2078 DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)床及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2078 DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)床及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),dk7732,數(shù)控,高速,電火花,切割,機(jī)床,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)
南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1. 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì) 中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典編委會(huì)。中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典（4） 。江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，20022. 清華大學(xué)曹金榜、易錫麟、張玉峰、陳養(yǎng)田、張春編。機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19873. 華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)編。機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)。上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19794. 吳振彪主編。機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京：中國人民大學(xué)出版社，20005. 顧熙棠、遲建山、胡寶珍主編。金屬切削機(jī)床（下冊(cè)） 。上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，20006. 張學(xué)仁主編。數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20007. 趙萬生主編。電火花加工技術(shù)。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20008. 李忠文編著。電火花機(jī)和線切割機(jī)編程與機(jī)電控制。北京：化學(xué)工業(yè)出版社 工業(yè)裝備與信息工程出版中心，20049. 鄧星鐘主編。機(jī)電傳動(dòng)控制（第三版） 。武漢：華中科技大學(xué)出版社，200310. 秦曾煌主編。電工學(xué)下冊(cè)電子技術(shù)（第五版） 。北京：高等教育出版社，199911. 吳宗澤主編。機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（上冊(cè)、下冊(cè)） 。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200212. 魏俊民、周硯江主編。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：中國紡織出版社，199813. 薛棟梁編著。MCS-51/51/251 單片機(jī)原理與應(yīng)用（一） 。北京：中國水利水電出版社，200114. 楊恢先、黃輝先等編著。單片機(jī)原理及應(yīng)用。長沙：國防科技大學(xué)出版社，200315. 中國 IT 培訓(xùn)工程委員會(huì)編。Protel99 電路設(shè)計(jì)培訓(xùn)班。珠海:珠海出版社,200216. 何永然、唐增寶、劉安俊主編。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第二版） 。武漢：華中科學(xué)大學(xué)出版社，200217. 周良德、朱泗芳等編著。現(xiàn)代工程圖學(xué)。長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，200018. 謝鐵邦、李柱、席宏卓主編?；Q性與技術(shù)測(cè)量。武漢：長沙科技大學(xué)出版社，1998NANHUA University畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題 目 DK7732 數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)床及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 顏 竟 成 職 稱 教 授 班 級(jí) 機(jī)械 002 班 學(xué) 號(hào) 20004410212 學(xué)生姓名 柳 慶 亮 2004 年 6 月 9 日南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目 DK7732 數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）題目來源 自選試題設(shè)計(jì)（論文）題目類型 機(jī)床設(shè)計(jì) 起止時(shí)間 2004.2～2004.6一、設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義：依據(jù)：電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極（銅絲或鉬絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割。研究意義：①采用細(xì)金屬絲作工具電極，切割刀具簡(jiǎn)單，大大降低生產(chǎn)準(zhǔn)備工時(shí)；②計(jì)算機(jī)輔助編程，方便加工復(fù)雜形狀的直紋表面；③電極絲直徑較細(xì)，切縫很窄，有利于材料的利用，適合加工細(xì)小零件；④對(duì)于粗、中、精加工，調(diào)整電參數(shù)即可，操作方便、自動(dòng)化程度高；⑤電極絲在加工中是移動(dòng)的，可以完全或短時(shí)間不考慮電極絲損耗對(duì)加工精度的影響；⑥當(dāng)電極絲作相應(yīng)傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)錐面加工。二、設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）1、調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點(diǎn)，確定新設(shè)計(jì)電火花線切割機(jī)的主要參數(shù)。2、進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)的總體方案及系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。3、完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4、完成控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：本次設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)是線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體如下：1、導(dǎo)輪 V 形槽設(shè)計(jì)應(yīng)保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。2、在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪質(zhì)量，有以減少電極絲換向時(shí)電極絲與導(dǎo)輪間的滑動(dòng)摩擦。3、導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)輕便靈活，盡量減小軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。4、應(yīng)進(jìn)行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件。由于電極絲的導(dǎo)輪位與懸臂的端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，可使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：研究方法：1、老師授課，講解設(shè)計(jì)內(nèi)容，解答設(shè)計(jì)疑難，檢查設(shè)計(jì)成果；2、參觀實(shí)驗(yàn)室 DK7725 型數(shù)控電火花線切割機(jī)床，請(qǐng)教實(shí)驗(yàn)老師，用作借鑒。3、利用圖書館藏書，查閱相關(guān)資料，摘要中外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用到設(shè)計(jì)中。4、網(wǎng)絡(luò)資源的利用，網(wǎng)上資料的查詢，與專家教授的網(wǎng)上交流進(jìn)度安排：第一階段是搜集整理階段。時(shí)間是 2 月初到 2 月底。第二階段是機(jī)械部分設(shè)計(jì)階段。時(shí)間是 3 月份到 5 月份。第三階段是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。時(shí)間是 5 月份到 6 月初。第四階段是整理復(fù)習(xí)階段。時(shí)間是 6 月初到 6 月中旬。五、進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件：1、時(shí)間上必須保證充裕，有足夠的時(shí)間去調(diào)查，分析，設(shè)計(jì)2、資金上必須能夠保證去車間實(shí)習(xí)參觀，去書店購買相關(guān)資料以及車費(fèi)等。3、場(chǎng)地上必須有專門固定的教室作為設(shè)計(jì)專用教室，可以專心設(shè)計(jì)而不被打擾和到處流動(dòng)作業(yè)。六、指導(dǎo)老師意見：簽名： 年 月 日南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅰ摘 要電火花線切割加工（wire-EDM ）是一種基于電火花加工技術(shù)的適應(yīng)性流程加工技術(shù)，它可以被用在具有二維到三維復(fù)雜形狀的而且是導(dǎo)電的原材料的加工上。電火花線切割加工最常見的應(yīng)用是在壓模， 擠壓模，粉末合金的 鑄模和標(biāo)準(zhǔn)模板的裝配工中。這樣就可以加工出以往依靠花費(fèi)很高磨床或者昂貴的傳統(tǒng)意義上的電火花的電極來進(jìn)行加工的工件。由于電火花線切割加工技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械、電工、電子、數(shù)控、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多門學(xué)科、專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用。我的設(shè)計(jì)課題是 DK7732 數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床。DK 為數(shù)控電加工機(jī)床，77 為電火花線切割機(jī)床。32 為機(jī)床工作臺(tái)寬度。此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)，橫向進(jìn)給，縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)。其中 還包括齒輪的強(qiáng)度計(jì)算，滾珠絲桿校核，軸承壽命的驗(yàn)算?？刂葡到y(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)控制電路和脈沖電源電路，這是數(shù)控電火花加工機(jī)床的重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分，也是難點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。詳細(xì)說明了芯片的擴(kuò)展、鍵盤顯示器接口的設(shè)計(jì)等等。脈沖電源電路采用高低壓復(fù)式脈沖電源，它是由晶體管及分立元件組成的電路，輸出高低壓復(fù)式脈沖，可以同時(shí)供給兩個(gè)放電間隙加工，提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵字：數(shù)控電火花線切割加工、主軸運(yùn)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)、脈沖 電源南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅱAbstractWire electrical-discharge machining(wire-EDM)I is an adaptation of the basic EDM process,which can be used for cutting complex two-and three-dimensional shapes through electrically conducting materials. wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes.Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge , for example mechanism、electrician、electron、numerical control、auto control and computer application. My design subject is DK7732 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool. DK means numerical control machining tool. 77means wire electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tool’s worktable. The design contains collectivity distribution design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span. The controlling system part contains the circuit of step-by-step electromotor control and the circuit of pulse electrical source. This part is the most important part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the design of keyboard display interface. The circuit of pulse electrical source uses high and low voltage pulse electrical source. The circuit is composed by transistor and unattached elements, it exports high and low voltage pulse, which can apply with two electrical-discharge interval and improve productivity. Key words: Numerical control wire electrical-discharge machining, principle axis motion , step-by-step electromotor, pulse electrical source南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅲ目錄引言…………………………………………………………………………………（1）一 總體方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………（2）（一）總體方案的擬定……………………………………………………………（2）（二）主要技術(shù)參數(shù)的確定………………………………………………………（2）二 儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………（3）（一）儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………（3）1.對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求………………………………………………………（3）2.高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)…………………………………………………（4）（二）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………（11）1.齒輪傳動(dòng)比的確定 …………………………………………………………（12）2.齒輪齒數(shù)的確定 ……………………………………………………………（12）3.傳動(dòng)件的估算 ………………………………………………………………（13）4.齒輪模數(shù)估算 ………………………………………………………………（14）（三）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗(yàn)算 ………………………………………（16）南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅲ1.齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算……………………………………………………………（16）2.主軸的驗(yàn)算 …………………………………………………………………（19）（四）主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………（21）1.軸承配置形式 ………………………………………………………………（21）2.主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊 ……………………………………………………（22）三 進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………（23）（一）進(jìn)給傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………（23）1.脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 …………………………………………………（23）（二）滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇和滾珠絲杠的選型和校核 ………………（24）1.滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇 ………………………………………………（24）2.滾珠絲杠的選型和校核 ……………………………………………………（26）（三）步進(jìn)電機(jī)的選擇 …………………………………………………………（28）（四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì) ………………………………………………………（30）1.螺桿的支承形式 ……………………………………………………………（30）2.螺桿的支承方式 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）?！?0）四 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………（31）（一）數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定 ………………………………………………（31）（二）數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì) ………………………………………………（32）1.單片機(jī)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………（32）2.系統(tǒng)擴(kuò)展 ……………………………………………………………………（36）3.I/O 口的擴(kuò)展 …………………………………………………………… （40）4.顯示器接口設(shè)計(jì) ……………………………………………………………（45）5.步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………（46）6.光電隔離電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………（52）7.部分控制程序 ………………………………………………………………（53）8.其他接口電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………（63）科技譯文 …………………………………………………………………………（65）謝辭……………………………………………………………………………… （76）南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1. 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì) 中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典編委會(huì)。中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典（4） 。江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，20022. 清華大學(xué)曹金榜、易錫麟、張玉峰、陳養(yǎng)田、張春編。機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19873. 華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)編。機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)。上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，19794. 吳振彪主編。機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京：中國人民大學(xué)出版社，20005. 顧熙棠、遲建山、胡寶珍主編。金屬切削機(jī)床（下冊(cè)） 。上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，20006. 張學(xué)仁主編。數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20007. 趙萬生主編。電火花加工技術(shù)。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20008. 李忠文編著。電火花機(jī)和線切割機(jī)編程與機(jī)電控制。北京：化學(xué)工業(yè)出版社 工業(yè)裝備與信息工程出版中心，20049. 鄧星鐘主編。機(jī)電傳動(dòng)控制（第三版） 。武漢：華中科技大學(xué)出版社，200310. 秦曾煌主編。電工學(xué)下冊(cè)電子技術(shù)（第五版） 。北京：高等教育出版社，199911. 吳宗澤主編。機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)（上冊(cè)、下冊(cè)） 。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200212. 魏俊民、周硯江主編。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：中國紡織出版社，199813. 薛棟梁編著。MCS-51/51/251 單片機(jī)原理與應(yīng)用（一） 。北京：中國水利水電出版社，200114. 楊恢先、黃輝先等編著。單片機(jī)原理及應(yīng)用。長沙：國防科技大學(xué)出版社，200315. 中國 IT 培訓(xùn)工程委員會(huì)編。Protel99 電路設(shè)計(jì)培訓(xùn)班。珠海:珠海出版社,200216. 何永然、唐增寶、劉安俊主編。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第二版） 。武漢：華中科學(xué)大學(xué)出版社，200217. 周良德、朱泗芳等編著。現(xiàn)代工程圖學(xué)。長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，200018. 謝鐵邦、李柱、席宏卓主編。互換性與技術(shù)測(cè)量。武漢：長沙科技大學(xué)出版社，1998NANHUA University畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題 目 DK7732 數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)床及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 顏 竟 成 職 稱 教 授 班 級(jí) 機(jī)械 002 班 學(xué) 號(hào) 20004410212 學(xué)生姓名 柳 慶 亮 2004 年 6 月 9 日南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目 DK7732 數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）題目來源 自選試題設(shè)計(jì)（論文）題目類型 機(jī)床設(shè)計(jì) 起止時(shí)間 2004.2～2004.6一、設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義：依據(jù)：電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極（銅絲或鉬絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割。研究意義：①采用細(xì)金屬絲作工具電極，切割刀具簡(jiǎn)單，大大降低生產(chǎn)準(zhǔn)備工時(shí)；②計(jì)算機(jī)輔助編程，方便加工復(fù)雜形狀的直紋表面；③電極絲直徑較細(xì)，切縫很窄，有利于材料的利用，適合加工細(xì)小零件；④對(duì)于粗、中、精加工，調(diào)整電參數(shù)即可，操作方便、自動(dòng)化程度高；⑤電極絲在加工中是移動(dòng)的，可以完全或短時(shí)間不考慮電極絲損耗對(duì)加工精度的影響；⑥當(dāng)電極絲作相應(yīng)傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)錐面加工。二、設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）1、調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點(diǎn)，確定新設(shè)計(jì)電火花線切割機(jī)的主要參數(shù)。2、進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)的總體方案及系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。3、完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4、完成控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：本次設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)是線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體如下：1、導(dǎo)輪 V 形槽設(shè)計(jì)應(yīng)保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。2、在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪質(zhì)量，有以減少電極絲換向時(shí)電極絲與導(dǎo)輪間的滑動(dòng)摩擦。3、導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)輕便靈活，盡量減小軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。4、應(yīng)進(jìn)行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件。由于電極絲的導(dǎo)輪位與懸臂的端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，可使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：研究方法：1、老師授課，講解設(shè)計(jì)內(nèi)容，解答設(shè)計(jì)疑難，檢查設(shè)計(jì)成果；2、參觀實(shí)驗(yàn)室 DK7725 型數(shù)控電火花線切割機(jī)床，請(qǐng)教實(shí)驗(yàn)老師，用作借鑒。3、利用圖書館藏書，查閱相關(guān)資料，摘要中外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用到設(shè)計(jì)中。4、網(wǎng)絡(luò)資源的利用，網(wǎng)上資料的查詢，與專家教授的網(wǎng)上交流進(jìn)度安排：第一階段是搜集整理階段。時(shí)間是 2 月初到 2 月底。第二階段是機(jī)械部分設(shè)計(jì)階段。時(shí)間是 3 月份到 5 月份。第三階段是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。時(shí)間是 5 月份到 6 月初。第四階段是整理復(fù)習(xí)階段。時(shí)間是 6 月初到 6 月中旬。五、進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件：1、時(shí)間上必須保證充裕，有足夠的時(shí)間去調(diào)查，分析，設(shè)計(jì)2、資金上必須能夠保證去車間實(shí)習(xí)參觀，去書店購買相關(guān)資料以及車費(fèi)等。3、場(chǎng)地上必須有專門固定的教室作為設(shè)計(jì)專用教室，可以專心設(shè)計(jì)而不被打擾和到處流動(dòng)作業(yè)。六、指導(dǎo)老師意見：簽名： 年 月 日南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅰ摘 要電火花線切割加工（wire-EDM ）是一種基于電火花加工技術(shù)的適應(yīng)性流程加工技術(shù)，它可以被用在具有二維到三維復(fù)雜形狀的而且是導(dǎo)電的原材料的加工上。電火花線切割加工最常見的應(yīng)用是在壓模， 擠壓模，粉末合金的 鑄模和標(biāo)準(zhǔn)模板的裝配工中。這樣就可以加工出以往依靠花費(fèi)很高磨床或者昂貴的傳統(tǒng)意義上的電火花的電極來進(jìn)行加工的工件。由于電火花線切割加工技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械、電工、電子、數(shù)控、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多門學(xué)科、專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用。我的設(shè)計(jì)課題是 DK7732 數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床。DK 為數(shù)控電加工機(jī)床，77 為電火花線切割機(jī)床。32 為機(jī)床工作臺(tái)寬度。此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)，橫向進(jìn)給，縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)。其中 還包括齒輪的強(qiáng)度計(jì)算，滾珠絲桿校核，軸承壽命的驗(yàn)算。控制系統(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)控制電路和脈沖電源電路，這是數(shù)控電火花加工機(jī)床的重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分，也是難點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。詳細(xì)說明了芯片的擴(kuò)展、鍵盤顯示器接口的設(shè)計(jì)等等。脈沖電源電路采用高低壓復(fù)式脈沖電源，它是由晶體管及分立元件組成的電路，輸出高低壓復(fù)式脈沖，可以同時(shí)供給兩個(gè)放電間隙加工，提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵字：數(shù)控電火花線切割加工、主軸運(yùn)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)、脈沖 電源南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅱAbstractWire electrical-discharge machining(wire-EDM)I is an adaptation of the basic EDM process,which can be used for cutting complex two-and three-dimensional shapes through electrically conducting materials. wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes.Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge , for example mechanism、electrician、electron、numerical control、auto control and computer application. My design subject is DK7732 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool. DK means numerical control machining tool. 77means wire electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tool’s worktable. The design contains collectivity distribution design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span. The controlling system part contains the circuit of step-by-step electromotor control and the circuit of pulse electrical source. This part is the most important part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the design of keyboard display interface. The circuit of pulse electrical source uses high and low voltage pulse electrical source. The circuit is composed by transistor and unattached elements, it exports high and low voltage pulse, which can apply with two electrical-discharge interval and improve productivity. Key words: Numerical control wire electrical-discharge machining, principle axis motion , step-by-step electromotor, pulse electrical source南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅲ目錄引言…………………………………………………………………………………（1）一 總體方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………（2）（一）總體方案的擬定……………………………………………………………（2）（二）主要技術(shù)參數(shù)的確定………………………………………………………（2）二 儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………（3）（一）儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………（3）1.對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求………………………………………………………（3）2.高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)…………………………………………………（4）（二）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………（11）1.齒輪傳動(dòng)比的確定 …………………………………………………………（12）2.齒輪齒數(shù)的確定 ……………………………………………………………（12）3.傳動(dòng)件的估算 ………………………………………………………………（13）4.齒輪模數(shù)估算 ………………………………………………………………（14）（三）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗(yàn)算 ………………………………………（16）南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ⅲ1.齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算……………………………………………………………（16）2.主軸的驗(yàn)算 …………………………………………………………………（19）（四）主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………（21）1.軸承配置形式 ………………………………………………………………（21）2.主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊 ……………………………………………………（22）三 進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………（23）（一）進(jìn)給傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………（23）1.脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 …………………………………………………（23）（二）滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇和滾珠絲杠的選型和校核 ………………（24）1.滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇 ………………………………………………（24）2.滾珠絲杠的選型和校核 ……………………………………………………（26）（三）步進(jìn)電機(jī)的選擇 …………………………………………………………（28）（四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì) ………………………………………………………（30）1.螺桿的支承形式 ……………………………………………………………（30）2.螺桿的支承方式 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）?！?0）四 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………（31）（一）數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定 ………………………………………………（31）（二）數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì) ………………………………………………（32）1.單片機(jī)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………（32）2.系統(tǒng)擴(kuò)展 ……………………………………………………………………（36）3.I/O 口的擴(kuò)展 …………………………………………………………… （40）4.顯示器接口設(shè)計(jì) ……………………………………………………………（45）5.步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………（46）6.光電隔離電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………（52）7.部分控制程序 ………………………………………………………………（53）8.其他接口電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………（63）科技譯文 …………………………………………………………………………（65）謝辭……………………………………………………………………………… （76）第 1 頁，共 76 頁DK7732 數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)床及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)引 言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從 2004 年 2 月份開始到本年的六月中下旬結(jié)束，長達(dá)半年。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一名在校大學(xué)生最后的一次也是最重要的一次設(shè)計(jì)，說其重要主要是因?yàn)樗鼘z驗(yàn)?zāi)阍诖髮W(xué)生活中所學(xué)知識(shí)的扎實(shí)程度，其間你必須復(fù)習(xí)所學(xué)過的一些課程，學(xué)習(xí)一些要用到的新的知識(shí)，它還將練習(xí)你的動(dòng)手能力，思考能力，創(chuàng)新能力，是你在大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一次升華，是一個(gè)提升階段，更是走向工作崗位的一次練兵，因此我們都對(duì)此極為重視，更是投入了極大的熱情與努力來更好的完成它。本次設(shè)計(jì)在顏竟成教授的悉心指導(dǎo)下分四個(gè)階段按部就班的有條不紊的進(jìn)行。第一階段是搜集整理階段。在本階段主要是搜集足夠的資料信息并對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行分析和實(shí)地調(diào)查，做到心中有輪廓， 。本階段其實(shí)從 2004 年元旦就開始了截止到 2004 年 3 月份第一張外觀圖繪制成功為止。第二階段是機(jī)械部分設(shè)計(jì)階段。本階段主要應(yīng)用大學(xué)里面所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來進(jìn)行運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和坐標(biāo)工作臺(tái)的縱向和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外還要進(jìn)行儲(chǔ)絲筒的三維零件設(shè)計(jì)。本階段主要是從三月份到五月份。五月份到六月份則是第三階段：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。主要進(jìn)行電器電路設(shè)計(jì)，包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和脈沖功率放大電路設(shè)計(jì)。本階段也是一個(gè)學(xué)習(xí)的階段，對(duì)自己不太熟悉的的的領(lǐng)域的一次學(xué)習(xí)。六月份開始就是最后一個(gè)階段：整理復(fù)習(xí)階段，主要從事前幾個(gè)階段的整理溫習(xí)，寫說明書。以及畢業(yè)答辯前的各項(xiàng)具體細(xì)節(jié)的準(zhǔn)備?？梢哉f每個(gè)階段都是十分緊張而有難度的，有些問題是由于設(shè)計(jì)的難度，有些還是因?yàn)樽约褐R(shí)上的欠缺和不扎實(shí)造成的。可以說這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是個(gè)查缺補(bǔ)漏的機(jī)會(huì)。尤其是在同學(xué)的幫助下，特別是在顏教授的指導(dǎo)下，遇到困難不逃避，主動(dòng)請(qǐng)教，主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考提出新方案，困難被一個(gè)個(gè)解決了，有了本次設(shè)計(jì)的成功。更鍛煉了團(tuán)體協(xié)作精神，獨(dú)立作業(yè)能力，專業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)自己將來都是一次具有深遠(yuǎn)影響的事件。第 2 頁，共 76 頁一、 總體方案設(shè)計(jì)（一） 總體方案的擬定（1）電火花線切割機(jī)床具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能；還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）電火花線切割機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)電火花線切割機(jī)床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和經(jīng)濟(jì)性要求，一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中，MCS-51 系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比。因此，可選擇 MCS-51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器；包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。（5）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，起傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。（6）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。（7）采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤滑方法簡(jiǎn)單。在上述方案的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過程更加細(xì)致。 （伺服系統(tǒng)總體方案框圖如圖 1.1）（二）主要技術(shù)參數(shù)的確定技術(shù)參數(shù)主要包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)，尺寸參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。DK7732 電火花線切第 3 頁，共 76 頁割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下：工作臺(tái)行程/mm 500x320最大切割厚度/mm 30（可調(diào)）加工表面粗糙度 Ra/μm 2.5加工精度/mm 0.015切割速度/mm 2/min 100切割工件最大厚度 120mm加工錐度 3°～60°電極絲移動(dòng)速度 11m/s電極絲最大直徑 φ0.1～φ0.2mm圖 1.1 伺服系統(tǒng)總體方案框圖二、 儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是由絲筒電機(jī)正反轉(zhuǎn)得到的。電極通過聯(lián)軸節(jié)與絲筒連接，絲筒裝有齒輪，通過過渡齒輪與絲桿上的齒輪嚙合。絲桿固定在絲板上，螺母固定上底座上，拖板與底座采用裝有滾珠的 V 形滾動(dòng)導(dǎo)軌連接，這樣絲筒每轉(zhuǎn)一周拖板直線移動(dòng)相應(yīng)的距離，因此機(jī)床工作前應(yīng)根據(jù)零件厚薄和精度要求在第 4 頁，共 76 頁0.12—0.25mm 的范圍內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)你f絲直徑。1、 對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求①高速走絲機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還要進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動(dòng)，以保證電極絲在儲(chǔ)絲筒上整齊排繞。②儲(chǔ)絲筒的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)量要小。③儲(chǔ)絲筒要能正反轉(zhuǎn)，電極絲的走絲速度在 7—12m/s 范圍內(nèi)無級(jí)或有級(jí)可調(diào)，或恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。④走絲機(jī)構(gòu)最好與床身相互絕緣。⑤傳動(dòng)齒輪副，絲杠副應(yīng)該具備潤滑措施2、 高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)高速走絲機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)絲筒組合件、上下拖板、齒輪副、換向裝置和絕緣部分組成，如圖 2.2 所示儲(chǔ)絲筒由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。儲(chǔ)絲筒另外一端通過三對(duì)齒輪減速后帶動(dòng)絲杠。儲(chǔ)絲筒、電動(dòng)機(jī)、齒輪都安裝在兩個(gè)支架上。支架及絲杠則安裝在拖板沙鍋內(nèi)，調(diào)整螺母裝在底座上，拖板在底座上來回移動(dòng)。螺母具有消除間隙的副螺母和彈簧，齒輪及絲杠螺距的搭配為沒旋轉(zhuǎn)一圈拖板移動(dòng)0.25mm。所以該儲(chǔ)絲筒適用于 Φ0.25mm 以下的鉬絲。儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，無不正常振動(dòng)。滾筒外圓振擺應(yīng)小于 0.03mm，反向間隙應(yīng)小于 0.05mm，軸向竄動(dòng)應(yīng)完全徹底消除。高頻電源的負(fù)端通過碳刷送到儲(chǔ)絲筒軸的尾部，然后傳到鉬絲上，碳刷應(yīng)保持良好接觸，防止機(jī)油或者其他臟物進(jìn)入。儲(chǔ)絲筒本身作高速正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)、滾筒及絲杠的軸承應(yīng)定期拆洗并加潤滑脂，換油期限可根據(jù)使用情況具體決定。其余中間軸、齒輪、導(dǎo)軌及絲杠、螺母等每班應(yīng)注油一次。（1） 儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件主要由儲(chǔ)絲筒、聯(lián)軸器和軸承座組成。① 儲(chǔ)絲筒 儲(chǔ)絲筒是電極絲穩(wěn)定移動(dòng)和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一，一般用45 號(hào)鋼制造。為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，筒壁應(yīng)盡量薄，按機(jī)床規(guī)格，本次設(shè)計(jì)DK7732 應(yīng)選用 4mm（符合 1.5—5mm） 。為了進(jìn)一步減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可以選第 5 頁，共 76 頁用鋁鎂合金材料制造儲(chǔ)絲筒壁厚要均勻，工作表面要有較好的表面粗糙度，一般 Ra 為 0.8μm。為保證儲(chǔ)絲筒組合件動(dòng)態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對(duì)支撐部分的同軸度。儲(chǔ)絲筒與主軸裝配后的徑向跳動(dòng)量應(yīng)不大于 0.01mm。一般裝配后，以軸的 兩端中心孔定位，沖摸儲(chǔ)絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。② 聯(lián)軸器 走絲機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)組合件的電機(jī)軸與儲(chǔ)絲筒中心軸，一般不采用整體的長軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲(chǔ)絲筒運(yùn)行時(shí)頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間受到正反剪切力很大，因此多采用彈性聯(lián)軸器和摩擦錐式聯(lián)軸器。圖 1.2 運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖a. 彈性聯(lián)軸器，如圖 2.1 所示第 6 頁，共 76 頁圖 2.1 彈性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性力矩小，換向較平穩(wěn)，無金屬撞擊聲，可以減少對(duì)儲(chǔ)絲筒中心軸的沖擊。彈性材料采用橡膠、塑料或者皮革。這種聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是，允許電動(dòng)機(jī)軸與儲(chǔ)絲筒軸稍有不同心和不平行（最大不同心允許為 0.2—0.5mm，最大不平行為 1°） ，缺點(diǎn)是由它聯(lián)接的兩根軸在傳遞扭矩時(shí)會(huì)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。b. 摩擦錐式聯(lián)軸器，如圖 2.2 所示。摩擦錐式聯(lián)軸器可帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的大、中型儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件。此種聯(lián)軸器可傳遞較大的扭矩，同時(shí)在傳動(dòng)符合超載時(shí)，摩擦面之間的華東還可以起到過載保護(hù)作用。因?yàn)殄F形摩擦面會(huì)對(duì)電機(jī)和儲(chǔ)絲筒產(chǎn)生軸向力，所以在電機(jī)主軸的滾動(dòng)支撐中，應(yīng)選用向心止推軸承和單列圓錐滾子軸承。此外，還要正確選用彈簧規(guī)格。彈力過小，摩擦面打滑，使傳動(dòng)不穩(wěn)定或摩擦面過熱燒傷；彈力過大，會(huì)增大軸向力，影響中心軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。第 7 頁，共 76 頁圖 2.2 摩擦錐式聯(lián)軸器c.磁力聯(lián)軸器是依靠磁力無接觸式聯(lián)接的，保留了傳統(tǒng)聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)。具體有如下幾種。套筒式磁力聯(lián)軸器（如圖 3.1 所示）圖 3.1 套筒式磁力聯(lián)軸器此種聯(lián)軸器主動(dòng)磁極 3 和從動(dòng)磁極 2 均可為圓筒狀或以若干磁鐵排列成圓筒狀，并用黏結(jié)劑分別將其固定于主動(dòng)軸套 4 外表面上和從動(dòng)軸套 1 沒表面上， 主動(dòng)軸 6 與被動(dòng)軸 7 間用鍵 5、8 聯(lián)接。主動(dòng)磁極 3 和從動(dòng)磁極 2 之間有一定間隙，其目的為：兩磁極之間無摩擦，靠磁場(chǎng)聯(lián)接；被聯(lián)接兩軸因受制造及安裝誤差，承載后變形及溫度變化等因素影響，往往不能嚴(yán)格對(duì)中心。留有一定間隙，可補(bǔ)償這一不足，還可適當(dāng)降低加工及裝配要求。該套筒式聯(lián)軸器因磁場(chǎng)面積大，可以傳遞較大扭矩。其磁場(chǎng)聯(lián)接力可以通過改變主動(dòng)軸套 4 和從動(dòng)軸套 1 的配合長度來進(jìn)行調(diào)整。圓盤式磁力聯(lián)軸器（如圖 3.2 所示）圖 3.2 圓盤式磁力聯(lián)軸器此種聯(lián)軸器主動(dòng)磁極 3 和從動(dòng)磁極 2 均可為圓盤狀或以若干磁鐵排列成第 8 頁，共 76 頁圓形射線狀，并用黏結(jié)劑分別將其固定于主動(dòng)軸套 4 和從動(dòng)軸套 1 的大表面上。由于圓盤式聯(lián)軸器磁場(chǎng)面積小，所以傳遞扭矩小，并且體積相應(yīng)的也小。其磁場(chǎng)聯(lián)接力可以通過改變主動(dòng)磁極 3 和從動(dòng)磁極 2 之間的距離來進(jìn)行調(diào)整。由于磁力聯(lián)軸器軸與軸之間沒有零件直接聯(lián)接，而是靠磁場(chǎng)聯(lián)接來傳遞扭矩，因此電機(jī)換向時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量被磁力線的瞬時(shí)扭曲抵消；在超負(fù)荷時(shí)，鍵8、5 聯(lián)接的主動(dòng)軸 7 與從動(dòng)軸 6 可以自動(dòng)打滑脫開，起到安全離合器的作用，不會(huì)損壞任何零部件。主動(dòng)磁極 3 和從動(dòng)磁極 2 均用強(qiáng)的永磁材料制成，例如，鐵氧體、稀土合金等。綜合上述幾種類型，參照本次設(shè)計(jì)要求，選擇性價(jià)比最高的，顯然 a 類型既是彈性聯(lián)軸器已經(jīng)滿足條件，因此本次設(shè)計(jì)選用彈性聯(lián)軸器。（2） 上下拖板走絲機(jī)構(gòu)的上下拖板我們決定采用下面兩種滑動(dòng)導(dǎo)軌之一。燕尾型導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整桿帶動(dòng)塞鐵，可改變導(dǎo)軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗(yàn)比較復(fù)雜，剛性較差，傳動(dòng)中摩擦損失也較大。三角、矩形組合式導(dǎo)軌，如圖 4.1 所示。導(dǎo)軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)。圖 4.1 三角、矩形組合式導(dǎo)軌由于儲(chǔ)絲筒走絲機(jī)構(gòu)的上拖板一邊裝有運(yùn)絲電動(dòng)機(jī)，儲(chǔ)絲筒軸向兩邊負(fù)荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復(fù)移動(dòng)，應(yīng)把下拖板設(shè)計(jì)的較長以使走絲機(jī)構(gòu)工作時(shí)，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保持拖板的剛度、機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)精度。經(jīng)比較，顯然三角、矩形組合式導(dǎo)軌是比較理想的，因此，決定選用此種導(dǎo)軌作為本次設(shè)計(jì)之用。第 9 頁，共 76 頁（3） 齒輪副與絲杠副走絲機(jī)構(gòu)上拖板的傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯?2-3 級(jí)減速齒輪副和一組絲杠副組成，它使儲(chǔ)絲筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，作相應(yīng)的軸向位移，保證電機(jī)絲整齊的排繞在儲(chǔ)絲筒上。在本次設(shè)計(jì)線切割機(jī)中，走絲機(jī)構(gòu)常是通過配換齒輪來改變儲(chǔ)絲筒的排絲筒的排絲距離，以適應(yīng)排繞不同直徑電機(jī)絲的要求。絲杠副一般采用軸向調(diào)節(jié)法來消除螺紋配合間隙。為防止走絲電機(jī)換向裝置失靈，導(dǎo)致絲杠副和齒輪副損壞，在齒輪副中，可選用尼龍輪代替部分金屬齒輪。這不但可以在電機(jī)換向裝置失靈時(shí)，由于尼龍齒輪先損壞，保護(hù)絲杠副與走絲電機(jī)，還可以減少振動(dòng)和噪聲。但是由于要照顧專業(yè)知識(shí)的復(fù)習(xí)，所以決定選用傳統(tǒng)的金屬材料制造。（4） 線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)線架與走絲機(jī)構(gòu)組成了電極絲的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。線架的主要功用是在電極絲按給定線速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)電極絲去支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺(tái)平面保持一定的幾何角度。對(duì)線架的要求是：①具有足夠的剛度和強(qiáng)度，在電極絲運(yùn)動(dòng)（特別是高速 1 走絲）時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)振動(dòng)和變形；②線架的導(dǎo)輪有較高的運(yùn)動(dòng)精度，徑向偏擺和軸向竄動(dòng)不超過 5μm；③導(dǎo)輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能；④導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產(chǎn)物和雜質(zhì)的工作液進(jìn)入導(dǎo)輪軸承；⑤線架不但能保證電極絲垂直于工作臺(tái)平面，在具有 錐度切割功能的機(jī)床上，還具備能使電極絲按給定要求保持與工作臺(tái)平面呈一定角度的功能。線架按功能可分為固定式、升降式和偏移式三種類型；按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式兩種類型。懸臂式固定線架主要由線架本體、導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件及保持器等組成。（1） 線架本體結(jié)構(gòu)中、小型線切割機(jī)床的線架本體常采用單柱支撐、雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于第 10 頁，共 76 頁支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形。為了進(jìn)一步提高剛度和強(qiáng)度，在上下懸臂間增加加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)。有的機(jī)床的線架本體有的采用龍門結(jié)構(gòu)。這時(shí)，工作臺(tái)拖板只沿一個(gè)坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)通過架在橫梁上的線架拖板來實(shí)現(xiàn)。此外，針對(duì)不同厚度的工件，還有采用絲臂張開高度可調(diào)的分離式結(jié)構(gòu)，活動(dòng)絲臂在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，上下移動(dòng)的距離由絲杠副調(diào)節(jié)。松開固定螺釘時(shí)，旋轉(zhuǎn)絲杠帶動(dòng)固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動(dòng)。調(diào)整完畢后擰緊固定螺釘，上絲臂位置便固定下來。為了適應(yīng)線架絲臂張開高度的變化，在線架上下部分應(yīng)增設(shè)副導(dǎo)輪，如圖 4.2 所示：儲(chǔ) 絲 筒 副 導(dǎo) 輪 導(dǎo) 輪圖 4.2 可移動(dòng)絲臂(2)導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu)①導(dǎo)輪是本機(jī)床關(guān)鍵零件，關(guān)系到切割質(zhì)量，對(duì)導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的要求如下。a. 導(dǎo)輪 V 形槽面應(yīng)有較高的精度，V 形槽底的圓弧半徑必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。b. 在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪質(zhì)量，以減少電極絲換象時(shí)的電極絲與導(dǎo)輪間的滑動(dòng)摩擦。導(dǎo)輪槽工作面應(yīng)有足夠的硬度，以提高其耐磨性。c. 導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)輕便靈活，應(yīng)盡量減少軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。第 11 頁，共 76 頁d. 進(jìn)行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件。②導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的結(jié)構(gòu)主要有三種：懸臂支撐結(jié)構(gòu)、雙支撐結(jié)構(gòu)和雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。懸臂支撐結(jié)構(gòu)如圖 5.1 所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上絲方便。但是因?yàn)閼冶壑?，張緊的電極絲運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)也影響導(dǎo)輪和軸承的使用壽命。圖 5.1 懸臂支撐導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)雙支撐結(jié)構(gòu)為導(dǎo)輪居中，兩端用軸承支撐，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上絲麻紡。但是此種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動(dòng)。雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪兩端加工成 30?錐形軸尖，硬度在 RC60 以上。軸承由紅寶石或者錫磷青銅制成。該結(jié)構(gòu)易與保證導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的同軸度，導(dǎo)輪軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)量可以控制在較小的范圍內(nèi)。缺點(diǎn)是軸尖運(yùn)動(dòng)副摩擦力大，易于發(fā)熱和磨損。為補(bǔ)償軸尖運(yùn)動(dòng)副的磨損，利用彈簧的作用力使運(yùn)動(dòng)副良好接觸。比較以上三種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以看出 DK7732 高速走絲電火花線切割機(jī)床的導(dǎo)輪選擇第二種比較適宜。③導(dǎo)輪的材料 為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪要求用硬度高、耐磨性好的材料制成（如 GCr15、W18Cr4V） ，也可以選用硬質(zhì)合金或陶瓷材料制造導(dǎo)輪的鑲件來增強(qiáng)導(dǎo)輪 V 形工作面的耐磨性和耐蝕性。第 12 頁，共 76 頁④導(dǎo)輪組合件的裝配導(dǎo)輪組合件裝配的關(guān)鍵是消除滾動(dòng)軸承中的問題，避免滾動(dòng)體與套環(huán)工作表面在負(fù)荷作用下產(chǎn)生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。因此，常用對(duì)軸承施加預(yù)負(fù)荷的方法來解決。通常是在兩個(gè)支撐軸承的外環(huán)間放置一定厚度的定位環(huán)來獲得預(yù)負(fù)荷。預(yù)加負(fù)荷必須適當(dāng)選擇，若軸承承受預(yù)加負(fù)荷過大，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生急劇磨損。同時(shí)，軸承必須清洗的很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是否有金屬粉末、碳化物等，軸承經(jīng)清洗、干燥后，填以高速潤滑脂，起潤滑和密封作用（二） 儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計(jì)算1. 齒輪傳動(dòng)比的確定鉬絲絲距選擇為 0.25mm。儲(chǔ)絲筒每轉(zhuǎn)一周，拖板帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒移動(dòng) 0.25mm，絲杠螺距選擇為 1.5mm。所以儲(chǔ)絲筒與絲杠見齒輪傳動(dòng)比為：u=0.25/1.5=1：6；采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，取 u1=1/2，u 2=1/3。2. 齒輪齒數(shù)的確定取 Z=23；由于齒輪齒根與軸上鍵距離不能為零。即 df/2–（d+t 1）>2m由 d=16mm 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：t1=2.3；而 df1=d1－ 2hf=（z 1–2ha*–2c*）m=(23–2–0.5)m=20.5m代入上式得：20.5/2m–（16+2.3）/2 >2mm>1.3取 m=2 則 Z2=2Z1=46d1=mZ1=2×23=46mm第 13 頁，共 76 頁d2=mZ2=2×46=92mm取 Z3=23Z4=3Z3=3×23=69d3=mZ3=2×23=46mmd4=mZ4=2×69=138mm齒輪 1，2 中心距 a 1=(d1+d2)/2=(46+92)/2=69mm齒輪 3，4 中心距 a 2=(d3+d4)/2=(46+132)/2=92mm參考書《機(jī)械設(shè)計(jì)》取 b=0.5d1=0.5×46=23mm其他數(shù)據(jù)如下da1=(Z1+2ha*)m=(23+2×1) ×2=50mmda2=(Z2+2ha*)m=(46+2×1) ×2=96mmdf1=(Z1－2ha *－2c *)m=(23－2×1－2×0.25) ×2=41mmdf2=(Z2－2ha *－2c *)m=(46－2×1－2×0.25)×2=87mm同樣可以計(jì)算得: da 3=50mmda4=142mmdf3=41mm df4=133mm3. 傳動(dòng)件的估算根據(jù)公式 d=91 mm??4)/(?njN第 14 頁，共 76 頁其中 N—該傳動(dòng)軸的輸入功率N=Nd其中 N －電機(jī)額定功率dη－從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積n －該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/minj計(jì)算轉(zhuǎn)速 n 是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速j［φ］－每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）取 η=0.995，N =0.55kwdN= N ηd=0.55×0.995=0.54725kwn =1390r/minjd=9140139572.?=10.2mm4. 齒輪模數(shù)估算齒輪彎曲疲勞估算：m 32jZnN?=32 361905472.?=1.039mm齒面點(diǎn)蝕估算：A 370jnN?第 15 頁，共 76 頁=370361905472.?=49.28mm其中 n 為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A 為齒輪中心距j中心距 A 及齒數(shù) Z 、Z 求出模數(shù)12=jm21A?= 4638.9?=1.428mm取 m m 中較大者 m =1.428，現(xiàn)取 m=2jwj（2） 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算：根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為m =16300 mmj????JmsIZNki??213?式中： N—計(jì)算齒輪傳遞的額定功率 N= kwNd?n —計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/minj—齒寬系數(shù) =b/m， 常取 6 ～10。m?m?Z —計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小的齒輪的齒數(shù)；1i 大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，i= ”用 于 內(nèi) 嚙 合 ；用 與 外 嚙 合 ， “???",12—壽命系數(shù)， = ；skskqNnT 006 CmCmT 和 基 準(zhǔn) 循 環(huán) 次 數(shù)曲 線 指 數(shù)彎 曲 交 變 載 荷 下 的 疲 勞齒 輪 等 傳 動(dòng) 件 在 接 觸 和工 作 期 限 系 數(shù) ， ??第 16 頁，共 76 頁n—齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/minT—預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦，T=15000～20000h；k —轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；nk —材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)q化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)展的作用；k —功率利用系數(shù) k —工作情況系數(shù) k —載荷系數(shù)N1 2k3—齒向載荷分布系數(shù) Y—齒形系數(shù)［ ］ 、 —許用彎曲接觸能力w???j查表得：k 1=1.2，k 2=1.2，k 3=1.15Ks= knkNkqT= knkNkqmC06= ×0.78×0.51×0.603712039?=0.91N=0.54725kw =10 =600MPam???j?則 m j=16300 mm??3190623105472...2???=1.824mm根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪計(jì)算模數(shù)公式為：Mw=275 mm??wjmsnYZNk??132=275 2031604.23547..??=0.063mm第 17 頁，共 76 頁Ks= knkNkqT= knkNkqmC06= 0.89 0.70 0.756812039 ??=0.554所以 m=2 符合要求（三） 儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗(yàn)算1. 齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算齒根危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件式 ??FdsaFFZmYkT?????213k—載荷系數(shù) k=kAkv ??—齒寬系數(shù)，取 0.5dkA—使用系數(shù)，取 1kv—載荷系數(shù)，取 1.05—齒間載荷分配系數(shù)， ? .01??Hk.?Fk—齒向載荷分布系數(shù)?k—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距1T=95.5×105P1/n1=95.5×105×0.55/1390=3.78×103N·mmbkdH 32105.)7.61(8.0???????=1.11+0.18(1+6.7×0.52) ×0.52+0.15×10-3×0.5第 18 頁，共 76 頁=1.23045K=1×1.05×1.0×1.6=1.218查得：b/h=23/4.5=5.11=1.16?Fk—載荷作用與齒頂時(shí)齒形系數(shù)aY—載荷作用與齒頂時(shí)應(yīng)力校正系數(shù)s查表得： =2.69， =1.575Fasa則 =?235.057.1697821.??=18.4MPa??FlinNSk?N=60njLh=60×1390×1×20000=1.668×106s—疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)， s=sH=1, s=sF=1.25～1.5kN—壽命系數(shù) （k FN=1.0，k HN=1.0）—齒輪的疲勞極限lim?STFEY/li?=340MPaMPaH520lim???F7.134??所以 ＜F???第 19 頁，共 76 頁≤??EHdHZukT31)(2???????其中：ZH —區(qū)域系數(shù)ZE—彈性影響系數(shù)ZH= ZH=2.5 ZE=189.8MP)cos/(in2??20?21akH=kAkV =1×1.05×1.0×1.23045?H=1.2989.25.1.2465.01783293?????H?, ＜??MPaH???因此，所設(shè)計(jì)齒輪也滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求，齒輪設(shè)計(jì)合格。2.主軸的驗(yàn)算按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖 6.1 (a)。并分別作出水平方向和垂直方向的彎矩圖，如圖 (b),(c)，以及扭矩圖如圖 (d)。先計(jì)算軸上的載荷：mNnPT ????311 1078.1395.0950齒輪的分度圓直徑為： .mzd462dTFt 3.164078.3231???Ntr 8.59tan.an??第 20 頁，共 76 頁ω圖 6.1 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以明顯的看出截面 B 是危險(xiǎn)截面。先將計(jì)算出的截面 C 處的 MH、M r 及 M 的值列于下表 1.1第 21 頁，共 76 頁表 1.1 應(yīng)力計(jì)算表載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F FNH1=195.7N, FNH2=31.4N FNH1=71.2N, FNH2=11.4N彎矩 M MH==8543.6N·mm MV=3109.6 N·mm總彎矩 N·mm9.012???V扭矩 T T1=3.78×103N·mm軸的計(jì)算應(yīng)力： ??1212)(??????WTca入如表 1.1 中數(shù)值得： =5.7MPac前已經(jīng)選頂?shù)妮S的材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理查得 =60MPa??1??因此 < ，故安全ca(四）主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 軸承的配置形式一般來說數(shù)控機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的軸承有以下幾種配置形式：（1） 前后支承均采用雙列短圓柱滾子軸承來承受徑向載荷，安裝在前端的兩個(gè)推力球軸承用來承受前后方向的軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)能承受較大的負(fù)載(特別是軸向負(fù)載） ，可適應(yīng)強(qiáng)力切削，但主軸轉(zhuǎn)速不能太高，軸承在高轉(zhuǎn)速時(shí)容易發(fā)熱。由于推力球軸承安裝在主軸前端，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)前軸承和后軸承溫度差較大，熱變形對(duì)主軸精度影響也較大。前軸承溫度高，主軸前端升高量大，后軸承溫度低，主軸末端升高量小，因此，這種機(jī)構(gòu)目前應(yīng)用較小。（2） 前后支承用雙列短圓柱滾子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向向心推力球軸承來承受軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)剛性較好。（3） 前軸承用單列向心推力球軸承，背靠背安裝，由 2～3 個(gè)軸承組成一套，第 22 頁，共 76 頁用以承受徑向和軸向負(fù)載；后軸承用雙列短圓柱滾子軸承。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)載，主軸精度較好。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。（4） 前后支承均采用成組單列向心推力球軸承，用以承受徑向和軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，中等負(fù)載的數(shù)控機(jī)床。在中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床上采用這種機(jī)構(gòu)較多。本次設(shè)計(jì)主軸所采用的軸承支承方式為第四種。`2. 主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊滾動(dòng)軸承的預(yù)緊是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菨L動(dòng)體和內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形而帶伏負(fù)游隙運(yùn)行。預(yù)緊的目的是增加軸承的剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度，延長軸承壽命。按預(yù)載荷的方向可分為軸向預(yù)緊和徑向預(yù)緊。而角接觸球軸承主要是軸向預(yù)緊，這可明顯提高軸向剛度。如下圖為單個(gè)角接觸球軸承的載荷—變形曲線，其彈性變形量 δa 與軸向外載荷 Fa 的關(guān)系為δa∝Fa23。沒有預(yù)緊時(shí)，在 Fa 作用下，軸承的軸向變形量為 δa1 ；而在具有預(yù)緊 Fa0 條件下，同樣作用軸向載荷 Fa，軸承的軸向變形增量為 δa2，顯然δa2<δ a1，軸承的軸向剛度有所提高。第 23 頁，共 76 頁δδδ δ角 接 觸 球 軸 承 載 荷 -變 形 曲 線圖 5.2 角接觸球軸承載荷—變形曲線三、 進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)（一）進(jìn)給傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1.脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定1）脈沖當(dāng)量的確定目前，常用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定數(shù)量的脈沖，每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角。步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖控制的特種電機(jī)，對(duì)于每一個(gè)電脈沖步進(jìn)電機(jī)都將產(chǎn)生一個(gè)恒定的步進(jìn)角位移，每一個(gè)脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角 ，可由選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)從技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出。]/)[(脈 沖?b?因此，每脈沖代表鍛機(jī)一定的轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲桿使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺(tái)）的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為 ，單位為 mm/脈沖。p?第 24 頁，共 76 頁應(yīng)根據(jù)機(jī)床或工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)所要求的定位精度來選定脈沖當(dāng)量?？紤]到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量值必須大于定位精度值。此次設(shè)計(jì)的電火花成型機(jī)對(duì)機(jī)床定位精度的設(shè)計(jì)要求是±0.01mm，根據(jù)該精度要求可確定脈沖當(dāng)量為 =0.005mm/脈沖。p?2）傳動(dòng)比的確定設(shè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為 i，若為一級(jí)傳動(dòng)，則 , 為主動(dòng)齒121//zni?輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)， 為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。若為多級(jí)傳動(dòng)，則 i 為總傳2,zn動(dòng)比。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)埋藏當(dāng)量 （mm/脈沖）確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程p?（ mm）和電機(jī)步距角 都也已初步選定后，則可用下式計(jì)算主軸0L]/)[(脈 沖?b?系統(tǒng)的傳動(dòng)比 105.360??pbLi?i=1。（二）滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇和滾珠絲杠的選型和校核1.滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇（1）最大工作載荷計(jì)算滾珠絲杠上的工作載荷 Fm（N）是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體中立和作用于導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力，可用下列實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于矩形導(dǎo)軌 F m=KFL+f(FV+FC+G)式中： F L—工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷FV—工作臺(tái)垂直載荷第 25 頁，共 76 頁FC—工作臺(tái)橫向載荷G—移動(dòng)部件的重力K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)f—考慮顛覆力矩影響的摩擦系數(shù)對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌：f=0.0025～0.005由于電火花線切割是電極絲放電進(jìn)行加工，可以認(rèn)為 FL， FV， FC近似為零所以：F m=fG取 f=0.005，G=1000kg（估算）Fm=fG=1000×0.005=5（2） 最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算及主要尺寸初選滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)斷定動(dòng)載荷 Ca選用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾動(dòng)軸承相同。滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷應(yīng)用下式計(jì)算L=60nt/106 mFfLC3? 0/1Lvn?式中：L—工作壽命，單位 106rn—絲杠轉(zhuǎn)速，單位 r/minv—最大切削力條件下進(jìn)給速度，單位 m/minL0—絲杠基本導(dǎo)程，單位 mmt—額定使用壽命，單位 h，可取 t=15000hfm—運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取 1～1.2，一般情況 1.2～1.5所以 mFfLC3?= 4.15?=11.96 0/Lvn?=（1000×100×10 -3）/5=20r/minL=60nt/106第 26 頁，共 76 頁= 61024352??=105.12（10 6r/min）mFfLC3?= 1452.0?=33根據(jù)以上計(jì)算選取 CBM3205—5（《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》上）2.滾珠絲杠的選型和校核滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計(jì)制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號(hào)并向有關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計(jì)中滾珠絲桿被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動(dòng)中的滾珠絲桿加于設(shè)計(jì)和校核。其步驟如下：首先對(duì)于一些參數(shù)說明如下：軸向變載荷 ，其中 i 表示第 i 個(gè)工作載荷，i=1、2、3…n ；)(NFi第 i 個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速 (r/min);in第 i 個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間 (h) ;it絲桿副最大移動(dòng)速度 (mm/min);maxv絲桿預(yù)期壽命 。)(hLb1．型號(hào)選擇（1）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；（2）計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù)①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù) =1.0 系數(shù) =1.5；dfjs②計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 dnmi/202/)(axrnd??第 27 頁，共 76 頁③計(jì)算當(dāng)量載荷 dFNFmavd233/)(in??④初步確定導(dǎo)程 hPmnVPh5.240/1ax??取 5mmh⑤計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速 nL1206?dnL⑥計(jì)算絲桿所需的額定載荷 aC'NLFfCnda151202331'????（3）選擇絲桿型號(hào)根據(jù)初定的 和計(jì)算的 ，選取導(dǎo)程為 5mm，額定載荷大于 的絲桿。hPaC' aC'所選絲桿型號(hào)為 CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。2．臨界轉(zhuǎn)速校核 4768.04min/59706321.2ax326 ??????ccc nrld而 最 大 工 作 轉(zhuǎn) 速?校核合格。3．由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。第 28 頁，共 76 頁4．滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力 一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動(dòng)載荷的十分之一。即：)(pFNdp7831??其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 mNPFThp??????16.010)85.(247832??（三）步進(jìn)電機(jī)的選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；③速度可調(diào)，能夠快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。數(shù)控電火花成型機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)電位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而 BF 系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用了型號(hào) 90BF004 的電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟：（一）根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)1．步距角初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從手冊(cè)中查到步距角 ,由于b?pbiL???360綜合考慮，我初選了 ，可滿足以上公式。1,5.0?b?2．距頻特性第 29 頁，共 76 頁步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mmq 與最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 的關(guān)系是：Mmq= maxMj?步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算：0kfakq??式中：Mkq 為空載啟動(dòng)力矩；Mka 為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf 為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。0M而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即：Mkq Mmq=λ Mjmax?計(jì)算 Mkq 的各項(xiàng)力矩如下：（1）加速力矩2552106.8./mKgiMRJ??????? mrvnpb /40365..143axmax ????NtJMkq?? ????????519.0 10642)18..(062 212max ??（2）空載摩擦力矩mNiLGfkf ????6.048.2796.130??‘（3）附加摩擦力矩mNiFMYJ ????2.1)9.0(48.2)1(200第 30 頁，共 76 頁mqkjkfakqMmN????? ????75.23951.0341.2.60x?（二）啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的 ，僅僅是指初選惦記后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)?kqmaxjM??矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動(dòng)過程中只要升速時(shí)間足夠長，啟動(dòng)過程緩慢，空載啟動(dòng)力矩 中的kqM加速力矩 不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。kaM（四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)1.螺桿的支承形式滾珠絲杠的支承和支承方式將影響絲杠副的剛度，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高時(shí)應(yīng)審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種：①絲杠一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承；螺母相當(dāng)于固定支承。②安裝一個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為鉸支承；因此絲杠的支承方式有兩端固定，一端固定，一端鉸支，一端固定、一端自由，兩端鉸支，一端固定、一端鉸支幾種。本次采用的是兩端固定形式支承2.螺桿的支承方式螺桿的支承方式有以下四種：（1）雙推自由支承：將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端自由第 31 頁，共 76 頁特點(diǎn)：適用于短螺桿。（2）雙推支承將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個(gè)或兩個(gè)深溝球軸承。特點(diǎn)：螺桿水平安裝時(shí)，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自由端的晃動(dòng)。適用于長螺桿。（3）單推單推或雙推單推兩端各裝一個(gè)方向相反的推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承或一端裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承，另一端裝一個(gè)推力球軸承。特點(diǎn)可預(yù)拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時(shí)，因自重產(chǎn)生的彎曲，當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的 1/3 時(shí)，螺桿拉壓剛度可提高 4 倍，且不會(huì)承受壓力，無失穩(wěn)現(xiàn)象。（4）雙推雙推兩端各裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)與單推單推式相同，當(dāng)超過預(yù)計(jì)溫度時(shí)，不會(huì)因螺桿伸長使軸承產(chǎn)生間隙，缺點(diǎn)是調(diào)整較復(fù)雜。四、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一） 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成.控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床,如車床、銑床、磨床等等.控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示:第 32 頁，共 76 頁通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī)圖 6.2 控制系統(tǒng)框圖(二 )數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì)1、 單片機(jī)設(shè)計(jì)單片機(jī)通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不并能把計(jì)算機(jī)的全部電路都集成到其中，有些元件如復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。通常所說的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。(1)MCS-51 系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS-51 系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有 8051 除程序存貯器外的基本硬件，都是在 8051 的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O 口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件） 。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是 8031，8031可尋址 64KB 字節(jié)程序存貯器和 64KB 字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒有程序存貯器，必須外接 EPROM 程序存貯器。8031 采用 40 條引腳的雙列直插式封裝（DIP） ，引腳和功能分為三部分。a.電源及時(shí)鐘引腳此部分引腳包括電源引腳 Vcc、Vss 及時(shí)鐘引腳 XTAL1、XTAL2。電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。第 33 頁，共 76 頁Vcc（40 腳）：接+5V 電源。Vss（20 腳）：接地。時(shí)鐘引腳（18、19 腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19 腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2（18 腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。b.控制引腳它包括 RST、 ALE、 、 等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具PSENA有復(fù)用功能。RST/VPD（9 腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST） 。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤0.5V 的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD） ，以保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) Vcc 下降到低于規(guī)定值，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（（5±0.5）V）時(shí)，VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。ALE/ （30 腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）PROG輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即使不訪問外部存貯器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的 1/6。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。（29 腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。PSEN在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期 兩次有效。但PSEN在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的 信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。PSEN/Vpp（31 腳）：當(dāng) 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序存貯AEA第 34 頁，共 76 頁器，但當(dāng) PC 值超過某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器。EA對(duì) 8031 來說，因其無內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問外部程序存貯器。c.輸入/輸出引腳輸入/輸出（I/O）口引腳包括 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口。P0 口（P0.0-P0.7 ）：為雙向 8 為三態(tài) I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1 口（P1.0-P1.7 ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置 1） ，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。P2 口（P2.0-P2.7 ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。它是與地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高 8 位使用。P3 口（P3.0-P3.7 ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 負(fù)載。(2)MCS-51 單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏.MCS-51 片內(nèi)有一個(gè)反相放大器,XTAL1 、XTAL2 引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端,該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器,產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件.單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種,大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS 還是 CHMOS 型單片機(jī),其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同 .如圖所示:第 35 頁，共 76 頁1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNu mber Rev isio nSizeBDate: 2 7-May -20 0 4 Sheet o f File: G:\⑴⑴⑴⑴⑴⑴⑴\protel\⑴⑴⑴⑴.dd b Drawn By:XTAL2XTAL1MCS-51⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴ ⑴圖 7.1 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路MCS-51 單片機(jī)允許的振蕩晶體可在 1.2MHz-24MHz 之間可以選擇,一般取 11.0592MHz.電容 C1、C2 的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響.C1、C2 可在 20pF-100pF 之間選擇,一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為 30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為 47pF,取 60pF-70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2 引腳安裝 ,以減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作.為了提高溫度穩(wěn)定性,應(yīng)采用 NPO 電容.(3)MCS-51 單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作.單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS-51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST,高電平有效.它是施密特觸發(fā)輸入,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即 24 個(gè)時(shí)鐘周期) 以上的高電平,使器件復(fù)位,只要 RST 保持高電平,MCS-51 便保持復(fù)位狀態(tài).此時(shí) ALE , ,P0,P1,P2,P3 口都輸出高電平.RST 變位低電平后,退PSEN出復(fù)位狀態(tài),CPU 從初始狀態(tài)開始工作.復(fù)位操作不影響片內(nèi) RAM 的內(nèi)容.MCS-51 單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式.通常因?yàn)橄到y(tǒng)第 36 頁，共 76 頁運(yùn)動(dòng)等的需要,常常需要人工按鈕復(fù)位,如圖 所示:1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 31-May-2004 Sheet of File: G:\⑴⑴⑴⑴⑴⑴⑴\protel\⑴⑴⑴⑴.ddb Drawn By:RSTMCS-51GND+5V⑴⑴⑴⑴⑴⑴⑴⑴R1R2圖 7.2 上電按鈕復(fù)位電路對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)因 RST 引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,故電阻 R2 可不接.單片機(jī)在上電瞬間,RC 電路充電,RST 引腳端出現(xiàn)正脈沖 ,只要 RST 端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要 10ms),就能使單片機(jī)有效復(fù)位.當(dāng)晶體振蕩頻率為 12MHz 時(shí),RC 的典型值為 C=10μF,R=8.2KΩ.簡(jiǎn)單復(fù)位電路中,干擾信號(hào)易串入復(fù)位端,可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位,這時(shí)可在RST 引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路,按下開關(guān)一定時(shí)間就能使 RST 引腳端為高電平,從而使單片機(jī)復(fù)位2.系統(tǒng)擴(kuò)展在以 8031 單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展程序存貯器，用以存放控制程序。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的存貯器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器。這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器（包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器） 。另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行 I/O 接口電路，用來與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，僅有幾個(gè)內(nèi)部 I/O 接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。（1） 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展MCS—51 系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。第 37 頁，共 76 頁程序存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB（0000H～0FFFFH） ，其中 8051、8751 片內(nèi)有 4kB的 ROM 或 EPROM，8031 片內(nèi)不帶 ROM。當(dāng)片沒 ROM 不夠采用 8031 芯片時(shí)，需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。用作程序存儲(chǔ)器的器件是 EPROM 和 EEPROM，MCS—51 單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路如圖 EPROM/鎖 存 器ALEMCS-51P0 指 令 地 址低 八 位 地 址高 八 位 地 址 OEPSEN2圖 8.1 MCS—51 單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路由于 MCS—51 單片機(jī)的 P0 口是分時(shí)復(fù)用的地址/ 數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的 74LS373。當(dāng)用 74LS373 作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端 G 可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端 ALE 相連，在 ALE 下降沿進(jìn)行地址鎖存。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存儲(chǔ)器容量要求的不同，常用的擴(kuò)展 芯片包括EPROM2716（2kB×8） 、 2732A（4kB×8） 、2764A （8kB×8） 、27128A（16kB×8） 、27256（32kB×8）和 27512（ 64kB×8）等。以上 6 種EPROM 均為單一＋5V 電源供電，維持電流為 35mA～40Ma，工作電流為 75 mA～100 mA，讀出時(shí)間最大為 250ns，均有雙列直插式封裝形式， A0～A 15 是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存儲(chǔ)容量的大小不同，因而提供高 8 位地址的 P2端口線的數(shù)量各不相同，故 2716 為 A0～A 10，27152 為 A0～A 15；D 0～D 7 是數(shù)據(jù)線；CE 是片選線，低電平有效；OE 是數(shù)據(jù)輸出選通線； Vpp 是編程電源；Vcc 是工作電源；PGM 是編程脈沖輸入端。第 38 頁，共 76 頁根據(jù)圖 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理，以 EPROM2764A 和鎖存器 74LS373 為例對(duì) 8031 單片機(jī)進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，其連接圖如圖所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSiz
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