6稳定性校核。滚珠丝杆两端推力轴承，不会产生产生失稳现象不需作稳定性校核。3.2横向进给丝杆3.2.1计算进给牵引力fm横向导轨为燕尾形，计算如下：fm=1.4fy+f(fz+2fx+g) =1.4670+0.2(2680+21072+600)2023n3.2.2计算最大动负荷c n=1000v3/l0=10000.30.5/5=30 l=60nt/106=603015000/106 c=3lfwfm=3271.22030=7283n3.2.3选择滚珠丝杠螺母副从附录a表3中查出，w1l20051列2.5圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为8800n，可满足要求，选定精度为3级。3.2.4传动效率计算=tg/tg(+)=tg433/tg(433+10)=0.9653.2.5刚度验算横向进给丝杠支承方式如 图所示，最大牵引力为2425n，支承间距l=450mm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。计算如下： a.丝杠的拉伸或压缩变形量1(mm)查图4-6，根据fm=2032n，d0=20mm，查出l/l=5105 可算出1= l /ll=4.2105 450=1.89102mm显然系统应进行预拉伸，以提高刚度 故 =0.251=4.7103b.滚珠与螺纹滚道间接触变形查表4-7。 q=8.5m因进行了预紧 2=0.5q=0.58.5=4.25mc.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8103型推力球轴承，dq=5z=13d=17mmc=0.00243fm2/(dqz2) =0.00243202.3/5132=1.3103考虑到进行了预紧，故 3=0.5 c=0.51.3103=6.5104综合以上几次变形量之和得：=123=4.7103+4.25103/+ =0.00960.015（定位精度 ）3.2.6稳定性校核滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。传动比计算4.传动比计算4.1纵向进给齿轮箱传动比计算已确定纵向进给脉冲当量 p =0.01，滚珠丝杠导程l0=6mm，初选步进电机步距角0.75。可计算出传动比i i=360p / bl 0 =3900.01/0.756=0.8可选定齿轮齿数为： i =z1/z2 z1=32，z2=40 ，或z1=20，z2=254.2横向进给齿轮箱传动比计算已确定横向进给脉冲当量p =0.005，滚珠丝杠导程l0=5mm，初选步进电机步距角0.75。可计算出传动比i i=360p / bl 0=3600.005/0.755=0.48考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速：i=z1z2/z3z4=34/55=2420/4025z1=24，z2=40，z3=20，z4=25因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数参照下表：齿数324024402025分度圆d=mz648048804050齿顶数da=d+2m688452844454齿根数df=d-21.25m597543753545齿宽(6-8)m202020202020中心距a=(d1+d2)/27264455.步进电机的计算和选型5.1纵向进给步进电机计算5.1.1等效传动惯量计算方法计算简图如下表示。传动系统折算到电机轴上的总传动惯量j(kgcm2)可有下式计算：j=jm+j1+（z1/z2）2(j2+js)+g/g(l0/2)2式中：jm步进电机转子转动惯量(kgcm2)j1，j2齿轮z1、z2的转动惯量(kgcm2)js滚珠丝杠传动惯量(kgcm2)参考同类型机床，初选反应式步进电机150bf，其转子转动惯量jm=10(kgcm2)j1=0.78103d14l1=0.781036.422=2.6 kgcm2j2=0.78103d24l2=0.78103822=6.39 kgcm2js=0.7810344150=29.952 kgcm2g=800n代入上式： j=jm+j1+（z1/z2）2(j2+js)+g/g(l0/2)2 =10+2.62+(32/40)2(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2)2=36.355 kgcm2考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。jm/j=10/36.355=0.275基本满足惯量匹配的要求。5.1.2电机力矩计算机床在不同的工况下，其所需转距不同，下面分别按各阶段计算：a.快速空载启动力矩m起在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下： m起=mamax+mf+ma mamax=j= jnnax102/(60ta/2) = j2nmax102/(60ta)nmax=maxb/p360将前面数据代入，式中各符号意义同前。 nmax=maxb/p360=24000.75(0.01360)=500r/min 启动加速时间ta=30ms mamax=j2nmax102/(60ta)=36.3552500102/(600.03)=634.5ncm 折算到电机轴上的摩擦力距mf： mf=fol0/2i=f(pz+g)l0/(2z2/z1) =0.16(5360+800)0.6/(20.81.25)=94ncm 附加摩擦力距m0 mo=fpol0(1-02)/2i=1/3ftl0(1-02)/(2z2/z1) =1/325300.6(1-0.92)/( 20.81.25) =805.30.19=15.3ncm上述三项合计： m起=mamax+mf+ma=634.5+94+15.3=743.8ncmb快速移动时所需力矩m快。m快=mf+m0=94+15.3=109.3ncmc快速切削负载时所需力矩 m切m切=mf+m0+mt=mf+m0+ fol0/2i =94+15.3+13400.6/(20.81.25) =94+15.3+127.96=237.26ncm 从上面计算可以看出，m起、m快和m切三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选步进电机的依据。从下表查出，当步进电机为五相十拍时 =mq/mjmax=0.951最大静力矩mjmax=743.8/0.951=782ncm按此最大静力矩从下表查出，150bf002型最大静转矩为13.72nm。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还需进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。5.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率fk=1000vmax/60p =10002.4/600.01=4000hzfe=1000vs/60p =10000.6/600.01=1000hz从下表中查出150bf002型步进电机允许的最高空载起动频率为2800hz运行频率为8000hz,再从下表中查出150bf002型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如下所示。当步进电机起动时，f起=2500时，m=100ncm,远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩（782ncm）直接使用则会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现），将起动频率降到1000hz时，起动力矩可增加到5884ncm，然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，150bf002型步进电机运行矩频特性完全可以满足要求。5.2纵向进给步进电机计算5.2.1等效传动惯量计算横向传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量j可由下式计算 j=jm+j1+（z1/z2）2(j2+j3)+z3/z(j+j)+g/g(l0/2)2式中各符号意义同前，其中j1=0.78103d14l1=0.781034.822=0.83kgcm2j2=0.78103d24l2=0.78103842=6.4 kgcm2j3=0.78103d24l3=0.78103442=0.4 kgcm2j4=0.78103d24l4=0.78103542=0.98 kgcm2js=0.781032445=0.56kgcm2g=600njm=4.7 （初选反应式步进电机为110bf）代入上式为： j=jm+j1+（z1/z2）2(j2+j3)+z3/z(j+j)+g/g(l0/2)2 =4.7+0.83+(24/10)2(6.4+0.4)+(20/25)2(0.98+0.56)+600/10(0.5/2)2 =8.42kgcm2考虑到步进电机与传动系统惯量的匹配问题jm/j=4.7/8.42=0. 558基本满足惯量匹配要求5.2.2电机力矩计算a.快速空载起动力矩m m起=mamax+mf+mamamax=j= jnnax102/(60ta/2) = j2nmax102/(60ta)式中： nmax=maxb/p360 =12000.75/(0.005360)=500r/min ta=30msmamax=j2nmax102/(60ta)=8.422500102/(600.03)=147ncm折算到电机轴上的摩擦力矩mfmf=fol0/2i=f(pz+g)l0/(2z2/z1) =0.2(2680+600)0.50.48/(20.8)=31.3ncm附加摩擦力矩m0 mo=fpol0(1-02)/2i=1/3ftl0(1-02)/(2z2/z1) =1/320230.50.48(1-0.92)/( 20.8) =6.1ncm上述三项合计： m起=mamax+mf+ma=147+31.3+6.1=184.4ncmb快速移动时所需力矩m快。m快=mf+m0=31.3+6.1=37.4ncmc.最大切削福载时所需力矩m切m切=mf+m0+mt=mf+m0+ fol0/2i =37.4+10720.50.48/(20.8)=88.6ncm 由上面计算可以看出, m起、m快和m切三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，故以此项作为选择步进电机的依据。根据步进电机转矩mq与最大静转矩mjmax的关系可知，当步进电机为三相六拍时：=mq/mjmax=0.866最大静力矩mjmax=184.4/0.866=213ncm查bf反应式步进电机技术参数得，110bf003型步进电机最大静转矩为7.84nm。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。5.2.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率fk=1000vmax/60p =10002.4/600.01=4000hzfe=1000vs/60p =10000.6/600.01=1000hz由110bf003型步进电机的技术参数可知其最高空载起动频率为1500hz，运行频率为7000hz。根据110bf003型电机的起动距频特性和运行矩频特性曲线可以看出，当步进电机起动时f=1500hz，m=98ncm，小于机床所需的起动力矩（184.4ncm），直接使用会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现）。将起动频率将为1000hz时，既可满足要求。当机床快速起动和切削进给时，则完全满足运行矩频要求。五数控系统硬件电路设计（一）硬件电路的基本组成任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件组成系统的基础，其性能的好坏，直接影响到系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行，是可工作的控制系统。机床数控系统的硬件电路概括起来由以下四部分组成。（1） 中央处理器cpu。page: 23（2） 总线，包括数据总线（db）、地址总线（ab）和控制总线（cb）。（3） 存储器，包括只读可编存储器和随机读写存储器。（4） i/o输入、输出接口电路。其中cpu是数控系统的核心，是控制其它各部分协调工作的“大脑”，其作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作。存储器用于存放系统软件、应用程序（监控程序）和运行中所需的各种数据。i/o接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。三总线则是cpu与存储器、接口以及其它转换电路联接的纽带，是cpu与外界进行信息交换和通讯的必由之路。数控系统硬件框图如下所示。 根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路基本组成如下图所示：ramrom cpu i/o接口 光电隔离 功率放大器 步进电机 外设 外设设 键盘、显示器 及其它 (二） 控制系统的功能1.z向和x进给伺服系统2.键盘显示3.自动回转刀架转动4.螺纹加工控制5.面板管理6.行程控制7.其他功能：报警电路，急停电路，复位电路，隔离电路和功放电路。( )cpu和存储器cpu采用8031芯片 8031芯片內部具有128字节数据存储器ram，地址为佳00h7fh，用作工作寄存器。堆栈，软件标志和数据缓冲器，cpu对内部ram有较为有效的操作指令。另加有128字节的特殊功能寄存器，地址为80h-7fh。是用于对片内各功能模块进行管理，控制，监视等。8031芯片内部虽然没有程序存储器，只有128字节rom，在组成该系统时ram不够用。现外接一片6264芯片来扩展8031的ram存储器。8031是一个无rom的cpu。单片的8031不能满足设计要求，不能够成完整的计算机。外接两片2764，一片作为系统存储器，一片作为加工程序存储器。8031的输入、输出（i/o）口线不多，不能满足设计要求，现外接两片8155芯片以扩展i/o口。8031芯片的p0和p2接口用来传送外部存储器的地址和数据。p0口传送高8位地址，p2口传送低8位地址和数据，故要采用74ls373地址锁存器，锁存底8位。ale作为选通信号，当ale为高电平，锁存器的输入和输出透明，既输入的低8位存储器地址在输出端出现。此时不需锁存。当ale从高电平变为低电平，出现下降沿时，低8位地址存入地址锁存器重中，74ls373的输出不再随输入变化，即地质被锁存。这样p0口就可以传送读写的树据。8031芯片的p2口和74ls373送出的p2口共同组成它的地址，2764和6264芯片都是8kb，需要13根地址线。a0a7低8接74ls373芯片的输出，a8a12接8031芯片的p2.0p2.4,系统采用全地译码，两片2764芯片片选信号ce分别接74ls138译码器的y0和y1，系统复位以后从0000h开始执行。6264芯片的片选信号ce接74ls132的y2。单片机扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址（即地址重叠）。在本次设计并没有地址重叠。8031芯片的控制信号psen接2764的oe引脚，作为外部程序存储器的选通信号。读写控制信号wr和rd分部接6264芯片的we和oe。以实现对外部数据存储器的读写。由于8031芯片内部无rom，故要选外部程序存储器，且其ea必须接地。xtal1为芯片内部振荡电路的输入端，xtal0为芯片内部振荡电路的输出端，系统采用内部时钟电路。在xtal1、xtal2引脚上接定时元件，内部振荡电路产生自激振荡，定时电路一般用石英晶体和电容组成的并联电路。晶振可以在1.212mhz之间任选。现选晶振的频率为6mhz。电容在530pf之间。现取30pf电容。电容对振荡频率有微小的影响。reset为复位控制。当reset出现高电平时，8031被初始化复位。只要输入端保持高电平则将循环复位。在复位有效期间ale、psen口输出高电平。当reset输入端返回底电平后，cpu从而地址执行程序。设计中采用上电复位和开关复位两种电路。8155采用开关复位方式。由于采用外部程序存储器，所以ea/lpp接地。i/o接口电路 由于分别只有p1口和p2口部分能提供用户作为i/o口使用。不能满足输入输出的需要，因而系统必须扩展输入输出接口电路。本系统扩展了两片8155接口芯片，8155的片选信号ce接口分别接74ls138的y3和y4端。74ls138译码器有三个输入口a、b、c，分别接到8031的p2.5、p2.6、p2.7端，输出y0y7 八个信号，底电平有效。y0y7对应输入a、b、c的000至111八种组合。74ls138还有三个有效端，其中2个（g2a、g2b）为低电平有效，g1为高电平有效。只有当端口处于有效电平时，输出才能产生，否则输出处于底电平有效。i/o接口芯片与外设的联接是这样安排的： 8155（1）芯片pc0pc3作为刀架电机的控制信号，有1#-4#刀位。pa0pa5为面板上的选择开关，设有编辑、空运行、自动、手动、手动1、手动2和回零。pb0pb4为面板上的选择开关，设有起动、暂停、单段、连续和急停。pb5是换刀回答输入端，当需要自动回转刀架换刀时，由8155（1）的pc0pc3发出刀位信号，控制刀架电机回转，到达指定的刀位，刀架夹紧之后，发出回答信号，经8155(1)的pb5输入计算机，控制刀架开始进给。当加工螺纹时，由与立轴相连的光电脉冲发生器发出螺纹信号和零位螺纹信号，分别送入8031的t0和8155(1)pb6 ，通过设置不同的时间常数来加工不同的螺纹。零位螺纹信号是防止螺纹乱扣。pc4是连接报警显示电路。它是配合越界行程开关使用，正常工作时绿灯亮，当越界报警时红灯亮。 8155（2）芯片pa0pa5作为z向、x向步进电机的光电隔离电路，pb4pb7接z、x向的行程开关，防止工作拖板越界。pb0pb3和pc0pc5以及8031的p1.0p1.7是作为键盘、显示电路的i/o接口。在单片机应用系统中，同时需要使用键盘，显示时，常常把键盘和显示电路做在一起，以节省i/o口。如硬件电路配置图。是由此及46键盘和六位显示器组成。键盘的引出线及led显示器的字位控制共用8155的c口（pc0pc5），它是输出口。键盘的行线由8155的b口（pb0pb3）担任，是输入口。显示器的段选（字型数据控制）由8031的p1口（p1.0p1.7）担任，它是输出口。图中74ls06是反相驱动器。led是采用共阴极显示。 8155的io/m与8031的p2.0相连，io/m是8155内部ram和i/o口的选择线。io/m=0时选择内部ram，既当p2.0为低电平使用内部ram。当p2.0为高电平则io/m用作i/o接口。由于8155芯片内部有地址锁存器，所以8031的ale端可以和8155的ale直接相连。利用8031的ale信号的下降沿锁存8031的p0口送出的低8位地址信息。8155的ad0ad7与8031的p0.0p0.7对应相连，相对的读/写信号rd、wr也直接相连。（二） 隔离电路和功率放大电路 在步进电机驱动电路中，脉冲信号经功率放大电路后控制步进电机励磁绕组。由于步进电机需要的驱动电压较高，电流较大（几安到几十安），如果将输出信号与功率放大器直接相联，将会起强电干扰。轻则影响计算机程序的正常工作，重则导至计算机和接口电路损坏。所以一般在接口电路与功率放大电路之间接上隔离电路，采用的光电隔离电路如下图所示。 图：光电隔离电路功率放大电路分为单电源和双电源型。单电源型线路简单，效率不高，所以选双电源型。双电源型采用高低压供电电路。如下图所示。 图：高低压供电电路 在功率放大器导通初始，t1、t3、t4均导通，并使脉冲变压器b的副边产生一定宽度的脉冲电流，使t2导通。高压电源eh通告t2、t1为步进电机某一相绕组供电，使其电流上升沿变逗。经过t0时间后脉冲电流消失，使t2截止，高电压电源与绕组之间被切断，en通过d2、t1为绕组wa供电，提供所需的额定电流。通过调节脉冲变压器的磁芯和r4可改变高压供电的时间宽度tb。 以上是从原理上分析说明，由于我国步进电机的功率放大器已由生产厂家生产出系列化产品。在设计数控机床电路时只需根据步进电机的容量大小进行选择。前面已选110bf003型电机，因此只须根据110bf003步进电机来选择功放电路，所以不再进行计算.（ ） 辅助电路为了防止机床行程越界，所以在机床上装有行程开关。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，在接口和电路之间实行光电隔离。为了报警，还设有报警电路。当绿色的发光二极管亮时表示正常。当红色发光二极管亮时，表示溜板箱已达到极限位置。（七） 地址分配及编码，根据硬件电路，各地址分配及编码如下表：芯片接74ls地址选择线片内地址单地址编码138引脚元（字节）2764(1)y000xxxxxxxxxxxxx8k0000h-1ff