《×數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)方案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《×數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)方案（56頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 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：激光切割的適用對(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)雜的零件，因而數(shù)控激光切割在我國(guó)制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)越 性。 本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于ARM控制的數(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軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械平臺(tái)的選擇及其強(qiáng)度分析； 以步進(jìn)電機(jī)為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)計(jì)算；以 STM32為 主控芯片的數(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)的控制程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 CNC，激光切

2、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 1 1.1激光技術(shù)概述 1 1.2激光切割機(jī)的應(yīng)用 1 1.3設(shè)計(jì)任務(wù) 1 1.4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軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2.1 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 4 2.1.2 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析

3、 4 初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量 4 2.2 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)的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3.1滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定 7 3.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 7 第四章 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型 9 第五章 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 11 5.1步進(jìn)電機(jī)的選用 11 脈沖當(dāng)量和步距角 11 步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算 11 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 12 5.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 12 傳動(dòng)比的確定 12 522齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定 12 5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 13 第六章傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的確定 15 6.1

4、根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 15 6.2根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 15 第七章消隙方法與預(yù)緊 17 7.1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 18 7.2預(yù)緊 19 第八章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 8.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 20 8.2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) 42 1緒論 1.1課題背景 激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問(wèn)世就引起了材料科學(xué)

5、 家的高度重視。 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的試驗(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，淬硬部位的耐磨性 能比未處理之前提高了 10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(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)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(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)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中 得到廣泛的應(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

6、將其列為 “九五”攻關(guān) 重點(diǎn)項(xiàng)目之一。 “十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn) 值 20%的平均增長(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)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高 科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(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)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和 自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一 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

7、高，與傳統(tǒng)機(jī)加工 相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，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。 激光切割的適用對(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)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床 正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意 義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(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)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)

8、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)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 0.001mm/ pluseo工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲 杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸 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)的有關(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)控制線路圖參

9、考 MCS — 51系列單片機(jī)控制 XY工作臺(tái)線路圖。 步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE株式會(huì)社的產(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的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。 滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠 的樣本資料，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的 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

10、 芯片。在使用過(guò)程中..89C51雖有..4K的..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..200~450ns。89C51的讀 取時(shí) 間應(yīng)大于..ROM要求的讀取時(shí)間。..89C51的讀寫(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

11、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)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問(wèn)世就引起了材料科學(xué) 家的高度重視。 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的試驗(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，淬硬部位的耐磨性 能比未處理之前提高了 10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(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)

12、的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(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)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中 得到廣泛的應(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”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn) 值 20%的平均增長(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)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高 科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(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)

13、控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和 自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一 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)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，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。 激光切割的適用對(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)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床 正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意 義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。

14、 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)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 0.001mm/ pluseo工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲 杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸 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)的有關(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

15、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)控制線路圖參考 MCS — 51系列單片機(jī)控制 XY工作臺(tái)線路圖。 步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE株式會(huì)社的產(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的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。 滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠 的樣本資料，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

16、慮，最后 選用南京工藝裝備廠的 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的 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 200~450ns。89C51 的讀取時(shí) 間

17、應(yīng)大于 ROM要求的讀取時(shí)間。 89C51的讀寫(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軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).. 2機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 本設(shè)計(jì)的..XY工作臺(tái)的參數(shù)定為： ① 工作臺(tái)行程：橫向..320mm,縱向..450

18、mm ② 工作臺(tái)最大尺寸(長(zhǎng)x寬x高)：..1100X 900x 300mm ③ 工作臺(tái)最大承載重量：..120Kg ④ 脈沖當(dāng)量：..0.001mm/pluse ⑤ 進(jìn)給速度：..60平方毫米/min ⑥ 表面粗糙度：..0.8?1.6 ⑦ 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) 直線導(dǎo)軌副相聯(lián)，以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。 設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，即..X

19、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)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計(jì)，但滾珠絲杠 副,以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略，這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)的步距精度。另 外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施，其產(chǎn)生的負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。 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)其他零件的重量約為..250N (W3)。 加上

20、工件最大重量約為..120Kg (1176N) (G)。 則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(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軸的基本結(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 面的不平度，通過(guò)伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度， 以保證激光聚焦后的 焦點(diǎn)在切割板材的表面位置。由于激光焦點(diǎn)至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì) 量，因此，要求..Z軸的檢測(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

21、會(huì)造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。 對(duì)加工板材的檢測(cè)主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和 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)加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合的切割加工 （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 的適應(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)的智能和附加功能，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

22、機(jī)構(gòu)的增加 ，不可 避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動(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)的..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軸上的重力平衡設(shè) 施使用較多的是采用氣缸托動(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)整氣缸的平衡力。 Z軸電機(jī) Z軸絲桿.. 平衡氣缸 直線導(dǎo)軌 5 反光鏡 切割頭 圖..2.1 Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu) 勿做商業(yè)用途 個(gè)人收集整理 畢業(yè)設(shè)計(jì)

23、3滾珠絲桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算.. 3滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （一） 根據(jù)機(jī)床的受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，參照南京工藝裝備廠的產(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 500 Y 向：FFZD 2504-3/500X 1100 （二） 因..X向的滾珠絲桿比..丫向的滾珠絲桿所受的負(fù)載大，現(xiàn)只計(jì)算..X向 絲桿 的相關(guān)數(shù)據(jù)，..丫向根據(jù)..X向的結(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，..

24、F=0 W——工件重量加工作臺(tái)重量 W=2301N U——滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(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的。 故本處的..Go=（），。對(duì)照樣本參數(shù)..,這里的..Go非常小， 選定導(dǎo)程為..4的滾珠絲杠副。 3.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為： h= tg y/ tg （yr+'）式（3.2） 式中書(shū)一滾珠絲杠的螺紋升角 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..HR

25、C>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，..4mm d 絲杠公稱(chēng)直徑，..25mm 則根據(jù)式（?? 3.3）： 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)3滾珠絲桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)的設(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直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型.. 4直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型

26、 導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣 泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： ① 定位精度高 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的..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)。 ② 降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(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 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(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)能的效果。 ③ 可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌

27、由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高 機(jī)床的工作效率..20?30%。 ④ 可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú) 法避免的。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)生的 直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的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)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線 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)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非 常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開(kāi)式直線滾動(dòng)導(dǎo)

28、軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品 系列。 ..4.1 型號(hào)：選用..GGB型四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副, 具體型號(hào)：..X 向選用..GGB20BA2P，2 500-4 丫 向選用..GGB20AB2P，2 1100-4 圖..4.1直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 畢業(yè)設(shè)計(jì)5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定.. 5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 5.1步進(jìn)電機(jī)的選用 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，貝U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)力矩的近似計(jì)算 電機(jī)起動(dòng)力矩：.. M = M1 +M2 式（ 5.1） 式中

29、：M為滾珠絲杠所受總扭矩.. Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有： M1 = Fa ' d /2 ' tg（yr'）式（5.2） + =92X 0.025/2X tg （2.91+0.14）.. =0.062N m M2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有：.. M2 = K ' Fao ' Ph /2p 式（5.3） 式中：K —預(yù)緊時(shí)的摩擦系數(shù)，0.1 — 0.3 Ph—導(dǎo)程，4cmFao 預(yù)緊力， 有：Fao=Fao 1+Fao2 取..Fao 1=0.04X Ca=0.04 X 1600=640N Fao2為軸承的預(yù)緊力，軸承型號(hào)為..6004輕系列，預(yù)緊力為..Fao

30、 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/STEP M= M1+ M 2= 0.16N ? =0.36o/STEP q=0.85 Ph= 0.4cm 9 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定.. n = 0.953 則根據(jù)式（5.4）:.. Tq=360>0.16 @0001/

31、（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)床的資料..,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)的最大靜 止轉(zhuǎn)矩為..0.8 N - m,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為..235g/cm2 5.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 傳動(dòng)比的確定 要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量..1卩m/STEP的設(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 '

32、 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)前面選定的幾個(gè)參數(shù)，由式（5.4）得：.. i =0.36 4^360 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)的確定 ① 齒輪類(lèi)型：選擇直齒加工方便。 ② 模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)輕..滲考同類(lèi)型的機(jī)床后，選擇..m= 1齒輪傳動(dòng) 側(cè) 隙的消除。 ③ 中心距的計(jì)算: A=m X（.. Z1+ 乙2）式（5.6）.. =1x（30+120）/2=75mm 齒頂高為..1mm,

33、齒根高為..125mm,齒寬為..20mm。 ④ 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)的確定.. 5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 由資料知，激光切割機(jī)的負(fù)載可以認(rèn)為是慣性負(fù)載。機(jī)械機(jī)構(gòu)的慣量對(duì)運(yùn)動(dòng) 特性有直接的影響。不但對(duì)加速能力、加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng)有關(guān)， 在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也有很大的影響， 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)的負(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

34、) 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)軸上的慣性負(fù)載。.. J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量..e J1為齒輪..Z l的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.. J2為齒輪..Z 2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.. J3為齒輪..Z 3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.. mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量 Vm為工作臺(tái)的最大移動(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)件的重量 滾珠絲杠的慣性矩計(jì)算公式：.

35、. J=p RLD/32 式(5.9) 最后計(jì)算可得：.. J1=0.1 W-3Kg. m2 J2=1.32 10-3Kg. m2 J3=2.98 10-4Kg. m2 J4=1.14 10-5Kg. m2 Vm=12 m/s 3 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)的確定 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)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 12 畢業(yè)設(shè)計(jì)6傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的討論.. 6傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的分析 激光切割

36、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)的剛度可根據(jù)不 出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進(jìn)給靈敏度的條件來(lái)確定。 6.1根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 傳動(dòng)系統(tǒng)中的當(dāng)量剛度..K或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度..C主要由最后傳動(dòng)件的剛度..K 0或.. C 0 決定的，在估算時(shí)，取..K=K 0，C=C 0 對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng)，其變形主要包括： ① 絲杠拉壓變形 ② 扭轉(zhuǎn)變形 ③ 絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。 ④ 軸承和軸承座的變形。 在工程設(shè)計(jì)和近似計(jì)算時(shí)，一般將絲杠的拉壓變形剛度的三分之一作為滾珠 絲杠副的傳動(dòng)剛度..K 0，根據(jù)支承形式可得：.. Ko =E

37、F /3 L *10 -3（Kgf / mm）式（6.1） 式中：E=2.06X 10 -4（Kgf/ mm 2） F=754.8mm 2 L=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)給的靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度應(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)的靜摩擦力 N —正壓力，N=W/g=230kgf F —靜摩擦系數(shù)，取 △..—部件調(diào)整時(shí)，所需的最小進(jìn)給量 則：.. F0=230X).004=0.

38、92KGF 畢業(yè)設(shè)計(jì)6傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的討論 A=0.5 S p=0.5 卩 m/STEP 即滿(mǎn)足微量進(jìn)給要求的傳動(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)剛度的討論可知滿(mǎn)足微量進(jìn)給靈敏度所需要的剛度較小, 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)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩 的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達(dá)到理想齒面的要求, 因此一對(duì)嚙合的齒輪，總應(yīng)有一定的齒側(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)的反向動(dòng)作

39、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)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采 用各種消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機(jī)床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙 的方法針對(duì)不同類(lèi)型的齒輪傳動(dòng)副有不同的方法。 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 間的中心距，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的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒 輪的軸向稍有變化。調(diào)整時(shí)改變墊片3的厚度就

40、能改變齒輪1和2的軸向相對(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，在齒輪的端面上裝有短柱 3, 用來(lái)安裝彈簧 4。 裝配時(shí)使彈簧 4具有足夠的拉力，使兩個(gè)薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左 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)常的調(diào)整，對(duì)于本身就以提高效率為目標(biāo)的數(shù)控機(jī)床而言肯定 不合適。 第二種是很不錯(cuò)的方案，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

41、適合數(shù)控機(jī)床的需要。 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)上的支承方式有兩種。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的“雙支點(diǎn)各單向固定”的支承方式。 該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊， 提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝 置的剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承的振動(dòng)。預(yù)緊量由廠家提供。 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)方案的要求，可以看出：對(duì)機(jī)械部分的控制只有進(jìn)給系統(tǒng)的步 進(jìn)電機(jī)的控制和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制

42、?？刂葡到y(tǒng)有微機(jī)的、有 ..PLC的、 也 有單片機(jī)的，這里采用的是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟(jì)型的單片機(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)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。 其控制 系統(tǒng)框圖如圖..8.1所示： 單 片 機(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。

43、822主要管腳功能 89C51是..40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能： ① 控制線..EA――片外存儲(chǔ)器選擇端，雖然..89C51內(nèi)有..4K的..FLASH，但為 了 方便接線和各程序的存放，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。.. ② 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。 ③ ALE――地址鎖存控制端，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE控制..P 0 口輸出的低八位地址送 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晶振的固定頻率輸出正 脈 沖，可作為外部時(shí)鐘或定時(shí)脈沖。 ④ RESET――復(fù)位端，當(dāng)輸入的復(fù)位

44、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).. ⑤ 89C51中..I/O 口的介紹.. 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)總線復(fù)用 口；.. Pl 口——用戶(hù)使用的..I/O 口；.. P2 口——外接存儲(chǔ)器時(shí)，作擴(kuò)展電路高八位的地址總線；.. 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。 ⑥ 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)

45、電路；使 用外部時(shí)鐘時(shí)，接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 89C51三總線結(jié)構(gòu)： 地址總線..AB――地址總線為..16位，外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為..64KB，地 址 總線由..P 0口經(jīng)地址鎖存器，提供八位..A 0-A7,高八位..A 8—A15由..P2 口直 接提供。 數(shù)據(jù)總線..DB 數(shù)據(jù)總線為..8位，自..P 0 口直接提供。, 控制總線..CB——由..P 3 口第二功能控制線 EA、PSEN、ALE、RESET組成。 8.2.3 EPROM 的選用 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

46、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： ① A0—A12 13位地址線.. ② D0— D7數(shù)據(jù)輸出線.. ③ OE數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào).. ④ PGM編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖.. ⑤ CE片選信號(hào) 2764主要工作方式： ① 讀方式一一..OE及CE為低電平，Vpp = + 5V時(shí)處于讀出方式 ② 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)線上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元。 ③ 編程禁止方式一此為向

47、多片..2764寫(xiě)入不同程序而設(shè)置的，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的選用 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 ，尤其是容易受到 干擾，對(duì)環(huán)境、結(jié)構(gòu)、電摞等都有較高的要求。對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)而言 ，可靠是第 一位的，此處選用大容量靜態(tài)..RAM6264(8K*8位)一片。 6264主要引腳功能：.. ① A0—A1213位地址線 ② 101 — 107數(shù)據(jù)輸入輸出線

48、 ③ 0E數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào).. ④ WE寫(xiě)選通信號(hào).. ⑤ CE片選信號(hào) 6264主要工作方式： ① 讀方式一一..0E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。 ② 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。 ③ 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的擴(kuò)展 可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對(duì)應(yīng)的軟件命令來(lái)加以改變的接 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)定的方式進(jìn)行操作。 8155可編程并

49、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)最常用的外部功能擴(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)三總線聯(lián)接。應(yīng)考慮總線的驅(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 的..P 2 口.. 相聯(lián)接，其余地址線經(jīng)..P 2.5-P2.7經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。數(shù)據(jù)線聯(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..89C

50、51 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)。 ⑵8155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..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.. 10/ M 信號(hào)，此時(shí)對(duì)..8155需要使用..16位地址進(jìn)行編址。 8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見(jiàn)圖..82

51、 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)的工作方式見(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，（緩沖器有數(shù)據(jù)時(shí)..BF 為高電平）。 AS

52、TB（ BSTB）： A 口（ B 口）設(shè)備選通信號(hào)輸入線，低電平有效。 在..ALT1?ALT4的不同方式下，A 口、B 口及..C 口的各位工作方式如下： 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，PC3?PC5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..BINT

53、R，PC4 為..BBF，PC5 為..BSTB。 畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. 定義端口 .. A 0: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)，溢出后按新的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 .. C 00: 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

54、.. 10: ALT3，A 口選通輸入輸出，..B 口基本輸入輸出.. PC0: AINTR PC1: ABF PC2: ASTB PC3?PC5:輸入輸出.. PC0: AINTR PC1: ABF PC2: ASTB PC3: BINTR PC4: BBF PC5: 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)器的當(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

55、為狀態(tài)寄 存 器，讀出的是當(dāng)前..I/O 口和定時(shí)器的狀態(tài)，而寫(xiě)該地址時(shí)，則作為命令寄存器 對(duì) I/O 口工作方式的選擇。 8.2.8 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)器的格式、輸 出 波形見(jiàn)圖..8.5。 由上圖可見(jiàn)，定時(shí)器的低..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)

56、 器的低..8位和高..6位，定時(shí)器方式..M）04H，05H。計(jì)數(shù)常數(shù)在..002H~3FFF 之間。 計(jì)數(shù)器的起動(dòng)和停止由命令寄存器的最高兩位 ..TM2和..TM1決定。但何時(shí)讀都 可以 置定時(shí)器的長(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)器的工作方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. x A 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)到 指定長(zhǎng)度置“ 1 ”，讀狀態(tài)后清“ 0” 圖..8.4狀

57、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支持的存儲(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-7F

58、FFH1#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-E0FFH 23 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：..E105H 2#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-0A0FFH M /IO = 1 時(shí)，端口地址：控制口： .. 0A00H ;

59、PA 口： .. 0A01H ; PB 口： .. 0A02H ;.. PC 口： .. 0A03H ; 定時(shí)器低八位：..0A04H ;定時(shí)器高八位：..0A05H 8.3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?；驎和r(shí)，接下該鍵程序繼續(xù)執(zhí)行。用 ..M00實(shí)行 軟

60、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)存中的隨機(jī)數(shù)。 對(duì)中心鍵 鉬絲自動(dòng)找準(zhǔn)預(yù)定的中心位置..（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“ ..X、丫、Z、I、J、W”。編輯 鍵三 個(gè)：..DEL/INS —?jiǎng)h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，COP

61、Y—程序段復(fù)制，..IDX —可設(shè) 疋 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)。 832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。.. PAO— PA4為行線，..PC0-PC5為列線。A 口為輸出口，.. C 口為輸入口，按 鍵盤(pán)列 線，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 掃描法和線翻轉(zhuǎn)法。本設(shè)計(jì)采用掃描法。其原理是：一條列線為低電平，若此列 線上已閉合鍵，則各行線狀態(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)

62、計(jì).. 定義各行首鍵號(hào)為..OOH、06H、OCH、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)..OOH- 09H OAH OBH OCH ODH OEH OFH 10H 11H 12H 1E 功能..O— 9 —.. LF % N G M F S X 鍵號(hào)..13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H 1AH 1BH 1CH 1DH 1F 功能.. I DEL COPY ZOOM DISP IDX 紙帶 穿孔 單步回零運(yùn)行..SHIFT W 全"1" (.. 3FH)送..C 口

63、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 0500H SCAN:MOV A,#OOH MOV DPTR, #E10

64、1H MOVX @DPTR, A MOV A #3FH MOV DDPTR, #E103H MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #E102H MOVX A, @DPTR ANL A, #1FH CJNE3 A, #1FH, NEXT1 SJMP NEXT4 畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. NEXT1: ACALL DS20ms CLR C MOV R2, #00H MOV R1, #01H LOOP: INC DPTR MOV A,R1 MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #8002H MOVX A, @DPTR ANL A, #1FH CJNE A, #1FH, NEXT2 SJMP NEXT3 NEXT2: INC R2 CJNE R2, #01H, NEXT4 MOV R4, A MOV A,R1 MOV R3,A NEXT3: MOV A,R1 RLC A MOV R1,A CJNE A,#40H, LOOP AJMP KCODE NEXT4:CLR A RET END 求鍵值子程序.. ORG 0560HKCODE: .. MOV R 1，.. #00HMOV A， CLR CLOOP: RRC A JZ NEXT1 INC R1 SJMP LOOP