LOM型快速成型機(jī)設(shè)計(jì)

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LOM 型快速成型機(jī)設(shè)計(jì)前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學(xué)習(xí)階段,是深化、拓寬、綜合教和學(xué)的重要過程,是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)知識(shí)的全面總結(jié)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為《LOM 型快速成型機(jī)設(shè)計(jì)》，設(shè)計(jì)中我主要完成熱碾壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)及原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)前期，我溫習(xí)了《材料力學(xué)》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等教材中的知識(shí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，我們通過所學(xué)的基本理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能進(jìn)行基本計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。遇到困難時(shí)通過在圖書館查閱相關(guān)資料，同學(xué)幫助，還有老師的耐心指導(dǎo)，最后所有困難迎刃而解。在畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)手稿的電子排版整理，并得到老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，在此我表示衷心的感謝。畢業(yè)設(shè)計(jì)的三個(gè)月里，在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過資料查閱、設(shè)計(jì)計(jì)算、說明書撰寫以及外文的翻譯，使我加深了對(duì)理論知識(shí)、規(guī)程、手冊(cè)等相關(guān)內(nèi)容的理解，鞏固了專業(yè)知識(shí)，提高了綜合分析、解決問題的能力。在繪圖時(shí)熟練掌握了各種制圖軟件。以上所有這些從不同方面達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算工作量很大，在計(jì)算過程中以手算為主，輔以一些計(jì)算軟件的校正。由于自己水平有限，難免有不妥和疏漏之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。全套圖紙加 153893706Rapid forming machine of LOM typeThe Rapid forming machine Using for design verification and prototyping in a high price has been designers and managers accepted. Rapid prototyping is a new forming process that can be classified as layer—layermaterial addition in manufacturing .Rapid prototyping process produce parts layer by layer directly from 3D CAD models. In the recent ten years ，Rapid Prototyping Technology Based on discrete-accumulation principle,，Highly flexible manufacturing thought has been widely applied in business。Global manufacturers are using RP technology to simplify the product development process, improve the production efficiency, enhance the competitiveness of their products.Based on the idea education in order to practice, The school leads the student to carry on the mechanical design, The graduation design I mainly complete LOM type fast molding machine, hot rolling mechanism design, control system, material, storage and transfer feedKeywords: laminated object manufacturing Rapid Prototyping Technologyhot rolling institutions control system摘要LOM 型快速成形機(jī)用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證和制作原型的高價(jià)位快速成形機(jī)已被設(shè)計(jì)者和管理者們接受.快速成型是一種新型成型過程，可以對(duì)材料層層添加制造。生產(chǎn)配件的快速成型過程是直接來自三位 CAD 的層層建模?？焖俪尚图夹g(shù)產(chǎn)生十幾年來，基于離散-堆積原理，具有高度柔性的制造思想已被企業(yè)界廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用整從最初的設(shè)計(jì)原型制造向最終產(chǎn)品制造方向發(fā)展。全球范圍的廠家紛紛采用 RP 技術(shù)來簡(jiǎn)化產(chǎn)品開發(fā)過程，提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力?；诮逃鶎W(xué)為了實(shí)踐應(yīng)用的理念，學(xué)校帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我主要完成 LOM 型快速成型機(jī)種熱碾壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)，材料存儲(chǔ)及送料機(jī)構(gòu)。關(guān)鍵詞：LOM 快速成型技術(shù)，熱碾壓機(jī)構(gòu) 控制系統(tǒng)目錄前言第 1 章 緒論……………………………………………… (4) 1．1 概述………………………………………………………(4)1．2 快速成形的原理…………………………………………(4)1．3 快速成形的特性…………………………………………(5)1．4 快速成形的歷史和發(fā)展…………………………………(6)第 2 章 LOM 型快速成形機(jī)設(shè)計(jì)………………………… (8)2．1 概述…………………………………………………………(8)2．4 原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算…………………（25）2．5 熱粘壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算………………………………（27）第 3 章 硬件控制電路設(shè)計(jì)………………………………… （24）第 4 章 快速成形的效益和應(yīng)用…………………………… （26）總結(jié) …………………………………………………… （30）感謝 …………………………………………………… （31）參考文獻(xiàn)…………………………………………………… （32）前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學(xué)習(xí)階段,是深化、拓寬、綜合教和學(xué)的重要過程,是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)知識(shí)的全面總結(jié)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為《LOM 型快速成型機(jī)設(shè)計(jì)》，設(shè)計(jì)中我主要完成熱碾壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)及原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)前期，我溫習(xí)了《材料力學(xué)》、《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等教材中的知識(shí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，我們通過所學(xué)的基本理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能進(jìn)行基本計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。遇到困難時(shí)通過在圖書館查閱相關(guān)資料，同學(xué)幫助，還有老師的耐心指導(dǎo)，最后所有困難迎刃而解。在畢業(yè)設(shè)計(jì)后期，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)手稿的電子排版整理，并得到老師的審批和指正，使我圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，在此我表示衷心的感謝。畢業(yè)設(shè)計(jì)的三個(gè)月里，在指導(dǎo)老師的幫助下，經(jīng)過資料查閱、設(shè)計(jì)計(jì)算、說明書撰寫以及外文的翻譯，使我加深了對(duì)理論知識(shí)、規(guī)程、手冊(cè)等相關(guān)內(nèi)容的理解，鞏固了專業(yè)知識(shí)，提高了綜合分析、解決問題的能力。在繪圖時(shí)熟練掌握了各種制圖軟件。以上所有這些從不同方面達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算工作量很大，在計(jì)算過程中以手算為主，輔以一些計(jì)算軟件的校正。由于自己水平有限，難免有不妥和疏漏之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。第 1 章 緒論1.1 概述長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 7 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊快速成形技術(shù)（Rapid Prototyping,簡(jiǎn)稱 RP）20 世紀(jì) 80 年發(fā)展起來的一種高新技術(shù)，它從成形原理上提出一個(gè)分層制造、逐層疊加成形的全新思維模式，即將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，依據(jù)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工件三維設(shè)計(jì)模型、對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓信息，快速成形機(jī)的成形頭按照這些信息在控制系統(tǒng)的控制下，選擇性地固化或切割一層層的成形材料，形成各個(gè)截面輪廓，并逐步順序疊加成三維工件。它綜合了機(jī)械工程、CAD 、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及材料科學(xué)技術(shù)，可以自動(dòng)、直接、快速精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而大大縮短產(chǎn)品的研制周期。因而，被認(rèn)為是近 20 年來制造領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。影響力與數(shù)控技術(shù)相當(dāng)。快速成形技術(shù)的全過程可以簡(jiǎn)單描述為分層/疊加或者離散 /堆積。一個(gè)復(fù)雜的實(shí)體零件，可以認(rèn)為是由一些具有物質(zhì)的點(diǎn)、線、面疊加而成的。從 CAD 模型中獲得這些點(diǎn)、線、面的幾何信息（離散） ，把它與成形參數(shù)信息結(jié)合，轉(zhuǎn)換為控制成形機(jī)工作的 NC 碼，控制材料有規(guī)律地、精確地疊加起來（堆積） ，從而構(gòu)成三維實(shí)體零件。這種制造方法又叫做自由制造 FFF（Free Form Fabrication)。通過離散獲得每一層面的制造信息和堆積的順序，通過堆積將材料構(gòu)成三維實(shí)體。快速成形與傳統(tǒng)制造方法的區(qū)別如圖 1-1 所示。快速成形制造方法主要是制造樣品，也就是將設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)模型迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的、看得見、摸得著的三維實(shí)體。主要應(yīng)用于新產(chǎn)品的快速開發(fā)。圖 1-11.2 快速成形技術(shù)的發(fā)展：1892 年，美國(guó) Blanther 在他的專利（#473901）中建議用分層制造構(gòu)成地形圖1902 年，美國(guó) Carlo Baese 在他的專利（#774549）中提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理我國(guó)在 90 年代有武漢華中科技大學(xué)快速制造中心、西安交大先進(jìn)制造技術(shù)研究所、北京殷華實(shí)業(yè)有限公司、陜西省激光快速巨型與模具制造工程研究中心等在快速成形工藝研究、設(shè)備開發(fā)、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、新材料的研發(fā)等 方面做了大量有成長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 8 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊效的工作。1.3 快速成形的基本思路：CAD 模型建立 —— STC 文件生成 —— 分層切片—— 快速堆積成形快速成形的分類：光敏樹脂液相固化成形、選擇性激光粉末燒結(jié)成形、薄片分層疊加成形和熔絲堆積成形等 4 種。光敏樹脂液相固化成形（SL-Stereo Lithography,又稱光固化立體造型或立體光刻）最早由 Charles Hul 發(fā)明并于 1984 年獲得專利，1988 年美國(guó) 3D 系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺(tái)快速成形機(jī)。其基本原理：SL 工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作。這種液態(tài)材料在一定波長(zhǎng)和功率的紫外線的照射下能迅速發(fā)生光聚合反應(yīng)，相對(duì) 分子量急劇增大，材料也由液態(tài)變成固態(tài)1.4 快速成形特點(diǎn)：1、快速性 通過 STL 格式文件、RPM 系統(tǒng)，幾乎可以與所有的 CAD 造型系統(tǒng)無縫連接，從CAD 模型到完成原型制作通常只需幾小時(shí)到幾十小時(shí)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的快速閉環(huán)反饋。2、高度柔性快速成形系統(tǒng)是真正的數(shù)字化制造系統(tǒng)，它取消了工裝夾具，系統(tǒng)不作任何改變和調(diào)整，僅需改變 CAD 模型，重新調(diào)整和設(shè)置參數(shù)即可生產(chǎn)出不同形狀的零件模型，特別適合新產(chǎn)品或單件小批量生產(chǎn)。3、與復(fù)雜程度無關(guān)零件制造周期和制造成本與零件的形狀和復(fù)雜度無關(guān)，而只與其凈體積有關(guān)。4、設(shè)計(jì)制造一休化用重復(fù)的三維掃描成形復(fù)雜的三維零件，避免了數(shù)控加工的復(fù)雜編程步驟。從根本長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 9 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊上克服了 CAD/CAM 集成時(shí) CAPP 這一瓶頸問題，從而實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和程序化。5、材料的廣泛性快速成形技術(shù)可以制造樹脂類、塑料類原型，還可以制造出紙類、石蠟類、復(fù)合材料以及金屬材料和陶瓷材料的原型1.5 快速成形的經(jīng)濟(jì)效益以及發(fā)展方向：1.縮短產(chǎn)品加工時(shí)間 2增加使構(gòu)想具體化能力 3降低原型生產(chǎn)周期 4降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的發(fā)生及所花費(fèi)成本 5. 增加在設(shè)計(jì)過程中了解產(chǎn)品機(jī)械特性的能力 目前國(guó)內(nèi)外快速成型的研究、開發(fā)的重點(diǎn)是快速成型技術(shù)的基本理論、新的快速成型方法、新材料的開發(fā)、模具制作技術(shù)、金屬零件的直接制造、生物技術(shù)與工程的開發(fā)與應(yīng)用等。另外，還要追求 RPM(快速成型制造)的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性，使 RPM 設(shè)備的安裝使用外設(shè)化，操作智能化 ;使 RPM 設(shè)備的安裝和使用變得非常簡(jiǎn)單，不需專門的操作人員。RP 技術(shù)雖然有其巨大的優(yōu)越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能較差，成型機(jī)的價(jià)格較高，運(yùn)行制作的成本高等，所以在一定程度上成為該技術(shù)的推廣普及的瓶頸。從目前國(guó)內(nèi)外 RP 技術(shù)的研究和應(yīng)用狀況來看，快速成型技術(shù)的進(jìn)一步研究和開發(fā)的方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）大力改善現(xiàn)行快速成型制作機(jī)的制作精度、可靠性和制作能力，提高生產(chǎn)效率，縮短制作周期。尤其是提高成型件的表面質(zhì)量、力學(xué)和物理性能，為進(jìn)一步進(jìn)行模具加工和功能試驗(yàn)提供平臺(tái)。（2）開發(fā)性能更好的快速成型材料。材料的性能既要利于原型加工，又要具有較好的后續(xù)加工性能，還要滿足對(duì)強(qiáng)度和剛度等不同的要求。（3）提高 RP 系統(tǒng)的加工速度和開拓并行制造的工藝方法。目前即使是最快的快速成型機(jī)也難以完成象注塑和壓鑄成型的快速大批量生產(chǎn)。將來的快速成型機(jī)需要向快速和多材料的制造系統(tǒng)發(fā)展，以便可以直接面向產(chǎn)品制造。（4）開發(fā)用于快速成型的 RPM 軟件。這些軟件有快速高精度直接切片軟件，快速造型制造和后續(xù)應(yīng)用過程中的精度補(bǔ)償軟件，考慮快速成型原型制造和后續(xù)應(yīng)用的CAD 等。（5）開發(fā)新的成型能源。目前大多數(shù)成型機(jī)都是以激光作為能源，而激光系統(tǒng)的價(jià)格和維修費(fèi)用昂貴，并且傳輸效率較低。這方面也需要得到改善和發(fā)展。（6）RPM 與 CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自動(dòng)測(cè)量、逆向工程的集成一體化。該項(xiàng)技術(shù)可以大大提高新產(chǎn)品的第一次投入市場(chǎng)就十分成功的可能性，也可以快速實(shí)現(xiàn)反求工程。長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 10 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（7）研制新的快速成型方法和工藝。除了目前 SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金屬成型工藝將是以后的發(fā)展焦點(diǎn)。（8）提高網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)全球化異地協(xié)同合作。目前快速成型技術(shù)的成型工藝方法有十幾種，各種方法有自身的特點(diǎn)和實(shí)用范圍。比較成熟并已商品化的成型方法有：立體印刷成型（Stereo Lithography Apparatus,SLA)；層合實(shí)體制造（Laminated Object Manufacturing,LOM） ；選擇性激光燒結(jié)（Selected Laser Sintering,SLS)；熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling,FDM)；立體印刷成型（Stereo Lithography Apparatus,SLA)該技術(shù)以光敏樹脂為原料，采用計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光，以預(yù)定原型各分層截面。當(dāng)一層固化后，向上（或向下）移動(dòng)工作后，在剛剛固化的樹脂表面布放一層新的液態(tài)樹脂，再進(jìn)行新一層掃描固化，新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此重復(fù)至整個(gè)原型制造完畢。SLA 技術(shù)特點(diǎn)是精度高，表面質(zhì)量好，原材料利用率高，可用于制造形狀復(fù)雜、外觀精細(xì)的零件。層合實(shí)體制造（Laminated object Manufacturing,LOM)LOM 工藝將單面涂有熱溶膠的紙片通過加熱輥加熱粘接在一起，位于上方的激光器按照 CAD 分層模型所獲數(shù)據(jù)，用激光束將紙切割成所制零件的內(nèi)外輪廓，然后新的一層紙?jiān)侬B加上面通過熱壓裝置和下面已切割層粘合在一起，激光束再次切割，這樣反復(fù)逐層切割、粘合、切割……，直至整個(gè)零件模型制作完成。選擇性激光燒結(jié)（Selected Laser Sintering,SLS)SLS 法是采用滾筒將粉末鋪撒成薄薄的一層（100u —200u） ，用紅外板將粉末預(yù)熱至稍低于熔點(diǎn)溫度，然后用計(jì)算機(jī)控制激光束按原型或零件的截面形狀掃描平臺(tái)上的粉末。激光束掃描所到之處，粉末被燒結(jié)形成物理模型的組成部分，升降工作臺(tái)一個(gè)層厚，用滾筒在已燒結(jié)層上再鋪撒一層粉末，用激光束掃描燒結(jié)，依次重復(fù)逐層燒結(jié)直至琪完整原型，全部燒結(jié)后去掉多余的粉末，再進(jìn)行打磨、填于等處理便獲得零件。燒結(jié)粉末可以是塑料、金屬、陶瓷、蠟粉及其復(fù)合物等，目前成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行粘結(jié)或燒結(jié)的工藝還在實(shí)驗(yàn)階段。SLS 法特點(diǎn)是可用材料多，制造工藝簡(jiǎn)單、成本低。熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling,FDM)FDM 噴頭愛 CAD 分層數(shù)據(jù)控制使半流動(dòng)狀態(tài)的材料（ABS、蠟）從熱熔噴頭中擠壓出來，沉積在指定的位置，凝固形成輪廓形狀的薄層，每層厚度范圍在 0.125—0.762mm，一層疊一層最后形成整個(gè)零件模型。熔融擠出成型（FDM）工藝材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、PC、尼龍等，用長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 11 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造，用 ABS 制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用、近年來又開發(fā)出PC、 PC/ABS、PPSF 等更高強(qiáng)度的成形材料，使得該工藝有可能直接制造功能性零件。總結(jié)對(duì)比：成型方法成型速度原型精度制造過程制造大小使用材料立體印刷成型較快較高中等 中、小件熱固性光敏樹脂層合實(shí)體制造快 低 簡(jiǎn)單或中等中、大件紙、金屬箔帶、塑料膜選域激光燒結(jié)較慢較低復(fù)雜 中、小件石蠟、塑料、金屬、陶瓷等粉末熔融沉積造型較慢較低 中等 中、小件石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 12 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第 2 章 LOM 型快速成型機(jī)設(shè)計(jì)LOM 型快速成型機(jī)是有計(jì)算機(jī)，原材料，熱碾壓機(jī)構(gòu)，激光切割系統(tǒng)，可升降工作臺(tái)，機(jī)架和數(shù)控等組成。其中計(jì)算機(jī)用于接受和存儲(chǔ)工作的三維模型，沿模型的高度方向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)將存于其中的原材料（如底面有熱熔膠和添加劑的紙） ，逐步送至工作臺(tái)上方。熱碾壓機(jī)構(gòu)將一層層材料粘合在一起。激光切割系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)提供的橫截面輪廓線，逐一在工作臺(tái)上方的材料上切割出輪廓線，并將無輪廓線區(qū)切割成小方網(wǎng)絡(luò)，這是為了在成型之后能剔除廢料。網(wǎng)絡(luò)的大小據(jù)被成型件的復(fù)雜程度選定，網(wǎng)絡(luò)愈小，愈容易剔除廢料，但花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，否則反之?？缮倒ぷ髋_(tái)支撐正在成型的工件，并在每層成型之后，降低一個(gè)材料厚度（通常為 0.1-0.2mm） ，以便送進(jìn)，粘合和切割新的一層材料。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，使一段段的材料逐步送至工作臺(tái)的上方，然后粘合，切割，最終形成三維工件。機(jī)架是整個(gè)機(jī)器的支撐。其系統(tǒng)如圖 2.1 所示。圖 2.1 LOM 快速成型機(jī)的系統(tǒng)長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 13 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 2.1 快速成形機(jī)原理圖在 LOM 快速成形機(jī)上，截面輪廓被切割和疊合后所成的制品如下圖。其中，所需的工件被廢料小方格包圍，剔除這些小方格之后，便可得到三維工件。圖 2.2 截面輪廓被切割和疊合后所成的制品長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 14 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊LOM 工藝中的成型材料涉及三個(gè)方面的問題， 即紙、熱熔膠、和涂布工藝。紙材料的選取、熱熔膠的配置即涂布工藝的研究均要從保證最終成形零件的質(zhì)量出發(fā)，同時(shí)要考慮成本。2.2 原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算該機(jī)構(gòu)由原材料存儲(chǔ)輥，送料夾緊輥、兩根導(dǎo)向輥、余料輥、直流電動(dòng)機(jī)、摩擦輪和材料撕裂報(bào)警器組成。卷狀材料套在原材料存儲(chǔ)輥上。材料的一端經(jīng)送料夾緊輥、兩根導(dǎo)向輥、材料撕裂報(bào)警器粘于余料輥上。余料輥的輥芯與送料直流電動(dòng)機(jī)的軸芯相連。摩擦輪固定在原材料存儲(chǔ)輥的軸心上，其外圓與一帶彈簧的制動(dòng)塊相接觸產(chǎn)生一定的摩擦阻力矩，以便保證材料始終處于張緊狀態(tài)。送料時(shí)，送料直流電動(dòng)機(jī)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一定角度，克服加在摩擦輪上的阻力矩，帶動(dòng)材料向左前進(jìn)一定的距離。此距離等于所需的每層材料的送進(jìn)量，它由成形件的最大左、右尺寸和兩項(xiàng)相鄰切割輪廓之間的搭邊確定。當(dāng)某種原因偶然造成材料撕斷時(shí)，材料撕斷報(bào)警器會(huì)立即發(fā)生音響信號(hào)，并停止送料直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)及后續(xù)工作循環(huán)。上述機(jī)構(gòu)中采用的原材料是高性能的紙，紙的底面涂有熱熔膠和改性添加劑。當(dāng)熱軋輥被加熱到 210~250℃，并輾壓紙材時(shí)，能使紙上的膠熔化并產(chǎn)生粘性。加入添加劑的作用是改善紙和成形件的性能，使其具有優(yōu)良的粘性、機(jī)械強(qiáng)度、硬度和拋光性、較小的收縮率、較高的工作溫度和易于剔除廢料。實(shí)踐證明，這類紙堅(jiān)如硬木，能承受高達(dá) 200℃的溫度，粘結(jié)后不易開裂；同時(shí)，只需輕輕振動(dòng)制品中的方塊形廢料小碎片，并用普通小刀剔除，就能方便地使嵌在工件中的廢料與工件分離。例如用其中的一種紙成型的工件有很好的彈性，表面光滑，如同塑料，產(chǎn)品最小壁厚可達(dá) 。m5.03?2.2.1 原材料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)常用的紙厚為 左右，材料厚度通常為 。1. m2.0~1已知：成形空間為 ， 向最大高度為 ，設(shè)紙厚為3027?Z3的紙材經(jīng)過熱粘壓后，變成了 。 向最大需疊加 層。設(shè)置m13.0 . 301.?每次走紙長(zhǎng)度為 ，則紙卷總長(zhǎng)為 。38 4080=×假設(shè)各層紙之間的間隙極小，認(rèn)為可以忽略。則根據(jù)體積相等原理可得： —D—紙卷直徑， ——紙卷寬度為 。Bm3 3232 107])1(π)([10271.04 ×=×D0948. 42×長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 15 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊mD435.0=紙卷直徑設(shè)為 .≈若需要設(shè)計(jì)的快速成形機(jī)可使用的紙張的厚度變化范圍為 ，可調(diào)m5.0~.節(jié)，則可以假設(shè)每層紙材的厚度為 ，所得的紙卷的直徑范圍為一個(gè)定值。計(jì)算過x程如下： )19(4π10380423×=×Da][)952.(2maD+是每種材料受熱粘壓后的厚度與原先厚度的比值，可見紙卷的直徑函數(shù)是一a個(gè)無因次式，只隨比值 的變化而變化。a紙卷的總重量為： 270.)4(π103.ρ2××=dDVMkg56≈.)3.5.32.1.2 原料存儲(chǔ)及送進(jìn)機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇原材料（紙帶）送進(jìn)的時(shí)候，要求紙帶受力平緩，防止拉斷，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)適當(dāng)慢一些，且沖擊變化小。設(shè)：最大走紙速度為min/6.3i/60./60maxsV???nD???紙帶的小徑為 d3已知：紙卷的最大直徑為 45.0則：平均直徑為 ＝ m2.??平均帶速 min/6i/7306rrDVn??設(shè)：需要將紙帶從送料夾緊輥中拉出平均拉力為 ，約為 ，拉動(dòng)時(shí)加fkg?1N10速度為 。已知紙卷平均直徑 ＝ ，2/50smd24.則所需轉(zhuǎn)矩長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 16 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊mNrFT2.1.01=×=所需功率 WnP536.7π4.2.ω根據(jù)以上參數(shù)可選用 110BYG403 型號(hào)步進(jìn)電機(jī)。2.3 熱粘壓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算熱碾壓機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)裝置，熱壓板或熱壓輥（多種材料合成輥） ，溫控器組成。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)裝置形成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使熱壓輥能在工作臺(tái)上方左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。熱壓輥裝有大功率發(fā)熱元件（發(fā)熱管） ，以便使熱壓輥快速升溫。溫控器包括溫度傳感器（熱電偶）和顯示，控制儀，它能檢測(cè)熱壓輥的溫度并使其保持在設(shè)定值。溫度設(shè)定值根據(jù)所采用材料的粘接溫度而定。高度檢測(cè)器固定在熱壓輥的支架上，它測(cè)量分辨率 2mm，當(dāng)熱壓輥對(duì)工作臺(tái)上方紙熱壓時(shí)，高度檢測(cè)器能準(zhǔn)確測(cè)量正在成型中的制品的實(shí)際高度，并將此數(shù)據(jù)及時(shí)反饋到計(jì)算機(jī)。然后據(jù)此高度對(duì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行切片處理，得到與上述高度完全對(duì)應(yīng)的截面輪廓，從而可以較好的保證成型件在高度方向上的輪廓形狀和尺寸精度。2.3.1 熱壓裝置方案確定熱壓裝置可采用以下兩種方案(1) 熱壓板由上向下的熱壓方式(2) 熱壓輥從紙上碾壓的方式對(duì)以上兩種熱壓方式的討論：以上兩種方案都能實(shí)現(xiàn)對(duì)紙材的熱壓功能。但實(shí)現(xiàn)同樣的功能時(shí)，熱壓板方案占用空間比較大，而且不利于激光切割紙材，而采用長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 17 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊熱壓輥方案，在熱碾壓之后可收回到機(jī)體的一側(cè)，便于激光切割紙材。 綜上所述，兩種方案取第二種方案為佳。2.3.2 熱壓輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用熱壓輥熱壓紙材有兩種方案可選(1) 熱壓輥直接與加熱器相連，由于加熱器接電為固定形式，所以熱壓輥在熱壓過程中，和紙材屬滑動(dòng)摩擦(2) 熱壓輥采用多層結(jié)構(gòu)中心軸連接發(fā)熱元件（加熱管）中心軸上裝有帶邊緣的花鍵套，花鍵套上安裝軸承，最外層由導(dǎo)熱材料和隔熱材料連接成的有擋環(huán)的套筒裝在軸承上來實(shí)現(xiàn)中軸不轉(zhuǎn)而外壁套筒和滾動(dòng)的裝置，兩段用端蓋密封。以上兩種方案比較，雖然第一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但熱壓效果不好，易使紙材在一定條件下竄動(dòng)，拉斷。而第二種方案，熱壓輥和紙材之間屬于滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)小，在同等壓力下，不易使紙材在熱壓過程中，在工作臺(tái)上竄動(dòng)或產(chǎn)生裂縫，所以采用方案二。(3) 熱壓輥主要件尺寸設(shè)計(jì)花鍵套設(shè)計(jì)花鍵聯(lián)接矩形花鍵 特點(diǎn)：多齒工作，承載能力高，對(duì)中性好，導(dǎo)向性好，齒根較淺，應(yīng)力集中較小，軸強(qiáng)度削弱小，加工方便，能用磨削方法獲得較高的精度。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定兩個(gè)系列：輕系列，用于載荷較輕的靜聯(lián)接；中系列用中等載荷漸開線花鍵 特點(diǎn)：輪廓為漸開線，受載時(shí)齒上有輕向力，能起自動(dòng)定心作用，使各齒受力均勻，強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)。加工工藝與齒輪相同，易獲得較高精度和互換性漸開線花鍵標(biāo)準(zhǔn)壓力角 有 30 度和 45 度。D?選中系列如表 5.1 所示表 5.1 漸開線花鍵選中系列表d N*d*D*B N D B16 6*16*20*4 6 20 4長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 18 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊花鍵副????1311320123429.5EHFASHbZkTudYmdzLlZFKbd???????????????????????花鍵套所受載荷為輕載，強(qiáng)度，壽命等可以保證，計(jì)算略。2.2.3 軸承的選用根據(jù)軸頸的大小，初選 7005AC 型號(hào)的角接觸求軸承。角接觸球軸承的性能與特點(diǎn)，可以同時(shí)承受軸向與徑向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷， 。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作，一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力，所以成對(duì)使用。7005AC 型號(hào)的角接觸求軸承的技術(shù)參數(shù)軸承代號(hào)d D B da Da a Cr Cor 脂潤(rùn)滑油潤(rùn)滑7005AC 25 47 12 14.4 42 18 11,.27.08 12000 170002.2.4 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) ]8[傳動(dòng)供選用的有以下三個(gè)方案鏈傳動(dòng) 特點(diǎn)：屬于具有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)，兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)；缺點(diǎn)，不能保持瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作時(shí)有噪音，磨損有易發(fā)生跳齒，不適用空間限制要求，中心距小的，以及急速反向傳動(dòng)的場(chǎng)合。帶傳動(dòng) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸震，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，根據(jù)帶傳動(dòng)原理不同，可分摩擦型和嚙合型兩類，前者過載可以打滑，傳動(dòng)比不準(zhǔn)確（滑動(dòng)率在 2%） ，后者可保證同步傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) 特點(diǎn)：瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速，速度和傳動(dòng)功率范圍大，可用于高速，中速和低速。傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊根據(jù)以上三個(gè)方案的性能比較，由于本機(jī)的特點(diǎn)要求，鏈傳動(dòng)不能保持瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，并有噪音，摩擦后跳齒，占用空間大等缺點(diǎn)，所以考慮考慮齒輪齒條傳動(dòng)和帶傳動(dòng)，而帶傳動(dòng)分摩擦型和嚙合型，分析，摩擦型帶傳動(dòng)是利用夾緊力傳動(dòng)，過載時(shí)易打滑，并且需要附加機(jī)構(gòu)調(diào)整預(yù)緊力；而嚙合型可保證同步傳動(dòng)；齒輪傳長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 19 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊動(dòng)具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)效率好調(diào)速性能優(yōu)等特點(diǎn)。故通過以上分析，可采用屬于嚙合型帶傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)，在原理上這兩種方案實(shí)際極為相似，本機(jī)設(shè)計(jì)采用齒輪齒條傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)熱壓機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且基本形式如下，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)齒條固定不動(dòng)，由于齒輪齒條相嚙合，所以齒輪將在齒條上沿直線滾動(dòng)，齒輪和熱壓裝置通過支撐板相連的，安裝在滾動(dòng)直線導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。齒輪齒條的傳動(dòng)計(jì)算如下：齒輪與齒條傳動(dòng)特點(diǎn)齒輪作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒條作直線運(yùn)動(dòng)，齒條可以看作一個(gè)齒數(shù)無窮多的齒輪的一部分，這時(shí)齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑 、轉(zhuǎn)速 之間的關(guān)系為vdnv=(/)60ms?式中 d——齒輪分度圓直徑， ；——齒輪轉(zhuǎn)速， 。nir其嚙合線 與齒輪的基圓相切 ，由于齒條的基圓為無窮大，所以嚙合線與齒12N1N條基圓的切點(diǎn) 在無窮遠(yuǎn)處。齒輪與齒條嚙合時(shí)，不論是否標(biāo)準(zhǔn)安裝（齒輪與齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切） ，其嚙合角 恒等于齒輪分度圓壓力角 ，也等于齒條的齒形角；'??齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè)直線的垂直距離，即 。cossbPm??齒輪與齒條的實(shí)際嚙合線為 ，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線 的交點(diǎn)12B12N及 之間的長(zhǎng)度。2B1長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 20 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊齒輪齒條傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算齒輪與齒條傳動(dòng)的尺寸計(jì)算見表表 齒輪齒條傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及代號(hào) 轉(zhuǎn) 齒輪齒條180?數(shù)值齒輪齒數(shù) 1z40模數(shù) m2m螺旋角 ?0?壓力角 ?齒頂高系數(shù)*ah1基本齒廓頂隙系數(shù)C0.25齒輪變位系數(shù) 1x0.418齒輪 b46m尺寬齒條 260齒條長(zhǎng)度 L1000主要幾何參數(shù)計(jì)算項(xiàng)目名稱 計(jì)算公式及代號(hào) 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值齒輪分度圓直徑 1cosdmz??80齒輪 ??*1ahx?3.545m齒頂高齒條 22齒輪 *1()fac?1.664齒根高齒條 2f?2.5齒輪齒高齒條afh?4.5齒輪中心到齒條中心距12dHxm40.836m齒距 np??6.238齒條齒數(shù) 20.5Lz?160.808齒條的主要特點(diǎn)：（1） 由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點(diǎn)具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 21 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊斜角，此角稱為齒形角，標(biāo)準(zhǔn)值為 20°。（2） 與齒頂線平行的任一條直線上具有相同的齒距和模數(shù)。（3） 與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線稱為分度線（中線），它是計(jì)算齒條尺寸的基準(zhǔn)線。2.5.2 聯(lián)軸器的選擇各聯(lián)接件之間不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此不具備補(bǔ)償兩軸線相對(duì)偏移的能力，只適用于被聯(lián)接兩軸在安裝時(shí)能嚴(yán)格對(duì)中，工作時(shí)不產(chǎn)生兩軸相對(duì)偏移的場(chǎng)合，剛性聯(lián)軸器無彈性元件，不具備減振和緩沖功能，一般只適宜用于載荷平穩(wěn)并無沖擊振動(dòng)的工況條件凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低，工作可靠，裝拆、維護(hù)均較簡(jiǎn)便，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，能保證兩軸具有較高的對(duì)中精度，一般常用于載荷平穩(wěn)，高速或傳動(dòng)精度要求較高的軸系傳動(dòng)。綜上所述，選擇凸緣聯(lián)軸器，其主要的尺寸和特性參數(shù)如下表：Y型螺栓型號(hào)公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)速軸孔直徑LD D1數(shù)量直徑L0Y型質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IYL5 63 9000 24 52 105 85 4 M8 108 3.19kg0.013根據(jù)以上述數(shù)據(jù)可選用五相雙五拍式 BF 系列反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)，步距角為 ，其型?2號(hào)為 90BF2-5,且選用 XB1 型通用諧波齒輪減速器，其型號(hào)為 XB1-32。具體計(jì)算同上一節(jié)，故略。長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 22 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第 3 章 硬件控制電路設(shè)計(jì)3.1 確定總體方案數(shù)控系統(tǒng)基本硬件由硬件與軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)。有了硬件，軟件才能有效的運(yùn)行。硬件電路的可靠性，直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)，硬件電路概括起來由四部分組成：1．CPU(中央處理單元)； 2．接口即 I／O 接口電路； 3．存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序、存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 4．總線，包括數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)、和控制總線(CB)CPU 的作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分電正常工作，是數(shù)控系統(tǒng)的核心。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件以及運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)。I／ O 接口式系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。三總線則是 CPU 與存儲(chǔ)器、接口以及其他各種轉(zhuǎn)換電路聯(lián)結(jié)的紐帶，是CPU 與各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的通道。其框圖如圖 6.1外 設(shè)鍵 盤 ， 顯 示 器打 印 機(jī) 等 控 制對(duì) 象信 號(hào)變 換輸 入 /輸 出I中 央 處 理 器單 元CPU存 儲(chǔ) 器 RMA長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 23 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 6.1 數(shù)控系統(tǒng)框圖3.2 主控電路單片機(jī)的選取此設(shè)計(jì)的主控電路主要選用單片機(jī) 8051。現(xiàn)在介紹下 8051 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。它由中央處理器（CPU）、時(shí)鐘電路、程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、并行 I/O 口（P0~P3）、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及中斷系統(tǒng)組成。它們通過單一總線連接，并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即單片微型計(jì)算機(jī)（Single-Chip Microcomputer）。8051 單片機(jī)芯片有 40 個(gè)引腳。引腳功能描述如下：1、電源引腳 VSS 和 VCCVSS 為電壓接地端， VCC 為+5V 電源端。2、時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 和 XTAL2 是外接晶振引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳外接石英晶體振蕩器和電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部脈沖信號(hào)。3、控制信號(hào)引腳 ALE、 PSEN、EA 和 RST（1）ALE/PROG此引腳是地址控制鎖存控制信號(hào)。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 用于鎖存出現(xiàn)在P0 口的低 8 位地址，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（2）PSEN長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 24 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊此引腳是片外程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。在從片外 ROM 讀取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器 PSEN 兩次有效，以實(shí)現(xiàn)對(duì) ROM 單元的讀操作。當(dāng)訪問片外RAM 時(shí)，PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。（3）EA/V PP此引腳是訪問外部程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)，低電平有效。（4）RST/V PD此引腳為復(fù)位信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。4、I/O （輸入、輸出）端口 P0、P1、P2 和 P3（1）P0 口（ P0.0~P0.7）P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0 分時(shí)提供低 8 位地址線和 8 位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng)不接片外存儲(chǔ)器或不擴(kuò)展 I/O 時(shí)，P0 口可作為一個(gè)通用輸入輸出口。當(dāng)P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先 P0 口向鎖存器寫“ 1”，此時(shí) P0 口全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。當(dāng) P0 口作為輸出時(shí)，由于輸出電路為漏極開路，驅(qū)動(dòng) NMOS電路時(shí)必須外接上拉電阻。（2）P1 口（ P1.0~P1.7）P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。P1 口只能作通用輸入/輸出口用。當(dāng) P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存器寫 “1”，此時(shí) P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。當(dāng) P1 口作為輸出口時(shí)，已能向外提供推拉電流負(fù)載，無需在外接上拉電阻。（3）P2 口（ P2.0~P2.7）P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O，每位能驅(qū)動(dòng) 4 位 LS 型 TTL 負(fù)載。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址。（4）P3 口（ P3.0~P3.7）P3 口為雙功能口，除了作為一般的準(zhǔn)雙向通用的 I/O口使用外，每個(gè)引腳都有第二功能。3.3 I／O 接口的擴(kuò)展此控制系統(tǒng)選用 8255 型號(hào)的芯片作為擴(kuò)展芯片，先介紹芯片的功能與結(jié)構(gòu)。8255 是 Intel 公 司 生 產(chǎn) 的 可 編 程 并 行 I/O 接 口 芯 片 ， 有 3 個(gè) 8 位 并 行 I/O口 。 具 有 3 個(gè) 通 道 3 種 工 作 方 式 的 可 編 程 并 行 接 口 芯 片 （ 40 引 腳 ） 。 其 各 口 功能 可 由 軟 件 選 擇 ， 使 用 靈 活 ， 通 用 性 強(qiáng) 。 8255 可 作 為 單 片 機(jī) 與 多 種 外 設(shè) 連 接 時(shí)的 中 間 接 口 電 路 。 ]10[8255 具 有 3 個(gè) 相 互 獨(dú) 立 的 輸 入 /輸 出 通 道 端 口 ， 用 +5V 單 電 源 供 電 ， 能 在 以下 三 種 方 式 下 工 作 。 方 式 0————基 本 輸 入 輸 出 方 式 ； 方 式 1————選 通 輸 入 /出 方 式 ； 方 式 2————雙 向 選 通 輸 入 /輸 出 方 式 ； 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 25 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊PA0～ PA7:端 口 A 輸 入 輸 出 線 ， 一 個(gè) 8 位 的 數(shù) 據(jù) 輸 出 鎖 存 器 /緩 沖 器 ， 一個(gè) 8 位 的 數(shù) 據(jù) 輸 入 鎖 存 器 。 工 作 于 三 種 方 式 中 的 任 何 一 種 ； PB0～ PB7:端 口 B 輸 入 輸 出 線 ， 一 個(gè) 8 位 的 I/O 鎖 存 器 ， 一 個(gè) 8 位 的 輸 入輸 出 緩 沖 器 。 不 能 工 作 于 方 式 二 ； PC0～ PC7:端 口 C 輸 入 輸 出 線 ， 一 個(gè) 8 位 的 數(shù) 據(jù) 輸 出 鎖 存 器 /緩 沖 器 ， 一個(gè) 8 位 的 數(shù) 據(jù) 輸 入 緩 沖 器 。 端 口 C 可 以 通 過 工 作 方 式 設(shè) 定 而 分 成 2 個(gè) 4 位 的 端口 ， 每 個(gè) 4 位 的 端 口 包 含 一 個(gè) 4 位 的 鎖 存 器 ， 分 別 與 端 口 A 和 端 口 B 配 合 使用 ， 可 作 為 控 制 信 號(hào) 輸 出 或 狀 態(tài) 信 號(hào) 輸 入 端 口 。 '不 能 工 作 于 方 式 一 或 二 。 A1,A0:地 址 選 擇 線 ,用 來 選 擇 8255 的 PA 口 ,PB 口 ,PC 口 和 控 制 寄 存 器 . 當(dāng) A1=0,A0=0 時(shí) ,PA 口 被 選 擇 ; 當(dāng) A1=0,A0=1 時(shí) ,PB 口 被 選 擇 ; 當(dāng) A1=1,A0=0 時(shí) ,PC 口 被 選 擇 ; 當(dāng) A1=1.A0=1 時(shí) ,控 制 寄 存 器 被 選 擇 .3.4 擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器選用 2764 作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其功能與作用如下：3.5 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用 2764 作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其功能與結(jié)構(gòu)如下：2764 是一種+5Vde 8KB UVEPROM 存儲(chǔ)芯片 , 是一種存儲(chǔ)芯片，其引腳作用如下：A0 到 A12 為 13 條地址信號(hào)輸入線，說明芯片容量為 2 的 13 次方，即 8KD0 到 D7 為數(shù)據(jù)線，表示芯片的每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)（8 位二進(jìn)制數(shù)）。對(duì)芯片讀數(shù)時(shí)，作為輸出線，對(duì)芯片編程時(shí)，作為輸入線。CE 為輸入信號(hào)，低電平有效。（有稱作片選信號(hào)）OE 為輸出允許信號(hào)，低電平有效PGM 為編程脈沖輸入端，當(dāng)對(duì)芯片編程時(shí)，由此端加入編程脈沖信號(hào)；讀取數(shù)據(jù)時(shí)PMG 的值為 1Vcc 和 Vpp 都是接電源的，正常工作時(shí)是+5V3.6 鍵盤、顯示器接口電路LED 顯示器LED 是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡(jiǎn)單、使用方便。長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 26 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。LED 的結(jié)構(gòu)及其工作原理通常的七段 LED 顯示塊中有八個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示塊。其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”。一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。七段顯示塊與 微控制器接口非常容易。只要將一個(gè) 8 位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的 8 位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼或段數(shù)據(jù)。共陰極結(jié)構(gòu)的數(shù)碼管顯示“0”的段選碼為： 3FHD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 段選碼 dp g f e d c b a 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 共陽極與共陰極的段選碼互為反碼，二者之和為 FFH。鍵盤 接口 ic鍵盤是微控制器應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)重要輸入設(shè)備，用于輸入數(shù)據(jù)、干預(yù)系統(tǒng)的工作狀長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙共 27 頁 第 27 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊態(tài)；1．按鍵輸入原理 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的邏輯芯片及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè) 接口 ic 與 CPU 相連。CPU 可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器 ACC，然后通