畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）300×400數(shù)控激光切割機(jī)xy工作臺(tái)部件及單片機(jī)控制設(shè)計(jì)

1、<p>　　300×400數(shù)控激光切割機(jī)XY工作臺(tái)部件及單片機(jī)控制設(shè)計(jì)</p><p>　　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。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)單片機(jī)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軸、XY軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、滾珠絲杠、直

2、線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇及其強(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89C51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)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 CNC，激光切割機(jī)床，XY工作臺(tái)，單片機(jī)</p><p>　　300 × 400 CNC laser cutting machine XY</p>

3、<p>　　table parts and SCM control design</p><p>　　ABSTRACT：Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material, high precision ductile materials,

4、and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in China's manufacturing industry.</p><p>　　This paper describes the design of a SCM-controlled CNC laser cu

5、tting machine tools. More attention was paid on the overall machine design, Z axis, XY axis in the design, ball-screw and the choice of linear motion guide and intensity analysis; the drive system into which stepper moto

6、r was put and the analysis of the drive system design; 89C51 chip was mainly used for the design of hardware circuit, the design of system initialization and the design of stepper motor’s controlling program.</p>

7、<p>　　Key words CNC, laser cutting machine tools, XY table ,Single chip microcomputer </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論…………………………………………………………………… 1</p><p>　　1

8、.1激光技術(shù)概述………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.2激光切割機(jī)的應(yīng)用…………………………………………………………… 1</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.4總體設(shè)計(jì)方案分析…………………………………………………………… 2</p&g

9、t;<p>　　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</p><p>　　2.1 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………4</p><p>　　2.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)………………………………………………………4</p><p>　　2.1.2 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析…………………

10、…………………… 4</p><p>　　2.1.3初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量……………………………………4</p><p>　　2.2 Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………5</p><p>　　第三章 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………… 7</p><p>　　3.1 滾珠絲杠

11、副導(dǎo)程的確定……………………………………………………… 7</p><p>　　3.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率……………………………………………………… 7</p><p>　　第四章 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型…………………………………………………… 9</p><p>　　第五章 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定………………………………………… 11</p>

12、<p>　　5.1 步進(jìn)電機(jī)的選用……………………………………………………………… 11</p><p>　　5.1.1 脈沖當(dāng)量和步距角……………………………………………………… 11</p><p>　　5.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算……………………………………… 11</p><p>　　5.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率………………………

13、…………………… 12</p><p>　　5.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………………12</p><p>　　5.2.1傳動(dòng)比的確定…………………………………………………………… 12</p><p>　　5.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定……………………………………………… 12</p><p>　　5.3

14、步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算……………………………………………………13</p><p>　　第六章 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的確定……………………………………………………15</p><p>　　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……………………15</p><p>　　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</

15、p><p>　　第七章 消隙方法與預(yù)緊…………………………………………………………17</p><p>　　7.1消隙方法………………………………………………………………………17</p><p>　　7.1.1偏心軸套調(diào)整法………………………………………………………… 17</p><p>　　7.1.2錐度齒輪調(diào)整法………………………

16、………………………………… 18</p><p>　　7.1.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法…………………………………………………… 18</p><p>　　7.2預(yù)緊……………………………………………………………………………19</p><p>　　第八章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………20</p><p>　

17、　8.1 確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案………………………………………………………20</p><p>　　8.2 主要硬件配置…………………………………………………………………20</p><p>　　8.2.1主要芯片選擇…………………………………………………………… 20</p><p>　　8.2.2 主要管腳功能……………………………………………………………

18、 20</p><p>　　8.2.3 EPROM的選用…………………………………………………………… 21</p><p>　　8.2.4 RAM的選用……………………………………………………………… 22</p><p>　　8.2.5 89C51存儲(chǔ)器及I/O的擴(kuò)展……………………………………………… 22</p><p>　　8.2.

19、6 8155工作方式查詢(xún)……………………………………………………… 23</p><p>　　8.2.7狀態(tài)查詢(xún)………………………………………………………………… 24</p><p>　　8.2.8 8155定時(shí)功能…………………………………………………………… 25</p><p>　　8.2.9 芯片地址分配…………………………………………………………

20、… 26</p><p>　　8.3總體程序控制………………………………………………………………… 27</p><p>　　8.3.1流程圖……………………………………………………………………… 27</p><p>　　8.3.2總程序……………………………………………………………………… 27</p><p>　　8.4 鍵盤(pán)設(shè)計(jì)…

21、…………………………………………………………………… 28</p><p>　　8.4.1鍵盤(pán)定義及功能…………………………………………………………… 28</p><p>　　8.4.2 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 29</p><p>　　8.5 顯示器設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 33</

22、p><p>　　8.5.1顯示器顯示方式的選用…………………………………………………… 33</p><p>　　8.5.2顯示器接口………………………………………………………………… 34</p><p>　　8.5.3 8155擴(kuò)展I/O端口的初始化……………………………………………… 34</p><p>　　8.6 插補(bǔ)原理 ………………

23、……………………………………………………… 35</p><p>　　8.7光電隔離電路 ………………………………………………………………… 35</p><p>　　8.8越界報(bào)警電路 ………………………………………………………………… 36</p><p>　　第九章 步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng)……………………………………………… 39</p>

24、<p>　　第十章 總 結(jié) …………………………………………………………………… 40</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………………… 41</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………42</p><p><b>　　第一章 緒論</b>&l

25、t;/p><p><b>　　1.1激光技術(shù)概述</b></p><p>　　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

26、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)家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一?！笆濉钡闹饕ぷ魇谴龠M(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)

27、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。</p><p>　　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)。</p>&

28、lt;p>　　1.2激光切割技術(shù)的應(yīng)用 激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料,并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定形狀的切縫。從二十世紀(jì)七十年代以來(lái)隨著CO2激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進(jìn)的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對(duì)于中厚板采用氧乙炔火焰切割；對(duì)于薄板采用剪床下料,成形復(fù)雜零件

29、大批量的采用沖壓,單件的采用振動(dòng)剪。七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期,又發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)。各種切割下料方法都有其有缺點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。</p><p>　　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

30、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。</p><p>　　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。</p><p><b>　　1.3設(shè)計(jì)任務(wù)</b>&l

31、t;/p><p>　　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/ 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)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。</p>

32、<p>　　1.4總體設(shè)計(jì)方案分析</p><p>　　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：</p><p>　　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。</p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)總體原理圖</p>

33、;<p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　滾珠絲杠的生產(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)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

34、藝裝備廠(chǎng)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。</p><p>　　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（E2PROM），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＝480

35、ns ,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。</p><p>　　第二章 機(jī)械部分X

36、Y工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的XY工作臺(tái)的參數(shù)定為：</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。工作臺(tái)行程：橫向320mm，縱向450mm</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。工作臺(tái)最大尺寸（長(zhǎng)

37、×寬×高）：1100×900×300mm</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。工作臺(tái)最大承載重量：120Kg</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。脈沖當(dāng)量：0.001mm/pluse</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。進(jìn)給速度：60平方毫米/min</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。

38、表面粗糙度：0.8～1.6</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。設(shè)計(jì)壽命：15年</p><p>　　2.1.2 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析</p><p>　　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。</p><p>　　XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等

39、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。</p><p>　　設(shè)下底座的傳動(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Y向。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō),數(shù)控切割機(jī)床的滾動(dòng)直線(xiàn)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。&

40、lt;/p><p>　　2.1.3初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量</p><p>　　初定工作臺(tái)尺寸(長(zhǎng)×寬×高度)為:1200×950×70mm，材料為HT200，估重為625N (W1)。</p><p>　　設(shè)中托座尺寸(長(zhǎng)×寬×高度)為:1200×520×220mm，材料為HT20

41、0，估重為250N（W2）。</p><p>　　另外估計(jì)其他零件的重量約為250N (W3)。</p><p>　　加上工件最大重量約為120Kg（1176N）(G)。</p><p>　　則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)載W為:</p><p>　　W=W1+W2+W3+G＝665+250+250+1176＝2301N</p>

42、<p>　　2.2 Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　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

43、。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。</p><p&

44、gt;　　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

45、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。</p><p>　　圖2-1 Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　第三章 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　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(chǎng)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：

46、 </p><p>　　X向： FFZD 2504-3/490×500</p><p>　　Y向： FFZD 2504-3/500×1100</p><p>　　因X向的滾珠絲桿比Y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)，Y向根據(jù)X向的結(jié)果相同選用即可滿(mǎn)足要求。</p><p><b>

47、　　具體計(jì)算如下。</b></p><p>　　3.1 滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定</p><p><b>　　軸向負(fù)荷計(jì)算公式：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中F—— 切削力，F(xiàn)=0</p><p>　　W——工件重量

48、加工作臺(tái)重量 W=2301N</p><p>　　U——滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)（約為0.003-0.004），取U=0.004</p><p>　　則根據(jù)式（3.1）： </p><p>　　= 0.004×2301=92N</p><p>　　激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。</p><p&g

49、t;　　故本處的 Go=（0.2-0.3）， =18.4-27.6N。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。</p><p>　　3.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率</p><p>　　滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為:</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中ψ—滾珠絲杠的螺紋升角&

50、lt;/p><p>　　ρ＇—當(dāng)量摩擦角 </p><p>　　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。</p><p>　　所以：ρ＇=4°00′，tgρ＇=0.0025 ；</p><p>　　因?yàn)棣?arctg（Ph/πd）

51、 （3.3）</p><p>　　式中:Ph—導(dǎo)程，4mm</p><p>　　d——絲杠公稱(chēng)直徑，25mm</p><p>　　則根據(jù)式（3.3）：</p><p><b>　　ψ＝2.91°</b></p><p>　　則根據(jù)式（3.2）得：

52、η＝0.953。</p><p>　　表3-1 當(dāng)量摩擦系數(shù)f＇和當(dāng)量摩擦角ρ＇</p><p>　　第四章 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型</p><p>　　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)：</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。定位精度高<

53、/p><p>　　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)。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力</p><p>　　采用直線(xiàn)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)

54、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。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源?？商岣邫C(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度</p><p>　　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)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率20～30%。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源?？砷L(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度</p><p>　　對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌

55、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(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(xiàn)

56、滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠(chǎng)的產(chǎn)品系列。</p><p>　　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。</p><p>　　具體型號(hào)：X向選用GGB20BA2P，2 500-4 </p><p>　　Y向選用GGB20AB2P，2 1100-4</p><p>　　圖4-1 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌</p><

57、;p>　　第五章 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定</p><p>　　5.1 步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　5.1.1 脈沖當(dāng)量和步距角</p><p>　　已知脈沖當(dāng)量為1μm/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）。</p><p>　　5.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算 </p

58、><p><b>　　電機(jī)起動(dòng)力矩：</b></p><p><b>　　（5.1）</b></p><p>　　式中: M為滾珠絲杠所受總扭矩</p><p>　　Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有:</p><p><b>　　（5.2）</b></

59、p><p>　　=92×0.025/2×tg（2.91+0.14）</p><p><b>　　=0.062N·m</b></p><p>　　M2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　

60、式中: K—預(yù)緊時(shí)的摩擦系數(shù)，0.1—0.3 </p><p><b>　　Ph—導(dǎo)程，4cm</b></p><p><b>　　Fao——預(yù)緊力，</b></p><p>　　有：Fao=Fao1+Fao2</p><p>　　取Fao1=0.04×Ca=0.04 ×1600

61、=640N</p><p>　　Fao2為軸承的預(yù)緊力，軸承型號(hào)為6004輕系列，預(yù)緊力為Fao2＝130N。故根據(jù)式（5.3）： </p><p>　　M2=0.098 N·m</p><p>　　齒輪傳動(dòng)比公式為：i=φ× Ph /(360×δp)，故步進(jìn)電機(jī)輸出軸上起動(dòng)矩近似地可估算為： </p><p&g

62、t;<b>　?。?.4）</b></p><p>　　=360×M×δp /φ×η×Ph </p><p>　　式中: δp =lμm/STEP=0.0001cm/STEP；</p><p>　　M= M1+ M 2= 0.16N</p><p>　　φ

63、=0.36o/STEP</p><p><b>　　q=0.85</b></p><p><b>　　Ph＝0.4cm</b></p><p><b>　　η＝0.953</b></p><p>　　則根據(jù)式（5.4）：</p><p>　　Tq=360

64、×0.16×0.0001/(3.6×0.85×0.4)=0.4 N·m </p><p>　　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</p><p>　　5.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p><p>　　參考有關(guān)數(shù)控激光切割機(jī)床

65、的資料,可以知道步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率不超過(guò)1000Hz。</p><p>　　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</p><p>　　5.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定</p><p>　　5.2.1傳動(dòng)比的確定</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量lμm/

66、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：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中：Ph —為滾珠絲杠導(dǎo)程</p><p><b>　　φ—為步距角</b></p><p><b>　　δp—為脈沖當(dāng)量</b></p>

67、;<p>　　根據(jù)前面選定的幾個(gè)參數(shù)，由式（5.4）得：</p><p>　　=0.36×4/360×0.001</p><p>　　=4:1=Z2/Z1</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,選用Z1為30，Z2為120 </p><p>　　5.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定</p><p&

68、gt;　　錯(cuò)誤!未找到引用源。齒輪類(lèi)型：選擇直齒加工方便。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)輕,參考同類(lèi)型的機(jī)床后,選擇m＝1齒輪傳動(dòng)側(cè)隙的消除。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。中心距的計(jì)算：</p><p>　　A=m×（Z1+ Z2） （5.6）<

69、;/p><p>　　=1×(30+120)/2=75mm</p><p>　　齒頂高為1mm，齒根高為125mm，齒寬為20mm。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。齒輪材料及熱處理：</p><p>　　小齒輪Z1采用40Cr，齒面高頻淬火; </p><p>　　大齒輪Z2采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。<

70、;/p><p>　　5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算</p><p>　　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。</p><p>　　慣性負(fù)載可由以下公式進(jìn)行計(jì)算：</

71、p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　式中：JD為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載。</p><p>　　J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量e</p><p>　　J1為齒輪Zl的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　J2為齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>

72、　　J3為齒輪Z3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量</p><p>　　Vm為工作臺(tái)的最大移動(dòng)速率</p><p>　　ωD為折算成單軸系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)軸角速度</p><p><b>　　各項(xiàng)計(jì)算如下：</b></p><p><b>　　已知：</b><

73、;/p><p>　　J0＝0忽略不計(jì)， mn=112.5Kg</p><p>　　齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　ρ為回轉(zhuǎn)半徑</b></p

74、><p><b>　　G為轉(zhuǎn)件的重量</b></p><p>　　滾珠絲杠的慣性矩計(jì)算公式：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p><b>　　最后計(jì)算可得：</b></p><p>　　J1=0.1×10-3Kg. m2

75、</p><p>　　J2=1.32×10-3Kg. m2</p><p>　　J3=2.98×10-4Kg. m2</p><p>　　J4=1.14×10-5Kg. m2</p><p><b>　　Vm=12 m/s</b></p><p>　　ωD=2πrad

76、/s</p><p>　　故慣性負(fù)載根據(jù)式（5.7）得：</p><p>　　JD=J0+J1+(Zl/Z2)（J2＋J3）+ J4 (Vm/ωD)2×mn</p><p>　　=17.3 Kg. cm2</p><p>　　此值為近似值故此值小于所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p>　　第六章 傳動(dòng)系統(tǒng)剛

77、度的分析</p><p>　　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)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。</p><p>　　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</p><p>　　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K0或C0決定的，在估算時(shí)，取K=K0，C=C0</p>

78、<p>　　對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng),其變形主要包括：</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。絲杠拉壓變形</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。扭轉(zhuǎn)變形</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。軸承和軸承座的變形。</p><p>

79、;　　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K0，根據(jù)支承形式可得：</p><p><b>　　式（6.1）</b></p><p>　　式中：E=2.06×10 -4(Kgf/ mm 2)</p><p>　　F=754.8mm 2 </p><p>　　L=Ls

80、＝250 mm</p><p>　　則根據(jù)式（6.1）得：</p><p>　　K0=203.2N/mm</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)剛度較大，可以滿(mǎn)足要求。</p><p>　　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</p><p>　　此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p>　　K

81、△≥F0/△ 式（6.2）</p><p>　　式中：K△—傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)量剛度</p><p>　　F0—部件運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜摩擦力</p><p>　　N —正壓力,N=W/g=230kgf</p><p>　　F —靜摩擦系數(shù)，取0.003-0.004 </p><

82、;p>　　—部件調(diào)整時(shí)，所需的最小進(jìn)給量</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　F0=230×0.004=0.92KGF</p><p>　　A=0.5δp=0.5μm/STEP</p><p>　　即滿(mǎn)足微量進(jìn)給要求的傳動(dòng)系統(tǒng)剛度為:</p><p>　　

83、K△≥F0/△＝0.92/0.5＝1.84Kgf/mm</p><p>　　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。</p><p>　　第七章 消隙方法與預(yù)緊</p><p><b>　　7.1消隙方法</b></p><p>　　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)

84、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。</p><p>　　齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向動(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。</p><p>　　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)

85、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。</p><p>　　7.1.1偏心軸套調(diào)整法 </p><p>　　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。</p><p>　　圖7-1 偏心軸套調(diào)整法</p><p>　　7.1.2錐度齒輪調(diào)整法 </p

86、><p>　　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。</p><p>　　圖7-2 錐度齒輪調(diào)整法</p><p>　　7.1.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 </p><p>　　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

87、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。</p><p><b>　　對(duì)比三種方案：</b></p><p>　　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。</p><p>

88、;　　第二種是很不錯(cuò)的方案，但在切割機(jī)上并不實(shí)用。</p><p>　　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)床的需要。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案選用第三種方法。</p><p>　　圖7-3 雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法</p><p><b>　　7.2預(yù)緊</b></p&g

89、t;<p>　　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(chǎng)家提供。</p><p>　　第八章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　8.1 確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案<

90、/p><p>　　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。控制系統(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：</p><p>　　圖8-1 控制系統(tǒng)框圖</p><

91、;p>　　8.2 主要硬件配置</p><p>　　8.2.1主要芯片選擇</p><p>　　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。</p><p>　　8.2.2 主要管腳功能</p><p>　　89C51是40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能:</p&

92、gt;<p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源?？刂凭€(xiàn)——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(xiàn)和各程序的存放，故不使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，這樣接地，從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。——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。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。ALE——地址鎖存控制端,系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE控制P0

93、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l/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。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。RESET——復(fù)位端,當(dāng)輸入的復(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。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。89C51中I/O口的介紹</p><p>　　P0口——外接存儲(chǔ)器時(shí)，此口為

94、擴(kuò)展電路低八位地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口；</p><p>　　Pl口——用戶(hù)使用的I/O口；</p><p>　　P2口——外接存儲(chǔ)器時(shí),作擴(kuò)展電路高八位的地址總線(xiàn)；</p><p>　　P3口——雙重功能口；</p><p>　　P0—P3口均為八位雙向口。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門(mén)電路，Pl—P3口只能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL門(mén)電路。</p>

95、<p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。時(shí)鐘——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)。</p><p>　　89C51三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)：</p><p>　　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P0口經(jīng)地址鎖存器，提供八位A0-A7，高八位A8—A15由P2口直接提供。</p>

96、<p>　　數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB——數(shù)據(jù)總線(xiàn)為8位，自P0口直接提供。,</p><p>　　控制總線(xiàn)CB——由P3口第二功能控制線(xiàn)、、ALE、RESET組成。</p><p>　　8.2.3 EPROM的選用</p><p>　　為簡(jiǎn)化電路，此處選用2764EPROM (8K*8位)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用二片2764EPR

97、OM，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)。</p><p>　　2764芯片主要引腳功能:</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。A0—A12 13位地址線(xiàn)</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。D0—D7 數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)</p><p>　　錯(cuò)誤

98、!未找到引用源。 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。 編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。 片選信號(hào)</p><p>　　2764主要工作方式:</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。讀方式——及為低電平，Vpp＝＋5V時(shí)處于讀出方式</p><p>　　

99、錯(cuò)誤!未找到引用源。寫(xiě)方式——為低電平, 亦為低電平，VPP＝＋21V, 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。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。編程禁止方式一此為向多片2764寫(xiě)入不同程序而設(shè)置的，當(dāng)VPP=+21V時(shí)，為高電平時(shí)，2764芯片處于編程禁止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　8.2.4 RAM的選用</p><p>

100、;　　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。</p><p>　　6264主要引腳功能：</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。A0—A12 13位地

101、址線(xiàn)</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。IO1—IO7 數(shù)據(jù)輸入輸出線(xiàn)</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。 寫(xiě)選通信號(hào)</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。 片選信號(hào)</p><p>　　6264主要工作方式:</p>&

102、lt;p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。讀方式——及為低電平，為高電平時(shí)，6264將數(shù)據(jù)輸出到指定地址。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。寫(xiě)方式——為低電平，亦為低電平時(shí),允許數(shù)據(jù)輸入。</p><p>　　錯(cuò)誤!未找到引用源。封鎖方式——為高電平時(shí)，該芯片沒(méi)被選通，不工作。</p><p>　　8.2.5 89C51存儲(chǔ)器及I/O的擴(kuò)展</p>

103、<p>　　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。</p><p>　　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)最常用的外部功能擴(kuò)展器件之一。</p><p>　　

104、(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)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A0—A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對(duì)應(yīng)聯(lián)接，將A8－A13腳與89C51的P2口P2.0-P2.4相聯(lián)接，其余地址線(xiàn)經(jīng)P2.5—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D0－Dl與89C51P0口聯(lián)接?？刂凭€(xiàn)89C51 與2764相聯(lián)，89C51從外部EPROM取指令。、

105、 分別與6264、相聯(lián)，89C51對(duì)外部RAM進(jìn)行讀/寫(xiě)。</p><p>　　(2)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)AD0一AD7與89C51P0口直接相聯(lián)。地址鎖存信號(hào)ALE與89C51ALE相聯(lián)。片選信號(hào)經(jīng)譯碼后產(chǎn)生，以高位地址P2.0直接作為IO/信號(hào)，此時(shí)對(duì)8155需要使用16位地址進(jìn)行編址。</p><p>　　

106、8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見(jiàn)圖8-2。</p><p>　　圖8-2 8155引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　8.2.6 8155工作方式查詢(xún)</p><p>　　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。 </p><p>　　8155I/O有四

107、種工作方式，即ALT1，ALT2，ALT3，ALT4。其中各符號(hào)說(shuō)明如下：</p><p>　　AINTR：A口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。</p><p>　　BINTR：B口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。</p><p>　　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）。</p><p>　　

108、ASTB（BSTB）：A口（B口）設(shè)備選通信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。</p><p>　　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：</p><p>　　ALT1：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸入方式。</p><p>　　ALT2：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸出方式。</p><p>　　ALT3：A

109、口為選通輸入/輸出，B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3～PC5為輸出。</p><p>　　ALT4：A口、B口為選通輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為。</p><p>　　圖8-3 命令寄存器格式</p><p><b>　　8.2.7狀態(tài)查詢(xún)&

110、lt;/b></p><p>　　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 </p><p>　　查詢(xún)用。其格式如圖8-4：</p><p>　　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，讀出的是當(dāng)前I

111、/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。</p><p>　　8.2.8 8155定時(shí)功能</p><p>　　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

112、8-5。</p><p>　　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)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

113、動(dòng)命令后，仍可改變定時(shí)器的工作方式。</p><p>　　圖8-4 狀態(tài)寄存器格式</p><p>　　圖8-5 8155定時(shí)器方式及輸出波形</p><p>　　8.2.9 芯片地址分配</p><p>　　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

114、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-7FFFH</p><p>　　1#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)</p><p>　　/IO＝0時(shí)，8155(1)內(nèi)部RAM

115、地址范圍 E000H-E0FFH</p><p>　　/IO＝1時(shí)，端口地址：控制口：E100H；PA口：E101H；PB口：E102H；PC口：E103H；</p><p>　　定時(shí)器低八位：E104H；定時(shí)器高八位：E105H</p><p>　　2#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)</p><p>　

116、　/IO＝0時(shí)，8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍 0A000H-0A0FFH</p><p>　　/IO＝1時(shí)，端口地址：控制口：0A00H；PA口：0A01H；PB口：0A02H；PC口：0A03H；</p><p>　　定時(shí)器低八位：0A04H；定時(shí)器高八位：0A05H</p><p>　　8.3 總體程序控制</p><p><

117、;b>　　8.3.1流程圖</b></p><p><b>　　8.3.2主程序</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN </p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　LJMP INT0</p>

118、;<p>　　ORG 000BH</p><p><b>　　LJMP T0</b></p><p>　　ORG 0013H</p><p>　　LJMP INT1</p><p>　　MAIN： MOV A，#00H</p><p>　　MOV R0,#00H&l

119、t;/p><p>　　MOV DPTR，#2000H</p><p>　　XUNHUAN : MOVX @DPTR, A</p><p>　　INC DPTR</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　CJNE R0,#0FFH, XUNHUAN</p&