畢業(yè)設(shè)計(jì)--數(shù)控激光切割機(jī)x_y工作臺(tái)部件及單片機(jī)控制設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　題 目 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>　　分 院： 機(jī)電工程分院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　

2、　班 級(jí)： </p><p><b>　　摘 要</b></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。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)也在不斷進(jìn)步。和普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有剛

3、度、抗振性、熱變形小、無(wú)間隙、低摩擦、高速下運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高、跟蹤性好等一系列特點(diǎn)。</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8031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)。&

4、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞:CNC，激光切割機(jī)床，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material

5、, high precision ductile materials, and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in China's manufacturing industry. Along with the micro electron technology ,the c

6、omputer technology development ,the numerical control system is also progressing .Has the rigidity high with the ordinary engine bed ,the vibration-proof ,the small thermal deform</p><p>　　This paper describ

7、es the design of a SCM-controlled CNC laser cutting 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 anal

8、ysis; the drive system into which stepper motor was put and the analysis of the drive system design;8031 chip was mainly used for the design of hardware circuit, the design of system initialization and the design of step

9、per motor’s controlling program.</p><p>　　Key words: CNC, laser cutting machine tools, architecture, design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要····

10、;····································

11、83;···································Ⅰ</p

12、><p>　　ABSTRACT································

13、83;····································&

14、#183;···Ⅱ</p><p>　　前 言····························

15、;····································

16、83;··1</p><p>　　1.1本課題的內(nèi)容及選題意義····························

17、;····················1</p><p>　　1.2本課題的原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求··········

18、;··································2</p>&l

19、t;p>　　1.2.1原始數(shù)據(jù)·································

20、3;·····················2</p><p>　　1.2.2設(shè)計(jì)要求··········

21、;····································

22、83;········2</p><p>　　1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容及設(shè)計(jì)方案 ·····················&

23、#183;··················3</p><p>　　1.3.1 研究?jī)?nèi)容············&

24、#183;····································

25、;······3</p><p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)方案·························

26、;·······························3</p><p>　　第二章 機(jī)械工作臺(tái)

27、XY工作部件的計(jì)算與選型··································

28、3;4</p><p>　　2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量······························&#

29、183;···················4</p><p>　　2.2 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析··········

30、;·····························4</p><p>　　2.3 滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型

31、3;····································&#

32、183;····4</p><p>　　2.3.1最大工作載荷Fm的計(jì)算·························&#

33、183;····················4</p><p>　　2.3.2最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算·········

34、83;····································&

35、#183;·4</p><p>　　2.3.3滾珠絲桿螺母副的選型····························&#

36、183;··················5</p><p>　　2.3.4傳動(dòng)效率η的計(jì)算············

37、;····································

38、83;··5</p><p>　　2.3.5剛度的驗(yàn)算····························

39、83;····························5</p><p>　　2.4直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型·

40、83;····································&

41、#183;····6</p><p>　　2.5齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算·························&#

42、183;···················7</p><p>　　2.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型··········

43、3;····································7&

44、lt;/p><p>　　2.6.1計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量····························7</p

45、><p>　　2.6.2計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩····························7</p>

46、<p>　　2.7 消隙與預(yù)緊·································

47、···························9</p><p>　　2.8設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝配圖···

48、····································

49、3;·····11</p><p>　　第三章 單片機(jī)控制設(shè)計(jì)·························&#

50、183;···························12</p><p>　　3.1硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容···

51、····································

52、3;··············12</p><p>　　3.1.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案···············

53、3;······························12</p><p>　　3.1.2選擇中央處理器C

54、PU類(lèi)型····································

55、········12</p><p>　　3.1.3主要管腳功能······················

56、3;·································12</p><p&

57、gt;　　3.1.4 EPROM的選用·································

58、83;·····················13</p><p>　　3.1.5 RAM的選用·········

59、····································

60、3;···········14</p><p>　　3.1.6擴(kuò)展I/O接口的設(shè)計(jì)··················

61、3;·······························15</p><p>　　3.1.7狀態(tài)

62、查詢(xún)····································&#

63、183;·······················17</p><p>　　3.1.8 8155定時(shí)功能······

64、83;····································&

65、#183;···········17</p><p>　　3.2機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)··················

66、83;·······························18</p><p>　　3.2.1軟

67、件脈沖分配器 ···································

68、83;················18</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)的升降速軟件設(shè)計(jì) ·············

69、·····························20</p><p>　　第四章 數(shù)控機(jī)床零件加工程序 ·

70、;····································

71、83;·······24</p><p>　　4.1工藝路線(xiàn)························

72、;····································

73、83;24</p><p>　　4.2程序·······························&

74、#183;·································24</p><

75、;p>　　結(jié)論···································

76、···································26</p&g

77、t;<p>　　參考文獻(xiàn)·································

78、83;································27</p><p>&l

79、t;b>　　前 言</b></p><p>　　1.1本課題的內(nèi)容簡(jiǎn)介及選題意義</p><p>　　本課題研究數(shù)控激光切割機(jī)部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)和單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是數(shù)控激光切割機(jī)XY工作臺(tái)部件及其單片機(jī)控制設(shè)計(jì)。</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

80、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>　　下面是我國(guó)激光切割機(jī)的發(fā)展歷史：</p><p>　　1994年湖南大學(xué)激光研究所研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)析架式折疊準(zhǔn)封離型切割與焊接激光器，并獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。每臺(tái)設(shè)備的售價(jià)只有國(guó)外產(chǎn)品的1/2.</p><p

81、>　　2003年3月，中科院長(zhǎng)春光機(jī)與物理研究所研制的“數(shù)控激光管材加工設(shè)備”，改變了我國(guó)石油行業(yè)依賴(lài)進(jìn)口設(shè)備加工管材的局面。這標(biāo)志著我國(guó)制造先進(jìn)裝備的能力已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。</p><p>　　濟(jì)南鑄鍛所數(shù)控機(jī)械公司開(kāi)發(fā)制造出國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)LC2-18*30型交換式雙工作臺(tái)雙邊驅(qū)動(dòng)數(shù)控精密激光切割機(jī)。在設(shè)計(jì)上突破了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一是解決了軸雙邊驅(qū)動(dòng)時(shí)兩個(gè)電極的同步問(wèn)題，二是解決了升降工作臺(tái)8個(gè)氣缸的同步問(wèn)題

82、。</p><p>　　2004年9月，華工科技成功推出第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化高性能激光切割機(jī)。</p><p>　　日本目前已擁有CO2激光加工機(jī)2萬(wàn)臺(tái)，約占全球激光加工機(jī)總量的1/3，其中80%為激光切割機(jī)設(shè)備。日本自1995年以來(lái)，年生產(chǎn)激光加工機(jī)已超過(guò)500臺(tái)左右，其中YAG激光切割機(jī)100多臺(tái)。全球的高功率數(shù)控激光切割成套設(shè)備累計(jì)擁有量達(dá)35000臺(tái)（套）左右，而我國(guó)目前高功率數(shù)控激光切割

83、成套設(shè)備的擁有量為1500臺(tái)左右。國(guó)產(chǎn)數(shù)控激光切割機(jī)的主要特點(diǎn)是：價(jià)格較低，約是進(jìn)口價(jià)格的1/3，激光器功率較低，一般為1.5KW以下。與國(guó)外機(jī)相比表現(xiàn)為切縫寬，表面質(zhì)量、機(jī)械精度、整機(jī)的穩(wěn)定性、柔性較差，但具有價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2007年國(guó)內(nèi)大型激光切割設(shè)備的銷(xiāo)售額達(dá)到15億元，在中低端產(chǎn)品方面基本占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并有部分產(chǎn)品出口。但與美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的激光切割設(shè)備仍然停留

84、在低端產(chǎn)品階段，而且高功率激光器、激光專(zhuān)用控制系統(tǒng)、激光光束傳輸控制、激光切割專(zhuān)有技術(shù)等絕大部分核心技術(shù)還依賴(lài)進(jìn)口。在高端激光切割系統(tǒng)領(lǐng)域，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平存在較大差距，產(chǎn)品基本依賴(lài)進(jìn)口，每年不得不花費(fèi)數(shù)十億元從國(guó)外引進(jìn)相關(guān)技術(shù)與設(shè)備。如船舶制造業(yè)中厚鋼板的激光切割設(shè)備、三維立體激光切割設(shè)備、有色金屬激光切割設(shè)備等，引進(jìn)價(jià)格昂貴、訂貨周期長(zhǎng)、售后服務(wù)無(wú)法及時(shí)保證，嚴(yán)重制約了我圍困民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。并且由于國(guó)外在該領(lǐng)域出口對(duì)我國(guó)有明確的限制

85、，采用許可證制度，嚴(yán)格規(guī)定該項(xiàng)技術(shù)不能用于軍工、航空航天等領(lǐng)域，因此我國(guó)急需突破該項(xiàng)技術(shù)。</p><p>　　選題意義：高速、高精度激光切割機(jī)由于大功率激光器光束模式的改善及32位微機(jī)的應(yīng)用，為激光切割設(shè)備的高速、高精度創(chuàng)造了有利條件。</p><p>　　厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機(jī)隨著可用于激光切割激光器功率的增大，激光切割正從輕工業(yè)薄板的鈑金加工向著重工業(yè)厚板切割方向發(fā)

86、展。</p><p>　　三維立體多軸數(shù)控激光切割機(jī)，為了滿(mǎn)足汽車(chē)、航空等工業(yè)的立體工件切割的需要，目前已發(fā)展了各種各樣的五軸或六軸三維激光切割機(jī)，數(shù)控軸數(shù)達(dá)到九軸，加工速度快，精度高。在先進(jìn)國(guó)家的汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上，激光切割機(jī)器人的應(yīng)用愈來(lái)愈多。激光切割單元自動(dòng)化和無(wú)人化為了提高生產(chǎn)率和節(jié)省勞動(dòng)力，目前激光切割正向著激光切割單元（FMC）和無(wú)人化、自動(dòng)化方向發(fā)展。發(fā)展這種單元自動(dòng)化系統(tǒng)，必須依賴(lài)于現(xiàn)金的自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)

87、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)生產(chǎn)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)等。國(guó)外已有各種各樣的激光切割單元可供應(yīng)市場(chǎng)，并有由6臺(tái)大型激光切割機(jī)為核心組成的無(wú)人化的切割生產(chǎn)線(xiàn)在工廠運(yùn)行。</p><p>　　緊湊型和組合一體化數(shù)控激光切割機(jī)隨著激光器提及的縮小和功率的增大，以及輔助裝置的不斷完善，出現(xiàn)了把激光器、電源、主機(jī)、控制系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)裝置等緊密地組合在一起，形成占地面積小、功能完善的整套緊湊型激光切割機(jī)。此外，激光切割技術(shù)正與激光焊接、激光

88、表面淬火等激光加工工藝組合，以發(fā)展一機(jī)多用，進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率。</p><p>　　1.2、本課題的原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1.2.1原始數(shù)據(jù)：</p><p>　　工作臺(tái)寬度（mm）： 900</p><p>　　工作臺(tái)長(zhǎng)度（mm）： 1100

89、</p><p>　　工作臺(tái)行程（mm）： 縱向：450 橫向：320</p><p>　　工作臺(tái)及夾具工件重量（N）： 縱向：2500 橫向：3500 </p><p>　　工作臺(tái)快移速度（m/min）： 縱向：2.4 橫向：2.4 </p

90、><p>　　進(jìn)給速度（m/min）： 縱向：1.0 橫向：1.0</p><p>　　最小分辨率 （mm）： 縱向：0.005 橫向：0.005 </p><p>　　定位精度（mm）： 0.03</p><p>　　主電機(jī)

91、功率（KW）： 5.5 </p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 30</p><p>　　1.2.2設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　1）CNC系統(tǒng)的主CPU采用8031單片機(jī)。</p><p>　　2）兩個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既查采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)也可用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p>

92、<p>　　3）所編的零件加工程序應(yīng)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。既可用手工也可用UG等軟件編程。</p><p>　　4）所繪制的機(jī)械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　5）所編寫(xiě)的軟件應(yīng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯編和通訊等。</p><p>　　6）說(shuō)明書(shū)應(yīng)簡(jiǎn)明扼要、計(jì)算準(zhǔn)確、條理清楚、圖文并茂并全部用計(jì)算機(jī)打印后裝訂成

93、冊(cè)</p><p>　　1.3、本課題的研究?jī)?nèi)容及設(shè)計(jì)方案</p><p>　　1.3.1研究?jī)?nèi)容：</p><p>　　1）兩個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。</p><p>　　2）CNC系統(tǒng)硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3）軸類(lèi)零件工作圖的設(shè)計(jì)。</p><p>

94、;　　4）用計(jì)算機(jī)進(jìn)行軸類(lèi)零件加工程序的編制。</p><p>　　5）典型軟件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.3.2設(shè)計(jì)方案:：</p><p>　　參考數(shù)控激光切割機(jī)相關(guān)資料及設(shè)計(jì)要求，確定總體設(shè)計(jì)方案如下：</p><p>　　采用8031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。由I/O接口輸出控制信號(hào)

95、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>　　第二章 機(jī)械工作臺(tái)XY部件的計(jì)算與選型</p><p>　　2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量</p><p>　　脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。數(shù)控激光切割機(jī)采用的脈沖當(dāng)量為0.01～0.005mm／step。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求確定脈沖當(dāng)量：&

96、lt;/p><p>　　縱向選用：0.01mm／step 橫向選用：0.01mm／step</p><p>　　2.2 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)為加工過(guò)程中沒(méi)有外力負(fù)載作用，其切削力為0。</p><p>　　XY工作臺(tái)部

97、件有工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成，各自之間均以滾珠直線(xiàn)導(dǎo)軌副相聯(lián)，已保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。</p><p>　　2.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型</p><p><b>　　縱向進(jìn)給絲桿</b></p><p>　　因?yàn)閄向的滾珠絲桿比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。</

98、p><p><b>　　橫向：</b></p><p>　　2.3.1最大工作載荷Fm的計(jì)算</p><p>　　由上所知：其切屑力為0，則都為零。</p><p>　　已知縱向工作臺(tái)及夾具工件重量G=2500N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)μ

99、=0.004。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷：</p><p>　　Fm=KFx+μ(Fz +G)=10 N</p><p>　　2.3.2最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算</p><p>　　已知進(jìn)給速度V=1000㎜/min，初選絲杠導(dǎo)程Ph=4㎜，則絲杠轉(zhuǎn)速n=V/Ph=250r/min</p><p>　　取滾動(dòng)絲杠的使用壽命T=15000h，代入

100、L0=60nT/106得絲杠壽命系數(shù)L0=60×200×15000/106=225（單位：106r）。</p><p>　　查《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-30，取載荷系數(shù)fW=1.2,滾道硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0,代入式FQ=72.9N。</p><p>　　2.3.3滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　根據(jù)計(jì)算出的最

101、大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-31，選擇G系列1604-3型滾珠絲副為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱(chēng)直徑為16㎜，導(dǎo)程為4㎜，循環(huán)滾珠為3圈×1列，精度等級(jí)取2級(jí)，額定動(dòng)載荷為4612N，大于FQ，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　2.3.4傳動(dòng)效率η的計(jì)算</p><p>　　將公稱(chēng)直`徑d0=16㎜，導(dǎo)程Ph=4㎜，代人λ=arctan[Ph/(πd0)]，得絲杠螺旋升角

102、λ=4°33´。將摩擦角φ=10´，代入η=tanλ/tan(λ+φ)，得傳動(dòng)效率 </p><p><b>　　η=96.4%。</b></p><p>　　2.3.5剛度的驗(yàn)算</p><p>　　X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承采用“單推-單推”的方式。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力球接觸球軸承，面對(duì)面配

103、合，左、右支承的中心距離約為L(zhǎng)=900㎜；鋼的彈性模量E=2.1×105MPa；查表3-31，得滾珠直徑Dw=2.381㎜，絲杠低徑=13.1㎜。</p><p>　　1、絲桿的拉伸或壓縮變形量</p><p>　　δ1=10N, =13.1㎜, Dw=2.381㎜, d0=16㎜</p><p>　　杠截面積S=πd22/4=134.7</p>

104、;<p>　　由公式的絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量δ1=Fm L/(ES)=[10×900/(2.1×105×134.7)]≈0. 0053㎜。</p><p>　　2 、 滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2 </p><p>　　根據(jù)公式Z=（πd0/Dw）-3,求得單圈滾珠數(shù)Z=18；該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的圈數(shù)×列數(shù)

105、為3×1，代入公式：Z總=54。</p><p>　　絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3=3.3N。由式3-27求得滾珠與螺紋滾道間</p><p>　　的接觸變形量δ2=0.0013=0.00046mm</p><p>　　因?yàn)榻z杠有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以變形量可減小一半，取δ2=0.00015㎜</p><p>

106、;　　3、將以上算出得δ1 和 δ2代入δ總=δ1+δ2，求得絲杠變形量δ總=0.0053+0.00015=5.45um。</p><p>　　由表3-27知，5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在400～500㎜時(shí)，行程偏差允許達(dá)到10um，可見(jiàn)剛度足夠。</p><p>　　2.3.6壓桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　根據(jù)公式3-28計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk。查表3-34

107、取支承系數(shù)fk=1；由絲杠低徑d2=13.1㎜，求得界面慣性矩I=πd24/64≈1444.9㎜`4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離L取最大值900㎜。代入公式</p><p>　　Fk==443.2N。 </p><p>　　遠(yuǎn)大于工作載荷Fm=10N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。</p><p>　　綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿(mǎn)足

108、使用要求。</p><p>　　2.4直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型</p><p>　　2.4.1滑塊承受工作載荷Fmax 的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取(橫向)</p><p>　　工作載荷是影響直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。題目中工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所承受的最大垂直方向的載

109、荷為：</p><p>　　Fmax=G/4+F=2500/4+0=625N</p><p>　　查《指導(dǎo)書(shū)》表3-41，根據(jù)工作載荷，初選直線(xiàn)副導(dǎo)軌的型號(hào)為KL系列的JSA-LG20，其額定動(dòng)載荷Ca =11.5KN，額定靜載荷Coa=14.5KN。</p><p>　　任務(wù)書(shū)規(guī)定工作臺(tái)尺寸900㎜×1100mm，加工范圍為450㎜×320㎜，

110、考慮工作臺(tái)行程應(yīng)留有一定余量，查表3-35，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌長(zhǎng)度為1120㎜</p><p>　　距離額定壽命L的計(jì)算</p><p>　　上述選取KL系列的JSA-LG20型的導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫度不超過(guò)100。，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度低，載荷不大。查表3-36～3-40分別取硬度系數(shù)fH=1.0，溫度系數(shù)fT=1.00，接觸系數(shù)fC=0.81，

111、精度系數(shù)fR=0.9，載荷系數(shù)fW=1.5，代人式中得距離壽命：</p><p>　　L=（）3×50=4289km</p><p>　　遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求</p><p>　　2.5齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已知縱向 量δ=0.01㎜/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程Ph=4㎜，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距

112、角α=1.5°.根據(jù)式3-12，得減速比i=(αPh)/(360δ)=5/3</p><p>　　大小齒輪模數(shù)都為1㎜，齒數(shù)比為60:36，材料為45調(diào)質(zhì)鋼，中心距為[(60</p><p>　　+36)×1/2]㎜=48㎜小齒輪厚度為20㎜，雙片大齒輪厚度為10㎜。</p><p>　　因?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)的齒輪受力不大，所以可選用較小模數(shù)的齒輪。此

113、處選用的齒輪。</p><p>　　2.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型</p><p>　　2.6.1計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑為16㎜，總長(zhǎng)700㎜，導(dǎo)程為4㎜，材料密度為7.85×10³㎏/㎝²，小齒輪寬度為20㎜，直徑為36㎜；大齒輪寬度為20㎜，直徑為60㎜；傳動(dòng)比為5/3。&l

114、t;/p><p>　　查表4-1中公式算得各個(gè)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：</p><p>　　滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JS==1.26㎏·㎝²</p><p>　　托板折算到絲桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=1.024㎏·㎝²</p><p>　　小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=0.25㎏·㎝²</p>&l

115、t;p>　　大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=4.88㎏·㎝²</p><p>　　初選型號(hào)為90BYG2062，為兩相混合式，從表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4㎏·㎝²。</p><p>　　則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　=++=6.83㎏·㎝²</p>&l

116、t;p>　　2.6.2計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　1 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由式4-8可知，包括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0。</p><p&g

117、t;　　因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式4-12可知，T0相對(duì)于另兩項(xiàng)很小，可以忽略不計(jì)。則有：</p><p><b>　　= + </b></p><p>　　根據(jù)式4-9有=，式中——對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速；——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。</p><p>　　其中==500r/min。設(shè)=0.5ms。&

118、lt;/p><p>　　所以==0.715N·m</p><p><b>　　=0.004N·m</b></p><p>　　所以得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　= +=0.719N·m</p><p>　　最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承

119、受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由式4-13知包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0。</p><p>　　因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)式4-12可知，T0相對(duì)于另兩項(xiàng)很小，可以忽略不計(jì)。則有：=+</p><p>　　其中由式

120、4-14計(jì)算得：=≈0N·m，再由4-10得：==0.01N·m。最后由4-14得=+=0.01N·m.</p><p>　　綜上所述=0.719N·m。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定</p><p>　　考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，因此需考慮安

121、全系數(shù)K=2.5～4，取K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：4=4×0.719N·m=2.876N·m</p><p>　　該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)查表4-5得最大靜轉(zhuǎn)矩=6N·m，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　2.6.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>　　最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p&

122、gt;　　任務(wù)書(shū)給定的工作臺(tái)進(jìn)給速度為1000㎜/min，所以由式4-16求得電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)頻率1666 Hz。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)矩頻特性曲線(xiàn)圖6-24可看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩≈5.6N·m，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩=0.0.01N·m，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　最大空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核</p><p>　　任務(wù)書(shū)給定的工作臺(tái)快速

123、移動(dòng)速度為2400㎜/min，仿照式4-16求得電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為≈4000Hz。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)矩頻特性曲線(xiàn)圖6-24可看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩≈3.8N·m，大于最大工作負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)矩 ，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　最大空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率校核</p><p>　　與最快空載移動(dòng)速度2400㎜/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為4000Hz，查表4-

124、5可知90BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行評(píng)論可達(dá)到20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)超出上限。</p><p><b>　　起動(dòng)頻率的計(jì)算</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率=1800Hz(查表4-5)。則由式4-17可求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率：</p><p>　　=≈1384Hz要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步

125、，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率必須小于1233Hz。實(shí)際上起動(dòng)頻率通常只有100Hz，所以滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　2.7 消隙與預(yù)緊</b></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><

126、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)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

127、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。</p><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)緊量由廠家提供。</p

128、><p>　　2.8設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)裝配圖</p><p><b>　　見(jiàn)圖1</b></p><p>　　第三章 單片機(jī)控制設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　3.1.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案</p><p>　　根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)方案的要求，可

129、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?？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：</p><p>　　圖3.1 控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.1.2選擇中央處理器CPU類(lèi)型</p&

130、gt;<p>　　根據(jù)要求CNC系統(tǒng)的主CPU采用8031單片機(jī)。</p><p>　　3.1.3主要管腳功能</p><p>　　(1)8031芯片引腳功能</p><p>　　8031芯片有40個(gè)引腳，引腳配置見(jiàn)（圖3.2）</p><p><b>　　圖3.2</b></p><p

131、>　　(2)各引腳按功能可分為三部分：</p><p>　　I/O口線(xiàn)：P0、P1、P2、P3共4個(gè)8位口</p><p>　　控制線(xiàn)口：、ALE、、RST</p><p>　　電源及時(shí)鐘：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2</p><p><b>　　(3)應(yīng)用特性：</b></p><p

132、>　　I/O口線(xiàn)不能作為用戶(hù)I/O口線(xiàn)；</p><p>　　I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，P0口可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門(mén)電路，P1、P2、P3則只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門(mén)電路；</p><p><b>　　P3是雙重功能口。</b></p><p>　　3.1.4 EPROM的選用</p><p>　　為簡(jiǎn)化電路，此處選用2764E

133、PROM (8K*8位)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用二片2764EPROM，分別存放監(jiān)控程序,各功能模塊程序,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時(shí)，只需更換各自芯片即可，方便升級(jí)。</p><p>　　2764芯片主要引腳功能:</p><p>　　①A0—A12 13位地址線(xiàn)</p><p>　?、贒0—D7

134、 數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)</p><p>　?、?數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)</p><p>　?、?編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖</p><p><b>　?、?片選信號(hào)</b></p><p>　　2764主要工作方式:</p><p>　?、僮x方式——及為低電平，Vpp＝＋5V時(shí)處于讀出方式</p&g

135、t;<p>　　②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>　?、劬幊探狗绞揭淮藶橄蚨嗥?764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>　　3.1.5 RAM的選用</p><p>　　

136、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>　?、貯0—A12 13位地址線(xiàn)</p>

137、<p>　　②IO1—IO7 數(shù)據(jù)輸入輸出線(xiàn)</p><p>　　③ 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)</p><p><b>　?、?寫(xiě)選通信號(hào)</b></p><p><b>　?、?片選信號(hào)</b></p><p>　　6264主要工作方式:</p><p>　　

138、①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>　?、趯?xiě)方式——為低電平，亦為低電平時(shí),允許數(shù)據(jù)輸入。</p><p>　?、鄯怄i方式——為高電平時(shí)，該芯片沒(méi)被選通，不工作。</p><p>　　圖 3.3 圖3.4</p><p>　　3.1.6擴(kuò)

139、展I/O接口的設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中采用兩片8155芯片對(duì)系統(tǒng)的I/O進(jìn)行擴(kuò)展。</p><p>　　(1)8155芯片的特性</p><p>　　8155芯片內(nèi)含有256個(gè)字節(jié)的RAM存儲(chǔ)器，RAM的存取時(shí)間為400ns。兩個(gè)可編程的8位并行口PA和PB，一個(gè)可編程的6位并行口PC，以及一個(gè)14位減法定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。PA口和PB口可工作于基本輸入輸出方

140、式或選通輸入輸出方式。8155可直接和MS—51單片機(jī)連接，不需要增加任何硬件。8155既有I/O口又有RAM和定時(shí)/計(jì)數(shù)器，是MS—51單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。8155共有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳如（圖3.5）所示。</p><p><b>　　圖3.5</b></p><p><b>　　(2)引腳功能</b>&l

141、t;/p><p>　?、貯D7～AD0（8條）：AD7～AD0為地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可以和MS—51的P0口相連，用于分時(shí)傳送地址/數(shù)據(jù)信息。</p><p>　?、贗/O總線(xiàn)（22條）：PA7～PA0為通用I/O口線(xiàn)，用于傳送A口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向由8155命令字決定。PB7～PB0為通用I/O線(xiàn)，用于傳送B口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送的方向也由8155命令字決定。PC5～PC0為I/O數(shù)據(jù)

142、/控制線(xiàn)，共6條，在通用I/O方式下，用作傳送I/O數(shù)據(jù)，在選通I/O方式下，用作傳送命令/狀態(tài)信息。</p><p><b>　?、劭刂瓶偩€(xiàn)（8）</b></p><p>　　RESET：復(fù)位輸入線(xiàn)，在RESET線(xiàn)上輸入一個(gè)大于600ns寬的正脈沖時(shí)，8155立即處于復(fù)位狀態(tài)，A、B、C三口也定義為輸入狀態(tài)。</p><p>　　和IO/為8

143、155片選輸入線(xiàn)，若=1，則CPU選中8155。IO/為I/O端口或RAM存儲(chǔ)器的選通輸入線(xiàn)；若IO/=0，則CPU選中8155的RAM存儲(chǔ)器，若IO/=1，則CPU選中8155片內(nèi)某一寄存器。</p><p>　　和：是8155的讀/寫(xiě)命令輸入線(xiàn)，為寫(xiě)命令線(xiàn)，當(dāng)=0和=1時(shí)，8155處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài)；當(dāng)=1和=0時(shí)，8155處于寫(xiě)入數(shù)據(jù)狀態(tài)。</p><p>　　ALE：為允許地址輸入線(xiàn)，

144、高電平有效。若ALE=1，則8155允許AD7～AD0上地址鎖存到地址寄存器；否則，8155的地址鎖存處于封閉狀態(tài)。8155的ALE常和MS—51的同名端相連。</p><p>　　TIMERIN和TIMEROUT：TIMERIN是計(jì)數(shù)器輸入線(xiàn)，其脈沖上跳沿用于對(duì)8155片內(nèi)14位計(jì)數(shù)器減1。TIMEROUT為計(jì)數(shù)器輸出線(xiàn)，當(dāng)14位計(jì)數(shù)器從計(jì)滿(mǎn)回零時(shí)就可以在該引線(xiàn)上輸出脈沖或方波，輸出信號(hào)的形狀和計(jì)數(shù)器工作方式有

145、關(guān)。</p><p>　?、茈娫淳€(xiàn)（2條）：Vcc為+5V電源輸入線(xiàn)，Vss為接地線(xiàn)。</p><p>　　8155I/O擴(kuò)展的接口電路</p><p>　　電路中138的、分別與兩片8155的口連接，8031的P2.0口與8155的IO/口連接，8031的P0口與8155的AD口連接。</p><p>　　各芯片對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間為：</

146、p><p>　　IC3：程序存儲(chǔ)器空間 6000H～6FFFH（）</p><p>　　IC4：程序存儲(chǔ)器空間 7000H～7FFFH（）</p><p>　　其外設(shè)I/O口、顯示器、鍵盤(pán)等接口電路詳見(jiàn)（附圖2）。</p><p><b>　　3.1.7狀態(tài)查詢(xún)</b></p><p&

147、gt;　　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3.6：</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/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。<

148、;/p><p>　　3.1.8 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3.7。</p><p>　　由上圖可見(jiàn)，定時(shí)器的低8位和高

149、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)入起動(dòng)命令后，仍可改變定時(shí)器的工作方式。</p><p>　　圖

150、3.6 狀態(tài)寄存器格式</p><p>　　圖3.7 8155定時(shí)器方式及輸出波形</p><p>　　3.2機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)軟件。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床軟件設(shè)計(jì)一般可分為以下幾個(gè)典型的模塊：</p><p>　　（1）軟件脈沖分配器</p><p&

151、gt;<b>　?。?）插補(bǔ)模塊</b></p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)升降速模塊</p><p>　　3.2.1軟件脈沖分配器</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理，改變其繞組的通電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)按規(guī)定的方向運(yùn)轉(zhuǎn)。軟件分配器采用查表法，在微機(jī)處理器中專(zhuān)門(mén)安排一個(gè)輸出寄存器作為步進(jìn)電機(jī)的控制寄存器，步進(jìn)電機(jī)的第一像繞組都與這個(gè)寄存器中

152、的某一指定位對(duì)應(yīng)，寄存器中這位為“1”，對(duì)應(yīng)相應(yīng)繞組的通電狀態(tài)為“0”，表示斷電，否則通電。循環(huán)向寄存器寫(xiě)入控制信號(hào)從而使步進(jìn)電機(jī)繞組按照規(guī)定的運(yùn)行方式運(yùn)行。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中所用步進(jìn)電機(jī)為三相六拍方式工作，其通電規(guī)律為：</p><p>　　A—AB—B—BC—C—CA—A</p><p>　　假設(shè)脈沖分配表放在程序存儲(chǔ)器的0701H開(kāi)始的單元中，因?yàn)?/p>

153、信號(hào)輸出口與步進(jìn)電機(jī)之間接反向器，所以其對(duì)應(yīng)控制信號(hào)字及地址如（表3.1）所示。</p><p>　　表3.1 脈沖分配表</p><p>　　X方向的脈沖分配的子程序</p><p>　　源程序：PULSE：CJNE R6，#07H，LOOP1</p><p>　　MOV R6，#01H</p><p>　　S

154、JMP LOOP2</p><p>　　LOOP1： CJNE R6，#00H，LOOP2</p><p>　　MOV R6，#06</p><p>　　LOOP2： MOV DPTR，#0700H</p><p><b>　　MOV A，R6</b></p><p>　　MOVC A

155、，@A+DPTR</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV B，A</b></p><p><b>　　MOV A，R7</b></p><p>　　MOVC A，@A+DPTR</p><p><

156、;b>　　ADD A，B</b></p><p>　　MOV P1，A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　Z方向脈沖分配子程序類(lèi)似于X方向的。</p><p>　　圖3.8 X方向脈沖分配子程序框圖</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)的升降

157、速軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率大于允許的起停突跳頻率時(shí)，若直接起動(dòng)，會(huì)使電機(jī)失步或不能起動(dòng)，因此電機(jī)在起動(dòng)或停止時(shí)自動(dòng)升降速。步進(jìn)電機(jī)每更換一個(gè)控制字，就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的步距角，更換控制字的快慢就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)軟件延時(shí)的辦法就可以實(shí)現(xiàn)此控制。即CPU送一個(gè)輸出字后，執(zhí)行延時(shí)程序。延時(shí)結(jié)束，再送第二個(gè)輸出字。延時(shí)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速慢，延時(shí)短，轉(zhuǎn)速快。</p>

158、<p>　　源程序： MOV NP1，#80H</p><p>　　MOV NPH，#01H</p><p>　　MOV DPTR，#0000H</p><p>　　MOV B，#00H</p><p>　　MOV DN，#00H</p><p>　　MOV R0，#0EBH</p&g

159、t;<p>　　MOV A，#80H</p><p>　　MOVX @R0，A</p><p>　　LP：MOV R4，#06H</p><p>　　LP1：MOV R2，#10H</p><p>　　LP2：MOV R3，#0FFH</p><p>　　DJNZ R3，$</p&

160、gt;<p>　　DJNZ R2， LP2</p><p>　　ACALL DNADD ；調(diào)DNADD子程序</p><p>　　DJNZ R4， LP1</p><p>　　MOV A，DP1</p><p>　　CJNE A，NP1，NXT</p><p>　　MOV A，DPH<

161、;/p><p>　　CJNE A，NPH，NXT</p><p><b>　　SJMP LP</b></p><p>　　NXT： CP1 P1.1</p><p><b>　　MOV A，P1</b></p><p>　　MOV R0，#0E9H</p>

162、<p>　　MOVX @R0，A</p><p>　　MOV A，#80H</p><p>　　MOV R0，#0EBH</p><p><b>　　INC DN</b></p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p><b

163、>　　SJMP LP</b></p><p>　　DNADD： CLR C</p><p><b>　　MOV A，DN</b></p><p><b>　　ADD A，B</b></p><p><b>　　MOV B，A</b></p&g

164、t;<p><b>　　JC OUTP</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　OUTP：CP1 P1.2</p><p>　　MOV A，P1</p><p>　　MOV R0，#0E9H</p><p>　　MO

165、VX @R0，A</p><p><b>　　DEC DN</b></p><p><b>　　INC B</b></p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　外圍設(shè)備</b></p><p>　　

166、主要是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)變成相應(yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī)。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變電脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。脈沖環(huán)形分配器就是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)各相通電順序的。但單片機(jī)的I/O驅(qū)動(dòng)能力有限，為了使不進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定功率，就需要功率放大環(huán)節(jié)；為了避免強(qiáng)電干擾，因此

167、需采用光電隔離電路。其控制框圖如（圖3.9）所示。</p><p><b>　　圖3.9</b></p><p><b>　　(1)脈沖分配器</b></p><p>　　其中脈沖分配器采用軟件控制，之前已作說(shuō)明，在此不再?gòu)?fù)述。</p><p><b>　　(2)光電隔離電路</b&

168、gt;</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)要控制高電壓、強(qiáng)電流信號(hào)，必須采用電氣上的光電隔離并抑制干擾，光電耦合器接是利用光傳遞信息的器件，使電路的輸入和輸出之間在電氣上完全隔離，大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性，并可以實(shí)現(xiàn)共模噪聲的抑制的電源的變換等。光電隔離輸入、輸出 電路如（圖3.10）所示</p><p><b>　　圖3.10</b></p><