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DK7732 数控 高速 电火花 切割机 控制系统

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DK7732数控高速走丝电火花线切割机及控制系统,DK7732,数控,高速,电火花,切割机,控制系统

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毕业设计任务书（二）学生：柳庆亮 王燕花 指导老师：颜竟成（教授）（一） 题目：DK7732数控高速走丝电火花线切割机及控制系统设计。给出条件：每发出一个脉冲信号，工作台拖板（X、Y）丝架拖板（U、V）移动0.005mm（二） 设计内容：1、 调查研究电火花线切割机的加工特点，确定新设计电火花线切割机的主要参数。2、 进行数控电火花线切割机的总体方案及系统总体方案设计。3、 完成电火花线切割机的机械结构设计。4、 完成控制系统硬件和软件设计。（三） 任务和要求：1、 根据总体设计方案，绘制出数控电火花线切割机总图一张（A0手工图）。2、 进行运丝系统的运动计算、强度计算，绘制出运丝系统机构结构图一张（A0计算机图）。3、 进行坐标工作台的运动和强度计算，绘制出坐标工作台纵向（X方向）、横向（Y方向）或运丝机构部装图一张（A1计算机图）。4、 根据控制系统总体设计方案，绘制出控制系统电路图一张（A0计算机图）。5、 绘制出线切割机电器电路图一张（A0计算机图）。6、 绘制出贮丝筒或滚珠丝杠零件图一张（A1三维计算机图）。7、 科技译文（不少于3000字）。8、 编写毕业设计说明书一套（不少于一万字，有英文摘要，有程序清单，全部用计算机打出）。（四） 主要参考资料：1、机械设计手册，机械工业出版社。 2、实用机床设计手册，辽宁科技出版社。 3、数控电火花线切割加工技术，哈工大出版社。 4、TTL集成电路手册。 5、存储器手册。 6、机床数控系统设计指导书， 中国科技出版社。 7、机电综合设计指导书，人民大学出版社。 8、BKDC电火花线切割机控制电气图，苏州三光集团。 9、DK7725（d、e、f）电火花线切割控制机使用说明书，苏州三光集团。附注：根据进度和自愿可增加注塑模设计。 指导老师签名：南华大学机械工程学院毕业设计参考文献1. 中国机械工程学会 中国机械设计大典编委会。中国机械设计大典（4）。江西：江西科学技术出版社，20022. 清华大学曹金榜、易锡麟、张玉峰、陈养田、张春编。机床主轴变速箱设计指导。北京：机械工业出版社，19873. 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学编。机械设计图册。上海：上海科学技术出版社，19794. 吴振彪主编。机电综合设计指导。北京：中国人民大学出版社，20005. 顾熙棠、迟建山、胡宝珍主编。金属切削机床（下册）。上海：上海科学技术出版社，20006. 张学仁主编。数控电火花线切割加工技术。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20007. 赵万生主编。电火花加工技术。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20008. 李忠文编著。电火花机和线切割机编程与机电控制。北京：化学工业出版社 工业装备与信息工程出版中心，20049. 邓星钟主编。机电传动控制（第三版）。武汉：华中科技大学出版社，200310. 秦曾煌主编。电工学下册电子技术（第五版）。北京：高等教育出版社，199911. 吴宗泽主编。机械设计师手册（上册、下册）。北京：机械工业出版社，200212. 魏俊民、周砚江主编。机电一体化系统设计。北京：中国纺织出版社，199813. 薛栋梁编著。MCS-51/51/251单片机原理与应用（一）。北京：中国水利水电出版社，200114. 杨恢先、黄辉先等编著。单片机原理及应用。长沙：国防科技大学出版社，200315. 中国IT培训工程委员会编。Protel99电路设计培训班。珠海:珠海出版社,200216. 何永然、唐增宝、刘安俊主编。机械设计课程设计（第二版）。武汉：华中科学大学出版社，200217. 周良德、朱泗芳等编著。现代工程图学。长沙：湖南科学技术出版社，200018. 谢铁邦、李柱、席宏卓主编。互换性与技术测量。武汉：长沙科技大学出版社，1998NANHUA University毕业设计(论文)题 目 DK7732数控高速走丝电火花线切割机床及控制系统设计 学院名称 机械工程学院 指导教师 颜 竟 成 职 称 教 授 班 级 机械002班 学 号 20004410212 学生姓名 柳 庆 亮 2004年 6 月 9 日南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目DK7732数控高速走丝电火花线切割机及控制系统设计设计（论文）题目来源自选试题设计（论文）题目类型 机床设计起止时间2004.22004.6一、 设计（论文）依据及研究意义：依据：电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（铜丝或钼丝）靠火花放电对工件进行切割。研究意义：采用细金属丝作工具电极，切割刀具简单，大大降低生产准备工时；计算机辅助编程，方便加工复杂形状的直纹表面；电极丝直径较细，切缝很窄，有利于材料的利用，适合加工细小零件；对于粗、中、精加工，调整电参数即可，操作方便、自动化程度高；电极丝在加工中是移动的，可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响；当电极丝作相应倾斜运动时，可实现锥面加工。二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）1、调查研究电火花线切割机的加工特点，确定新设计电火花线切割机的主要参数。2、进行数控电火花线切割机的总体方案及系统总体方案设计。3、完成电火花线切割机的机械结构设计。4、完成控制系统硬件和软件设计。二、 设计（论文）的研究重点及难点：本次设计的研究重点及难点是线架、导轮部件结构设计，具体如下：1、 导轮V形槽设计应保证电极丝在导轮槽内运动时不产生轴向移动。2、 在满足一定强度要求下，应尽量减轻导轮质量，有以减少电极丝换向时电极丝与导轮间的滑动摩擦。3、 导轮装配后转动应轻便灵活，尽量减小轴向窜动和径向跳动。4、 应进行有效的密封，以保证轴承的正常工作条件。由于电极丝的导轮位与悬臂的端部，同时电极丝保持一定张力，因此应加强线架本体的刚度和强度，可使线架的上下悬臂在电极丝运动时不致振动和变形四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：研究方法：1、老师授课，讲解设计内容，解答设计疑难，检查设计成果；2、参观实验室DK7725型数控电火花线切割机床，请教实验老师，用作借鉴。3、利用图书馆藏书，查阅相关资料，摘要中外先进经验，应用到设计中。4、网络资源的利用，网上资料的查询，与专家教授的网上交流进度安排：第一阶段是搜集整理阶段。时间是2月初到2月底。第二阶段是机械部分设计阶段。时间是3月份到5月份。第三阶段是控制系统设计阶段。时间是5月份到6月初。第四阶段是整理复习阶段。时间是6月初到6月中旬。五、进行设计（论文）所需条件：1、时间上必须保证充裕，有足够的时间去调查，分析，设计2、资金上必须能够保证去车间实习参观，去书店购买相关资料以及车费等。3、场地上必须有专门固定的教室作为设计专用教室，可以专心设计而不被打扰和到处流动作业。六、指导老师意见： 签名： 年 月 日南华大学机械工程学院毕业设计（论文）摘 要 电火花线切割加工（wire-EDM）是一种基于电火花加工技术的适应性流程加工技术，它可以被用在具有二维到三维复杂形状的而且是导电的原材料的加工上。电火花线切割加工最常见的应用是在压模，挤压模，粉末合金的铸模和标准模板的装配工中。这样就可以加工出以往依靠花费很高磨床或者昂贵的传统意义上的电火花的电极来进行加工的工件。由于电火花线切割加工技术是机电一体化技术，是机械、电工、电子、数控、自动控制、计算机应用等多门学科、专业知识的综合运用。 我的设计课题是DK7732数控电火花线切割加工机床。DK为数控电加工机床，77为电火花线切割机床。32为机床工作台宽度。 此次设计包括机床的总体布局设计，横向进给，纵向进给设计。其中还包括齿轮的强度计算，滚珠丝杆校核，轴承寿命的验算。控制系统部分包括步进电机控制电路和脉冲电源电路，这是数控电火花加工机床的重点设计部分，也是难点。步进电机电路设计包括硬件电路设计和软件系统设计。详细说明了芯片的扩展、键盘显示器接口的设计等等。脉冲电源电路采用高低压复式脉冲电源，它是由晶体管及分立元件组成的电路，输出高低压复式脉冲，可以同时供给两个放电间隙加工，提高生产效率。 关键字：数控电火花线切割加工、主轴运动、步进电机、脉冲电源南华大学机械工程学院毕业设计（论文）AbstractWire electrical-discharge machining(wire-EDM)I is an adaptation of the basic EDM process,which can be used for cutting complex two-and three-dimensional shapes through electrically conducting materials. wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes.Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge , for example mechanism、electrician、electron、numerical control、auto control and computer application. My design subject is DK7732 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool. DK means numerical control machining tool. 77means wire electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tools worktable. The design contains collectivity distribution design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span. The controlling system part contains the circuit of step-by-step electromotor control and the circuit of pulse electrical source. This part is the most important part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the design of keyboard display interface. The circuit of pulse electrical source uses high and low voltage pulse electrical source. The circuit is composed by transistor and unattached elements, it exports high and low voltage pulse, which can apply with two electrical-discharge interval and improve productivity. Key words: Numerical control wire electrical-discharge machining, principle axis motion , step-by-step electromotor, pulse electrical source南华大学机械工程学院毕业设计（论文）目录引言（1）一 总体方案设计（2）（一）总体方案的拟定（2）（二）主要技术参数的确定（2）二 储丝走丝部件结构设计（3）（一）储丝走丝部件运动设计（3） 1.对高速走丝机构的要求（3） 2.高速走丝机构的结构及特点（4）（二）储丝走丝部件主要零件强度计算（11） 1.齿轮传动比的确定 （12） 2.齿轮齿数的确定 （12） 3.传动件的估算 （13） 4.齿轮模数估算 （14）（三）储丝走丝部件主要零件强度验算 （16） 1.齿轮强度的验算（16） 2.主轴的验算 （19）（四）主轴组件结构设计 （21） 1.轴承配置形式 （21） 2.主轴组件的调整和预紧 （22）三 进给传动设计 （23）（一）进给传动运动设计 （23） 1.脉冲当量和传动比的确定 （23）（二）滚珠丝杠螺母副的型号选择和滚珠丝杠的选型和校核 （24） 1.滚珠丝杠螺母副的型号选择 （24） 2.滚珠丝杠的选型和校核 （26）（三）步进电机的选择 （28）（四）进给机构支承设计 （30） 1.螺杆的支承形式 （30）2.螺杆的支承方式 （30）四 数控系统设计 （31）（一）数控系统总体方案的拟定 （31）（二）数控系统硬件的电路设计 （32） 1.单片机设计 （32） 2.系统扩展 （36） 3.I/O口的扩展 （40） 4.显示器接口设计 （45） 5.步进电机控制电路设计 （46） 6.光电隔离电路设计 （52） 7.部分控制程序 （53） 8.其他接口电路设计 （63）科技译文 （65）谢辞 （76）南华大学机械工程学院毕业设计（论文）引 言本次毕业设计从2004年2月份开始到本年的六月中下旬结束，长达半年。毕业设计是一名在校大学生最后的一次也是最重要的一次设计，说其重要主要是因为它将检验你在大学生活中所学知识的扎实程度，其间你必须复习所学过的一些课程，学习一些要用到的新的知识，它还将练习你的动手能力，思考能力，创新能力，是你在大学学习生活的一次升华，是一个提升阶段，更是走向工作岗位的一次练兵，因此我们都对此极为重视，更是投入了极大的热情与努力来更好的完成它。本次设计在颜竟成教授的悉心指导下分四个阶段按部就班的有条不紊的进行。第一阶段是搜集整理阶段。在本阶段主要是搜集足够的资料信息并对设计题目进行分析和实地调查，做到心中有轮廓，。本阶段其实从2004年元旦就开始了截止到2004年3月份第一张外观图绘制成功为止。第二阶段是机械部分设计阶段。本阶段主要应用大学里面所学的专业知识来进行运丝系统机构设计和坐标工作台的纵向和横向进给机构设计。另外还要进行储丝筒的三维零件设计。本阶段主要是从三月份到五月份。五月份到六月份则是第三阶段：控制系统设计阶段。主要进行电器电路设计，包括步进电机驱动设计和脉冲功率放大电路设计。本阶段也是一个学习的阶段，对自己不太熟悉的的的领域的一次学习。六月份开始就是最后一个阶段：整理复习阶段，主要从事前几个阶段的整理温习，写说明书。以及毕业答辩前的各项具体细节的准备。可以说每个阶段都是十分紧张而有难度的，有些问题是由于设计的难度，有些还是因为自己知识上的欠缺和不扎实造成的。可以说这次毕业设计是个查缺补漏的机会。尤其是在同学的帮助下，特别是在颜教授的指导下，遇到困难不逃避，主动请教，主动学习，独立思考提出新方案，困难被一个个解决了，有了本次设计的成功。更锻炼了团体协作精神，独立作业能力，专业设计基础，对自己将来都是一次具有深远影响的事件。一、 总体方案设计（一） 总体方案的拟定（1）电火花线切割机床具有定位，纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。（2）电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。（3）根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可选择MCS-51系列单片机扩展系统。（4）根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。（5）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，起传动比应满足机床所要求的。（6）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。（7）采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。在上述方案的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。（伺服系统总体方案框图如图1.1）（二）主要技术参数的确定技术参数主要包括运动参数，尺寸参数和动力参数。DK7732电火花线切割机床的主要技术参数如下：工作台行程/mm 500x320最大切割厚度/mm 30（可调）加工表面粗糙度Ra/m 2.5加工精度/mm 0.015切割速度/mm2/min 100切割工件最大厚度 120mm加工锥度 360电极丝移动速度 11m/s电极丝最大直径 0.10.2mm 图1.1 伺服系统总体方案框图二、 储丝走丝部件结构设计（一）储丝走丝部件运动设计运丝机构的运动是由丝筒电机正反转得到的。电极通过联轴节与丝筒连接，丝筒装有齿轮，通过过渡齿轮与丝杆上的齿轮啮合。丝杆固定在丝板上，螺母固定上底座上，拖板与底座采用装有滚珠的V形滚动导轨连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动相应的距离，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求在0.120.25mm的范围内选择适当的钼丝直径。1、 对高速走丝机构的要求高速走丝机构的储丝筒转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证电极丝在储丝筒上整齐排绕。储丝筒的径向跳动和轴向窜动量要小。储丝筒要能正反转，电极丝的走丝速度在712m/s范围内无级或有级可调，或恒速运转。走丝机构最好与床身相互绝缘。传动齿轮副，丝杠副应该具备润滑措施2、 高速走丝机构的结构及特点高速走丝机构由储丝筒组合件、上下拖板、齿轮副、换向装置和绝缘部分组成，如图2.2所示储丝筒由电动机通过联轴器带动正反向转动。储丝筒另外一端通过三对齿轮减速后带动丝杠。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杠则安装在拖板沙锅内，调整螺母装在底座上，拖板在底座上来回移动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧，齿轮及丝杠螺距的搭配为没旋转一圈拖板移动0.25mm。所以该储丝筒适用于0.25mm以下的钼丝。储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。滚筒外圆振摆应小于0.03mm，反向间隙应小于0.05mm，轴向窜动应完全彻底消除。高频电源的负端通过碳刷送到储丝筒轴的尾部，然后传到钼丝上，碳刷应保持良好接触，防止机油或者其他脏物进入。储丝筒本身作高速正反向转动，电机、滚筒及丝杠的轴承应定期拆洗并加润滑脂，换油期限可根据使用情况具体决定。其余中间轴、齿轮、导轨及丝杠、螺母等每班应注油一次。（1） 储丝筒旋转组合件储丝筒旋转组合件主要由储丝筒、联轴器和轴承座组成。 储丝筒 储丝筒是电极丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一，一般用45号钢制造。为了减少转动惯量，筒壁应尽量薄，按机床规格，本次设计DK7732应选用4mm（符合1.55mm）。为了进一步减少转动惯量，也可以选用铝镁合金材料制造储丝筒壁厚要均匀，工作表面要有较好的表面粗糙度，一般Ra为0.8m。为保证储丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支撑部分的同轴度。储丝筒与主轴装配后的径向跳动量应不大于0.01mm。一般装配后，以轴的 两端中心孔定位，冲摸储丝筒外圆和与轴承配合的轴径。 联轴器 走丝机构中运动组合件的电机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴，而是利用联轴器将二者联在一起。由于储丝筒运行时频繁换向，联轴器瞬间受到正反剪切力很大，因此多采用弹性联轴器和摩擦锥式联轴器。图1.2 运丝系统机构结构图a. 弹性联轴器，如图2.1所示 图2.1 弹性联轴器弹性联轴器结构简单，惯性力矩小，换向较平稳，无金属撞击声，可以减少对储丝筒中心轴的冲击。弹性材料采用橡胶、塑料或者皮革。这种联轴器的优点是，允许电动机轴与储丝筒轴稍有不同心和不平行（最大不同心允许为0.20.5mm，最大不平行为1），缺点是由它联接的两根轴在传递扭矩时会有相对转动。b. 摩擦锥式联轴器，如图2.2所示。摩擦锥式联轴器可带动转动惯量大的大、中型储丝筒旋转组合件。此种联轴器可传递较大的扭矩，同时在传动符合超载时，摩擦面之间的华东还可以起到过载保护作用。因为锥形摩擦面会对电机和储丝筒产生轴向力，所以在电机主轴的滚动支撑中，应选用向心止推轴承和单列圆锥滚子轴承。此外，还要正确选用弹簧规格。弹力过小，摩擦面打滑，使传动不稳定或摩擦面过热烧伤；弹力过大，会增大轴向力，影响中心轴的正常转动。 图2.2 摩擦锥式联轴器c.磁力联轴器是依靠磁力无接触式联接的，保留了传统联轴器的优点。具体有如下几种。套筒式磁力联轴器（如图3.1所示） 图3.1 套筒式磁力联轴器此种联轴器主动磁极3和从动磁极2均可为圆筒状或以若干磁铁排列成圆筒状，并用黏结剂分别将其固定于主动轴套4外表面上和从动轴套1没表面上， 主动轴6与被动轴7间用键5、8联接。主动磁极3和从动磁极2之间有一定间隙，其目的为：两磁极之间无摩擦，靠磁场联接；被联接两轴因受制造及安装误差，承载后变形及温度变化等因素影响，往往不能严格对中心。留有一定间隙，可补偿这一不足，还可适当降低加工及装配要求。该套筒式联轴器因磁场面积大，可以传递较大扭矩。其磁场联接力可以通过改变主动轴套4和从动轴套1的配合长度来进行调整。圆盘式磁力联轴器（如图3.2所示） 图3.2 圆盘式磁力联轴器此种联轴器主动磁极3和从动磁极2均可为圆盘状或以若干磁铁排列成圆形射线状，并用黏结剂分别将其固定于主动轴套4和从动轴套1的大表面上。由于圆盘式联轴器磁场面积小，所以传递扭矩小，并且体积相应的也小。其磁场联接力可以通过改变主动磁极3和从动磁极2之间的距离来进行调整。由于磁力联轴器轴与轴之间没有零件直接联接，而是靠磁场联接来传递扭矩，因此电机换向时，转动惯量被磁力线的瞬时扭曲抵消；在超负荷时，键8、5联接的主动轴7与从动轴6可以自动打滑脱开，起到安全离合器的作用，不会损坏任何零部件。主动磁极3和从动磁极2均用强的永磁材料制成，例如，铁氧体、稀土合金等。综合上述几种类型，参照本次设计要求，选择性价比最高的，显然a类型既是弹性联轴器已经满足条件，因此本次设计选用弹性联轴器。（2） 上下拖板走丝机构的上下拖板我们决定采用下面两种滑动导轨之一。燕尾型导轨，这种结构紧凑，调整方便。旋转调整杆带动塞铁，可改变导轨副的配合间隙。但该结构制造和检验比较复杂，刚性较差，传动中摩擦损失也较大。三角、矩形组合式导轨，如图4.1所示。导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环节来调节。 图4.1 三角、矩形组合式导轨由于储丝筒走丝机构的上拖板一边装有运丝电动机，储丝筒轴向两边负荷差较大。为保证上拖板能平稳的往复移动，应把下拖板设计的较长以使走丝机构工作时，上拖板部分可始终不滑出下拖板，从而保持拖板的刚度、机构的稳定性及运动精度。经比较，显然三角、矩形组合式导轨是比较理想的，因此，决定选用此种导轨作为本次设计之用。（3） 齿轮副与丝杠副走丝机构上拖板的传动链是由2-3级减速齿轮副和一组丝杠副组成，它使储丝筒在转动的同时，作相应的轴向位移，保证电机丝整齐的排绕在储丝筒上。在本次设计线切割机中，走丝机构常是通过配换齿轮来改变储丝筒的排丝筒的排丝距离，以适应排绕不同直径电机丝的要求。丝杠副一般采用轴向调节法来消除螺纹配合间隙。为防止走丝电机换向装置失灵，导致丝杠副和齿轮副损坏，在齿轮副中，可选用尼龙轮代替部分金属齿轮。这不但可以在电机换向装置失灵时，由于尼龙齿轮先损坏，保护丝杠副与走丝电机，还可以减少振动和噪声。但是由于要照顾专业知识的复习，所以决定选用传统的金属材料制造。（4） 线架、导轮部件结构线架与走丝机构组成了电极丝的运动系统。线架的主要功用是在电极丝按给定线速度运动时，对电极丝去支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度。对线架的要求是：具有足够的刚度和强度，在电极丝运动（特别是高速1走丝）时，不应出现振动和变形；线架的导轮有较高的运动精度，径向偏摆和轴向窜动不超过5m；导轮与线架本体、线架与床身之间有良好的绝缘性能；导轮运动组合件有密封措施，可防止带有大量放电产物和杂质的工作液进入导轮轴承；线架不但能保证电极丝垂直于工作台平面，在具有 锥度切割功能的机床上，还具备能使电极丝按给定要求保持与工作台平面呈一定角度的功能。线架按功能可分为固定式、升降式和偏移式三种类型；按结构可分为悬臂式和龙门式两种类型。悬臂式固定线架主要由线架本体、导轮运动组合件及保持器等组成。（1） 线架本体结构中、小型线切割机床的线架本体常采用单柱支撑、双臂悬梁式结构。由于支撑电极丝的导轮位于悬臂的端部，同时电极丝保持一定张力，因此应加强线架本体的刚度和强度，使线架的上下悬臂在电极丝运动时不致振动和变形。 为了进一步提高刚度和强度，在上下悬臂间增加加强筋的结构。有的机床的线架本体有的采用龙门结构。这时，工作台拖板只沿一个坐标方向运动，另一个坐标方向的运动通过架在横梁上的线架拖板来实现。此外，针对不同厚度的工件，还有采用丝臂张开高度可调的分离式结构，活动丝臂在导轨上滑动，上下移动的距离由丝杠副调节。松开固定螺钉时，旋转丝杠带动固定于上丝臂体的丝母，使上丝臂移动。调整完毕后拧紧固定螺钉，上丝臂位置便固定下来。为了适应线架丝臂张开高度的变化，在线架上下部分应增设副导轮，如图4.2所示：图4.2 可移动丝臂(2)导轮部件结构导轮是本机床关键零件，关系到切割质量，对导轮运动组合件的要求如下。a. 导轮V形槽面应有较高的精度，V形槽底的圆弧半径必须小于选用的电极丝半径，保证电极丝在导轮槽内运动时不产生轴向移动。b. 在满足一定强度要求下，应尽量减轻导轮质量，以减少电极丝换象时的电极丝与导轮间的滑动摩擦。导轮槽工作面应有足够的硬度，以提高其耐磨性。c. 导轮装配后转动应轻便灵活，应尽量减少轴向窜动和径向跳动。d. 进行有效的密封，以保证轴承的正常工作条件。导轮运动组合件的结构导轮运动组合件的结构主要有三种：悬臂支撑结构、双支撑结构和双轴尖支撑结构。悬臂支撑结构如图 5.1所示，结构简单，上丝方便。但是因为悬臂支撑，张紧的电极丝运动的稳定性较差，难于维持较高的运动精度，同时也影响导轮和轴承的使用寿命。 图5.1悬臂支撑导轮结构双支撑结构为导轮居中，两端用轴承支撑，结构复杂，上丝麻纺。但是此种结构的运动稳定性较好，刚度较高，不容易发生变形及跳动。双轴尖支撑结构。导轮两端加工成30锥形轴尖，硬度在RC60以上。轴承由红宝石或者锡磷青铜制成。该结构易与保证导轮运动组合件的同轴度，导轮轴向窜动和径向跳动量可以控制在较小的范围内。缺点是轴尖运动副摩擦力大，易于发热和磨损。为补偿轴尖运动副的磨损，利用弹簧的作用力使运动副良好接触。比较以上三种结构特点，可以看出DK7732高速走丝电火花线切割机床的导轮选择第二种比较适宜。导轮的材料 为了保证导轮轴径与导向槽的同轴度，一般采用整体结构。导轮要求用硬度高、耐磨性好的材料制成（如GCr15、W18Cr4V），也可以选用硬质合金或陶瓷材料制造导轮的镶件来增强导轮V形工作面的耐磨性和耐蚀性。导轮组合件的装配导轮组合件装配的关键是消除滚动轴承中的问题，避免滚动体与套环工作表面在负荷作用下产生弹性变形，以及由此引起的轴向窜动和径向跳动。因此，常用对轴承施加预负荷的方法来解决。通常是在两个支撑轴承的外环间放置一定厚度的定位环来获得预负荷。预加负荷必须适当选择，若轴承承受预加负荷过大，在运转时会产生急剧磨损。同时，轴承必须清洗的很洁净，并在显微镜下检查滚道内是否有金属粉末、碳化物等，轴承经清洗、干燥后，填以高速润滑脂，起润滑和密封作用（二） 储丝走丝部件主要零件强度计算1. 齿轮传动比的确定钼丝丝距选择为0.25mm。储丝筒每转一周，拖板带动储丝筒移动0.25mm，丝杠螺距选择为1.5mm。所以储丝筒与丝杠见齿轮传动比为：u=0.25/1.5=1：6；采用二级齿轮传动，取u1=1/2，u2=1/3。2. 齿轮齿数的确定取Z=23；由于齿轮齿根与轴上键距离不能为零。即df/2（d+t1）2m由d=16mm查设计手册得：t1=2.3；而df1=d12hf=（z12ha*2c*）m=(2320.5)m=20.5m代入上式得：20.5/2m（16+2.3）/22m m1.3取m=2则Z2=2Z1=46d1=mZ1=223=46mmd2=mZ2=246=92mm取Z3=23Z4=3Z3=323=69d3=mZ3=223=46mmd4=mZ4=269=138mm齿轮1，2中心距 a1=(d1+d2)/2=(46+92)/2=69mm齿轮3，4中心距 a2=(d3+d4)/2=(46+132)/2=92mm参考书机械设计取b=0.5d1=0.546=23mm其他数据如下da1=(Z1+2ha*)m=(23+21) 2=50mmda2=(Z2+2ha*)m=(46+21) 2=96mmdf1=(Z12ha*2c*)m=(232120.25) 2=41mmdf2=(Z22ha*2c*)m=(462120.25)2=87mm同样可以计算得: da3=50mm da4=142mm df3=41mm df4=133mm3. 传动件的估算根据公式 d=91mm其中 N该传动轴的输入功率 N=N其中N电机额定功率从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积 n该传动轴的计算转速r/min 计算转速n是传动件能传递全部功率的最低转速每米长度上允许的扭转角（deg/m） 取=0.995，N=0.55kwN= N=0.550.995=0.54725kwn=1390r/mind=91=10.2mm4. 齿轮模数估算齿轮弯曲疲劳估算：m=32=1.039mm齿面点蚀估算：A=370=49.28mm其中n为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距中心距A及齿数Z、Z求出模数=1.428mm取mm中较大者 m=1.428，现取m=2（2） 齿轮模数的验算： 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为m=16300mm式中： N计算齿轮传递的额定功率 N= n计算齿轮（小齿轮）的计算转速 r/min 齿宽系数=b/m，常取610。 Z计算齿轮的齿数，一般取传动中最小的齿轮的齿数；i大齿轮与小齿轮的齿数比，i=寿命系数，=；n齿轮的最低转速r/minT预定的齿轮工作期限，中型机床推荐，T=1500020000h；k转速变化系数；k材料强化系数。幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起着阻止疲劳细缝扩展的作用； k功率利用系数 k工作情况系数 k载荷系数 k3齿向载荷分布系数 Y齿形系数 、许用弯曲接触能力 查表得：k1=1.2，k2=1.2，k3=1.15 Ks=knkNkq=knkNkq =0.780.510.60 =0.91 N=0.54725kw =10 =600MPa 则 mj=16300mm =1.824mm 根据弯曲疲劳计算齿轮计算模数公式为： Mw=275mm =275 =0.063mm Ks=knkNkq=knkNkq =0.890.700.75 =0.554 所以m=2符合要求（三） 储丝走丝部件主要零件强度验算1. 齿轮强度的验算齿根危险截面的弯曲强度条件式k载荷系数 k=kAkv 齿宽系数，取0.5kA使用系数，取1kv载荷系数，取1.05齿间载荷分配系数， 齿向载荷分布系数小齿轮传递的转距=95.5105P1/n1 =95.51050.55/1390 =3.78103Nmm =1.11+0.18(1+6.70.52) 0.52+0.1510-30.5 =1.23045 K=11.051.01.6=1.218 查得：b/h=23/4.5=5.11 =1.16 载荷作用与齿顶时齿形系数 载荷作用与齿顶时应力校正系数 查表得：=2.69，=1.575 则=18.4MPa N=60njLh=601390120000=1.668106 s疲劳强度安全系数， s=sH=1, s=sF=1.251.5 kN寿命系数 （kFN=1.0，kHN=1.0） 齿轮的疲劳极限 =340MPa 所以 其中： ZH区域系数 ZE弹性影响系数 ZH= ZH=2.5 ZE=189.8MP kH=kAkV=11.051.01.23045 =1.29 , 因此，所设计齿轮也满足齿面接触疲劳强度要求， 齿轮设计合格。2.主轴的验算按弯扭合成应力校核轴的强度：根据轴的结构图作出轴的计算简图，如图6.1 (a)。并分别作出水平方向和垂直方向的弯矩图，如图 (b),(c)，以及扭矩图如图 (d)。 先计算轴上的载荷： 齿轮的分度圆直径为：. 图6.1 轴的结构图与弯矩扭矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以明显的看出截面B是危险截面。先将计算出的截面C 处的MH、Mr及M的值列于下表1.1 表1.1 应力计算表载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=195.7N, FNH2=31.4NFNH1=71.2N, FNH2=11.4N弯矩MMH=8543.6NmmMV=3109.6 Nmm总弯矩Nmm扭矩TT1=3.78103Nmm轴的计算应力：入如表1.1中数值得：=5.7MPa前已经选顶的轴的材料为45号钢，调质处理 查得=60MPa因此，故安全(四） 主轴组件结构设计1. 轴承的配置形式一般来说数控机床的主轴结构的轴承有以下几种配置形式：（1） 前后支承均采用双列短圆柱滚子轴承来承受径向载荷，安装在前端的两个推力球轴承用来承受前后方向的轴向负载。这种结构能承受较大的负载(特别是轴向负载），可适应强力切削，但主轴转速不能太高，轴承在高转速时容易发热。由于推力球轴承安装在主轴前端，当主轴旋转时前轴承和后轴承温度差较大，热变形对主轴精度影响也较大。前轴承温度高，主轴前端升高量大，后轴承温度低，主轴末端升高量小，因此，这种机构目前应用较小。（2） 前后支承用双列短圆柱滚子轴承来承受径向负荷，用安装在主轴前端的双向向心推力球轴承来承受轴向负载。这种结构刚性较好。（3） 前轴承用单列向心推力球轴承，背靠背安装，由23个轴承组成一套，用以承受径向和轴向负载；后轴承用双列短圆柱滚子轴承。这种结构适应较高转速、较重切削负载，主轴精度较好。但所承受的轴向负载较前两种结构小。（4） 前后支承均采用成组单列向心推力球轴承，用以承受径向和轴向负载。这种结构适应高转速，中等负载的数控机床。在中、小规格的数控机床上采用这种机构较多。本次设计主轴所采用的轴承支承方式为第四种。2. 主轴组件的调整和预紧滚动轴承的预紧是采用适当的方法是滚动体和内外套圈之间产生一定的预变形而带伏负游隙运行。预紧的目的是增加轴承的刚度，提高旋转精度，延长轴承寿命。按预载荷的方向可分为轴向预紧和径向预紧。而角接触球轴承主要是轴向预紧，这可明显提高轴向刚度。如下图为单个角接触球轴承的载荷变形曲线，其弹性变形量a与轴向外载荷Fa的关系为aFa。没有预紧时，在Fa作用下，轴承的轴向变形量为a1；而在具有预紧Fa0条件下，同样作用轴向载荷Fa，轴承的轴向变形增量为a2，显然a2a1，轴承的轴向刚度有所提高。 图5.2 角接触球轴承载荷变形曲线三、 进给传动设计（一）进给传动运动设计1.脉冲当量和传动比的确定1）脉冲当量的确定目前，常用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。步进电机每转一转传感器发出一定数量的脉冲每个脉冲代表电机一定数量的脉冲，每个脉冲代表电机一定的转角。步进电机是一种电脉冲控制的特种电机，对于每一个电脉冲步进电机都将产生一个恒定的步进角位移，每一个脉冲或每步的转角称为步进电机的步距角，可由选用的步进电机型号从技术数据表中查出。因此，每脉冲代表锻机一定的转角，这个转角经齿轮副和滚珠丝杆使工作台移动一定的距离。每个脉冲所对应的执行件（如工作台）的移距，称为脉冲当量或分辨率，记为，单位为mm/脉冲。应根据机床或工作台进给系统所要求的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差存在，脉冲当量值必须大于定位精度值。此次设计的电火花成型机对机床定位精度的设计要求是0.01mm，根据该精度要求可确定脉冲当量为=0.005mm/脉冲。2）传动比的确定 设传动副的传动比为i，若为一级传动，则,为主动齿轮的转速和齿数，为主动齿轮的转速和齿数。若为多级传动，则i为总传动比。对于步进电机，当埋藏当量（mm/脉冲）确定，并且滚珠丝杆导程（mm）和电机步距角都也已初步选定后，则可用下式计算主轴系统的传动比i=1。（二）滚珠丝杠螺母副的型号选择和滚珠丝杠的选型和校核1.滚珠丝杠螺母副的型号选择（1）最大工作载荷计算滚珠丝杠上的工作载荷Fm（N）是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体中立和作用于导轨上的其他切削分力相关的摩擦力，可用下列实验公式进行计算。对于矩形导轨 Fm=KFL+f(FV+FC+G)式中： FL工作台进给方向载荷 FV工作台垂直载荷 FC工作台横向载荷 G移动部件的重力 K考虑颠覆力矩影响的实验系数 f考虑颠覆力矩影响的摩擦系数对于滚动导轨：f=0.00250.005由于电火花线切割是电极丝放电进行加工，可以认为FL，FV，FC近似为零所以：Fm=fG取f=0.005，G=1000kg（估算）Fm=fG=10000.005=5（2） 最大动载荷C的计算及主要尺寸初选滚珠丝杠应根据断定动载荷Ca选用，最大动载荷计算原理与滚动轴承相同。滚珠丝杠的最大动载荷应用下式计算 L=60nt/106 式中：L工作寿命，单位106r n丝杠转速，单位r/min v最大切削力条件下进给速度，单位m/min L0丝杠基本导程，单位mm t额定使用寿命，单位h，可取t=15000h fm运转状态系数，无冲击取11.2，一般情况1.21.5所以 = =11.96 =（100010010-3）/5 =20r/minL=60nt/106 = =105.12（106r/min） = =33根据以上计算选取CBM32055（机械设计师手册上）2.滚珠丝杠的选型和校核滚珠丝杆已由专门工厂制造，因此，不用我们自己设计制造，只要根据使用工况选择某种类型的结构，再根据载荷、转速等条件选定合适的尺寸型号并向有关厂家订购。此次设计中滚珠丝杆被三次选用，故本人只选取其中最重要的主轴传动中的滚珠丝杆加于设计和校核。其步骤如下： 首先对于一些参数说明如下： 轴向变载荷，其中i表示第i个工作载荷，i=1、2、3n ；第i个载荷对应的转速(r/min);第i个载荷对应的工作时间 (h) ;丝杆副最大移动速度(mm/min);丝杆预期寿命。1型号选择（1）根据使用和结构要求 选择滚道截面形状，滚珠螺母的循环方式和预紧方式；（2）计算滚珠丝杆副的主要参数 根据使用工作条件，查得载荷系数=1.0系数=1.5； 计算当量转速 计算当量载荷 初步确定导程 取5mm计算丝杆预期工作转速计算丝杆所需的额定载荷（3）选择丝杆型号根据初定的和计算的，选取导程为5mm，额定载荷大于的丝杆。所选丝杆型号为CDM2004-2.5。其为外循环双管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式系列滚珠丝杆。2临界转速校核校核合格。3由于此丝杆是竖直放置，且其受力较小，温度变化较小。所以其稳定性、温度变形等在此也没必要校核。4滚珠丝杆的预紧预紧力一般取当量载荷的三分之一或额定动载荷的十分之一。即：其相应的预紧转矩（三）步进电机的选用步进电动机又称为脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。具有以下四个特点：转速（或线速度）与脉冲频率成正比；在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化；速度可调，能够快速起动、制动和反转；定位精度高、同步运行特性好。数控电火花成型机的动力系统要求电动机电位精度高，速度调节方便快速，受环境影响小，且额定功率小，并且可用于开环系统。而BF系列步进电动机为反应式步进电动机，具备以上的所有条件，我们选用了型号90BF004的电动机作为主运动的动力源。选用时主要有以下几个步骤：（一）根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号1步距角初选步进电机型号，并从手册中查到步距角,由于 综合考虑，我初选了，可满足以上公式。2距频特性步进电机最大静转矩Mjmax是指电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩Mmq与最大静转矩Mjmax的关系是： Mmq=步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算： 式中：Mkq为空载启动力矩；Mka为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩；Mkf为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩；为由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩。而且初选电机型号时应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即： MkqMmq=Mjmax计算Mkq的各项力矩如下：（1）加速力矩 （2）空载摩擦力矩 （3）附加摩擦力矩 （二）启动矩频特性校核 步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。 前面提出的，仅仅是指初选惦记后检查电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。 步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩中的加速力矩不会很大。一般不会发生丢步现象。（四）进给机构支承设计1.螺杆的支承形式滚珠丝杠的支承和支承方式将影响丝杠副的刚度，因此，对运动精度要求高时应审慎的加以选择。常见的支承形式有以下几种：丝杠一端安装两个深沟球轴承或者角接触球轴承或者圆锥滚子轴承的称为固定支承；螺母相当于固定支承。安装一个深沟球轴承或者角接触球轴承或者圆锥滚子轴承的称为铰支承；因此丝杠的支承方式有两端固定，一端固定，一端铰支，一端固定、一端自由，两端铰支，一端固定、一端铰支几种。本次采用的是两端固定形式支承2.螺杆的支承方式螺杆的支承方式有以下四种：（1）双推自由支承：将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端自由特点：适用于短螺杆。（2）双推支承 将两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承装在一端，另一端装一个或两个深沟球轴承。特点：螺杆水平安装时，可减少或避免因自重产生的弯曲或高速运转时，自由端的晃动。适用于长螺杆。（3）单推单推或双推单推 两端各装一个方向相反的推力球轴承和一个深沟球轴承或一端装两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承，另一端装一个推力球轴承。 特点可预拉伸螺杆，以减少或消除螺杆水平安装时，因自重产生的弯曲，当轴承预紧力大于螺杆载荷的1/3时，螺杆拉压刚度可提高4倍，且不会承受压力，无失稳现象。（4）双推双推 两端各装两个方向相反的推力球轴承和两个深沟球轴承 特点：优点与单推单推式相同，当超过预计温度时，不会因螺杆伸长使轴承产生间隙，缺点是调整较复杂。四、数控系统设计（一） 数控系统总体方案的拟定机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成.控制系统的控制对象主要包括各种机床,如车床、铣床、磨床等等.控制系统的基本组成如下图所示:通信接口软件微机 步进电机驱动电路步进电机机床开关量控制电路主运动驱动电路主轴电动机 图6.2 控制系统框图(二)数控系统硬件的电路设计1、 单片机设计单片机通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生产的，在它上面集成的是一些作为基本组成部分的运算器电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。但一个单片机芯片并不并能把计算机的全部电路都集成到其中，有些元件如复位电路的石英晶体、电阻、电容等只能以散件的形式出现。此外，在实际的控制应用中，常常需要扩展外围电路和外围芯片。通常所说的单片机系统都是为实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组建的计算机应用系统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件基础。(1)MCS-51系列单片机的设计MCS-51系列单片机的所有产品都含有8051除程序存贮器外的基本硬件，都是在8051的基本上改变部分资源（程序存贮器、数据存贮器、I/O口、定时/计数器及一些其他特殊部件）。在控制系统设计中，我们采用的是8031，8031可寻址64KB字节程序存贮器和64KB字节数据存贮器。内部没有程序存贮器，必须外接EPROM程序存贮器。8031采用40条引脚的双列直插式封装（DIP），引脚和功能分为三部分。a.电源及时钟引脚此部分引脚包括电源引脚Vcc、Vss及时钟引脚XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc（40脚）：接+5V电源。Vss（20脚）：接地。时钟引脚（18、19脚）：外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。XTAL1（19脚）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接受振荡器的信号，即把信号直接接至内部时钟发生器的输入端。b.控制引脚它包括RST、ALE、等。此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。RST/VPD（9脚）：当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。复位后应使此引脚电平为0.5V的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此引脚可接备用电源（VPD），以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（50.5）V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。ALE/（30脚）：当单片机访问外部存贮器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是，每当访问外部数据存贮器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。（29脚）：此输出为单片机内访问外部程序存贮器的读选通信号。在从外部程序存贮器指令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存贮器时，这两次有效的信号不出现。同样可以驱动8个TTL负载。/Vpp（31脚）：当端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器，但当PC值超过某值时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器。对8031来说，因其无内部程序存贮器。所以该引脚必须接地，即此时只能访问外部程序存贮器。c.输入/输出引脚输入/输出（I/O）口引脚包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口（P0.0-P0.7）：为双向8为三态I/O口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是地址总线低8位及数据总线分时复用口，可驱动8个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。P1口（P1.0-P1.7）：为8位准双向I/O口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入口时，锁存器必须置1），可驱动4个TTL负载。P2口（P2.0-P2.7）：为8位准双向I/O口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载，一般作为扩展时地址总线的高8位使用。P3口（P3.0-P3.7）：为8位准双向I/O口，是双功能复用口，可驱动4个TTL负载。(2)MCS-51单片机的时钟电路时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏.MCS-51片内有一个反相放大器,XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端,该反相放大器与片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器,产生的时钟送至单片机内部的各个部件.单片机的时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式两种,大多单片机应用系统采用内部时钟方式.最常用的内部时钟方式采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路,不论是HMOS还是CHMOS型单片机,其并联谐振回路及参数相同.如图所示:图7.1 内部时钟方式的时钟电路MCS-51单片机允许的振荡晶体可在1.2MHz-24MHz之间可以选择,一般取11.0592MHz.电容C1、C2的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有少许影响.C1、C2可在20pF-100pF之间选择,一般当外接晶体时典型取值为30pF,外接陶瓷谐振器时典型取值为47pF,取60pF-70pF时振荡器有较高的频率稳定性.在设计印刷电路板时,晶体或陶瓷谐振器和电容应尽量靠近单片机XTAL1、XTAL2引脚安装,以减少寄生电容,更好地保证振荡器稳定和可靠的工作.为了提高温度稳定性,应采用NPO电容.(3)MCS-51单片机的复位电路计算机在启动运行时都需要复位,使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作.单片机的复位都是靠外部电路实现的,MCS-51单片机有一个复位引脚RST,高电平有效.它是施密特触发输入,当振荡器起振后,该引脚上出现两个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平,使器件复位,只要RST保持高电平,MCS-51便保持复位状态.此时ALE ,P0,P1,P2,P3口都输出高电平.RST变位低电平后,退出复位状态,CPU从初始状态开始工作.复位操作不影响片内RAM的内容.MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式.通常因为系统运动等的需要,常常需要人工按钮复位,如图 所示:图7.2 上电按钮复位电路对于CMOS型单片机因RST引脚的内部有一个拉低电阻,故电阻R2可不接.单片机在上电瞬间,RC电路充电,RST引脚端出现正脉冲,只要RST端保持两个机器周期以上的高电平(因为振荡器从起振到稳定大约要10ms),就能使单片机有效复位.当晶体振荡频率为12MHz时,RC的典型值为C=10F,R=8.2K.简单复位电路中,干扰信号易串入复位端,可能会引起内部某些寄存错误复位,这时可在RST引脚上接一去耦电容.上图那上电按钮复位电路只需将一个常开按钮开关并联于上电复位电路,按下开关一定时间就能使RST引脚端为高电平,从而使单片机复位2.系统扩展在以8031单片机为核心的控制系统中必须扩展程序存贮器，用以存放控制程序。同时，单片机内部的存贮器容量较小，不能满足实际需要，还要扩展数据存贮器。这种扩展就是配置外部存贮器（包括程序存贮器和数据存贮器）。另外，在单片机内部虽然设置了若干并行I/O接口电路，用来与外围设备连接。但当外围设备较多时，仅有几个内部I/O接口是不够的，因此，单片机还需要扩展输入输出接口芯片。（1） 程序存储器扩展MCS51系列单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的。程序存储器寻址空间为64kB（0000H0FFFFH），其中8051、8751片内有4kB的ROM或EPROM，8031片内不带ROM。当片没ROM不够采用8031芯片时，需扩展程序存储器。用作程序存储器的器件是EPROM和EEPROM， MCS51单片机扩展外部程序存储器的硬件电路如图图8.1 MCS51单片机扩展外部程序存储器的硬件电路由于MCS51单片机的P0口是分时复用的地址/数据总线，因此，在进行程序存储器扩展时，必须用地址锁存器锁存地址信号。通常地址锁存器可使用带三态缓冲输出的74LS373。当用74LS373作为地址锁存器时，锁存端G可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。根据应用系统对程序存储器容量要求的不同，常用的扩展 芯片包括EPROM2716（2kB8）、2732A（4kB8）、2764A（8kB8）、27128A（16kB8）、27256（32kB8）和27512（64kB8）等。以上6种EPROM均为单一5V电源供电，维持电流为35mA40Ma，工作电流为75 mA100 mA，读出时间最大为250ns，均有双列直插式封装形式，A0A15是地址线，不同的芯片可扩展的存储容量的大小不同，因而提供高8位地址的P2端口线的数量各不相同，故2716为A0A10，27152为A0A15；D0D7是数据线；CE是片选线，低电平有效；OE是数据输出选通线；Vpp是编程电源；Vcc是工作电源；PGM是编程脉冲输入端。根据图 程序存储器扩展的原理，以EPROM2764A和锁存器74LS373为例对8031单片机进行程序存储器扩展，其连接图如图所示。 图8.2 8031扩展2764的连接图因为2764A是8kB容量的EPROM，故用到了13根地址线，A0A12。由于系统中只扩展一片程序存储器，所以可将片选端CE直接接地。同时，8031运行所需程序指令来自2764A，要把其EA端接地，否则，8031将不会运行。电擦除可编程只读存储器EEPROM是近年来推出的新产品。其主要特点是能在计算机系统中进行在线修改，并在断电的情况下保持结果。因此，自从EEPROM问世以来，在智能化仪器仪表、控制装置、开发系统中得到了广泛的应用。（2） 数据存储器的扩展8031单片机内部有128字节RAM存储器。CPU对内部的RAM具有丰富的操作指令。但是在用于实时数据采集和处理时，仅靠片内提供的128字节的数据存储器是远远不够的，在这种情况下，可MCS51的扩展功能，扩展外部数据存储器。图 是单片机扩展外部RAM的电路原理图。 图9.1 单片机扩展外部RAM的电路原理图数据存储器只使用WR、RD控制线而不用PSEN。正因为如此，数据存储器与程序存储器地址可完全重叠，均为0000HFFFFH，但数据存储器与I/O口及外围设备是统一编址的，即任何扩展的I/O口以及外围设备均占用数据存储器地址。图 中，P0口为RAM的复用地址/数据线，P2口用于对RAM进行页面寻址（根据其容量不同，所占用的P2端口不同），在对外部RAM读/写期间，CPU产生RD/WR信号。在80314单片机应用系统中，静态RAM是最常用的，由于这种存储器的设计无须考虑刷新问题，因而它与微处理器的接口很简单。最常用的静态RAM芯片有6116（2kB8）和6264（8kB8）。单一5V供电，额定功耗分别为160mW和200mV，典型存取时间均为200ns，均有双列直插式封装，管脚分别为24和28线。图9.2 8031扩展6264的连接图图为6264与8031的硬件连接图。从 图中可以知道：6264的片选I接8031的P2.7，第二片选线CS2接高电平，保持一直有效状态，因6264是8kB容量的RAM，鼓用到了13根地址线。8031在访问6264期间，可以用以下指令：movx dptr, a;A中内容传至外部RAM或者 movx a, dptr; 外部RAM内容读至A中对于图（未画）所显示的线路，6264的地址范围为6000H7FFFH，共8 kB。3、I/O口的扩展在MCS-51应用系统中，单片机本身提供给用户使用的输入、输出口线并不多，只有P1口和部分P3口线。因此，在大部分单片机应用系统设计中都不可避免的要在单片机外部扩展I/O端口。由于MCS-51的外部数据存储器RAM和I/O口是统一编址的，因此用户可以把外部64kB的数据存储器空间的一部分接口作为扩展外围I/O的地址空间。这样单片机就可以象访问外部RAM存储器一样访问外部接口芯片，对其进行读/写操作。（1） 8255A可编程外围并行I/O接口8255A是可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用方便，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的接口电路。在8031单片机的I/O口上扩展8255芯片，其接口逻辑相当简单，如图所示 图10.1 8031扩展8255连接图图中8255的片选信号CS及口地址选择线A0、A1分别由8031的P0.7和P0.0、P0.1经地址锁存器锁存后提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分别为FF7CH，FF7DH，FF7EH，FF7FH。8255的复位端与8031的复位端相连，都接到8031的复位电路上。在实际的应用系统中，必须根据外围设备的类型选择8255的操作方式，并在初始化程序中把相应的控制字写入操作口。下面根据图3-6举例说明8255的编程方法。其个端口地址如下：A口地址： FF7CHB口地址： FF7DHC口地址： FF7EH控制口地址：FF7EH假设要求8255工作在方式0，且A口作为输入，B口、C口作为输出，则工作程序如下：mov a,#90H;方式0，A口输入，B口、C口输出mov dptr,#0FF7FH;控制寄存器dptrmovx dptr,a;方式寄存器控制寄存器mov dptr, #0FF7CH;A口地址dptrmov a，dptr； 从A口读数据mov dptr， #0FF7KH；B口地址dptrmov a，DATA1；要输出的数据DATA1Amovx dptr， a；将DATA1送B口输出mov dptr，#0FF7EH；C口地址dptrmov a， DATA2；DATA2Amovx dptr, a;将DATA2送C口输出对8255的C口8位的任何一位，均可用指令来置位或复位。例如，如果把C口的第六位PC5置1，相应的控制字为：00001011B=0BH，程序如下： mov dptr, #0FF7FH；控制口地址dptr mov a，#0BH；控制字A movx dptr, a; 控制字控制口；PC5=1 如果把C口的第六位PC5复位，相应的控制字为：00001010B=0AH，程序如下： mov dptr, #0FF7FH；控制口地址dptr mov a，#0AH；控制字A movx dptr, a; 控制字控制口；PC5=08255接口芯片在MCS-51单片机应用系统中广泛用于连接外部设备，如打印机、键盘、显示器以及作为控制信息的输入、输出口。1）8155可编程外围并行I/O接口8155/8156芯片内包含256字节RAM，2个8位和1个6位的可编程并行I/O口，1个14位定时器/计数器。8155/8156可直接与MCS-51单片机连接，不需要增加任何硬件逻辑。由于8031单片机外接一片8155后，就综合地扩展了数据RAM、I/O端口和定时器/计数器，因而是MCS-51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。8155与8156的区别仅在于片选信号电平的不同，其他功能完全一样。在8155的控制逻辑部件中，设置有一个控制命令寄存器。和一个状态标志寄存器。8155的工作方式由CPU写入控制命令寄存器的控制字来确定，控制命令寄存器只能写入不能读出，8位控制命令寄存器的低4位用来设置A口、B口和C口的工作方式。第4、5位用来确定A口、M口以选通输入输出方式工作时是否允许中断请求。第6、7位用来设置定时器/计数器的操作。8155的A口、M口可工作于基本I/O方式或选通方式，C口可作为输入输出口线，也可作为A口、B口选通方式工作事的状态控制信号线。其工作情况与8255方式0、方式1事大致相同，控制信号的含义也基本一样。另外，在8155中还设有一个状态标志寄存器，用来存放A口和B口的状态标志。状态标志寄存器的地址与命令寄存器的地址相同，CPU只能读出，不能写入。在8155中还设有一个14位的定时器/计数器，可用来定时或对外部事件计数，CPU可通过程序选择计数长度和计数方式。计数长度和计数方式由输入给计数寄存器的计数控制字来确定。MCS-F51单片机可以和8155直接连接而不需要任何外加逻辑器件。8031和8155的接口方法如图所示 图10.2 8031扩展8155的连接图在图中，8031单片机P0口输出的低8位地址不需要另加锁存器而直接与8155的AD0AD7相连，既作低8位地址总线又作数据总线，地址锁存直接用ALE在8155锁存。8155CE端接P2.7，IO/M端P2.0相连。当P2.7为低电平时，若P2.0=1，访问8155的I/O口；若P2.0=0，访问8155的RAM单元。由此我们得到图中的8155的地址编码如下：RAM字节地址： 7E00H7EFFHI/O口地址：命令/状态口： 7F00HPA口： 7F01HPB口： 7F02HPC口： 7F03H定时器低8位： 7F04H定时器高8位 7F05H下面根据图所示的接口电路，说明对8155的操作方法。初始化程序设计。若A口定义为基本输入方式，B口定义为基本输出方式 对输入脉冲进行16分频，则8155的I/O初始化程序如下：START： mov dptr, #7F04H; 指向定时器低8位mov a， #10H； 计数常数10Hmovx dptr, a; 计数常数低8位装入inc dptr； 指向定时器movx dptr, a; 定时器高8位装入高8位mov a，#40H； 设定时器连续方波输出mov dptr， #7F00H；指向命令/状态口mov a， #0C2H； 命令控制字设定movx dptr, a; A口为基本输入方式，B口为基本输出方式，开启定时器读8155RAM的F1H单元内容。程序如下：mov dptr, #7EF1H; 指向8155RAM的F1H单元movx a, dptr; F1H单元内容给A将立即数41H写入8155RAM的20H单元。程序如下：mov a, #41H; 立即数给A 。mov dptr, #7E20H; 指向8155RAM的20H单元movx dptr, a; 立即数41H送到8155RAM的20H单元4.显示器接口设计在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED。LED显示块由发光二极管显示字段组成，有7段和“米”字型之分，一片显示块显示一位字符。共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。 由于7段LED显示块有7个段发光二极管，所以其字形码为一个字节；“米”字形LED显示块有15段发光二极管，所以字形码为两个字节。由n片LED显示块可拼接成n位LED显示器，共有n根位选线和8n根段选线，根据显示方式不同，位选线和段选线的连接也各不相同，段选线控制显示字符的字型，而位选线则控制显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。在多位LED显示时，为了节省I/O口线，简化电路，降低成本，一般采用动态显示方式。动态显示方式是一位一位地分别轮流点亮各位显示器，对每位显示器来说，每隔一段时间轮流点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮和熄灭时间的比例有关。这种显示方式将七段LED显示器的所有段选位并联在一起，由一个8位I/O口控制，实现各位显示器的分时选通。下图是LED显示器采用共阴极方式，6个显示器的段选码由8155的PB口提供，位选码由8155的PA口提供（PA口同时也提供行列式未编码键盘的列线），行列式未编码键盘的行线由PC口提供。图中设置了36个键。如果继续增加PC口线，设全部PC口线（PC0-PC5）用作键盘的行线，全部PA口线（PA0-PA7）作键盘列线，则按键最多可达86个。下图中8155的PB口扫描输出总是只有一位为高电平，即PB口经反相后仅有一位公共阴极为低电平，8155的PA口则输出相应位（PB口输出为高对应的位显示器）的显示数据，使该位显示与显示缓冲器相对应的字符，而其余各位均为熄灭，依次改变8155的PB口输出为高的位，PB口输出对应的显示缓冲器的数据。图11.1 LED显示器 5.步进电机控制电路设计步进电机的驱动方式采用高低压驱动，即在电机移步时，加额定或超过额定值的电压，以便在较大的电流驱动下，使电机快速移动；而在锁步时，则加低于额定值的电压，只让电机绕组流过锁步所需的电流值。这样，既可减少限流电阻的功率消耗，又可以提高电机的运行速度。步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号，因为步进电机的运动不产生旋转量的误差。在五相十拍得程序中，P1口输出的控制字是在程序中给定的。在五相十拍的控制中，由于控制字较多，故把这些控制字以表的形式预先存放在内部RAM单元中，运行程序时以表的方式逐个取出并输入。假定正反转控制字依次存放在以point为首地址的内部RAM中，表中内容如下：Point: DB 01H ;正转ADB 02H ；ABDB 03H ；BDB 04H ；BCDB 05H ；CDB 06H ；CDDB 07H ；DDB 08H ；DEDB 09H ；EDB 10H ；EADB 00H ；循环标志DB 01H ；反转ADB 10H ；AEDB 09H ；EDB 08H ；EDDB 07H ；DDB 06H ；DCDB 05H ；CDB 04H ；CBDB 03H ；BDB 02H ；BADB 00H ；循环标志程序：ROUTN： JB F0，LOOP2 ；判正反转 MOV R1，#POINT ；建立正转数据指针LOOP1： MOV A。R1 ；读控制字JZ LOOP ；结束符转MOV P1，AACALL DELAY ；延时INC R1 ；数据指针加1AJMP LOOP1 ；循环LOOP2： MOV A，#POINT ；建立反转数据指针ADD A，#06HMOV R1，AAJMP LOOP1LOOP3： DJNZ R0，ROUTN ；判步数到否 RET（1）步进电机开环驱动原理每输入一个脉冲,步进电机就前进一步,因此,它也称作脉冲电动机.其种类很多,但主要分三大类:反应式步进电动机,永磁式步进电动机,以及永磁感应式步进电动机.反应式电动机结构最简单,是应用最广泛的一种.按控制绕组的相树分有三相,四相,五相,六相等等.无论哪种步进电动机,他们的工作原理都有相同之处:数字式脉冲信号控制定子磁极上的控制绕组,按一定顺序依次通电,在顶子和转子的气隙间形成步进式的磁极轴旋转.步进电动机主要用于开环系统,当然也可以闭环系统.下图是步进电动机开环伺服系统的原理图,它由以下几部分组成:图11.2 步进电机开环伺服系统原理图 脉冲信号源是一个脉冲发生器,通常脉冲频率连续可调,送到脉冲分配器的脉冲个数和脉冲频率由控制信号控制.因脉冲频率可调,也称为变频信号源. 脉冲分配器脉冲按一定的顺序送到功率放大器中进行放大，驱动步进电动机工作用硬件进行脉冲顺序的分配，有时称为环行分配器，也简称环分功率放大器将脉冲分配器送来的脉冲放大，使步进电动机获得必要的功率步进电动机伺服系统的执行元件，它带动工作机构，如减速装置，丝杆，工作台（2） 脉冲分配对每一个五相步进电动机而言，其脉冲分配方式是五相十拍的的其五相分别用，表示五相十拍的运行方式是顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步转动要改变步进电动机的转动方向，只需改变通电的顺序即可脉冲分配器是将脉冲电源按规定的通电方式分配到各相，该分配可由硬件来实现在微机控制中，脉冲的分配也可由软件来完成，.，.，.，.，.五位分别输出时序脉冲，经光电隔离、驱动放大使步进电机运转延时的长短决定了步进电动机运行一拍的时间，也就决定了步进电机的转速 （3）驱动电路由微机根据控制要求发出的脉冲，并依次将脉冲分配到各相绕组，因其功率很小，电压不足，电流为m级，必须经过驱动器将信号电流放大到若干安培，才能驱动步进电动机因此，步进电机驱动器实际上是一个功率放大器驱动器的质量直接影响步进电动机的性能，驱动器的负载是电机的绕组，是强电感应负载对驱动器的主要要求是：失真要小，要有较好的前后沿和足够的幅度；效率要高；工作可靠；安装调试和维修方便下图是一个a绕组的高低压驱动电路，脉冲变压器p组成高压控制电路。 图12.1 步进电机高低压驱动电路 无脉冲输入时，均截止，电机绕组a中无电流通过，电机不转有脉冲输入时，饱和导通，在由截止到饱和期间，其集电极电流也就是脉冲变压器的初级电流急速增加，在变压器次级感应一个电压，使导通，高压经高压管加到绕组a上，使电流迅速上升，约经数百微妙，当进入稳压状态后，p初级电流暂时恒定，次级的感应电压降到，截止，这时低压电流经加到绕组a上，维持a中的电流为恒定值输入脉冲结束后，又均截止，储存在a中的能量通过的电阻和二极管泄放，的电阻的作用是减小放电回路的时间常数，改善电流波形后沿由于采用高低压驱动，电流增长快，电机的力矩和运行频率都得到改善，但由于电机转动时产生的反电动势，使电流波形顶部下凹，使平均电流下降，转矩下降6.光电隔离电路设计为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜，通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上的隔离的方法。过去通常隔离变压器或中间继电器来实现，而目前已广泛被性能高、价格低的光电耦合器来代替。光电耦合器是把发光元件与受光元件封装在一起，以光作为媒体来传输信息的。其封装形式有管形，双列直插式、光导纤维连接等。发光器件一般为砷化镓红外发光二极管。光电耦合器具有以下特点：a. 信号采取光电形式耦合，发光部分与受光部分无电气回路，绝缘电阻高达1010-1012，绝缘电压为1000-5000V，因而具有极高的电气隔离性能，避免输出端和输入端之间可能产生的反馈和干扰。b. 由于发光二极管是电流驱动器件，动态电阻很小，对系统内外的噪声干扰信号形成低阻抗旁路，因此抗干扰能力强，共模抑制比高，不受磁场的影响，特别是用于长线传输时作为终端负载，可以大大地提高信噪比。c. 光电耦合器可以耦合零到数千赫的信号，且响应速度快（一般为几毫秒，甚至少于10ns），可以用于高速信号的传输。下图的光电耦合器是采用硅光电二极管作受光元件。其CTR为10%-100%，脉冲上升和下降时间小于5s，输出电路饱和压降小（0.2V-0.3V），电路构件简单，是目前应用较多的一种，主要用于驱动TTL电路、传输线隔离、脉冲放大等。晶体管输出型的光电耦合器用于开关信号耦合时，发光二极管和光电晶体管平常都处于关断状态。在发光二极管通过电流脉冲时，光电晶体管在电流脉冲持续的时间内导通。下图是使用4N25光电耦合器的接口电路，这里4N25起到耦合脉冲信号和隔离单片机8031系统与输出设备电气回路的作用，使两部分的电流相互独立。输出部分的地线Vss接地壳或大地，而单片机的电源地线（GND）浮空，这样可以避免输出部分电源变化对单片机电源的影响。图12.2 光电隔离电路7.部分控制程序： 1. 直线圆弧插补程序设计在机电设备中，执行部件要实现平面斜线和圆弧曲线得路径运动，必须通过两个方向得合成来完成，在数控机床中，这是由X，Y两个方向运动得工作台，按照插补控制原理实现得。插补原理在有关课程中学过。2. 直线插补程序ORG 2000HMAIN： MOV SP，#60HLP4： MOV 28H， #0C8H； Xe MOV 29H， #0C8H； Ye MOV 2AH, #00H; X MOV 2BH, #00H; Y MOV 2EH, #00H; F MOV 70H, #0AHLP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H,A; LCALL MOTR； 调步进电机得控制子程序，+X方向进一步SUBB A, 29H； F-YeINC 2AH；X+1AJMP LP2LP1： MOV A ，70HSETB ACC. 2CLR ACC. 0；LCALL MOTR； 调步进电机得控制子程序，+Y方向进给一步LCALL DELAYMOV A，2EHADD A，28H；F+YeLP2： MOV 2EH，A MOV A，28H CJNE A，2AH，LP3；Xe=X？ RET程序中MOTR为步进电机得控制子程序。如用硬件实现环分。如采用环形分配器，则需要由软件程序完成硬件环分得功能，见步进电机控制程序设计。3.圆弧插补程序得设计 XL EQU 18H XH EQU 19H YL EQU 28H YH EQU 29H XeL EQU 1AH XeH EQU 1BH YeL EQU 2AH YeHEQU 2BH FL EQU 2CH FH EQU 2DHORG 2400HMAIN： MOV SP，#60H； MOV 70H， #08H； MOV XL， #80H；XL MOV XH，#0CH；XH MOV YeL， #80H；YeL MOV XeL，#00H；XeL MOV XeH，#00H；XeH MOV YL， #00H；YL MOV YH，#00H；YH MOV FL， #00H；FLMOV FH， #00H；FH LP3: MOV A，FH JNB ACC.7，LP1 MOV A，70H SETB ACC.2 CLR ACC.0； LCAAL MOTR；MOV R1， #28H；MOV R0，#1CH；MOV R7，#02H；LCALL MULT2； 2*YADD CLR C MOV A, FL ADDC A, 1CH MOV FL, A MOV A, FH ADDC A,1DH;F+2Y MOV FH,A CLR C MOV A, YL ADD A, #00H MOV 28H, A MOV A,YH ADDC A, #00H MOV YH, A CLR C MOV A, FL ADD A, #01H MOV FL, A MOV A,FH ADDC A,#00H MOV FH,A;F+2Y+1 AJMP LP2 MOV A,70H SETB ACC.0 MOV 70H,A; LCALL MOTR MOV R1，#18H；XL MOV R0，#1CH MOV R7, #02H LCALL MULT2，2* SUB CLR CMOV A，1CHSUBB A，FLMOV FL，AMOV A，FHSUBB A，1DHMOV XL，AMOV A，XLSUBB A，#00HMOV XH，A；X-1CLR CMOV A，FLADD A，#01HMOV FL，AMOV A，FHADDC A，#00HMOV FH，A；F-2X+1 LP2： MOV A，YHCJNE A，YeH，LP3A；YH=Ye？MOV A，YLCJNE A，Ye，LP3A；YL=YeL？ LP3A： AJMP LP3ORG 2500H MULT2： PUSH PSW；双字节乘2子程序PUSH APUSH BCLR CMOV R2，#00HSH1： MOV A，R1MOV B,#02HMUL ABPOP PSWADDC A,R2MOV R0,AINC R0INC R1DJNZ R7,SH1POP BPOP PSWRET（3）LED动态显示程序设计：本设计中采用LED动态显示方式：其电路接口电路形式为：数码管是八位共阴极，所以发光时字形驱动输出“1”有效，位选驱动输出“0”有效。对8155来讲，字形码输出“0”有效，位选扫描电平为“1”有效。各数码管虽然是分时轮流通电，但由于发光管具有余辉特性及人眼具有视觉暂留作用，所以适当选取循环扫描频率时，看上去所以的数码管是同时亮的，察觉不出有闪烁现象。不过这种方式数码管不宜太多，一般在8个以内，否则每个数码管所分配到实际导通的时间会太少，使得亮度不足。通常采用动态显示字形码输出及位选信号输出因经过驱动后再与数码管相连。以下是对LED动态显示电路的程序设计：LED动态显示接口MOD： PUSH ACC ；保护现场PUSH DPHPUSH DPLSETB RS0MOV R0，#CWR ；指向8155控制口MOV A，#4DH ；设置8155工作方式字MOVX R0,A ；设A口、C口都为输入 DIR： MOV R0，#DIS5 ；指向显示缓冲区首单元MOV R6，#20H ；选中最左数码管MOVX R7，#00H ；设定显示时间MOV DPTR，#TAB ；指向字形表首址DIRI： MOV A，#00HMOV R1，#POC ；指向8155A口（字形口）MOVX R1,AMOVX A,R0 ；取要显示的数MOVC A，A+DPTR ；查表得字形码MOV R1，#POA ；指向8155A口（字形MOV R1，A ；送字形码MOV A，R6 ；取位选字MOV R1，#POC ；指向位选口MOV R1，A ；送位选字HERE： DJNZ R7，HERE ；延时INC R0 ；更新显示缓冲单元CLR CMOV A，RRRC A ；位选字移位MOV R，AJNZ DIR1 ；未扫描完继续循环CLR RS0 ；恢复现场POP DPLPOP DPHPOP ACCRETTAB： DB 3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07 ；07 DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ；80FH（4）串行扩展口的键盘、显示器接口电路软件设计：此接口电路能实现的软件功能是：上电后要求第一位显示器显示提示符“H”，然后等待键输入。在按“0”或“1”键后将分别转入#0键功能和#1键功能程序。程序框图如下：串行口扩展的键盘、显示接口电路MAIN: CLR P 1.4 ;清显示SETB P1.3 ;开显示输入SETB P1.4 ;开显示MOV SCON,#00H ;设串口方式为0MOV A，#76H ；“76H”为H的段代码MOV SBUF，A ；段选码串行输入STP： JNB T1，STP ；输出等待CLR T1 ；清发送完标准，准备下次发送CLR KET ；调键盘子程序MOV DPRT，#PL0 ；置散转入地址表MOV R2，A ；键值送R2 ADD A，R2 ；由于LJMP为三字节指令，需对键值；进行修正，以形成正确的散转入口偏；移量ADD A，R2JMP A+DPTRKEY： MOV A，#00H ；送全扫描字，判断是否有键按下MOV SBUF，A ；全扫描字从串行口输入STP2： JNB T1，STP2 ；等待发送CLR T1STP3 JB P1.5，STP ；若无键按下，等待LCALL TIME ；若有键按下，调延时子程序消抖动JB P1.5，STP ；是键抖动，返回键等待MOV R7，#08H ；查键号初始化，列数R7MOV R6，#0FEH ；首列扫描子R6MOV R3，#00H ；首列偏移量R3MOV A，R ；送列扫描字KEYS： MOV SBUFASTP4： JNB T1，STP4CLER T1JB P1.5，NEXT ；若此键按下，准备查询下一列MOV A，#00H ；若此列键按下，送全扫描字MOV SBUF，ASTP5： JMB T1，STP5CLR T1STP6： JNB T1，STP ；等待键释放，若键未释放，等待MOV A，R3 ；键号送ARETNEXT： MOV A，R6RL AMOV R6，AINC RDJNZ R7，KEYS ；8列未查完，返回再查LJMZ KEY ；8列查完返回键扫描子程序入口散转入口地址表：PLO+00H： LJMP PLGM0 ；PLGM0为#00键子程序入口地址PLO+03H： LJMP PLGM1 ；PLGM0为#01键子程序入口地址8.其他接口电路设计（1）面板操作键和功能选择开关：面板操作键与8255的PB口接口电路。图中SB1-SB6为手动操作进给键，分别完成人工操作的X、Y、Z的进给。运行时按下此键，可中断程序的运行。回零，使工具电极沿X轴、Y轴、Z轴回到机械零点。功能选择开关SA为一个单刀7掷波段开关，它与系统的8255PA口相连。用于连续、单步、自动、手动、暂停、启动等功能的选择。科技译文Numerical Control And Wire Electrical-discharge Maching Numerical control(NC) is a method of controlling the movements of machine components by directly inserting coded instructions in the form of numerical data (numbers and data) into the system. The system automatically interprets these data and converts it to output signals. These signals, in turn control various machine components, such as turning spindles on and off, changing tools, moving the workpiece or the tools along specific paths, and turning cutting fluids on and off. In order to appreciate the importance of numerical control of machines, lets briefly review how a process such as machining has been carried out traditionally. After studying the working drawing of a part, the operator sets up the appropriate process parameters(such as cutting speed, feed, depth of cut, cutting fluid, and so on), determines the sequence of operations to be performed, clamps the workpiece in a workholding device such as a chuck or collet, and proceeds to make the part. Depending on part shape and the dimensional accuracy specified, this approach usually requires skilled operators. Furthermore, the machining procedure followed may depend on the particular operator, and because of the possibilities of human error, the parts produced by the same operator may not all be identical. Part quality may thus depend on the particular operator or even the same operator on different days or different hours of the day. Because of our increased concern with product quality and reducing manufacturing costs, such variability and its effects on product quality are no longer acceptable. This situation can be eliminated by numerical control of the machining operation.We can illustrate the importance of numerical control by the following example. Assume that holes have to be drilled on a part in the positions shown in the picture. In the traditional manual method of machining this part, the operator positions the drill with respect to the workpiece, using as reference points any of the three method shown. The operator then proceeds to drill these holes. Lets assume that 100 parts, having exactly the same shape and dimensional accuracy, have to be drilled. Obviously, this operation is going to be tedious because the operator has to go through the same motions again and again. Moreover, the probability is high that, for various reasons, some of the paths machined will be different from others. Lets further assume that during this production run, the order for these paths is changed, so that 10 of the paths now require holes in different positions. The machinist now has to reset the machine, which will be time consuming and subject to error. Such operations can be performed easily by numerical control machines that are capable of producing parts repeatedly and accurately and of handling different parts by simply loading different part programs.In numerical control, data concerning all aspects of the machining operation, such as locations, speeds, feeds, and cutting fluid, are stored on magnetic tape ,cassetts, floppy or hard disks, or paper or plastic (Mylar, which is a thermoplastic polyester) tape. Data are stored on punched 25mm wide paper or plastic tape, as originally developed and still used. The concept of NC control is that holes in the tape represent specific information in the form of alphanumeric codes. The presence (on) or absence (off) of these holes is read by sensing devices in the control panel, which then actuate relays and other devices (called hard-wired controls). These devices control various mechanical and electrical system in the machine. This method eliminated manual setting of machine positions and tool paths or the use of templates and other mechanical guides and devices. Complex operations, such as turning a part having various contours and die sinking in a milling machine, can be carried out.Numerical control has had a major impact on all aspects of manufacturing operations. It is a widely applied technology, particularly in the following areas:a) Machining centers.b) Milling, turning, boring, drilling, and grinding.c) Electrical-discharge, laser-beam, and electron-beam machining.d) Water-jet cutting.e) Punching and nibbling.f) Pipe bending and metal spinning.g) Spot welding and other welding and cutting operation.h) Assembly operations.Numerical control machines are now used extensively in small-and-medium-quantity(typically 500 parts or less) of a wide variety of parts in small shops and large manufacture facilities. Older machines can be retrofitted with numerical control. Advantages and Limitations Numerical control has the following advantages over conventional method of machine control:1. Flexibility of operation and ability to produce complex shapes with good dimensional accuracy, repeatability, reduced scrap loss, and high production rates, productivity, and product quality.2. Tooling costs are reduced, since templates and other fixtures are not required.3. Machine adjustments are easy to make with minicomputer and digital readout.4. More operations can be performed with each setup, and less lead time for setup and machining is required compared to conventional methods. Design changes are facilitated, and inventory is reduced.5. Programs can be prepared rapidly and can be recalled at any time utilizing microprocessors. Less paperwork is involved.6. Faster prototype production is possible7. Required operator skill is less, and the operator has more time to attend to other tasks in the work area. The major limitations of NC are the relatively high cost of the equipment and the need for programming and special maintenance, requiring trained personal. Because NC machines are complex systems, breakdowns can be very costly, so preventive maintenance is essential. However, these limitations are often easily outweighed by the overall economic advantages of NC.One of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC)Controlling a machine tool using a punched tape or stored program is known as numerical control(NC). NC has been defined by the Electronic Industries Association(EIA)as “a system in which actions are controlled by the direct insertion of numerical data at some point . The numerical data required to produce a part is known as a part program.A numerical control machine tool system contains a machine control unit(MCU)and the machine tool itself (Fig 2.16)The MCU is further divided into two elements:the data processing unit(DPU) and the control loops unit (CLU). The DPU processesthe coded data from the tape or other media and passes information on the position of each axis , required direction of motion ,feed rate, and auxiliary function control signals to the CLU. The CLU operates the drive mechanisms of the machine , receives feed back signals concerning the actual position and velocity of each of the axes, and signals the completion of operation. The DPU sequentially reads the data. When each line has completed execution as noted by the CLU, another line of data is read .A data processing unit consists of some or all of the follo wing parts:1) Data input device such as a paper tape reader, magnetic tape reader, RS232-C port, etc2) Data-reading circuits and parity-checking logic 3) Decoding circuits for distributing data among the controlled axes4) An interpolator, which supplies machine-motion commands between data points for tool motionA control loops unit , on the other hand consists of the following:1) Position control loops for all the axes of motion , where each axis has a separate control loop2) Velocity control loops , where feed control is required 3) Deceleration and backlash take up circuits4) Auxiliary functions control , such as coolant on/off ,gear changes , spindle on/off controlGeometric and kinematic data are typically fed from the DPU to the CLU .The CLU then governs the physical system based on the data from the DPU.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators , and it has done so . Numerical control machines are more accurate than manually operated machines ,they can produce parts more uniformly, they are faster , and the long-run tooling costs are lower . The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology:. Electric discharge machining . Laser-cutting . Electron beam weldingNumerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide variety of parts , each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertaken the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tools and processes.Wire Electrical-discharge MachingWire electrical-discharge machining(wire-EDM)I is an adaptation of the basic EDM process,which can be used for cutting complex two-and three-dimensional shapes through electrically conducting materials.Wire-EDM utilizes a thin, continuously moving wire as an electrode(Fig.3.18).It is a relatively new process and applications have grown rapidly,particularly in the toolmaking field.The wire electrode is drawn from a supply reel and collected on a take-up reel. This continuously delivers fresh wire to the work area. The wire is guided by sapphire or diamond guides and kept straight by high tension, which is important to avoid tapering of the cut surface.High-frequency dc pulses are delivered to the wire and workpiede, causing spark discharges in the narrow gap between the two . A stream of dielectric fluid is dircted,usually coaxially with the wire, to flood the gap between the wire and the workpiece.The power supplers for wire-EDM are essentially the same as for conventional EDM, except the current-carrying capacity of the wire limits currents to less than 20A, with 10 A or less being most normal. In addition,the spark frequencies are higher, up to 1 MHz, to give a fine surface finish on the workpiece.The workpiecd is moved under computer numerical control(CNC)relative to the wire , and this enables complex-shaped profiles to be cut through sheet and plate materials. Many machines incorporate further angular positioning of the wire,thus allowing varying degrees of taper on the cut surface to be obtained .Adaptive control, based on gap-voltage sensing, is necessary to avoid contact between the wire and the work material. Short circuits must be sensed and the wire backed off along the programmed path to reestablish the correct gap for efficient cutting .Deionized water is the dielectric used for wire-EDM because it has low viscosity, presents no fire hazard , and results in high cooling rates and high material removal rates. A low viscosity is important to ensure adequate flow through the wire-workpiece gap to ensure efficiency of flushing. Copper and brass wires are commonly used for the electrodes,when the wire diameter is relatively large(0.15 to 0.30mm). If very fine wire is required for high-precision cutting(0.03 to 0.15mm),molybdenum-steel wire is used for increased strength. The wire-EDM is less than 0.1 mm plus the wire diameter.Wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes. Linear cutting rates are relatively low, ranging, f