300x400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)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)目錄第一章緒論……………………11.1激光技術(shù)概述…………………11.2激光切割機(jī)的應(yīng)用……………11.3設(shè)計(jì)任務(wù)………………………11.4總體設(shè)計(jì)方案分析……………2第二章機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………42.1XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)………………42.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)………42.1.2XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析………42.1.3初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量…… 42.2Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………5第三章 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………73.1滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定………73.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率………7第四章直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型……………………9第五章步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定…………115.1步進(jìn)電機(jī)的選用………………115.1.1脈沖當(dāng)量和步距角………115.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算………115.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率……………125.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定………… 125.2.1傳動(dòng)比的確定……………125.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定………………125.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算…………………… 13第六章傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的確定…………………… 156.1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…… 156.2根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度……………… 15第七章消隙方法與預(yù)緊………… 177.1消隙方法……………………… 177.1.1偏心軸套調(diào)整法…………177.1.2錐度齒輪調(diào)整法…………187.1.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法……………………187.2預(yù)緊…………… 19第八章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………… 208.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案……… 208.2主要硬件配置………………… 208.2.1主要芯片選擇……………208.2.2主要管腳功能……………208.2.3EPROM的選用……………218.2.4RAM的選用………………228.2.589C51存儲(chǔ)器及I/O的擴(kuò)展………………228.2.68155工作方式查詢………238.2.7狀態(tài)查詢…………………248.2.88155定時(shí)功能……………258.2.9芯片地址分配……………268.3總體程序控制…………………278.3.1流程圖………………………278.3.2總程序………………………278.4鍵盤設(shè)計(jì)……………………… 288.4.1鍵盤定義及功能……………288.4.2鍵盤程序設(shè)計(jì)………………298.5顯示器設(shè)計(jì)……………………338.5.1顯示器顯示方式的選用……………………338.5.2顯示器接口…………………348.5.38155擴(kuò)展I/O端口的初始化………………348.6插補(bǔ)原理………………………358.7光電隔離電路………………… 358.8越界報(bào)警電路………………… 36第九章步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng)……………… 39第十章總結(jié)…………………… 40致謝…………………41參考文獻(xiàn)………………42300×400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)全套圖紙更多設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系QQ摘要：激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性材料以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件，因而數(shù)控激光切割在我國(guó)制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)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)。關(guān)鍵詞CNC，激光切割機(jī)床，XY工作臺(tái)，單片機(jī)300×400CNClasercuttingmachineXYtablepartsandSCMcontroldesignABSTRACT：Lasercuttingmachinetoolwasusuallyusedforthehard-cuttingmaterial,suchashigh-strengthmaterial,highprecisionductilematerials,andsmartandcomplicatedcomponents.So,CNClasercuttinghasbeenplayinganimportantroleinChina'smanufacturingindustry.ThispaperdescribesthedesignofaSCM-controlledCNClasercuttingmachinetools.Moreattentionwaspaidontheoverallmachinedesign,Zaxis,XYaxisinthedesign,ball-screwandthechoiceoflinearmotionguideandintensityanalysis;thedrivesystemintowhichsteppermotorwasputandtheanalysisofthedrivesystemdesign;89C51chipwasmainlyusedforthedesignofhardwarecircuit,thedesignofsysteminitializationandthedesignofsteppermotor’scontrollingprogram.KeywordsCNC,lasercuttingmachinetools,XYtable,Singlechipmicrocomputer第一章緒論全套圖紙更多設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系QQ1.1激光技術(shù)概述激光被譽(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)通用汽車公司率先使用一臺(tái)250WCO2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轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來(lái)，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如今在中國(guó)，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一。“十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20％的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。1.2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。激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù)革命。激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床，主要設(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)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。1.4總體設(shè)計(jì)方案分析參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖1-1。X向工作臺(tái)X向工作臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器Y向工作臺(tái) Y向工作臺(tái)圖1-1系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線路圖參考MCS－51系列單片機(jī)控制XY工作臺(tái)線路圖。步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會(huì)社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用RORZE的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價(jià)格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計(jì)棄用Z80，而選用單片機(jī)。單片機(jī)體積小、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，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＝480ns,常用EPROM讀取時(shí)間約為200~450ns。89C51的讀取時(shí)間應(yīng)大于ROM要求的讀取時(shí)間。89C51的讀寫時(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(jiǎn)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。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)2.1XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)2.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)本設(shè)計(jì)的XY工作臺(tái)的參數(shù)定為：=1\*GB3①工作臺(tái)行程：橫向320mm，縱向450mm=2\*GB3②工作臺(tái)最大尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1100×900×300mm=3\*GB3③工作臺(tái)最大承載重量：120Kg=4\*GB3④脈沖當(dāng)量：0.001mm/pluse=5\*GB3⑤進(jìn)給速度：60平方毫米/min=6\*GB3⑥表面粗糙度：0.8～1.6=7\*GB3⑦設(shè)計(jì)壽命：15年2.1.2XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因激光切割機(jī)床為激光加工,其激光器與工件之間不直接接觸,因此可以認(rèn)為在加工過程中沒有外力負(fù)載作用。其切削力為零。XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成,各自之間均以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副相聯(lián),以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，即X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，即Y向。一般來(lái)說(shuō),數(shù)控切割機(jī)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計(jì),但滾珠絲杠副,以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略,這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施,其產(chǎn)生的負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。2.1.3初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量初定工作臺(tái)尺寸(長(zhǎng)×寬×高度)為:1200×950×70mm，材料為HT200，估重為625N(W1)。設(shè)中托座尺寸(長(zhǎng)×寬×高度)為:1200×520×220mm，材料為HT200，估重為250N（W2）。另外估計(jì)其他零件的重量約為250N(W3)。加上工件最大重量約為120Kg（1176N）(G)。則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)載W為:W=W1+W2+W3+G＝665+250+250+1176＝2301N2.2Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)激光切割機(jī)對(duì)Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時(shí)檢測(cè)和控制切割表面的不平度，通過伺服電機(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。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)過程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對(duì)加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合的切割加工(如強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)干擾環(huán)境)。所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測(cè)精度和對(duì)切割材料的適應(yīng)性，同時(shí)安裝時(shí)還需要注意采取抗干擾措施。割頭具有多種先進(jìn)的智能和附加功能，如自動(dòng)調(diào)整激光噴嘴距離、自動(dòng)清潔噴嘴、同軸噴水機(jī)構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動(dòng)、切割嘴擺動(dòng)等。這些功能機(jī)構(gòu)的增加,不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動(dòng)態(tài)性能不好,隨動(dòng)機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來(lái)說(shuō)，普通數(shù)控激光切割機(jī)Z軸拖動(dòng)重量在5kg以上時(shí)，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機(jī)的Z軸拖動(dòng)重量在2kg以上就必須施加重力平衡設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計(jì)中,這一點(diǎn)尤為重要。目前Z軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動(dòng)方式(圖2-1)。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。圖2-1Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)第三章滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算全套圖紙更多設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系QQ根據(jù)機(jī)床的受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列，選用FFZD內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿，具體型號(hào)如下：X向：FFZD2504-3/490×500Y向：FFZD2504-3/500×1100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)果相同選用即可滿足要求。具體計(jì)算如下。3.1滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定軸向負(fù)荷計(jì)算公式：（3.1）式中F——切削力，F(xiàn)=0W——工件重量加工作臺(tái)重量W=2301NU——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則根據(jù)式（3.1）：=0.004×2301=92N激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。故本處的Go=（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。3.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為:（3.2）式中ψ—滾珠絲杠的螺紋升角ρ＇—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：ρ＇=4°00′，tgρ＇=0.0025；因?yàn)棣?arctg（Ph/πd）（3.3）式中:Ph—導(dǎo)程，4mmd——絲杠公稱直徑，25mm則根據(jù)式（3.3）：ψ＝2.91°則根據(jù)式（3.2）得：η＝0.953。表3-1當(dāng)量摩擦系數(shù)f＇和當(dāng)量摩擦角ρ＇齒圈材料錫青銅無(wú)錫青銅灰鑄鐵齒面硬度HRC≥45其它HRC≥45HRC≥45其它相對(duì)速度υsm/sf＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇f＇ρ＇0.01

0.05

0.10

0.25

0.50

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

4

5

8

10

15

240.110

0.090

0.080

0.065

0.055

0.045

0.040

0.035

0.030

0.028

0.024

0.022

0.018

0.016

0.014

0.0136°17′

5°09′

4°34′

3°43′

3°09′

2°35′

2°17′

2°00′

1°43′

1°36′

1°22′

1°16′

1°02′

0°55′

0°48′

0°45′0.120

0.100

0.90

0.075

0.065

0.055

0.05

0.045

0.040

0.035

0.031

0.029

0.026

0.024

0.0206°51′

5°43′

5°09′

4°17′

3°43′

3°09′

2°52′

2°35′

2°17′

2°00′

1°47′

1°40′

1°29′

1°22′

1°09′0.180

0.140

0.130

0.100

0.090

0.070

0.065

0.055

0.05

0.045

0.040

0.035

0.03

10°12′

7°58′

7°24′

5°43′

5°09′

4°00′

3°43′

3°09′

2°52′

2°35′

2°17′

2°00′

1°43′

0.180

0.140

0.130

0.100

0.090

0.070

0.065

0.055

10°2′

7°58′

7°24′

5°43′

5°09′

4°00′

3°43′

3°09′

0.190

0.160

0.140

0.120

0.100

0.090

0.080

0.070

10°45

9°05

7°58′

6°51′

5°49′

5°09′

4°34′

4°00′

第四章直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB3①定位精度高直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。=2\*GB3②降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。=3\*GB3③可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度直線滾動(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%。=4\*GB3④可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能?。疂L動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。型號(hào)：選用GGB型四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，如圖4-1。具體型號(hào)：X向選用GGB20BA2P，2500-4Y向選用GGB20AB2P，21100-4圖4-1直線滾動(dòng)導(dǎo)軌第五章步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定5.1步進(jìn)電機(jī)的選用5.1.1脈沖當(dāng)量和步距角已知脈沖當(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）。5.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算電機(jī)起動(dòng)力矩：（5.1）式中:M為滾珠絲杠所受總扭矩Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有:（5.2）=92×0.025/2×tg（2.91+0.14）=0.062N·mM2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有：（5.3）式中:K—預(yù)緊時(shí)的摩擦系數(shù)，0.1—0.3Ph—導(dǎo)程，4cmFao——預(yù)緊力，有：Fao=Fao1+Fao2取Fao1=0.04×Ca=0.04×1600=640NFao2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）：M2=0.098N·m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：（5.4）=360×M×δp/φ×η×Ph式中:δp=lμm/STEP=0.0001cm/STEP；M=M1+M2=0.16Nφ=0.36o/STEPq=0.85Ph＝0.4cmη＝0.953則根據(jù)式（5.4）：Tq=360×0.16×0.0001/(3.6×0.85×0.4)=0.4N·m因Tq/TJM=0.866(因?yàn)殡姍C(jī)為五相運(yùn)行)。則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/0.866=0.46N·m5.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率參考有關(guān)數(shù)控激光切割機(jī)床的資料,可以知道步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率不超過1000Hz。根據(jù)以上討論并參照樣本,確定選取M56853S型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的最大靜止轉(zhuǎn)矩為0.8N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為235g/cm25.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定5.2.1傳動(dòng)比的確定要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量lμm/STEP的設(shè)計(jì)要求，必須通過齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，其傳動(dòng)比為：（5.5）式中：Ph—為滾珠絲杠導(dǎo)程φ—為步距角δp—為脈沖當(dāng)量根據(jù)前面選定的幾個(gè)參數(shù)，由式（5.4）得：=0.36×4/360×0.001=4:1=Z2/Z1根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,選用Z1為30，Z2為1205.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定=1\*GB3①齒輪類型：選擇直齒加工方便。=2\*GB3②模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)輕,參考同類型的機(jī)床后,選擇m＝1齒輪傳動(dòng)側(cè)隙的消除。=3\*GB3③中心距的計(jì)算：A=m×（Z1+Z2）（5.6）=1×(30+120)/2=75mm齒頂高為1mm，齒根高為125mm，齒寬為20mm。=4\*GB3④齒輪材料及熱處理：小齒輪Z1采用40Cr，齒面高頻淬火;大齒輪Z2采用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算由資料知，激光切割機(jī)的負(fù)載可以認(rèn)為是慣性負(fù)載。機(jī)械機(jī)構(gòu)的慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有直接的影響。不但對(duì)加速能力、加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng)有關(guān)，在開環(huán)系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也有很大的影響，因此要計(jì)算慣性負(fù)載。限于篇幅，在此僅對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載進(jìn)行計(jì)算。慣性負(fù)載可由以下公式進(jìn)行計(jì)算：（5.7）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。J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量eJ1為齒輪Zl的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2為齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3為齒輪Z3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量Vm為工作臺(tái)的最大移動(dòng)速率ωD為折算成單軸系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)軸角速度各項(xiàng)計(jì)算如下：已知：J0＝0忽略不計(jì)，mn=112.5Kg齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：（5.8）其中：ρ為回轉(zhuǎn)半徑G為轉(zhuǎn)件的重量滾珠絲杠的慣性矩計(jì)算公式：（5.9）最后計(jì)算可得：J1=0.1×10-3Kg.m2J2=1.32×10-3Kg.m2J3=2.98×10-4Kg.m2J4=1.14×10-5Kg.m2Vm=12m/sωD=2πrad/s故慣性負(fù)載根據(jù)式（5.7）得：JD=J0+J1+(Zl/Z2)（J2＋J3）+J4(Vm/ωD)2×mn=17.3Kg.cm2此值為近似值故此值小于所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。第六章傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的分析激光切割機(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。6.1根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度傳動(dòng)系統(tǒng)中的當(dāng)量剛度K或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度C主要由最后傳動(dòng)件的剛度K0或C0決定的，在估算時(shí)，取K=K0，C=C0對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng),其變形主要包括：=1\*GB3①絲杠拉壓變形=2\*GB3②扭轉(zhuǎn)變形=3\*GB3③絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。=4\*GB3④軸承和軸承座的變形。在工程設(shè)計(jì)和近似計(jì)算時(shí)，一般將絲杠的拉壓變形剛度的三分之一作為滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度K0，根據(jù)支承形式可得：式（6.1）式中：E=2.06×10-4(Kgf/mm2)F=754.8mm2L=Ls＝250mm則根據(jù)式（6.1）得：K0=203.2N/mm傳動(dòng)系統(tǒng)剛度較大，可以滿足要求。6.2根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度應(yīng)滿足：K△≥F0/△式（6.2）式中：K△—傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)量剛度F0—部件運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜摩擦力N—正壓力,N=W/g=230kgfF—靜摩擦系數(shù)，取0.003-0.004—部件調(diào)整時(shí)，所需的最小進(jìn)給量則：F0=230×0.004=0.92KGFA=0.5δp=0.5μm/STEP即滿足微量進(jìn)給要求的傳動(dòng)系統(tǒng)剛度為:K△≥F0/△＝0.92/0.5＝1.84Kgf/mm結(jié)合上述傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的討論可知滿足微量進(jìn)給靈敏度所需要的剛度較小，可以達(dá)到精度要求。第七章消隙方法與預(yù)緊7.1消隙方法數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達(dá)到理想齒面的要求，因此一對(duì)嚙合的齒輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向動(dòng)作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用各種消除側(cè)隙的措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機(jī)床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對(duì)不同類型的齒輪傳動(dòng)副有不同的方法。7.1.1偏心軸套調(diào)整法如圖7-1，齒輪１裝在電動(dòng)機(jī)軸上，調(diào)整偏心軸套２可以改變齒輪１和３之間的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。1-齒輪2-1-齒輪2-偏心套3-齒輪圖7-1偏心軸套調(diào)整法7.1.2錐度齒輪調(diào)整法如圖7-2所示將一對(duì)齒輪１和２的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時(shí)改變墊片３的厚度就能改變齒輪１和２的軸向相對(duì)位置，從而消除齒側(cè)間隙。圖7-2錐度齒輪調(diào)整法7.1.3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，在齒輪的端面上裝有短柱3，用來(lái)安裝彈簧4。裝配時(shí)使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個(gè)薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。對(duì)比三種方案：第一種需要經(jīng)常的調(diào)整，對(duì)于本身就以提高效率為目標(biāo)的數(shù)控機(jī)床而言肯定不合適。第二種是很不錯(cuò)的方案，但在切割機(jī)上并不實(shí)用。第三種方案相比較而言在數(shù)控切割機(jī)上適用，而且不需要人為經(jīng)常調(diào)整，很適合數(shù)控機(jī)床的需要。本設(shè)計(jì)方案選用第三種方法。圖7-3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法7.2預(yù)緊滾珠絲杠副在工作臺(tái)上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計(jì)選用兩端支承形式中的“雙支點(diǎn)各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承的振動(dòng)。預(yù)緊量由廠家提供。第八章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)方案的要求，可以看出：對(duì)機(jī)械部分的控制只有進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的控制和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制?？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：存儲(chǔ)器擴(kuò)展光電隔離驅(qū)動(dòng)器I/O口存儲(chǔ)器擴(kuò)展光電隔離驅(qū)動(dòng)器I/O口擴(kuò)展單片機(jī)功率放大功率放大X軸電機(jī)Y軸電機(jī)Z軸電機(jī)X軸電機(jī)Y軸電機(jī)Z軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠顯示器鍵盤圖8-1控制系統(tǒng)框圖8.2主要硬件配置8.2.1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(chǎng)上已經(jīng)停產(chǎn)，所以選擇89C51作為主芯片。8.2.2主要管腳功能89C51是40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能:=1\*GB3①控制線——片外存儲(chǔ)器選擇端，雖然89C51內(nèi)有4K的FLASH，但為了方便接線和各程序的存放，故不使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，這樣接地，從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令。=2\*GB3②——外部程序存儲(chǔ)器選通端,以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。=3\*GB3③ALE——地址鎖存控制端,系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE控制P0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。=4\*GB3④RESET——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。=5\*GB3⑤89C51中I/O口的介紹P0口——外接存儲(chǔ)器時(shí)，此口為擴(kuò)展電路低八位地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用口；Pl口——用戶使用的I/O口；P2口——外接存儲(chǔ)器時(shí),作擴(kuò)展電路高八位的地址總線；P3口——雙重功能口；P0—P3口均為八位雙向口。P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路，Pl—P3口只能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL門電路。=6\*GB3⑥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)。89C51三總線結(jié)構(gòu)：地址總線AB——地址總線為16位，外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為64KB，地址總線由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。數(shù)據(jù)總線DB——數(shù)據(jù)總線為8位，自P0口直接提供。,控制總線CB——由P3口第二功能控制線、、ALE、RESET組成。8.2.3EPROM的選用為簡(jiǎn)化電路，此處選用2764EPROM(8K*8位)。本設(shè)計(jì)采用二片2764EPROM，分別存放監(jiān)控程序,各功能模塊程序,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時(shí)，只需更換各自芯片即可，方便升級(jí)。2764芯片主要引腳功能:=1\*GB3①A0—A1213位地址線=2\*GB3②D0—D7數(shù)據(jù)輸出線=3\*GB3③數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)=4\*GB3④編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖=5\*GB3⑤片選信號(hào)2764主要工作方式:=1\*GB3①讀方式——及為低電平，Vpp＝＋5V時(shí)處于讀出方式=2\*GB3②寫方式——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)線上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元。=3\*GB3③編程禁止方式一此為向多片2764寫入不同程序而設(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)。8.2.4RAM的選用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM通常采用MOS型，MOS型RAM分靜態(tài)、動(dòng)態(tài)兩種。動(dòng)態(tài)RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制邏輯復(fù)雜，需要定期刷新,尤其是容易受到干擾，對(duì)環(huán)境、結(jié)構(gòu)、電摞等都有較高的要求。對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)而言,可靠是第一位的,此處選用大容量靜態(tài)RAM6264(8K*8位)一片。6264主要引腳功能：=1\*GB3①A0—A1213位地址線=2\*GB3②IO1—IO7數(shù)據(jù)輸入輸出線=3\*GB3③數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)=4\*GB3④寫選通信號(hào)=5\*GB3⑤片選信號(hào)6264主要工作方式:=1\*GB3①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。=2\*GB3②寫方式——為低電平，亦為低電平時(shí),允許數(shù)據(jù)輸入。=3\*GB3③封鎖方式——為高電平時(shí)，該芯片沒被選通，不工作。8.2.589C51存儲(chǔ)器及I/O的擴(kuò)展可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對(duì)應(yīng)的軟件命令來(lái)加以改變的接口芯片。這類芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由CPU對(duì)其編程設(shè)定工作方式，然后按設(shè)定的方式進(jìn)行操作。8155可編程并行I/O接口具有功能強(qiáng)，價(jià)格便宜，且具有與MCS-51單片機(jī)配置簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)。是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的外部功能擴(kuò)展器件之一。(1)存儲(chǔ)器與單片機(jī)聯(lián)接，主要是通過三總線聯(lián)接。應(yīng)考慮總線的驅(qū)動(dòng)能力是否足夠。存儲(chǔ)器2764、6264存儲(chǔ)量均為8K，需13位地址進(jìn)行存儲(chǔ)單元選擇，將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，其余地址線經(jīng)P2.5—P2.7經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。數(shù)據(jù)線聯(lián)接將存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出端D0－Dl與89C51P0口聯(lián)接?？刂凭€89C51與2764相聯(lián)，89C51從外部EPROM取指令。、分別與6264、相聯(lián)，89C51對(duì)外部RAM進(jìn)行讀/寫。(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。8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見圖8-2。圖8-28155引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.2.68155工作方式查詢8155I/O工作方式選擇通過對(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)的工作方式見下圖8-3。8155I/O有四種工作方式，即ALT1，ALT2，ALT3，ALT4。其中各符號(hào)說(shuō)明如下：AINTR：A口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。BINTR：B口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。ABF（BBF）：A口（B口）緩沖器滿狀態(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(hào)輸入線，低電平有效。在ALT1～ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下：ALT1：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸入方式。ALT2：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸出方式。ALT3：A口為選通輸入/輸出，B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，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，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為。圖8-3命令寄存器格式8.2.7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)器的當(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，讀出的是當(dāng)前I/O口和定時(shí)器的狀態(tài)，而寫該地址時(shí)，則作為命令寄存器對(duì)I/O口工作方式的選擇。8.2.88155定時(shí)功能8155芯片內(nèi)有一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，可對(duì)輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。外部有兩個(gè)定時(shí)器引腳TINEIN和TIMEOUT。TINEIN為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，有外部輸入時(shí)鐘脈沖，TIMEOUT為定時(shí)器輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形。定時(shí)器的格式、輸出波形見圖8-5。由上圖可見，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(dòng)命令后，仍可改變定時(shí)器的工作方式。圖8-4狀態(tài)寄存器格式M2M1方式定時(shí)器輸出波形0?0單方波01連續(xù)方波10單脈沖11連續(xù)脈沖圖8-58155定時(shí)器方式及輸出波形8.2.9芯片地址分配89C51支持的存儲(chǔ)芯片，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單獨(dú)編址，EPROM與RAM地址分配較為自由,不必考慮會(huì)發(fā)生沖突,因89C51復(fù)位后,從0000H開始，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-7FFFH1#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)/IO＝0時(shí)，8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍E000H-E0FFH/IO＝1時(shí)，端口地址：控制口：E100H；PA口：E101H；PB口：E102H；PC口：E103H；定時(shí)器低八位：E104H；定時(shí)器高八位：E105H2#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)/IO＝0時(shí)，8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍0A000H-0A0FFH/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：0A05H8.3總體程序控制8.3.1流程圖8.3.2主程序ORG0000HAJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG000BHLJMPT0ORG0013HLJMPINT1MAIN：MOVA，#00HMOVR0,#00HMOVDPTR，#2000HXUNHUAN:MOVX@DPTR,AINCDPTRINCR0CJNER0,#0FFH,XUNHUANINCR1CJNER2,#0FFH,XUNHUANMOVSP,#60HSETBPX0SETBEX0SETBEX1SETBEAWE:AJMPWEGONGZUO：LCALLQIUJIANLCALLXIANSHILCALLCHULI8.4鍵盤設(shè)計(jì)8.4.1鍵盤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——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?；謴?fù)運(yùn)行鍵——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)存中的隨機(jī)數(shù)。對(duì)中心鍵——鉬絲自動(dòng)找準(zhǔn)預(yù)定的中心位置(原點(diǎn))。30個(gè)功能數(shù)字鍵包括數(shù)字鍵“0－9”，負(fù)號(hào)“—”，程序開始字“%”，程序段結(jié)束字“LF”，序號(hào)字“N”，準(zhǔn)備功能字“G”，輔助功能字“M”，速度功能字“F”，主軸速度功能字“S”，坐標(biāo)功能字“X、Y、Z、I、J、W”。編輯鍵三個(gè)：DEL/INS—?jiǎng)h除/插入程序段鍵，DISP/ZOOM—DISP顯示程序全段內(nèi)容，ZOOM使加工圖形按比例縮放，預(yù)置為1，COPY—程序段復(fù)制，IDX—可設(shè)定某一程序段為起割點(diǎn)，單步—步進(jìn)電機(jī)走一拍就停止工作，回零—鉬絲重新置于起點(diǎn)，運(yùn)行—加工開始確認(rèn)。8.4.2鍵盤程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用非編碼式矩陣式鍵盤，1#8155為鍵盤接口，按五行六列布線。PA0—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(duì)應(yīng)一個(gè)鍵碼，根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)至相應(yīng)鍵處理子程序。常用鍵識(shí)別方法有掃描法和線翻轉(zhuǎn)法。本設(shè)計(jì)采用掃描法。其原理是：一條列線為低電平，若此列線上已閉合鍵，則各行線狀態(tài)都為高電平，然后按行號(hào)、列號(hào)求得閉合鍵鍵碼。定義各行首鍵號(hào)為00H、06H、0CH、12H、18H，鍵碼=行號(hào)＋列號(hào)。鍵號(hào)鍵功能對(duì)應(yīng)表8-1表8-1鍵號(hào)鍵功能對(duì)應(yīng)鍵號(hào)00H－09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH10H11H12H1E功能0－9—NGMFS鍵號(hào)13H14H15H16H17H18H19H1AH1BH1CH1DH1F功能DELCOPYIDX單步回零運(yùn)行SHIFT圖8-6鍵盤掃描程序流程圖圖8-7求鍵值子程序鍵盤掃描子程序ORG0500HSCAN:MOVA,#00HMOVDPTR,#E101HMOVX@DPTR,AMOVA#3FHMOVDDPTR,#E103HMOVX#DPTR,AMOVDPTR,#E102HMOVXA,@DPTRANLA,#1FHCJNE3A,#1FH,NEXT1SJMPNEXT4NEXT1:ACALLDS20msCLRCMOVR2,#00HMOVR1,#01HLOOP:INCDPTRMOVA,R1MOVX#DPTR,AMOVDPTR,#8002HMOVXA,@DPTRANLA,#1FHCJNEA,#1FH,NEXT2SJMPNEXT3NEXT2:INCR2CJNER2,#01H,NEXT4MOVR4,AMOVA,R1MOVR3,ANEXT3:MOVA,R1RLCAMOVR1,ACJNEA,#40H,LOOPAJMPKCODENEXT4:CLRARETEND求鍵值子程序ORG0560HKCODE：MOVR1，#00HMOVA，R3CLRCLOOP：RRCAJZNEXT1INCR1SJMPLOOPNEXT1：MOVA，R1SWAPAMOVR1，AMOVA，R4ANLA，#0FHORLA，R1MOVB，AMOVDPTR，#KTABMOVR0，#00HCLRAREPE：MOVCA，@A+DPTRCJNEA,B,NEXT2SJMPRESVNEXT2:INCR0MOVA,R0SJMPREPERESV:MOVA,R0RETKTAB:DB0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27HDB2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DHDEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EHDB23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DHDB5FH,57H,5BH,5DHEND8.5顯示器設(shè)計(jì)8.5.1顯示器顯示方式的選用程序輸入時(shí)，涉及數(shù)字鍵及N、G、M等功能鍵。采用控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的LED顯示器。因數(shù)控程序較長(zhǎng)，顯示數(shù)據(jù)較多，一次把整條指令內(nèi)容全顯示出來(lái)很不經(jīng)濟(jì)。采用段顯示法，即依次顯示X、Y、I、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。系統(tǒng)分辨率為1μ