×數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)

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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：激光切割地適用對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)械平臺地選擇及其強(qiáng)度分析；以步進(jìn) 電機(jī)為進(jìn)給驅(qū)動地驅(qū)動系統(tǒng)及其傳動機(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

2、工作臺,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，也請加我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)地應(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工作臺及Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2.1 XY工作臺地設(shè)計(jì) 4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 4 2.1.2 XY工作臺部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析 4 初步確

3、定XY工作臺尺寸及估算重量 4 2.2 Z軸升降平臺設(shè)計(jì) 5 第三章滾珠絲杠傳動系統(tǒng)地設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3.1滾珠絲杠副導(dǎo)程地確定 7 3.2滾珠絲杠副地傳動效率 7 第四章直線滾動導(dǎo)軌地選型 9 第五章步進(jìn)電機(jī)及其傳動機(jī)構(gòu)地確定 11 5.1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)上起動力矩地近似計(jì)算 11 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 12 5.2齒輪傳動機(jī)構(gòu)地確定 12 傳動比地確定 12 522齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)地確定 12 5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載地計(jì)算 13 第六章傳動系統(tǒng)剛度地確定 15 6.1根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行地條件

4、來確定傳動系統(tǒng)地剛度 15 6.2根據(jù)微量進(jìn)給地靈敏度來確定傳動系統(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 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)最重大地科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學(xué) 家地高度重視. 197

5、1 年 11月,美國通用汽車公司率先使用一臺 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，世界各國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)效益和社會效 益.如今在中國,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，國家也將其列為 “九五”攻關(guān)

6、 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.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 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. 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

7、 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)，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命. 激光切割地適用對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)對象是 XY工作臺部件及 89C51單片機(jī)控制原理

8、圖?而對激光切割機(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 XY 工作臺地縱.橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 0.001mm/ pluse工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲 杠副.滾動直線導(dǎo)軌副.步進(jìn)電機(jī).工作臺等.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主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,由 I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動 器，來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給.其原 理示意圖 1.1. X向工作臺 丫向工作臺 圖 1.1系統(tǒng)總體原理圖

9、微機(jī)控制線路圖參考 MCS — 51系列單片機(jī)控制 XY工作臺線路圖. 步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE株式會社地產(chǎn)品樣本選取,以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度 同時(shí)驅(qū)動器也選用 RORZE地配套驅(qū)動器產(chǎn)品. 滾珠絲杠地生產(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 ,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，性價(jià)比大大超過了 .. Z80.比較后選用

10、..89C51為主 芯片.在使用過程中..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..200~450ns.89C51地讀取 時(shí) 間應(yīng)大于..ROM要求地讀取時(shí)間…89C51地讀寫時(shí)間約為..4T,則..TR = 660ns,.. TW=800ns,常用..RAM讀寫時(shí)間為..200ns左右，均滿足要求.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，為簡化電路采

11、用..LED顯 示器.鍵盤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，它剛一問世就引起了材料科學(xué) 家地高度重視. 1971 年 11月,美國通用汽車公司率先使用一臺 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，世界各國投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器.激光加工設(shè)備和激光加工對材 料學(xué)地研究，促

12、使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大地經(jīng)濟(jì)效益和社會效 益.如今在中國,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.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)

13、地光學(xué)系統(tǒng)以及高精度與自動 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. 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)，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命. 激光切割地適用對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

14、設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺單片機(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)對象是 XY工作臺部件及 89C51單片機(jī)控制原理圖?而對激光切割機(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 XY 工作臺地縱.橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 0.001mm/ pluse工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲 杠副.滾動直線導(dǎo)軌副.步進(jìn)電機(jī).工作臺等.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主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理,由 I/O接口輸出控制

15、信號給驅(qū)動 器，來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給.其原 理示意圖 1.1. X向工作臺 控 制 器 驅(qū) 動 器 驅(qū) 動 器 步進(jìn) 電機(jī) 步進(jìn) 電機(jī) 丫向工作臺 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工作臺線路圖. 步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE株式會社地產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度 J 同時(shí)驅(qū)動器也選用 RORZE地配套驅(qū)動器產(chǎn)品. 滾珠絲杠地生產(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 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

16、后 選用南京工藝裝備廠地 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，性價(jià)比大大超過了 Z80.比較后選用 89C51為主 芯片.在使用過程中 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 200~450ns.89C51 地讀取時(shí) 間應(yīng)大

17、于 ROM要求地讀取時(shí)間. 89C51地讀寫時(shí)間約為 4T,則 TR = 660ns, TW=800ns,常用 RAM讀寫時(shí)間為 200ns左右,均滿足要求.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，為簡化電路采用 LED顯 示器.鍵盤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工作臺及..Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).. 2機(jī)械部分XY工作臺及Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 XY工作臺地設(shè)計(jì) 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 本設(shè)計(jì)地..XY工作臺地參數(shù)定為： ① 工作臺行程：橫向..320mm縱向..450mm

18、② 工作臺最大尺寸(長x寬x高)：..1100X 900x 300mm ③ 工作臺最大承載重量：..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) 為在加工過程中沒有外力負(fù)載作用.其切削力為零. XY工作臺部件由工作臺.中間滑臺.底座等零部件組成，各自之間均以滾動 直線導(dǎo)軌副相聯(lián)，以保證相對運(yùn)動精度. 設(shè)下底座地傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即..X向，上導(dǎo)軌

19、為縱向傳動系統(tǒng)，即 丫向. 一般來說，數(shù)控切割機(jī)床地滾動直線導(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摩擦不能忽略，這些摩擦力矩會影響電機(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)載波動應(yīng)控制在很小地范圍 初步確定XY工作臺尺寸及估算重量 初定工作臺尺寸(長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

20、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工作臺及..Z軸地基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).. 2.2 Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 激光切割機(jī)對..Z軸隨動機(jī)構(gòu)要求非常高.在切割中需隨時(shí)檢測和控制切割表 面地不平度，通過伺服電機(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軸地檢測精度高于..0.010mm：同時(shí)，隨動速度應(yīng)大于..5m/min. 隨動速度太快會造成切割頭

21、上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上地現(xiàn)象.目前. 對加工板材地檢測主要有電容.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)動檢測過程中不發(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 外位移傳感器對加工材料地反射率很敏感，僅適用于一些特殊場合地切割加工 （如強(qiáng)磁場.強(qiáng)干擾環(huán)境）.所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測精度和對切割材料 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，如自動調(diào)整激光噴嘴距離.自動清潔 噴嘴.同軸噴水機(jī)構(gòu).切割頭轉(zhuǎn)動.切割嘴擺動等.這些功能機(jī)構(gòu)地增加，不可

22、避免地增加了切割頭地重量，成切割頭地動態(tài)性能不好，隨動機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏. 一般來說,普通數(shù)控激光切割機(jī)..Z軸拖動重量在..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 直線導(dǎo)軌 5 反光鏡 切割頭 圖..2.1 Z軸隨動機(jī)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)3滾珠絲桿傳動設(shè)計(jì)地設(shè)計(jì)計(jì)算.. 3滾珠絲杠傳動系統(tǒng)

23、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，具體型號如下：.. X 向：FFZD 2504-3/490X 500 Y 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=0 W——工件重量加工作臺重量 W=2301N

24、 U——滾動導(dǎo)軌上地滾動摩擦系數(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滾珠絲杠副地傳動效率 滾珠絲杠副地傳動效率為： h= tg y/ tg （yr+'）式（3.2） 式中書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' ,.

25、. tgp / .. =0.0025; 因?yàn)闀?.=arctg （Ph/n d）式（..3.3） 式中:Ph—導(dǎo)程,..4mm d 絲杠公稱直徑,..25mm 則根據(jù)式（?? 3.3）： 畢業(yè)設(shè)計(jì)3滾珠絲桿傳動設(shè)計(jì)地設(shè)計(jì)計(jì)算.. 書=..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/ 齒圈材料錫青銅無錫青銅灰鑄鐵 齒面硬度..HRC>45其它..HRC> 45 HRC>45其它 相對速度u S 畢業(yè)設(shè)計(jì)4直線滾動導(dǎo)軌地選型.. 4直線滾動導(dǎo)軌地選型 導(dǎo)軌主要分為滾動導(dǎo)軌和滑動導(dǎo)軌兩種，直線滾動導(dǎo)軌在數(shù)

26、控機(jī)床中有廣 泛地應(yīng)用.相對普通機(jī)床所用地滑動導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面地優(yōu)點(diǎn)： ① 定位精度高 直線滾動導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導(dǎo)軌地..1/50由于動摩擦與靜摩擦 系數(shù)相差很小，運(yùn)動靈活，可使驅(qū)動扭矩減少..90%,因此,可將機(jī)床定位精度設(shè) 定到超微米級. ② 降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動導(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.停止 地往復(fù)運(yùn)動，可使所需地動力源及動力傳遞機(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. ③ 可提高機(jī)床地運(yùn)動速度 直線滾動導(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，提高 機(jī)床地工作效

27、率..20?30%. ④ 可長期維持機(jī)床地高精度 對于滑動導(dǎo)軌面地流體潤滑，由于油膜地浮動，產(chǎn)生地運(yùn)動精度地誤差是無 法避免地.在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(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，滾動接觸由于摩擦耗能小?滾動面地摩擦損耗也相應(yīng)減少 ，故能使直線 滾動導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài).同時(shí)，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況 下只需脂潤滑就足夠了 ，這使得在機(jī)床地潤滑系統(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：開式直線滾動導(dǎo)軌.參照南京工藝裝備廠地產(chǎn)品 系列. 型號：選用..GGB型四方

28、向等載荷型滾動直線導(dǎo)軌副，如圖..4.1. 具體型號：..X 向選用..GGB20BA2P,2 500-4 丫 向選用..GGB20AB2P,2 1100-4 圖..4.1直線滾動導(dǎo)軌 8 畢業(yè)設(shè)計(jì)5步進(jìn)電機(jī)及其傳動機(jī)構(gòu)地確定.. 5步進(jìn)電機(jī)及其傳動機(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)上起動力矩地近似計(jì)算 電機(jī)起動力矩：.. 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

29、： 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 — 0.3 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為軸承地預(yù)緊力，軸承型號為..6004輕系列，預(yù)緊力為..Fao 2= 130N.故 根據(jù)式（5.3）:.. M2=0.09

30、8 N m 齒輪傳動比公式為：i= ? X P h /（360X s p）,故步進(jìn)電機(jī)輸出軸上起動矩 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

31、=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.. 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)動慣量為..235g/cm2 5.2齒輪傳動機(jī)構(gòu)地確定 傳動比地確定 要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量..I卩m/STEP地設(shè)計(jì)要求，必須通過齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，其 傳動比為：.. i = f ' Ph /（360 ' d p ）式（5.5） 式中： Ph—

32、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 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)地確定 ① 齒輪類型：選擇直齒加工方便. ② 模數(shù)選擇：本工作臺負(fù)載相當(dāng)輕..,參考同類型地機(jī)床后，選擇..m= 1齒輪傳動 側(cè) 隙地消除. ③ 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. ④ 齒輪材料及熱處理

33、： 小齒輪..Z1采用..40Cr,齒面高頻淬火..; 大齒輪..Z2采用..45號鋼，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)地慣量對運(yùn)動 特性有直接地影響.不但對加速能力.加速時(shí)驅(qū)動力矩及動態(tài)地快速反應(yīng)有關(guān)， 在開環(huán)系統(tǒng)中對運(yùn)動地平穩(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：

34、J D為整個(gè)傳動系統(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)動慣量..e J1為齒輪..Z l地轉(zhuǎn)動慣量.. J2為齒輪..Z 2地轉(zhuǎn)動慣量.. J3為齒輪..Z 3地轉(zhuǎn)動慣量.. mn為系統(tǒng)工作臺質(zhì)量 Vm為工作臺地最大移動速率.. 3 D為折算成單軸系統(tǒng)電動機(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.

35、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)動慣量 . 12 畢業(yè)設(shè)計(jì)6傳動系統(tǒng)剛度地討論.. 6傳動系統(tǒng)剛度地分析 激光切割機(jī)..XY工作臺其實(shí)為一進(jìn)給傳動系統(tǒng)，其傳動系統(tǒng)地剛度可根據(jù)不 出現(xiàn)摩擦

36、自振或保證微量進(jìn)給靈敏度地條件來確定 . 6.1根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行地條件來確定傳動系統(tǒng)地剛度 傳動系統(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 對滾珠絲杠傳動，其變形主要包括： ① 絲杠拉壓變形 ② 扭轉(zhuǎn)變形 ③ 絲杠和螺母地螺紋接觸變形及螺母座地變形 . ④ 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

37、=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 傳動系統(tǒng)剛度較大，可以滿足要求. 6.2根據(jù)微量進(jìn)給地靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度 此時(shí)傳動系統(tǒng)地剛度應(yīng)滿足：.. K△> F0/△式（6.2） 式中：K △—傳動系統(tǒng)當(dāng)量剛度.. F0—部件運(yùn)動時(shí)地靜摩擦力 N —正壓力，N=W/g=230kgf F —靜摩擦系數(shù)，取 △..—部件調(diào)整時(shí)，所需地最小進(jìn)給量 則：.. F0=230X).004=0.92KGF 畢業(yè)設(shè)計(jì)6傳動系統(tǒng)剛度地討論 A=0.5 S p=0.

38、5 卩 m/STEP 即滿足微量進(jìn)給要求地傳動系統(tǒng)剛度為： K△> F0/A = 0.92/0.5= 1.84Kgf/mm 結(jié)合上述傳動系統(tǒng)剛度地討論可知滿足微量進(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副來達(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)間隙會造成進(jìn)給系統(tǒng)地反向動作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤 差甚至是輪廓誤差. 對閉環(huán)系統(tǒng)來說，齒側(cè)

39、間隙也會影響系統(tǒng)地穩(wěn)定性.因此，齒輪傳動副常采 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 地方法針對不同類型地齒輪傳動副有不同地方法 . 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地軸向相對位 置，從而消除齒側(cè)間隙. 圖 7.2錐度

40、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，每片齒輪各開有兩條周向通槽，在齒輪地端面上裝有短柱 3, 用來安裝彈簧 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. 對比三種方案： 第一種需要經(jīng)常地調(diào)整，對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)

41、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.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)方案地要求，可以看出：對機(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，這里采用地是開環(huán)控制系統(tǒng)，可以

42、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)備才能對相應(yīng)地運(yùn)動進(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 器 存 儲 器 擴(kuò) 展 驅(qū)動器 鍵盤顯示器 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芯片在性價(jià)比上比同類單片機(jī)高 加上..8031.8051市場上已經(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： ① 控制線..E

43、A――片外存儲器選擇端,雖然..89C51內(nèi)有..4K地..FLASH,但為了 方便接線和各程序地存放，故不使用內(nèi)部程序存儲器，這樣..EA接地，從外部程 序存儲器讀取指令… ② PSEN――外部程序存儲器選通端，以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲器? ③ ALE――地址鎖存控制端，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE控制..P 0 口輸出地低八位地址送 鎖存器儲存，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. ④ RESET――復(fù)位端，當(dāng)輸入地復(fù)位信號延續(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)

44、8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. ⑤ 89C51中..I/O 口地介紹.. P0 口 一一外接存儲器時(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——用戶使用地..I/O 口；.. P2 口——外接存儲器時(shí)，作擴(kuò)展電路高八位地地址總線；.. P3 口——雙重功能口；.. PO— P3 口均為八位雙向口 .P 0 口可驅(qū)動..8個(gè)..TTL門電路,P — P3 口只能 驅(qū)動四個(gè)..TTL門電路. 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)電路；使 用外部時(shí)鐘時(shí)，接外部時(shí)鐘脈沖信號. 89C51三總線結(jié)構(gòu)： 地址總線..AB――地址總線為..16

45、位,外部存儲器直接尋址范圍為..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 組成. 8.2.3 EPROM 地選用 為簡化電路，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. 2764芯片主要引腳功能： ① A0

46、—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.. ④ PGM編程控制信號，用于引入編程脈沖.. ⑤ CE片選信號 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多片..2764寫入不同程序而設(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

47、統(tǒng)設(shè)計(jì).. 824 RAM地選用 數(shù)據(jù)存儲器..RAM通常采用..MOS型,MOS型..RAM分靜態(tài).動態(tài)兩種.動態(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,對環(huán)境.結(jié)構(gòu)?電摞等都有較高地要求?對實(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：.. ① A0—A1213位地址線 ② IO1 — IO7數(shù)據(jù)輸入輸出線 ③ OE數(shù)據(jù)輸出允許信號.. ④ WE寫選通信號.. ⑤ CE片選信號 6264主要工作方式： ① 讀方式一一..OE及CE為低電平,..

48、WE為高電平時(shí),6264將數(shù)據(jù)輸出到指 定地址. ② 寫方式一一..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)，該芯片沒被選通，不工作. 8.2.5 89C51存儲器及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應(yīng)地軟件命令來加以改變地接 口芯片?這類芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由..CPU對其編 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)存儲器與

49、單片機(jī)聯(lián)接，主要是通過三總線聯(lián)接?應(yīng)考慮總線地驅(qū)動能力 是否足夠存儲器..2764.6264存儲量均為..8K,需..13位地址進(jìn)行存儲單元選擇， 將..A 0-A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對應(yīng)聯(lián)接，將..A 8- A 13腳與..89C51 地..P 2 口.. 相聯(lián)接，其余地址線經(jīng)..P 2.5-P2.7經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號?數(shù)據(jù)線聯(lián)接將 存儲 器數(shù)據(jù)輸出端..D 0 — D l與..89C51P0 口聯(lián)接.控制線..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 對外部.

50、.RAM進(jìn)行讀/寫. ⑵8155許多信號與..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..ALE 與..89C51ALE相聯(lián).片選信號..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,此時(shí)對..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 8155I/O工作方式選擇通過對..8155內(nèi)

51、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應(yīng)地工作方式見下圖..8.3. 8155I/O有四種工作方式,即..ALT 1,ALT 2,ALT 3,ALT 4.其中各符號說明如下： AINTR : A 口中斷，請求輸入信號，高電平有效. BINTR : B 口中斷，請求輸入信號，高電平有效. ABF（ BBF）： A 口（ B 口）緩沖器滿狀態(tài)標(biāo)志輸出線,（緩沖器有數(shù)據(jù)時(shí)..BF 為高電平）. ASTB（ BSTB）： A 口（ B 口）設(shè)備選通信號輸入線，低電平有效. 在..ALT1?ALT4地不同方式下,A 口 .B 口及..C 口地各位工作方式如下： AL

52、T1 : 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..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 .. A 0:輸入.. 00：空操作..0:禁止..A 口中斷

53、..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 長度后立即啟動計(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.. 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..

54、 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 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，命令寄存器只能寫入不能讀出，而 狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入.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)，而寫該地址時(shí)，則作為命令寄存器對 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).

55、.14位減法計(jì)數(shù)器，可對輸入脈沖進(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，輸出各種信號脈沖波形.定時(shí)器地格式.輸出 波形見圖..8.5. 由上圖可見，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..002H~3FFF之間. 計(jì)數(shù)器地起動和停止由命令寄存器地最高兩位 ..TM2和..TM1決定.但何時(shí)

56、讀都 可以 置定時(shí)器地長度和工作方式，然后必須將起動命令寫入命令寄存器.既使計(jì)數(shù)器 已經(jīng)計(jì)數(shù)，在寫入起動命令后，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).. x A 口中斷標(biāo)志請求 A 口緩沖器滿空標(biāo)志 A 口中斷允許標(biāo)志 B 口中斷標(biāo)志請求.. B 口緩沖器滿空標(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

57、址分配 89C51支持地存儲芯片，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器單獨(dú)編址，EPROM與..RAM 地址分配較為自由，不必考慮會發(fā)生沖突，因..89C51復(fù)位后，從..0000H開始,內(nèi)部 程序存儲器空間為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-E0FFH 23 畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. M/IO

58、 = 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 ; 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鍵盤設(shè)計(jì) 鍵盤

59、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). 對中心鍵一一鉬絲自動找準(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“一”，程

60、序開始字“ ..%”，程序 段結(jié)束字“ ..LF”，序號字“ ..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)行一加工開始確認(rèn). 鍵盤程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)米用非編碼式矩陣式鍵盤,..1#8155為鍵盤接口，按五行六列布線

61、... PAO— PA4為行線,..PC0-PC5為列線.A 口為輸出口 ,.. C 口為輸入口，按鍵盤列 線,每個(gè)鍵對應(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.列號求得閉合鍵鍵碼? 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. 定義各行首鍵號為..00H.06H.0CH.12H.18H,鍵碼..二行號+列號.鍵號鍵功 能對應(yīng)表..8.1 表..8.1鍵號鍵功能對應(yīng) 鍵號..00H- 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H

62、 12H 1E 功能..0— 9 —.. LF % N G M F S X 鍵號..13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H 1AH 1BH 1CH 1DH 1F 功能.. I J DEL COPY ZOOM DISP IDX 紙帶 穿孔 單步回零運(yùn)行..SHIFT W 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 對口行掃描 延時(shí)..20抖動竄鍵標(biāo)志送 有鍵按下 (列值=3) 圖..8.6鍵盤

63、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 行序號加?? 1 鍵值計(jì)數(shù)器加..1送 行序號初值..0送 行值右移一位 行值 行序號左移四位 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 鍵盤掃描子程序 ORG 0500H SCAN:MOV A,#OOH MOV DPTR, #E101H MOVX @DPTR, A MOV A #3FH MOV DDPTR, #E103H MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #E102H MOVX A, @DPTR ANL A, #1FH CJNE3 A, #1

64、FH, 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 R

65、LC 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, R 3 CLR CLOOP: RRC A JZ NEXT1 INC R1 SJMP LOOP 畢業(yè)設(shè)計(jì)8數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).. NEXT1 : MOV A, R 1 SWAP A MOV R1,A MOV A, R 4 ANL A, #OFH ORL A, R 1 MOV B, A MOV DPTR, #KTAB MOV R0, #0

66、0H CLR A REPE: MOVC A,@A+DPTR CJNE A, B,NEXT2 SJMP RESV NEXT2:INC R0 MOV A, R0 SJMP REPE RESV: MOV A, R0 RET KTAB:DB 0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27H DB 2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DH DEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EH DB 23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DH DB 5FH,57H,5BH,5DH END 8.4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.采用控制簡單，價(jià)格低廉 地..LED顯示器.因數(shù)控程序較長，顯示數(shù)據(jù)較多，一次把整條指令內(nèi)容全顯示 出來很不經(jīng)濟(jì).采用段顯示法,即依次顯示..X.Y」J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.