×數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)

作者：Pan Hon glia ng僅供個(gè)人學(xué)習(xí)400 X 600數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)摘要：激光切割地適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度高韌性材料以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜地零件，因而數(shù)控激光切割在我國(guó)制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大地優(yōu)越性 .本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于ARM控制地?cái)?shù)控激光切割機(jī)床，主要完成了：機(jī)床整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),Z升降,XY軸地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.機(jī)械平臺(tái)地選擇及其強(qiáng)度分析；以步進(jìn) 電機(jī)為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地分析設(shè)計(jì)計(jì)算；以STM32為主控芯片地?cái)?shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).系統(tǒng)初始化設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)和步進(jìn)電機(jī)地 控制程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞 CNC，激光切割機(jī)床,XY工作臺(tái),ARM我們提供機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙，軟件源碼代碼不提供，硬件板卡只提供部分資料 提供成品機(jī)器一臺(tái)供你調(diào)試這樣能夠讓你順利進(jìn)行科研項(xiàng)目研究，為爭(zhēng)取更多立項(xiàng)資金提供保障有需求者，可以直接加我 QQ1454237210其他更多解決方案，價(jià)格等等詳細(xì)咨詢(xún)，也請(qǐng)加我Q后聯(lián)系目錄第一章緒論 11.1激光技術(shù)概述 11.2激光切割機(jī)地應(yīng)用 11.3設(shè)計(jì)任務(wù) 11.4總體設(shè)計(jì)方案分析 2第二章機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1 XY工作臺(tái)地設(shè)計(jì) 4主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 42.1.2 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析 4初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量 42.2 Z軸升降平臺(tái)設(shè)計(jì) 5第三章滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)計(jì)算73.1滾珠絲杠副導(dǎo)程地確定 73.2滾珠絲杠副地傳動(dòng)效率 7第四章直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌地選型 9第五章步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定115.1步進(jìn)電機(jī)地選用 11脈沖當(dāng)量和步距角 11步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩地近似計(jì)算 11確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 125.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定 12傳動(dòng)比地確定 12522齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)地確定 125.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載地計(jì)算 13第六章傳動(dòng)系統(tǒng)剛度地確定156.1根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行地條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)地剛度 156.2根據(jù)微量進(jìn)給地靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 15第七章消隙方法與預(yù)緊177.1消隙方法 17偏心軸套調(diào)整法 17錐度齒輪調(diào)整法 18雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 187.2預(yù)緊 19第八章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 208.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 208.2主要硬件配置 20主要芯片選擇 20第九章步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng) 39第十章總結(jié)40致謝41參考文獻(xiàn)421緒論1.1課題背景激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大地科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問(wèn)世就引起了材料科學(xué) 家地高度重視.1971 年11月,美國(guó)通用汽車(chē)公司率先使用一臺(tái)250W CO2 激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能地試驗(yàn)研究，并于1974年成功地完成了汽車(chē)轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位地耐磨性能比未處理之前提高了10倍.這是激光表面改性技術(shù)地首次工業(yè)應(yīng)用多年以來(lái)，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材 料學(xué)地研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大地經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益.如今在中國(guó),激光技術(shù)已在工業(yè).農(nóng)業(yè).醫(yī)學(xué).軍工以及人們地現(xiàn)代生活中 得到廣泛地應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一.“十五”地主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)地發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20 %地平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子.汽車(chē).鋼鐵.石油.造船.航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造地示范工程；為信息.材料.生物.能源.空間.海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新地激光設(shè)備和儀器.數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù) .先進(jìn)地光學(xué)系統(tǒng)以及高精度與自動(dòng) 化地工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展地一 個(gè)重要趨勢(shì).1.2現(xiàn)實(shí)意義激光切割機(jī)是光.機(jī).電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高,與傳統(tǒng)機(jī)加工相比,激光切割機(jī)地加工精度更高.柔性化好，有利于提高材料地利用率，降低 產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù)革命.激光切割地適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度.高韌性.高硬度.高脆性.磁性材料,以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜地零件.激光切割技術(shù).激光切割機(jī)床 正在各行各業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用.因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)地現(xiàn)實(shí)意 義.微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大地優(yōu)越性.1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床,主勿做商業(yè)用途個(gè)人收集整理畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄要設(shè)計(jì)對(duì)象是XY工作臺(tái)部件及89C51單片機(jī)控制原理圖而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī).激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解.單片機(jī)對(duì)XY工作臺(tái)地縱.橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/ pluse工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副.滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副.步進(jìn)電機(jī).工作臺(tái)等.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向地安裝尺寸 和裝配工藝.1.4總體設(shè)計(jì)方案分析參考數(shù)控激光切割機(jī)地有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,由I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給.其原 理示意圖1.1.X向工作臺(tái)丫向工作臺(tái)圖1.1系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線(xiàn)路圖參考MCS 51系列單片機(jī)控制XY工作臺(tái)線(xiàn)路圖.步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會(huì)社地產(chǎn)品樣本選取,以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用RORZE地配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品.滾珠絲杠地生產(chǎn)廠(chǎng)家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠(chǎng).南京工藝裝備制造廠(chǎng),最后地樣本資料，力求從技術(shù)性能價(jià)格狀況通用互換性等各方面因素考慮 選用南京工藝裝備廠(chǎng)地FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副本設(shè)計(jì)棄用Z80,而選用單片機(jī).單片機(jī)體積小.抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄求不高，可靠性高，靈活性好，性?xún)r(jià)比大大超過(guò)了 . Z80.比較后選用.89C51為主 芯片.在使用過(guò)程中.89C51雖有.4K地.FLASH (E2PR0M),但考慮實(shí)際情況 需配備.EPROM和.RAM,并要求時(shí)序配備.選晶體頻率為.6MHz,89C51讀取時(shí) 間約為.3t,則.t= 480ns常用.EPROM讀取時(shí)間約為.200450ns.89C51地讀取 時(shí)間應(yīng)大于.ROM要求地讀取時(shí)間89C51地讀寫(xiě)時(shí)間約為.4T,則.TR = 660ns,. TW=800ns,常用.RAM讀寫(xiě)時(shí)間為.200ns左右，均滿(mǎn)足要求.根據(jù)需要,擴(kuò)展.I/O接口 . 8155因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡(jiǎn)化電路采用.LED顯 示器.鍵盤(pán)采用非編碼式矩陣電路.為防止強(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路.1緒論1.1課題背景激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大地科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問(wèn)世就引起了材料科學(xué) 家地高度重視.1971 年11月,美國(guó)通用汽車(chē)公司率先使用一臺(tái)250W CO2 激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能地試驗(yàn)研究，并于1974年成功地完成了汽車(chē)轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面(可鍛鑄鐵材質(zhì))激光淬火工藝研究，淬硬部位地耐磨性能比未處理之前提高了10倍.這是激光表面改性技術(shù)地首次工業(yè)應(yīng)用.多年以來(lái)，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器.激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材 料學(xué)地研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大地經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益.如今在中國(guó),激光技術(shù)已在工業(yè).農(nóng)業(yè).醫(yī)學(xué).軍工以及人們地現(xiàn)代生活中得到廣泛地應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一.“十五”地主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)地發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)20 %地平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子.汽車(chē).鋼鐵.石油.造船.航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激 光技術(shù)進(jìn)行改造地示范工程；為信息.材料.生物.能源.空間.海洋等六大高 科技領(lǐng)域提供嶄新地激光設(shè)備和儀器.數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù) .先進(jìn)地光學(xué)系統(tǒng)以及高精度與自動(dòng) 化地工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展地一 個(gè)重要趨勢(shì).1.2現(xiàn)實(shí)意義激光切割機(jī)是光.機(jī).電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高,與傳統(tǒng)機(jī)加工相比,激光切割機(jī)地加工精度更高.柔性化好，有利于提高材料地利用率，降低 產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù)革命.激光切割地適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度.高韌性.高硬度.高脆性.磁性材料,以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜地零件.激光切割技術(shù).激光切割機(jī)床 正在各行各業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用.因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)地現(xiàn)實(shí)意 義.微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大地優(yōu)越性.1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床,主畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論要設(shè)計(jì)對(duì)象是XY工作臺(tái)部件及89C51單片機(jī)控制原理圖而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī).激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解.單片機(jī)對(duì)XY工作臺(tái)地縱.橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/ pluse工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副.滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副.步進(jìn)電機(jī).工作臺(tái)等.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向地安裝尺寸 和裝配工藝.1.4總體設(shè)計(jì)方案分析參考數(shù)控激光切割機(jī)地有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,由I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給.其原 理示意圖1.1.X向工作臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)丫向工作臺(tái)圖1.1系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線(xiàn)路圖參考MCS 51系列單片機(jī)控制XY工作臺(tái)線(xiàn)路圖.步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會(huì)社地產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度J同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用RORZE地配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品.滾珠絲杠地生產(chǎn)廠(chǎng)家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠(chǎng).南京工藝裝備制造廠(chǎng) 地樣本資料，力求從技術(shù)性能價(jià)格狀況通用互換性等各方面因素考慮，最后 選用南京工藝裝備廠(chǎng)地FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副本設(shè)計(jì)棄用Z80,而選用單片機(jī).單片機(jī)體積小.抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論求不高，可靠性高，靈活性好，性?xún)r(jià)比大大超過(guò)了Z80.比較后選用89C51為主芯片.在使用過(guò)程中89C51雖有4K地FLASH (E2PR0M),但考慮實(shí)際情況需配備EPROM 和RAM,并要求時(shí)序配備.選晶體頻率為6MHz, 89C51 讀取時(shí)間約為3t,則t = 480ns 常用EPROM讀取時(shí)間約為200450ns.89C51 地讀取時(shí)間應(yīng)大于ROM要求地讀取時(shí)間.89C51地讀寫(xiě)時(shí)間約為4T,則TR = 660ns,TW=800ns,常用RAM讀寫(xiě)時(shí)間為200ns左右,均滿(mǎn)足要求.根據(jù)需要，擴(kuò)展I/O 接口8155因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡(jiǎn)化電路采用LED顯示器.鍵盤(pán)采用非編碼式矩陣電路為防止強(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路畢業(yè)設(shè)計(jì)2機(jī)械部分.XY工作臺(tái)及.Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).2機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 XY工作臺(tái)地設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)本設(shè)計(jì)地.XY工作臺(tái)地參數(shù)定為： 工作臺(tái)行程：橫向.320mm縱向.450mm 工作臺(tái)最大尺寸(長(zhǎng)x寬x高)：.1100X 900x 300mm 工作臺(tái)最大承載重量：.120Kg 脈沖當(dāng)量：.0.001mm/pluse 進(jìn)給速度：.60平方毫米/min 表面粗糙度：.0.81.6 設(shè)計(jì)壽命：.15年2.1.2 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因激光切割機(jī)床為激光加工，其激光器與工件之間不直接接觸，因此可以認(rèn) 為在加工過(guò)程中沒(méi)有外力負(fù)載作用.其切削力為零.XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái).中間滑臺(tái).底座等零部件組成，各自之間均以滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副相聯(lián)，以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度.設(shè)下底座地傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，即.X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，即丫向.一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控切割機(jī)床地滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌地摩擦力可忽略不計(jì)，但滾珠絲杠 副,以及齒輪之間地滑動(dòng)摩擦不能忽略，這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)地步距精度.另 外由于采取了一系列地消隙.預(yù)緊措施，其產(chǎn)生地負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小地范圍 初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量初定工作臺(tái)尺寸(長(zhǎng)X寬X高度)為:1200X 950X 70mm,材料為.HT200,估重為.625N (W1).設(shè)中托座尺寸(長(zhǎng)X寬X高度)為:1200X 520X 220mm材料為.HT200,估重為.250N (W2).另外估計(jì)其他零件地重量約為.250N (W3).加上工件最大重量約為.120Kg (1176N) (G).則下托座導(dǎo)軌副所承受地最大負(fù)載.W為：W=W1+W2+W3+G = 665+250+250+1176= 2301N畢業(yè)設(shè)計(jì)2機(jī)械部分.XY工作臺(tái)及.Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).2.2 Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)激光切割機(jī)對(duì).Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高.在切割中需隨時(shí)檢測(cè)和控制切割表 面地不平度，通過(guò)伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整切割頭地高度，以保證激光聚焦后地 焦點(diǎn)在切割板材地表面位置由于激光焦點(diǎn)至板面地距離將影響割縫寬窄及質(zhì) 量，因此，要求.Z軸地檢測(cè)精度高于.0.010mm：同時(shí)，隨動(dòng)速度應(yīng)大于.5m/min. 隨動(dòng)速度太快會(huì)造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上地現(xiàn)象.目前.對(duì)加工板材地檢測(cè)主要有電容.電感.電阻.激光.紅外等幾種方式.電感式與電阻式 屬于傳感器，激光.紅外及電容式屬于非接觸式傳感器.電容式傳感器在 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅 外位移傳感器對(duì)加工材料地反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合地切割加工 （如強(qiáng)磁場(chǎng).強(qiáng)干擾環(huán)境）.所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測(cè)精度和對(duì)切割材料 地適應(yīng)性，同時(shí)安裝時(shí)還需要注意采取抗干擾措施.割頭具有多種先進(jìn)地智能和附加功能，如自動(dòng)調(diào)整激光噴嘴距離.自動(dòng)清潔 噴嘴.同軸噴水機(jī)構(gòu).切割頭轉(zhuǎn)動(dòng).切割嘴擺動(dòng)等.這些功能機(jī)構(gòu)地增加，不可 避免地增加了切割頭地重量，成切割頭地動(dòng)態(tài)性能不好，隨動(dòng)機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏. 一般來(lái)說(shuō),普通數(shù)控激光切割機(jī).Z軸拖動(dòng)重量在.5kg以上時(shí)，應(yīng)采用重力平衡設(shè) 施.而高性能數(shù)控激光切割機(jī)地.Z軸拖動(dòng)重量在.2kg以上就必須施加重力平衡 設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計(jì)中，這一點(diǎn)尤為重要.目前.Z軸上地重力平衡設(shè) 施使用較多地是采用氣缸托動(dòng)方式（圖.2.1）.該方式重量輕.體積小.易安裝， 還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸地平衡力.Z軸電機(jī)Z軸絲桿.平衡氣缸直線(xiàn)導(dǎo)軌5反光鏡切割頭圖.2.1 Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)3滾珠絲桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)地設(shè)計(jì)計(jì)算.3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)地設(shè)計(jì)計(jì)算（一）根據(jù)機(jī)床地受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，參照南京工藝裝備廠(chǎng)地產(chǎn)品系列，選 用.FFZD內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿，具體型號(hào)如下：.X 向：FFZD 2504-3/490X 500Y 向：FFZD 2504-3/500X 1100（二）因.X向地滾珠絲桿比.Y向地滾珠絲桿所受地負(fù)載大，現(xiàn)只計(jì)算.X向絲 桿地相關(guān)數(shù)據(jù),.丫向根據(jù).X向地結(jié)果相同選用即可滿(mǎn)足要求.（三）具體計(jì)算如下3.1強(qiáng)度計(jì)算軸向負(fù)荷計(jì)算公式：.a式（.3.1）F =F+UW式中.F切削力,.F=0W工件重量加工作臺(tái)重量 W=2301NU滾動(dòng)導(dǎo)軌上地滾動(dòng)摩擦系數(shù)（約為）,取.U=0.004則根據(jù)式（ 3.1）：.Fa= 0.004 2X01=92N激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作地.故本處地.Go= （） 對(duì)照樣本參數(shù),這里地.Go非常小, 選定導(dǎo)程為.4地滾珠絲杠副.3.2滾珠絲杠副地傳動(dòng)效率滾珠絲杠副地傳動(dòng)效率為：h= tg y/ tg （yr+'）式（3.2）式中書(shū)一滾珠絲杠地螺紋升角P /當(dāng)量摩擦角根據(jù)當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角關(guān)系（見(jiàn)表.3.1）,前面已經(jīng)定.v=1m/s材 料選擇灰鑄鐵.HRC>45.所以：p / . =4° 00' ,. tgp / . =0.0025;因?yàn)闀?shū).=arctg （Ph/n d）式（.3.3）式中:Ph導(dǎo)程,.4mmd絲杠公稱(chēng)直徑,.25mm則根據(jù)式（ 3.3）：畢業(yè)設(shè)計(jì)3滾珠絲桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)地設(shè)計(jì)計(jì)算.書(shū)=.2.91 °則根據(jù)式（ 3.2）得:n =. 0.953.表.3.1當(dāng)量摩擦系數(shù)f/和當(dāng)量摩擦角p/齒圈材料錫青銅無(wú)錫青銅灰鑄鐵齒面硬度.HRC>45其它.HRC> 45 HRC>45其它相對(duì)速度u S畢業(yè)設(shè)計(jì)4直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌地選型.4直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌地選型導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種，直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣 泛地應(yīng)用.相對(duì)普通機(jī)床所用地滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面地優(yōu)點(diǎn)： 定位精度高直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌地.1/50由于動(dòng)摩擦與靜摩擦 系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少.90%,因此,可將機(jī)床定位精度設(shè) 定到超微米級(jí). 降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力采用直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌地機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng).停止 地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需地動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所 需電力降低.90%具有大幅度節(jié)能地效果. 可提高機(jī)床地運(yùn)動(dòng)速度直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少,可實(shí)現(xiàn)機(jī)床地高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床地工作效率.2030%. 可長(zhǎng)期維持機(jī)床地高精度對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面地流體潤(rùn)滑，由于油膜地浮動(dòng)，產(chǎn)生地運(yùn)動(dòng)精度地誤差是無(wú) 法避免地.在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生地 直接摩擦是無(wú)法避免地，在這種摩擦中，大量地能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了 .與 之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小滾動(dòng)面地摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài).同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況 下只需脂潤(rùn)滑就足夠了 ，這使得在機(jī)床地潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變地非 常容易了 .所以在結(jié)構(gòu)上選用：開(kāi)式直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌.參照南京工藝裝備廠(chǎng)地產(chǎn)品 系列.型號(hào)：選用.GGB型四方向等載荷型滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副，如圖.4.1.具體型號(hào)：.X 向選用.GGB20BA2P,2 500-4丫 向選用.GGB20AB2P,2 1100-4圖.4.1直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌8畢業(yè)設(shè)計(jì)5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定.5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定5.1步進(jìn)電機(jī)地選用脈沖當(dāng)量和步距角已知脈沖當(dāng)量為.1卩m/STEP而步距角越小，則加工精度越高.初選為.0.36O/STEP （二倍細(xì)分）.步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩地近似計(jì)算電機(jī)起動(dòng)力矩：.M = M1 +M2 式（ 5.1）式中：M為滾珠絲杠所受總扭矩.Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生地摩擦扭矩，有：M1 = Fa ' d /2 ' tg（yr'）式（5.2）+=92X 0.025/2X tg （2.91+0.14）.=0.062N mM2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生地摩擦扭矩,有：.M2 = K ' Fao ' Ph /2p 式（5.3）式中：K 預(yù)緊時(shí)地摩擦系數(shù)，0.1 0.3Ph導(dǎo)程,4cmFao預(yù)緊力，有：Fao=Fao 1+Fao2取.Fao 1=0.04X Ca=0.04 X 1600=640NFao2為軸承地預(yù)緊力，軸承型號(hào)為.6004輕系列，預(yù)緊力為.Fao 2= 130N.故根據(jù)式（5.3）:.M2=0.098 N m齒輪傳動(dòng)比公式為：i= © X P h /（360X s p）,故步進(jìn)電機(jī)輸出軸上起動(dòng)矩 近似地可估算為：.Tq=Mi/ h 式（5.4）.=360 X Mxs p / ©XnX Ph式中:S . p =1 卩 m/STEP=0.0001cm/STEPM= M1+ M 2= 0.16N© =0.36o/STEPq=0.85Ph= 0.4cm9畢業(yè)設(shè)計(jì)5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定.n = 0.953則根據(jù)式（5.4）:.Tq=360>0.16 0001/（3.6 0.85 4）=0.4 N m-因.Tq/TJM=0.866（因?yàn)殡姍C(jī)為五相運(yùn)行）.則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩.TJM=Tq/0.866=0.46 N m-確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率參考有關(guān)數(shù)控激光切割機(jī)床地資料.,可以知道步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率不超過(guò).1000Hz.根據(jù)以上討論并參照樣本，確定選取.M56853S型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)地最大靜止轉(zhuǎn)矩為.0.8 N - m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為.235g/cm25.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定傳動(dòng)比地確定要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量.I卩m/STEP地設(shè)計(jì)要求，必須通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，其 傳動(dòng)比為：.i = f ' Ph /（360 ' d p ）式（5.5）式中：Ph為滾珠絲杠導(dǎo)程© 為步距角.S p為脈沖當(dāng)量根據(jù)前面選定地幾個(gè)參數(shù)，由式（5.4）得：.i =0.36 4360 0.001=4:仁Z2/Z1根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，選用.Z1為.30,Z2為.120齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)地確定 齒輪類(lèi)型：選擇直齒加工方便. 模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)輕.,參考同類(lèi)型地機(jī)床后，選擇.m= 1齒輪傳動(dòng) 側(cè) 隙地消除. 中心距地計(jì)算:A=m X（. Z1+ 乙2）式（5.6）.=1x（30+120）/2=75mm齒頂高為.1mm,齒根高為.125mm,齒寬為.20mm. 齒輪材料及熱處理：小齒輪.Z1采用.40Cr,齒面高頻淬火.;大齒輪.Z2采用.45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理.畢業(yè)設(shè)計(jì)5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定.5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載地計(jì)算由資料知，激光切割機(jī)地負(fù)載可以認(rèn)為是慣性負(fù)載.機(jī)械機(jī)構(gòu)地慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有直接地影響.不但對(duì)加速能力.加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)地快速反應(yīng)有關(guān)， 在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)地平穩(wěn)性也有很大地影響，因此要計(jì)算慣性負(fù)載.限于篇幅, 在此僅對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)地負(fù)載進(jìn)行計(jì)算.慣性負(fù)載可由以下公式進(jìn)行計(jì)算：.D=01 1223 4 m wD ) ' mn 式(5.7)J J +J +(Z/Z)(J+J)+ J (V/ 2式中：J D為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上地慣性負(fù)載J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸地轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.eJ1為齒輪.Z l地轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.J2為齒輪.Z 2地轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.J3為齒輪.Z 3地轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量Vm為工作臺(tái)地最大移動(dòng)速率.3 D為折算成單軸系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)軸角速度各項(xiàng)計(jì)算如下：已知：.J0= 0 忽略不計(jì),m n=112.5Kg齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：.J=r2m=r2G/g 式(5.8)其中：P為回轉(zhuǎn)半徑G為轉(zhuǎn)件地重量滾珠絲杠地慣性矩計(jì)算公式：.J=p RLD/32 式(5.9)最后計(jì)算可得：.J1=0.1 W-3Kg. m2J2=1.32 10-3Kg. m2J3=2.98 10-4Kg. m2J4=1.14 10-5Kg. m2Vm=12 m/s3 D=2n rad/s故慣性負(fù)載根據(jù)式（5.7）得:11畢業(yè)設(shè)計(jì)5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)地確定JD=J0+J1+(ZI/Z2)( J2+ J3) + J4 (Vm/ 3 D)2 X mn =17.3 Kg. cm2此值為近似值故此值小于所選電機(jī)地轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.12畢業(yè)設(shè)計(jì)6傳動(dòng)系統(tǒng)剛度地討論.6傳動(dòng)系統(tǒng)剛度地分析激光切割機(jī).XY工作臺(tái)其實(shí)為一進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)地剛度可根據(jù)不出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進(jìn)給靈敏度地條件來(lái)確定.6.1根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行地條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)地剛度傳動(dòng)系統(tǒng)中地當(dāng)量剛度.K或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度.C主要由最后傳動(dòng)件地剛度.K 0或.C 0決定地，在估算時(shí)，取.K=K O,C=C 0對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng)，其變形主要包括： 絲杠拉壓變形 扭轉(zhuǎn)變形 絲杠和螺母地螺紋接觸變形及螺母座地變形. 軸承和軸承座地變形.在工程設(shè)計(jì)和近似計(jì)算時(shí)，一般將絲杠地拉壓變形剛度地三分之一作為滾珠絲杠副地傳動(dòng)剛度.K 0,根據(jù)支承形式可得：.Ko =EF /3 L *10 -3（Kgf / mm）式（6.1）式中：E=2.06X 10 -4（Kgf/ mm 2）F=754.8mm 2L=Ls = 250 mm則根據(jù)式（6.1）得：.K0=203.2N/mm傳動(dòng)系統(tǒng)剛度較大，可以滿(mǎn)足要求.6.2根據(jù)微量進(jìn)給地靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)地剛度應(yīng)滿(mǎn)足：.K> F0/式（6.2）式中：K 傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)量剛度.F0部件運(yùn)動(dòng)時(shí)地靜摩擦力N 正壓力，N=W/g=230kgfF 靜摩擦系數(shù)，取.部件調(diào)整時(shí)，所需地最小進(jìn)給量則：.F0=230X).004=0.92KGF畢業(yè)設(shè)計(jì)6傳動(dòng)系統(tǒng)剛度地討論A=0.5 S p=0.5 卩 m/STEP即滿(mǎn)足微量進(jìn)給要求地傳動(dòng)系統(tǒng)剛度為：K> F0/A =0.92/0.5= 1.84Kgf/mm結(jié)合上述傳動(dòng)系統(tǒng)剛度地討論可知滿(mǎn)足微量進(jìn)給靈敏度所需要地剛度較小 可以達(dá)到精度要求.14畢業(yè)設(shè)計(jì)7消隙方法與預(yù)緊7消隙方法與預(yù)緊7.1消隙方法數(shù)控機(jī)床地機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定地降速比和轉(zhuǎn)矩 地要求.由于齒輪在制造中總是存在著一定地誤差，不可能達(dá)到理想齒面地要求 因此一對(duì)嚙合地齒輪，總應(yīng)有一定地齒側(cè)間隙才能正常地工作 齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)地反向動(dòng)作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤 差甚至是輪廓誤差.對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)地穩(wěn)定性.因此，齒輪傳動(dòng)副常采 用各種消除側(cè)隙地措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙.數(shù)控機(jī)床上常用地調(diào)整齒側(cè)間隙 地方法針對(duì)不同類(lèi)型地齒輪傳動(dòng)副有不同地方法.偏心軸套調(diào)整法如圖7.1,齒輪1裝在電動(dòng)機(jī)軸上，調(diào)整偏心軸套2可以改變齒輪1和3之間地中心距，從而消除齒側(cè)間隙.1-齒輪2-偏心套3-齒輪圖7.1偏心軸套調(diào)整法畢業(yè)設(shè)計(jì)7消隙方法與預(yù)緊錐度齒輪調(diào)整法如圖7.2所示將一對(duì)齒輪1和2地輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪地軸向稍有變化.調(diào)整時(shí)改變墊片3地厚度就能改變齒輪1和2地軸向相對(duì)位 置，從而消除齒側(cè)間隙.圖7.2錐度齒輪調(diào)整法雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法圖7.3是另一種雙片齒輪周向彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)，兩片薄齒輪1和2套裝一起，每片齒輪各開(kāi)有兩條周向通槽，在齒輪地端面上裝有短柱3, 用來(lái)安裝彈簧4. 裝配時(shí)使彈簧4具有足夠地拉力，使兩個(gè)薄齒輪地左右面分別與寬齒輪地左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙.對(duì)比三種方案：第一種需要經(jīng)常地調(diào)整，對(duì)于本身就以提高效率為目標(biāo)地?cái)?shù)控機(jī)床而言肯定 不合適.第二種是很不錯(cuò)地方案，但在切割機(jī)上并不實(shí)用.第三種方案相比較而言在數(shù)控切割機(jī)上適用，而且不需要人為經(jīng)常調(diào)整，很 適合數(shù)控機(jī)床地需要.本設(shè)計(jì)方案選用第三種方法.畢業(yè)設(shè)計(jì)7消隙方法與預(yù)緊圖7.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法7.2預(yù)緊滾珠絲杠副在工作臺(tái)上地支承方式有兩種.一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計(jì)選用兩端支承形式中地“雙支點(diǎn)各單向固定”地支承方式 該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承地外圈而預(yù)緊，提高軸承地旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝 置地剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承地振動(dòng).預(yù)緊量由廠(chǎng)家提供.17畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)方案地要求，可以看出：對(duì)機(jī)械部分地控制只有進(jìn)給系統(tǒng)地步進(jìn)電機(jī)地控制和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)地步進(jìn)電機(jī)控制.控制系統(tǒng)有微機(jī)地.有.PLC地.也 有單片機(jī)地，這里采用地是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟(jì)型地單片機(jī)控制系統(tǒng) 另外，居然要控制，就得有輸入和輸出設(shè)備才能對(duì)相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制其控制系統(tǒng)框圖如圖.8.1所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)I/O口擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)器擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)器鍵盤(pán)顯示器X軸電機(jī)丫軸電機(jī)Z軸電機(jī)縱向絲杠橫向絲杠圖.8.1控制系統(tǒng)框圖8.2主要芯片配置821主要芯片選擇由于.89C51芯片在性?xún)r(jià)比上比同類(lèi)單片機(jī)高 加上.8031.8051市場(chǎng)上已經(jīng) 停產(chǎn)，所以選擇.89C51作為主芯片.822主要管腳功能89C51是.40腳雙列直插式芯片.主要管腳功能： 控制線(xiàn).EA片外存儲(chǔ)器選擇端,雖然.89C51內(nèi)有.4K地.FLASH,但為了 方便接線(xiàn)和各程序地存放，故不使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，這樣.EA接地，從外部程 序存儲(chǔ)器讀取指令 PSEN外部程序存儲(chǔ)器選通端，以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ALE地址鎖存控制端，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE控制.P 0 口輸出地低八位地址送 鎖存器儲(chǔ)存，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址隔離此外.ALE以.1/6晶振地固定頻率輸出正脈 沖,可作為外部時(shí)鐘或定時(shí)脈沖. RESET復(fù)位端，當(dāng)輸入地復(fù)位信號(hào)延續(xù)二個(gè)周期以上高電平,完成復(fù)位 初始化操作.光電隔離功率放大Z向絲杠.畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì). 89C51中.I/O 口地介紹.P0 口 一一外接存儲(chǔ)器時(shí)，此口為擴(kuò)展電路低八位地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口；.Pl 口用戶(hù)使用地.I/O 口；.P2 口外接存儲(chǔ)器時(shí)，作擴(kuò)展電路高八位地地址總線(xiàn)；.P3 口雙重功能口；.PO P3 口均為八位雙向口 .P 0 口可驅(qū)動(dòng).8個(gè).TTL門(mén)電路,P P3 口只能 驅(qū)動(dòng)四個(gè).TTL門(mén)電路. 時(shí)鐘一一XTAL1和.XTAL2,使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，二端接石英和微調(diào)電路；使 用外部時(shí)鐘時(shí)，接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào).89C51三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：地址總線(xiàn).AB地址總線(xiàn)為.16位,外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為.64KB,地址 總線(xiàn)由.P 0 口經(jīng)地址鎖存器,提供八位.A 0-A7,高八位.A 8A15由.P2 口直接 提供.數(shù)據(jù)總線(xiàn).DB數(shù)據(jù)總線(xiàn)為.8位，自.P 0 口直接提供.,控制總線(xiàn).CB由.P 3 口第二功能控制線(xiàn) 組成.8.2.3 EPROM 地選用為簡(jiǎn)化電路，此處選用.2764EPROM （8K*8位）.本設(shè)計(jì)采用二片.2764EPROM分別存放監(jiān)控程序，各功能模塊程序，常用零件 加工程序.以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時(shí)，只需更換各自芯片即 可，方便升級(jí).2764芯片主要引腳功能： A0A12 13位地址線(xiàn). D0 D7數(shù)據(jù)輸出線(xiàn). OE數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào). PGM編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖. CE片選信號(hào)2764主要工作方式： 讀方式一一.OE及CE為低電平,Vpp = + 5V時(shí)處于讀出方式 寫(xiě)方式一一.OE為低電平,PGM亦為低電平,V PP= + 21V, CE為高電平時(shí),2764芯片處于禁止?fàn)顟B(tài).將數(shù)據(jù)線(xiàn)上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元 編程禁止方式一此為向多片.2764寫(xiě)入不同程序而設(shè)置地，當(dāng).V PP=+21V 時(shí),.CE為高電平時(shí),2764芯片處于編程禁止?fàn)顟B(tài).19畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).824 RAM地選用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器.RAM通常采用.MOS型,MOS型.RAM分靜態(tài).動(dòng)態(tài)兩種.動(dòng)態(tài).RAM集成度高，功耗小,成本低，但控制邏輯復(fù)雜，需要定期刷新，尤其是容易受倒干擾,對(duì)環(huán)境.結(jié)構(gòu)電摞等都有較高地要求對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)而言，可靠是第 一位地，此處選用大容量靜態(tài).RAM6264(8K*8位)一片.6264主要引腳功能：. A0A1213位地址線(xiàn) IO1 IO7數(shù)據(jù)輸入輸出線(xiàn) OE數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào). WE寫(xiě)選通信號(hào). CE片選信號(hào)6264主要工作方式： 讀方式一一.OE及CE為低電平,.WE為高電平時(shí),6264將數(shù)據(jù)輸出到指 定地址. 寫(xiě)方式一一.CE為低電平,.WE亦為低電平時(shí)，允許數(shù)據(jù)輸入 封鎖方式一一.CE為高電平時(shí)，該芯片沒(méi)被選通，不工作.8.2.5 89C51存儲(chǔ)器及I/O地?cái)U(kuò)展可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對(duì)應(yīng)地軟件命令來(lái)加以改變地接口芯片這類(lèi)芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由.CPU對(duì)其編 程設(shè)定工作方式，然后按設(shè)定地方式進(jìn)行操作8155可編程并行.I/O接口具有功能強(qiáng)，價(jià)格便宜，且具有與.MCS-51單片機(jī) 配置簡(jiǎn)單.方便等優(yōu)點(diǎn).是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用地外部功能擴(kuò)展器件之一(1)存儲(chǔ)器與單片機(jī)聯(lián)接，主要是通過(guò)三總線(xiàn)聯(lián)接應(yīng)考慮總線(xiàn)地驅(qū)動(dòng)能力是否足夠存儲(chǔ)器.2764.6264存儲(chǔ)量均為.8K,需.13位地址進(jìn)行存儲(chǔ)單元選擇， 將.A 0-A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對(duì)應(yīng)聯(lián)接，將.A 8- A 13腳與.89C51 地.P 2 口.相聯(lián)接，其余地址線(xiàn)經(jīng).P 2.5-P2.7經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)數(shù)據(jù)線(xiàn)聯(lián)接將 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出端.D 0 D l與.89C51P0 口聯(lián)接.控制線(xiàn).89C51 PSEN與.2764 CE 相聯(lián),89C51從外部.EPROM 取指令 WR. RD分別與.6264 WE.OE相 聯(lián),89C51對(duì)外部.RAM進(jìn)行讀/寫(xiě).8155許多信號(hào)與.89C51兼容，可直接聯(lián)接，因.8155內(nèi)部已有鎖存器，因此.8155數(shù)據(jù)地址復(fù)合線(xiàn).AD 0 一 AD 7與89C51P 0口直接相聯(lián).地址鎖存信 號(hào).ALE與.89C51ALE相聯(lián).片選信號(hào).CE經(jīng)譯碼后產(chǎn)生，以高位地址.P 2.0直接作為.IO/ M信號(hào),此時(shí)對(duì).8155需要使用.16位地址進(jìn)行編址.8155地結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見(jiàn)圖.8.2.20畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).圖.8.2 8155引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)826 8155工作方式查詢(xún)8155I/O工作方式選擇通過(guò)對(duì).8155內(nèi)部命令寄存器（命令口）設(shè)定命令控 制字實(shí)現(xiàn).命令寄存器格式及對(duì)應(yīng)地工作方式見(jiàn)下圖.8.3.8155I/O有四種工作方式,即.ALT 1,ALT 2,ALT 3,ALT 4.其中各符號(hào)說(shuō)明如下：AINTR : A 口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效.BINTR : B 口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效.ABF（ BBF）： A 口（ B 口）緩沖器滿(mǎn)狀態(tài)標(biāo)志輸出線(xiàn),（緩沖器有數(shù)據(jù)時(shí).BF 為高電平）.ASTB（ BSTB）： A 口（ B 口）設(shè)備選通信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效.在.ALT1ALT4地不同方式下,A 口 .B 口及.C 口地各位工作方式如下：ALT1 : A 口 ,B 口為基本輸入/輸出,C 口為輸入方式.ALT2 : A 口 ,B 口為基本輸入/輸出,C 口為輸出方式.ALT3 : A 口為選通輸入/輸出,B 口為基本輸入/輸出.PCO為.AINTR,PC1為 ABF,PC2 為.ASTB,PC3PC5 為輸出.ALT4 : A 口 .B 口為選通輸入 /輸出.PC0 為.AINTR,PC1 為.ABF,PC2為.ASTB, PC3為.BINTR,PC4 為.BBF,PC5為.BSTB.21畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).定義端口 . A0:輸入.00：空操作.0:禁止.A 口中斷.1輸出01:停止計(jì)數(shù).1允許.A 口中斷10:時(shí)間到則停止計(jì)數(shù).11置入工作方式和計(jì)數(shù)定義端口 . B 長(zhǎng)度后立即啟動(dòng)計(jì)數(shù)，若0:輸入.正在計(jì)數(shù)，溢出后按新地1:輸出方式和長(zhǎng)度計(jì)數(shù).0:禁止.B 口中斷.1:允許.B 口中斷.定義端口 . C00: ALT1.A 口B 口基本輸入輸出,.C 口輸入.01: ALT1.A 口B 口基本輸入輸出,.C 口輸出.10: ALT3,A 口選通輸入輸出,.B 口基本輸入輸出.PC0: AINTRPC1: ABFPC2: ASTBPC3PC5:輸入輸出.PC0: AINTRPC1: ABFPC2: ASTBPC3: BINTRPC4: BBFPC5: BSTB圖.8.3命令寄存器格式狀態(tài)查詢(xún)8155還有一個(gè)狀態(tài)寄存器，用于鎖存.I/O 口和定時(shí)器地當(dāng)前狀態(tài)，供.CPU 查詢(xún)用.其格式如圖.8.4:狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個(gè)地址，命令寄存器只能寫(xiě)入不能讀出，而 狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫(xiě)入.所以可以認(rèn)為,CPU讀該地址時(shí)，作為狀態(tài)寄存器,讀出地是當(dāng)前.I/O 口和定時(shí)器地狀態(tài)，而寫(xiě)該地址時(shí)，則作為命令寄存器對(duì)I/O 口工作方式地選擇.828 8155定時(shí)功能8155芯片內(nèi)有一個(gè).14位減法計(jì)數(shù)器，可對(duì)輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù).外部有兩個(gè)定時(shí)器引腳 TINEIN和.TIMEOUT.TINEIN 為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，有外部輸 入時(shí)鐘脈沖,TIMEOUT為定時(shí)器輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形.定時(shí)器地格式.輸出波形見(jiàn)圖.8.5.由上圖可見(jiàn)，定時(shí)器地低.8位和高.6位計(jì)數(shù)器定時(shí)是出方式由04H.05H寄 存器確定.對(duì)定時(shí)器編程時(shí)，首先將計(jì)數(shù)器及定時(shí)器方式送入定時(shí)器口，（定時(shí)器地低.8位和高.6位，定時(shí)器方式.M ）04H,05H.計(jì)數(shù)常數(shù)在.002H3FFF之間. 計(jì)數(shù)器地起動(dòng)和停止由命令寄存器地最高兩位.TM2和.TM1決定.但何時(shí)讀都可以置定時(shí)器地長(zhǎng)度和工作方式，然后必須將起動(dòng)命令寫(xiě)入命令寄存器.既使計(jì)數(shù)器 已經(jīng)計(jì)數(shù)，在寫(xiě)入起動(dòng)命令后，仍可改變定時(shí)器地工作方式.畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).xA 口中斷標(biāo)志請(qǐng)求A 口緩沖器滿(mǎn)空標(biāo)志A 口中斷允許標(biāo)志B 口中斷標(biāo)志請(qǐng)求.B 口緩沖器滿(mǎn)空標(biāo)志.B 口中斷允許標(biāo)志定時(shí)器中斷標(biāo)志，定時(shí)器計(jì)數(shù)倒指定長(zhǎng)度置“ 1 ”，讀狀態(tài)后清“ 0”圖.8.4狀態(tài)寄存器格式M2 M1方式定時(shí)器輸出波形.0 0單方波.0 1連續(xù)方波.1 0單脈沖.1 1連續(xù)脈沖圖.8.5 8155定時(shí)器方式及輸出波形芯片地址分配89C51支持地存儲(chǔ)芯片，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單獨(dú)編址，EPROM與.RAM 地址分配較為自由，不必考慮會(huì)發(fā)生沖突，因.89C51復(fù)位后，從.0000H開(kāi)始,內(nèi)部 程序存儲(chǔ)器空間為0000H-0FFFH,外部2片2764芯片地址分別為 0C000H-0DFFFH,8000H-9FFFH.89C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間為.00H-0FFH,外部6264芯片地址：. 6000H-7FFFH1#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)M/IO = 0 時(shí),8155(1)內(nèi)部.RAM 地址范圍 E000H-E0FFH23畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).M/IO = 1 時(shí),端口地址：控制口： E100H; PA 口： E101H; PB 口： E102H;PC 口： E103H；定時(shí)器低八位：.E104H；定時(shí)器高八位：.E105H2#8155芯片地址（假定未用地址用"0"表示）M /IO = 0 時(shí),.8155（1）內(nèi)部.RAM 地址范圍 0A000H-0A0FFHM /IO = 1 時(shí)，端口地址：控制口： . 0A00H ; PA 口： . 0A01H ; PB 口： . 0A02H ;. PC 口： . 0A03H ;定時(shí)器低八位：.0A04H;定時(shí)器高八位：.0A05H8.3鍵盤(pán)設(shè)計(jì)鍵盤(pán)定義及功能控制面板上布置.5個(gè)控制鍵,.33個(gè)功能數(shù)字鍵.其中.8個(gè)鍵有雙重功能,由.SHIFT鍵轉(zhuǎn)換,按下.SHIFT鍵，上檔鍵有效5個(gè)控制鍵各功能如下：急停鍵一一運(yùn)行時(shí)按該鍵，程序立即停止運(yùn)行.暫停鍵運(yùn)行時(shí)按下該鍵，執(zhí)行完本程序段后，停止執(zhí)行下一程序段，等 待處理，此為硬件暫停.恢復(fù)運(yùn)行鍵一一處于急停或暫停時(shí)，接下該鍵程序繼續(xù)執(zhí)行用.M00實(shí)行 軟件暫停時(shí)，恢復(fù)運(yùn)行也需要按該鍵復(fù)位鍵編程或運(yùn)行前，清除內(nèi)存中地隨機(jī)數(shù).對(duì)中心鍵一一鉬絲自動(dòng)找準(zhǔn)預(yù)定地中心位置.（原點(diǎn)）.30個(gè)功能數(shù)字鍵包括數(shù)字鍵“ .0- 9”，負(fù)號(hào)“一”，程序開(kāi)始字“ .%”，程序 段結(jié)束字“ .LF”，序號(hào)字“ .N”，準(zhǔn)備功能字“ .G”，輔助功能字“ .M ”，速度 功能字“.F”，主軸速度功能字“ .S'，坐標(biāo)功能字“ ” .編輯鍵三個(gè)：.DEL/INS 刪除./插入程序段鍵,.DISP/ZOOM DISP顯示程序全段內(nèi)容,.ZOOM使加工圖形按比例縮放，預(yù)置為.1,COPY程序段復(fù)制,.IDX 可設(shè)定 某一程序段為起割點(diǎn)，單步一步進(jìn)電機(jī)走一拍就停止工作，回零一鉬絲重新置于 起點(diǎn),運(yùn)行一加工開(kāi)始確認(rèn).鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)米用非編碼式矩陣式鍵盤(pán),.1#8155為鍵盤(pán)接口，按五行六列布線(xiàn).PAO PA4為行線(xiàn),.PC0-PC5為列線(xiàn).A 口為輸出口 ,. C 口為輸入口，按鍵盤(pán)列 線(xiàn),每個(gè)鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵碼，根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)至相應(yīng)鍵處理子程序.常用鍵識(shí)別方法有 掃描法和線(xiàn)翻轉(zhuǎn)法.本設(shè)計(jì)采用掃描法其原理是：一條列線(xiàn)為低電平，若此列 線(xiàn)上已閉合鍵，則各行線(xiàn)狀態(tài)都為高電平，然后按行號(hào).列號(hào)求得閉合鍵鍵碼24畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).定義各行首鍵號(hào)為.00H.06H.0CH.12H.18H,鍵碼.二行號(hào)+列號(hào).鍵號(hào)鍵功能對(duì)應(yīng)表.8.1表.8.1鍵號(hào)鍵功能對(duì)應(yīng)鍵號(hào).00H- 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 1E功能.0 9 .LF%N G M F SX鍵號(hào).13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H 1AH 1BH 1CH 1DH 1F 功能.IJDEL COPY ZOOMDISP IDX紙帶穿孔單步回零運(yùn)行.SHIFTW全"1" (. 3FH)送.C 口關(guān)顯示返回監(jiān)視行值左移一位掃完一遍列值列值竄鍵().工01 加"1"竄鍵標(biāo)志加"1"被按鍵列值.豐3在本行對(duì)口行掃描延時(shí).20抖動(dòng)竄鍵標(biāo)志送有鍵按下(列值=3)圖.8.6鍵盤(pán)掃描程序流程圖畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì). 求鍵值子程序查到關(guān)鍵字行序號(hào)加 1鍵值計(jì)數(shù)器加.1送行序號(hào)初值.0送行值右移一位行值行序號(hào)左移四位行列值低四位相加得關(guān)鍵字鍵值送圖.8.7求鍵值子程序鍵盤(pán)掃描子程序ORG 0500HSCAN:MOV A,#OOHMOV DPTR, #E101HMOVX DPTR, AMOV A #3FHMOV DDPTR, #E103HMOVX #DPTR, AMOV DPTR, #E102HMOVX A, DPTRANL A, #1FHCJNE3 A, #1FH, NEXT1SJMP NEXT4畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).NEXT1: ACALL DS20msCLR CMOV R2, #00HMOV R1, #01HLOOP: INC DPTRMOV A,R1MOVX #DPTR, AMOV DPTR, #8002HMOVX A, DPTRANL A, #1FHCJNE A, #1FH, NEXT2SJMP NEXT3NEXT2: INC R2CJNE R2, #01H, NEXT4MOV R4, AMOV A,R1MOV R3,ANEXT3: MOV A,R1RLC AMOV R1,ACJNE A,#40H, LOOPAJMP KCODENEXT4:CLR ARETEND求鍵值子程序.ORG 0560HKCODE: . MOV R 1,. #00HMOV A, R 3CLR CLOOP: RRC AJZ NEXT1INC R1SJMP LOOP畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).NEXT1 : MOV A, R 1SWAP AMOV R1,AMOV A, R 4ANL A, #OFHORL A, R 1MOV B, AMOV DPTR, #KTABMOV R0, #00HCLR AREPE: MOVC A,A+DPTRCJNE A, B,NEXT2SJMP RESVNEXT2:INC R0MOV A, R0SJMP REPERESV: MOV A, R0RETKTAB:DB 0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27HDB 2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DHDEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EHDB 23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DHDB 5FH,57H,5BH,5DHEND8.4顯示器設(shè)計(jì)顯示器顯示方式地選用程序輸入時(shí)，涉及數(shù)字鍵及等功能鍵.采用控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉 地.LED顯示器.因數(shù)控程序較長(zhǎng)，顯示數(shù)據(jù)較多，一次把整條指令內(nèi)容全顯示 出來(lái)很不經(jīng)濟(jì).采用段顯示法,即依次顯示.X.YJ等數(shù)據(jù)，一條指令顯 示完，再顯示下一條指令.以減少.LED數(shù)量.