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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 題 目： DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切 割機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計 起止時間： 2005年2月18日至2005年6月18日 學(xué) 生 姓 名：方繼武 專 業(yè) 班 級：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化011班 指 導(dǎo) 老 師：顏競成（教授） 教研室主任： 院 長： 2005年2月18日 （一） 設(shè)計內(nèi)容： 1. 調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點，確定新設(shè)計電火花線切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 2. 進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)總體方案及控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。 3. 完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 4. 完成控制系統(tǒng)硬件和軟件。 （二） 任務(wù)和要求： 1. 根據(jù)總體設(shè)計方案，繪制出數(shù)控電火花線切割機(jī)總圖一張（A0手工圖）。 2. 進(jìn)行運(yùn)絲系統(tǒng)的運(yùn)動計算、強(qiáng)度計算和動力計算，繪制出運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖一張（A0計算機(jī)圖）。 3. 進(jìn)行坐標(biāo)工作臺的運(yùn)動和強(qiáng)度計算，繪制出坐標(biāo)工作臺縱向（X方向）、橫向（Y方向）或運(yùn)絲拖板（U、V）進(jìn)給機(jī)構(gòu)部裝圖一張（A1計算機(jī)圖一張）。 4. 根據(jù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案，繪制出控制系統(tǒng)電路圖一張（A0計算機(jī)圖）。 5. 繪制出線切割機(jī)電器電路圖一張（A0計算機(jī)圖） 6. 繪制出儲絲筒或滾珠絲杠零件圖一張（A1三維計算機(jī)圖）。 7. 科技譯文（不少于3000漢字） 8. 編寫畢業(yè)設(shè)計說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，有程序清單、全部用計算機(jī)打出）。 摘 要：我國工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展的新形勢下急需大力發(fā)展模具加工技術(shù)，而數(shù)控線切割加工技術(shù)正是模具加工工藝領(lǐng)域中的一種關(guān)鍵技術(shù)。采用數(shù)控線切割方法可直接切割出零件，大大縮短了研制周期，并降低了成本。數(shù)控線切割加工技術(shù)是一項跨越機(jī)械、電子及計算機(jī)應(yīng)用等多個學(xué)科的新技術(shù)。線切割加工是采用電極絲與工件之間進(jìn)行脈沖放電，在放電通道中以高溫蝕除應(yīng)切割的材料。同時工件在工作臺上以步進(jìn)電機(jī)在單片機(jī)的控制下按指定的程序格式運(yùn)行從而加工出不同形狀的零件。固然數(shù)控線切割機(jī)床總體必由多個部件組成：機(jī)械走絲部件、工作臺運(yùn)轉(zhuǎn)部件、脈沖電源發(fā)生部件、微機(jī)控制部件、顯示部件，最后是任何機(jī)床具有的潤滑系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)、脈沖電源、脈沖放電、走絲。 前言 畢業(yè)設(shè)計可謂是大學(xué)四年對所學(xué)知識綜合的一次大的考驗也是在走向工作崗位的一次練兵，更進(jìn)一步鍛煉了自己的動手能力和團(tuán)隊的合作能力，真正做到了理論聯(lián)系實際教與學(xué)的一次有理結(jié)合。 數(shù)控電火花線切割機(jī)的設(shè)計具體的說來應(yīng)該包括走絲設(shè)計，X、Y坐標(biāo)工作臺設(shè)計，脈沖電源的設(shè)計，控制部分的設(shè)計等。按照設(shè)計的任務(wù)書，首先要了解該機(jī)床調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點，確定DK7732線切割機(jī)床的具體技術(shù)參數(shù)，從而在第一階段我們在衡冶進(jìn)行了實地的參觀測繪，初步確定參數(shù)，對照已有的院數(shù)控中心DK7725型線切割機(jī)更進(jìn)一步確定具體的設(shè)計參數(shù)，根據(jù)已有的參數(shù)再對機(jī)床總體方案及控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行確定。具體到設(shè)計時對各個方案再進(jìn)行點對點的修改。接下來就是進(jìn)行必要的設(shè)計與計算選型工作，就是將整體機(jī)床的設(shè)計又分為幾個部分各個去突破大體就是機(jī)械部分和電氣部分。再具體到各個組件或零件。 雖說設(shè)計是個人的行為，但由于自己的知識欠缺且設(shè)計的內(nèi)容跨越比較大包括電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計，很多地方肯定是難以具到，當(dāng)然有在顏竟成教授的悉心指導(dǎo)下，很多不懂的地方這正是我們要學(xué)的地方，同時在多方面有同學(xué)們的提示才得將設(shè)計順利進(jìn)行。這畢竟是一個學(xué)習(xí)階段的畢業(yè)設(shè)計很多方面都是在邊學(xué)邊用中進(jìn)行的，或者說很多方面的設(shè)計還是停留在模仿的階段比如電氣部分，控制部分都不是很成熟的設(shè)計。 參考文獻(xiàn) 1. 清華大學(xué)曹金榜、張玉逢、陳養(yǎng)田、張春 編。機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987 2. 吳振彪主編。機(jī)電綜合設(shè)計指導(dǎo)。北京：中國人民大學(xué)出版社，2000 3. 顧熙常、遲建山、胡寶珍主編。金屬切削機(jī)床（下冊）。上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000 4. 張學(xué)仁主編。數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000 5. 李忠文編著。電火花機(jī)和線切割機(jī)編程與機(jī)電控制。北京：化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2004 6. 鄧星鐘主編。機(jī)電傳動控制（第三版）。武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003 7. 秦曾煌主編。電工學(xué)下冊電子技術(shù)（第五版）。北京：高等教育出版社，1999 8. 蘗棟梁主編。MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用。北京：中國紡織出版社，1998年 9. 何永然、唐增寶、劉安竣主編。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計（第二版）。武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002 10. 周良德、朱泗芳等編。互換性與技術(shù)測量。長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000 11. 樓然苗 、李光飛編。51系列單片機(jī)設(shè)計實例。北京：北京航空航天大學(xué)出版社。2002 謝辭 （論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目 DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng) 設(shè)計（論文）題目來源 自選課題 設(shè)計（論文）題目類型　 工程設(shè)計類 起止時間 2005年2月28日至2005年6月9日 一、 設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義： 數(shù)控高速走絲電火花線切割加工是一種直接利用電能進(jìn)行加工的新工藝。這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于加工淬火鋼，不銹鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料；已成為切削加工的重要補(bǔ)充和發(fā)展。 我們的設(shè)計的數(shù)控高速走絲電火花線切加工機(jī)床是一個改進(jìn)設(shè)計，我們設(shè)計的橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)是用步進(jìn)電機(jī)控制的，提高生產(chǎn)效率。 我們這次畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年專業(yè)知識的綜合運(yùn)用。通過這次設(shè)計，更好的掌握了專業(yè)知識，對其也有更深入的理解，這對我們將來的工作、學(xué)習(xí)都是一個莫大的幫助，我們受益匪淺 二、 設(shè)計（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線） 1、 調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點，確定新設(shè)計電火花線切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 2、 進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)總體方案及控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。 3、 完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 4、 完成控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計。 三、設(shè)計（論文）的研究重點及難點： 在這次設(shè)計中，數(shù)控高速走絲電火花線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)部分是重點，也是難點。由于可參考的資料非常少，所學(xué)的單片機(jī)的知識有限，這也加大了我們的設(shè)計難度。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路是數(shù)控高速走絲電火花線切割加工機(jī)床的一個重點，它是通過8031芯片的擴(kuò)展，經(jīng)過光電耦合電路，功率放大電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。 脈沖電源電路又是一個重點，也是難點。我采用的是高低壓復(fù)式脈沖電源，它是由晶體管和分立元件組成的電路，輸出高低壓復(fù)式脈沖，可以同時供給兩個放電間隙加工，提高加工生產(chǎn)率。由于時間倉促，對這部分設(shè)計還不夠完善，下步工作可深入研究。 四、 設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）： 研究方法：1：參考各種設(shè)計手冊 2：通過網(wǎng)絡(luò)，查閱各種相關(guān)資料 3：在設(shè)計過程中遇到問題向指導(dǎo)老師請教，直到解決問題 研究步驟：1：查閱資料，選擇相關(guān)書籍，寫開題報告。 2：根據(jù)技術(shù)要求，確定原始參數(shù)。 3：根據(jù)原始參數(shù)，通過計算，確定大致尺寸。 4：校核計算結(jié)果，開始總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。 5：以鉸接機(jī)構(gòu)，車架的重載能力為重點進(jìn)行設(shè)計。 6：確定具體尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)件 7：繪制圖紙，準(zhǔn)備答辯。 我們所安排的進(jìn)度如下： 完成日期 內(nèi) 容 圖 號 2/9-2/23 1.數(shù)控電火線切割加工機(jī)床的外觀圖 A0（手工） 2/24-3/10 2.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的儲絲筒機(jī)構(gòu)設(shè)計 A0（計算機(jī)） 3/11-3/26 3.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 A0（計算機(jī)） 3/27-4/17 4.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的線架設(shè)計 A0（計算機(jī)） 4/19-5/8 6.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖 A0（計算機(jī)） 5/9-5/23 7.脈沖電源電路圖 A0（計算機(jī)） 5/24-6/3 8.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床設(shè)計的說明書 6/4-6/14 9.審圖后的返工和修改 五、 進(jìn)行設(shè)計（論文）所需條件： 這四個月的設(shè)計中，我們多次去機(jī)械工程學(xué)院的數(shù)控實驗室去參觀CNC電火花線切割加工機(jī)床。了解它的基本結(jié)構(gòu)，工作原理。對CNC電火花線切割加工機(jī)床有了一個整體的概念以后，我們多方面收集資料，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，這花費了我們不少時間。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計暫告一個段落后，我們開始研究電火花線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)部分。我們查閱了許多數(shù)控機(jī)床控制部分設(shè)計的資料，又結(jié)合了電火花線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)，進(jìn)行了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和脈沖電源電路的設(shè)計。 運(yùn)用AUTOcad, Protel, Solidworks軟件畫圖。 設(shè)計者：方繼武 05年 月 日 六、 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 05 年 月 日 南 華 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 題 目：DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切 割機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計 起止時間： 2005年2月18日至2005年6月18日 學(xué) 生 姓 名：方繼武 專 業(yè) 班 級：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化011班 指 導(dǎo) 老 師：顏競成（教授） 教研室主任：李必文（教授） 院 長： 張春良（教授） 2005年6月 1日 （一） 設(shè)計內(nèi)容： 1. 調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點，確定新設(shè)計電火花線切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 2. 進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)總體方案及控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。 3. 完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 4. 完成控制系統(tǒng)硬件和軟件。 （二） 任務(wù)和要求： 1. 根據(jù)總體設(shè)計方案，繪制出數(shù)控電火花線切割機(jī)總圖一張（A0手工圖）。 2. 進(jìn)行運(yùn)絲系統(tǒng)的運(yùn)動計算、強(qiáng)度計算和動力計算，繪制出運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖一張（A0計算機(jī)圖）。 3. 進(jìn)行坐標(biāo)工作臺的運(yùn)動和強(qiáng)度計算，繪制出坐標(biāo)工作臺縱向（X方向）、橫向（Y方向）或運(yùn)絲拖板（U、V）進(jìn)給機(jī)構(gòu)部裝圖一張（A1計算機(jī)圖一張）。 4. 根據(jù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案，繪制出控制系統(tǒng)電路圖一張（A0計算機(jī)圖）。 5. 繪制出線切割機(jī)電器電路圖一張（A0計算機(jī)圖） 6. 繪制出儲絲筒或滾珠絲杠零件圖一張（A1三維計算機(jī)圖）。 7. 科技譯文（不少于3000漢字） 8. 編寫畢業(yè)設(shè)計說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，有程序清單、全部用計算機(jī)打出）。 摘 要：我國工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展的新形勢下急需大力發(fā)展模具加工技術(shù)，而數(shù)控線切割加工技術(shù)正是模具加工工藝領(lǐng)域中的一種關(guān)鍵技術(shù)。采用數(shù)控線切割方法可直接切割出零件，大大縮短了研制周期，并降低了成本。數(shù)控線切割加工技術(shù)是一項跨越機(jī)械、電子及計算機(jī)應(yīng)用等多個學(xué)科的新技術(shù)。線切割加工是采用電極絲與工件之間進(jìn)行脈沖放電，在放電通道中以高溫蝕除應(yīng)切割的材料。同時工件在工作臺上以步進(jìn)電機(jī)在單片機(jī)的控制下按指定的程序格式運(yùn)行從而加工出不同形狀的零件。固然數(shù)控線切割機(jī)床總體必由多個部件組成：機(jī)械走絲部件、工作臺運(yùn)轉(zhuǎn)部件、脈沖電源發(fā)生部件、微機(jī)控制部件、顯示部件，最后是任何機(jī)床具有的潤滑系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)、脈沖電源、脈沖放電、走絲。 Ⅰ Abstract ：Being badly in need of below the fresh condition that our country industry technique is speedily developed develops the pattern process technology vigorously ，But digital control string the cutting process technology is being one kind of key technique in the pattern process technology territory 。Adoping the digital control string to cut the means may directly cut out the spare parts ，Cut down the development cycle enormously ，Moreover cut down the cost 。Digital control string the cutting process technology is the machine leaing over 、Fresh technique of much branches of learning such as electron and computer utility and so on 。String cutting process is adoping carrying on impulsive discharge between electrode silk together with the work ，Being living in the discharge passageway corrodes except for the stuff which ought to be cut with high temperature 。Simultaneous work be living , and work with stepper motor be living that thereby isomorph shape spare parts is come out not in the oneboard computer control standard geting off according to assigns order operation process on stage 。Admittedly the digital control string cuts that the machine tool total certainly consists of much components ：The machine is goed away components 、The work stage turns round the components 、The components happen the impulse power source 、Microcomputer control block 、Display component ，It finally is the lubricious system that whatever machine tool havees 。 Keyword ：Oneboard computer 、Impulse power source 、Impulsive discharge 、Go away silk 。 　　　　　　　　　　　　Ⅱ 目錄 引言………………………………………………………………………1 第一章總體方案設(shè)計…………………………………………………2 一．線切割機(jī)床的現(xiàn)狀簡介……………………………………………2 1. 線切割機(jī)床加工的特點………………………………………………3 二．線切割機(jī)床總體方案的擬訂………………………………………3 三．具體各部件的組成…………………………………………………4 1）、機(jī)械系統(tǒng)……………………………………………………………4 2）、傳動系統(tǒng)……………………………………………………………7 3）、機(jī)床潤滑及工作液系統(tǒng)……………………………………………8 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………10 一、 同步帶的傳動設(shè)計 ……………………………………………10 1. 計算設(shè)計功率 ……………………………………………………10 2.選擇帶的型號 ………………………………………………………10 3.確定帶輪齒數(shù)z與直徑d ……………………………………………11 4.選擇帶長Lp…………………………………………………………13 5..實際傳動中心距離A 的確定………………………………………14 6.選擇帶寬bs…………………………………………………………14 二、滾珠絲杠螺母副的選型和校核……………………………………16 Ⅲ 1.滾珠絲杠螺母副類型選擇…………………………………………17 2. 主要參數(shù)及代號…………………………………………………17 3. 最大工作載荷的計算……………………………………………18 4. 最大動負(fù)載荷的計算……………………………………………19 5. 傳動效率的計算…………………………………………………21 6. 剛度的驗算………………………………………………………21 7. 壓桿穩(wěn)定性的驗算………………………………………………23 三、 選型與計算…………………………………………………25 1.滾動導(dǎo)軌……………………………………………………………25 四、儲絲筒旋轉(zhuǎn)組合件的選擇………………………………………27 1. 儲絲筒………………………………………………………………27 2. 聯(lián)軸器………………………………………………………………28 五、步進(jìn)電機(jī)的選用…………………………………………………29 六、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的支承設(shè)計……………………………………………32 1. 絲桿的支承形式……………………………………………………32 2. 螺桿的支承方式……………………………………………………33 第三章電氣系統(tǒng)控制………………………………………………34 一、 DK77型線切割機(jī)脈沖電源原理………………………………34 二、數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………35 1.數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬訂…………………………………………35 二、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計…………………………………………36 Ⅳ 1. 單片機(jī)的設(shè)計………………………………………………………35 2. MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計………………………………………37 3. 系統(tǒng)擴(kuò)展……………………………………………………………38 4. 顯示器接口設(shè)計……………………………………………………49 5. 步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計……………………………………………50 6. 光電隔離電路設(shè)計…………………………………………………56 7. 部分控制程序………………………………………………………57 8. 3B代碼的實現(xiàn)………………………………………………………70 Ⅴ 產(chǎn)品簡介： 產(chǎn)品信息型號： DK7732 規(guī)格： 320×400×200 mm 機(jī)床參數(shù)： 工作臺面尺寸（長×寬）：630×400 mm 工作臺行程（X×Y）：320×400 mm 最大切割厚度： 200 mm 最大切割斜度/工作厚度：±1.5°/50mm 最大切割速度： 100 m㎡/min 最大加工電流：6 A 加工表面粗糙度：Ra≦2.25 μm 電極絲直徑范圍：0.13～0.25 mm 走絲速度：變頻調(diào)速 11.6 m/sec或5.8 m/sec 工作臺承載重量：400 kg 工作液：線切割專用工作液工作液箱容量：50 L 機(jī)床供電電源：AC 3N 380V±10% 50Hz 機(jī)床消耗功率：2 KVA 機(jī)床外形尺寸（長×寬×高）：1720×1322×1800 mm 機(jī)床重量：2200 kg 可選用控制機(jī)類型：BKDC 具體產(chǎn)品外觀與安裝簡圖 摘要: 電火花線切割加工（wire-EDM）是一種基于電火花加工技術(shù)的適應(yīng)性流程加工技術(shù)，它可以被用在具有二維到三維復(fù)雜形狀的而且是導(dǎo)電的原材料的加工上。電火花線切割加工最常見的應(yīng)用是在壓模、擠壓模、粉末冶金的鑄模和標(biāo)準(zhǔn)摸板的裝配工中。這樣就可以加工出以往依靠花費很高磨床或昂貴的傳統(tǒng)意義上的電火花的電極來進(jìn)行加工的工件。由于電火花線切割加工技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械、電工、電子、數(shù)控、自動控制、計算機(jī)應(yīng)用等多門學(xué)科、專業(yè)知識的綜合運(yùn)用。 我的設(shè)計課題是DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計。DK為數(shù)控電加工機(jī)床，77為電火花線切割機(jī)床，32為機(jī)床工作臺寬度。 此次設(shè)計包括機(jī)床的總體布局設(shè)計，橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給設(shè)計，其中還包括齒輪的強(qiáng)度計算，滾珠絲桿較核，軸承壽命的驗算?？刂葡到y(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)控制電路和脈沖電源電路，這是數(shù)控電火花加工機(jī)床的重點設(shè)計部分，也是難點。步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計。詳細(xì)說明了芯片的擴(kuò)展、鍵盤顯示器接口的設(shè)計等等。脈沖電源電路采用高低壓復(fù)式脈沖電源，它是由晶體管及分立元件組成的電路，輸出高低壓復(fù)式脈沖，可以同時供給兩個放電間隙加工，提高生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵字：數(shù)控高速電火花線切割加工、主軸運(yùn)動、步進(jìn)電機(jī)、脈沖電源。 Abstract: Wire electrical-discharge machining(wire-EDM) is an adaptation of the basic EDM process, which can be use 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. 77 means wire electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tool’s 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 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 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 引言 本次畢業(yè)設(shè)計從2005年2月28號開始到本年的六月中旬結(jié)束，長達(dá)四個月。畢業(yè)設(shè)計是一名在校大學(xué)生最后的一次也是最重要的一次設(shè)計，說其重要主要是因為它將檢驗?zāi)阍诖髮W(xué)生活中所學(xué)知識的扎實程度，期間你必須復(fù)習(xí)所學(xué)過的一些課程，學(xué)習(xí)一些要用到的新的知識，它還將練習(xí)你的動手能力，思考能力，創(chuàng)新能力，是你在大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一次升華，是一個提升階段，更是走向工作崗位的一次練兵，因此我們都對此極為重視，更是投入了極大的熱情與努力來更好的完成它。 本次設(shè)計在顏競成教授的悉心指導(dǎo)下分四個階段按部就班的有條不紊的進(jìn)行。第一階段是搜集整理階段。在本階段主要是搜集足夠的資料信息并對設(shè)計題目進(jìn)行分析和實地調(diào)查，做到心中清楚。本設(shè)計其實從2004年元旦就開始了，截止到2004年3月份第一張外觀圖繪制成功為止。第二階段是機(jī)械部分設(shè)計階段，本階段主要應(yīng)用大學(xué)里面所學(xué)到的餓專業(yè)知識來進(jìn)行運(yùn)絲機(jī)構(gòu)設(shè)計和坐標(biāo)工作臺的橫向和縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計。另外還要進(jìn)行儲絲筒的三維零件設(shè)計。本階段主要是從三月份到五月份。五月份到六月份則是第三階段：控制系統(tǒng)設(shè)計階段。主要進(jìn)行電器電路設(shè)計，包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動設(shè)計和脈沖功率放大電路設(shè)計。本階段也是一個學(xué)習(xí)的階段，對自己不太熟悉的領(lǐng)域的一次學(xué)習(xí)。六月份開始就是最后一個階段：整理復(fù)習(xí)階段，主要從事前幾個階段的整理溫習(xí)，寫說明書。以及畢業(yè)答辯前的各項具體細(xì)節(jié)的準(zhǔn)備。 所以說每個階段都是十分緊張而有難度的，有些問題是由于設(shè)計的難度，有些還是因為自己知識上的欠缺和基礎(chǔ)不扎實造成的?？梢哉f這次畢業(yè)設(shè)計是個查缺補(bǔ)漏的機(jī)會。尤其是在同學(xué)的協(xié)助下，特別是在顏教授的指導(dǎo)下，遇到困難不逃避，主動請教，主動學(xué)習(xí)，獨立思考提出新方案，困難一個個的解決，才有了本次設(shè)計的成功。這次畢業(yè)設(shè)計鍛煉了我團(tuán)體協(xié)作精神和獨立作業(yè)的能力。專業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)，對自己將來都是一次具有深遠(yuǎn)影響的事情。 一、 總體方案設(shè)計 (一)總體方案的擬定 1．電火花線切割機(jī)床具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能；還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等。因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。 2．電火花線切割機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定的加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 3．根據(jù)電火花線切割機(jī)床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和經(jīng)濟(jì)性要求，一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價格比。因此，可以選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 4．根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器；包括光隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其它輔助電路。 5．縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲桿螺母副組成，起傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 6．為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的餓機(jī)構(gòu)。 7．采用滾動道軌可以減少道軌見的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。 在上述的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進(jìn)一步實現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過程更加細(xì)致。 （二）主要技術(shù)參數(shù)的確定 技術(shù)參數(shù)主要包括運(yùn)動參數(shù)，尺寸參數(shù)和動力參數(shù)。DK7732電火花線切割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下： 工作臺行程/mm 500*320 最小切削厚度/mm 30（可調(diào)） 加工表面粗糙度Ra/μm 2.5 切割速度/mm/min 100 加工精度/mm 0.015 切割工件最大厚度/mm 300 電極絲移動速度 1.1m/s 電極絲直徑 φ0.1~φ0.2mm 二、 儲絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 （一）儲絲走絲部件運(yùn)動設(shè)計 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是由絲筒電機(jī)正反轉(zhuǎn)得到的餓。電極通過聯(lián)軸節(jié)與絲筒連接，絲筒裝有齒輪，通過過度齒輪與絲桿上的齒輪齒合。絲桿固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板與底座采用裝有滾珠的V形滾動導(dǎo)軌連接，這樣絲筒每轉(zhuǎn)一周拖板直線移動相應(yīng)的距離，因此機(jī)床工作前應(yīng)根據(jù)零件厚薄和精度要求可在0.12mm到0.25mm之間調(diào)節(jié)。 1．對高速走絲機(jī)構(gòu)的要求 （1）高速走絲機(jī)構(gòu)的儲絲筒轉(zhuǎn)動時，還要進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動，以保證極絲在儲絲筒上整齊排繞。 （2）儲絲筒的徑向和軸向竄動量要小。 （3）儲絲筒要能夠正反向旋轉(zhuǎn)，電極絲的走絲速度在7~12m/s范圍內(nèi)無級或有級可調(diào)，或恒速轉(zhuǎn)動。 （4）走絲機(jī)構(gòu)最好與床身相互絕緣。 （5）傳動齒輪副、絲桿副應(yīng)具備潤滑措施。 2、高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點 高速走絲機(jī)構(gòu)由儲絲筒組合件、上下拖板、絲桿副、齒輪副、換向裝置和絕緣件等部分組成，如下圖2.1所示 圖2.1DK7732機(jī)床的儲絲走絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 儲絲筒由電動機(jī)通過聯(lián)軸器帶動實現(xiàn)正反向轉(zhuǎn)動。儲絲筒另外一端通過二對齒輪減速后帶動絲桿。儲絲筒、電動機(jī)、齒輪都安裝在兩個支架上。支架及絲桿則安裝在拖板上，調(diào)整螺母安裝在底座上，拖板在底座上來回運(yùn)動。螺母具有消除間隙的副螺母和彈簧，齒輪及絲桿螺距的搭配為設(shè)旋轉(zhuǎn)一圈拖板移動0.25mm，所以該儲絲筒適用于φ0.25mm以下的鉬絲。 儲絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)平穩(wěn)，無不正常振動。滾筒外圓振擺應(yīng)小于0.03mm，反向間隙應(yīng)小于0.05mm，軸向竄動應(yīng)完全徹底消除。 高頻電源的負(fù)端通過碳刷送到儲絲筒的尾部，然后傳到鉬絲上，碳刷應(yīng)保持良好接觸，防止機(jī)油或其它贓物進(jìn)入。 儲絲筒本身作為高速正反向轉(zhuǎn)動，電機(jī)、滾筒及絲桿的軸承應(yīng)定期拆洗并加潤滑脂，換油期限可根據(jù)使用情況具體決定。其余中間軸、齒輪、三角導(dǎo)軌及絲桿、螺母等每班應(yīng)注油一次。 （1）儲絲筒旋轉(zhuǎn)組合件 儲絲筒旋轉(zhuǎn)組合件主要由儲絲筒、聯(lián)軸器和軸承組成。 ①儲絲筒 儲絲筒是電極絲穩(wěn)定移動和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一，一般用45號鋼制造。為了減少轉(zhuǎn)動慣量，筒壁應(yīng)盡量薄，按機(jī)床規(guī)格的不同，選用的范圍一般為1.5~5mm。為進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)動慣量，也可選用鋁鎂合金材料制造。儲絲筒壁厚要均勻，工作表面要有較好的表面粗糙度，一般R為0.8μm。為保證絲筒組合件動態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對支撐部分的同軸度。儲絲筒與主軸裝配后的徑向跳動量應(yīng)不大于0.01mm。一般裝配后，以軸的兩端中心孔定位，重磨儲絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。 ②聯(lián)軸器 走絲機(jī)構(gòu)中運(yùn)動組合件的電極軸與儲絲筒中心軸，一般不采用整體的長軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間會受到正反向的剪切力，但由于這個力不大，且儲絲筒中心軸與電極軸有較高的同軸度要求。所以本設(shè)計采用YLD6剛性聯(lián)軸器。 （2）上下拖板 走絲機(jī)構(gòu)的上下拖板一般有下面二種滑動導(dǎo)軌。 ①燕尾型導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整桿帶動塞鐵，可改變導(dǎo)軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗比較復(fù)雜，剛性較差，傳動中摩擦損失也較大。 ②三角、矩形組合式導(dǎo)軌，如下圖所示。導(dǎo)軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)整。本設(shè)計采用三角、矩形組合式導(dǎo)軌。如下圖2.2 圖2.2 三角矩形組合式導(dǎo)軌 由于儲絲筒走絲機(jī)構(gòu)的上拖板一邊裝有運(yùn)絲電動機(jī)，儲絲筒軸向兩邊負(fù)荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復(fù)移動，應(yīng)把下拖板設(shè)計的較長以使走絲機(jī)構(gòu)工作時，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保證拖板的剛度、機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及運(yùn)動精度。 （3）齒輪副和絲桿副 走絲機(jī)構(gòu)上拖板的傳動鏈?zhǔn)怯?級減速齒輪副和一組絲桿副組成，它使儲絲筒在轉(zhuǎn)動的同時，作相應(yīng)的軸向位移，保證電極絲整齊的排繞在儲絲筒上。 在本次設(shè)計線切割機(jī)中，走絲機(jī)構(gòu)是常是通過配換齒輪來改變儲絲筒的排絲筒的排絲距離，以適應(yīng)徘繞不同直徑的電機(jī)絲的要求。 絲桿副一般采用軸向調(diào)節(jié)法來消除螺紋配合間隙。為防止走絲電機(jī)換向裝置的失靈，導(dǎo)致絲桿副和齒輪副的損壞，在齒輪副中，可選用尼龍代替部分金屬齒輪。這不但可以在電機(jī)換向裝置失靈時，由于尼龍齒輪先損壞，保護(hù)絲桿副與走絲電機(jī)，還可以減少噪聲。但是由于要照顧專業(yè)知識的復(fù)習(xí)，所以決定選用傳統(tǒng)的金屬材料制造。 （4）線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu) 線架與走絲機(jī)構(gòu)組成了電極絲的運(yùn)動系統(tǒng)。線架的主要功能是在電極絲按給定線速度運(yùn)動時，對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持一定的幾何角度。對線架的要求是： ①具有足夠的剛度和強(qiáng)度，在電極絲運(yùn)動（特別是高速走絲）時，不應(yīng)出現(xiàn)震動和變形； ②線架的導(dǎo)輪有較高的運(yùn)動精度，徑向偏擺和軸向竄動不超過0.005mm； ③導(dǎo)輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能； ④導(dǎo)輪運(yùn)動組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產(chǎn)物和雜質(zhì)的工作液進(jìn)入導(dǎo)輪軸承； ⑤線架不但能保證電極絲垂直于工作臺面，在具有錐度切割功能的機(jī)床上，還具有能使電極絲按給定要求保持與工作臺平面呈一定角度的功能。 線架按功能可以分為固定式、升降式和偏移式三種類型：按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式兩種類型。 懸臂式固定線架主要由線架本體、導(dǎo)輪運(yùn)動組合件及保持器等組成。 （1） 線架本體結(jié)構(gòu) 中、小型線切割機(jī)床的線架本體常采用單拄支撐、雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的端部，同時電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動時不致振動和變形。 為了進(jìn)一步提高剛度和強(qiáng)度，在上下懸臂間增加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。有的機(jī)床的線架本體有的采用龍門結(jié)構(gòu)。這時，工作臺拖板只沿一個坐標(biāo)方向運(yùn)動，另一個坐標(biāo)方向的運(yùn)動通過架在橫梁上的線架拖板來實現(xiàn)。 此外，針對不同厚度的工件，還有采用絲臂張開高度可調(diào)的分離式結(jié)構(gòu)，如下圖2.3所示。活動絲臂在導(dǎo)軌上滑動，上下移動的距離由絲桿副調(diào)節(jié)。松開固定螺釘時，旋轉(zhuǎn)絲桿帶動固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動。調(diào)整完畢后擰緊固定螺釘，上絲臂位置固定下來。為了適用線架絲臂張開高度的變化，在線架上下部分應(yīng)增設(shè)副導(dǎo)輪，如下圖2.4所示： 圖2.3 可調(diào)式線架本體結(jié)構(gòu) 圖2.4 可移動絲臂 （2） 導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu) 1）導(dǎo)輪是本機(jī)床關(guān)鍵零件，關(guān)系到切割質(zhì)量，對導(dǎo)輪運(yùn)動組合件的要求如下。 　①導(dǎo)輪V形槽面應(yīng)有較高的精度，V形槽底的圓弧半徑必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動時不產(chǎn)生軸向移動。 ②在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪的質(zhì)量，以減少電極絲換向時的電極絲與導(dǎo)輪間的摩擦。導(dǎo)輪槽工作面應(yīng)有足夠的硬度，以提高其耐磨性。 ③導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動應(yīng)輕便靈活，應(yīng)盡量減少軸向竄動和徑向跳動。 ④進(jìn)行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件。 2）導(dǎo)輪運(yùn)動組合件的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)輪運(yùn)動組合件的結(jié)構(gòu)主要有三種；懸臂支撐結(jié)構(gòu)、雙支撐結(jié)構(gòu)和雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。 懸臂支撐結(jié)構(gòu)簡單，上絲方便。但是因為懸臂支撐，張緊的電極絲運(yùn)動的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運(yùn)動精度，同時也影響導(dǎo)輪和軸承的使用壽命。 雙支撐結(jié)構(gòu)為導(dǎo)輪居中，兩端用軸承支撐，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上絲麻煩。但是此種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動。 雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪兩端加工成30錐形軸尖，硬度在RC60以上。軸承由紅寶石或錫磷青銅制成。該結(jié)構(gòu)易于保證導(dǎo)輪運(yùn)動部件的同軸度，導(dǎo)輪軸向竄動和徑向跳動量可以控制在較小的范圍內(nèi)。缺點是軸尖運(yùn)動副摩擦力大，易于發(fā)熱和磨損。為補(bǔ)償軸尖運(yùn)動副的磨損，利用彈簧的作用力使運(yùn)動副良好接觸。 通過比較以上三種結(jié)構(gòu)的特點，可以看出第二種結(jié)構(gòu)比較適合作為DK7732高速走絲電火花線切割機(jī)床的導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)。 3）導(dǎo)輪的材料 為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的餓同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪要求使用硬度高、耐磨性好的材料制成（如GCr15、W18Cr4V），也可以選用硬質(zhì)合金或陶瓷材料制造導(dǎo)輪的鑲件來增強(qiáng)導(dǎo)輪V形工作面的耐磨性和耐蝕性。 4）導(dǎo)輪組合件的裝配 導(dǎo)輪組合件裝配的關(guān)鍵是消除滾動軸承中的問題，避免滾動體與套杯工作表面在負(fù)荷作用下產(chǎn)生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動和徑向跳動。因此，常用對軸承施加預(yù)負(fù)荷來解決。通常是在兩個支撐軸承的外環(huán)間放置一定厚度的定位環(huán)來獲得預(yù)負(fù)荷。預(yù)加負(fù)荷必須選擇得當(dāng)，若軸承受預(yù)加負(fù)荷過大，在運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生急劇磨損。同時，軸承必須清洗得很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是否有金屬粉末、炭化物等，軸承經(jīng)清洗、干燥后，填以高速潤滑脂，起潤滑和密封作用。 （二）儲絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計算 1．齒輪傳動比的確定 鉬絲絲距選擇0.25mm，儲絲筒每轉(zhuǎn)一周，拖板帶動儲絲筒移動0.25mm，絲桿螺距選擇為3mm。 所以儲絲筒與絲桿見齒輪的傳動比為： u==1：12； 采用二級齒輪傳動，取u=1：4；u=1：3。 （1）齒輪齒數(shù)的確定 取Z=15；由于齒輪齒根與軸上鍵的距離不能為零。 即-（d+t）>2m 由d=16mm查設(shè)計手冊得： t=2.3mm； 而d=-2h =（Z-2ha-）m =（15-2-0.5）m =12.5m 代入上式得：12.5/2m-（16+2.3）/2>2m 取m=2； 又有Z=4Z=60 所以 =mZ=2×15=30mm =mZ=2×60=120mm 取Z=25；同理可得： 取m=3； 又有Z=3Z=75 所以 =mZ=3×25=75 =mZ=3×75=225 齒輪1，2中心距 a=（30+120）/2=75mm 齒輪3，4中心距 a=（75+225）/2=150mm 參考書籍《機(jī)械設(shè)計》 取 b=0.5d=0.5×30=15mm 其他數(shù)據(jù)如下 da=（Z＋2ha）m =（15+2×1）×2 =34mm da=124mm da=81mm da=231mm dr=（Z－2ha－2c）m =（15-2×1－2×0.25）×2 =25mm dr=115mm dr=67.5mm dr=217.5mm 1）傳動件的估算 根據(jù)公式 d=91mm 其中 N——該傳動軸的輸入功率 N=N 其中 N——電機(jī)頜定功率 η——從電機(jī)到該轉(zhuǎn)動軸之間傳動件的傳動效率的乘積 n——該轉(zhuǎn)動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min 計算轉(zhuǎn)速n是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速 [φ]——每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m） 取　η=0.995，N=0.55kw N= Nη =0.55×0.995 =0.54725kw n=1390r/min d=91 =10.2mm 4.齒輪模數(shù)估算 齒輪彎曲疲勞估算： m32 =32× =1.039mm 齒面點蝕估算： A370 =370 =49.28mm 其中n為該轉(zhuǎn)動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min，A為齒輪中心距 中心距A及齒數(shù)Z、Z求出模數(shù) m= = =1.31 取較大的那個模數(shù)，在這個設(shè)計中，第一對齒輪傳動取 m=2mm 第二對齒輪傳動取 m=3mm 5.齒輪模數(shù)的驗算 根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為 m=16300mm 式中： N——計算齒輪傳遞的頜定功率 N=ηNkw n——計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速r/min ψ——齒寬系數(shù)，ψ=b/m，ψ常取6～10 Z——計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小的齒輪的齒數(shù) ——大小齒輪的齒數(shù)比 =，“+”用于外齒合，“-”用于內(nèi)齒合； k——壽命系數(shù)，k=； ——工作期限系數(shù)，= 齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)C n——齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min T——預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦T=15000～20000h ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù) ——材料強(qiáng)化系數(shù)，幅值低的交變載荷可使用金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)展的作用； ——功率利用系數(shù) ——工作情況系數(shù) ——載荷系數(shù) ——齒向載荷分布系數(shù) Y——齒形系數(shù) [σ]、[σ]——許用彎曲接觸能力 查表可得：=1.2，=1.2，=1.15 = = =×0.78×0.51×0.60 =0.91 N=0.54725kw，ψ=10，[σ]=600MPa 則 =16300mm =1.625mm 根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪計算模數(shù)公式為： =275mm =275 =0.063mm = = =×0.89×0.70×0.75 =0.554 所以m=2符合要求 同理m=3也符合要求 （三）儲絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗算 1．齒輪強(qiáng)度的驗算 齒輪危險截面的彎曲強(qiáng)度條件公式 σ= k——載荷系數(shù) k= φ——齒寬系數(shù)，取0.5 k——使用系數(shù)，取1 k——載荷系數(shù)，取1.05 ——齒間載荷分配系數(shù)，=1.0，=1.0 ——齒向載荷分布系數(shù) ——小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距 =95.5×10 =95.5×10×0.55/1390 =3.78×10N·mm =1.11+0.18（1+6.7）+0.15×10b =1.11+0.18（1+6.7×0.25）×0.25+0.15×0.001×0.5 =1.23045 K=1×1.05×1.0×1.6 =1.218 查得：b/h=23/4.5 =5.11 =1.16 ——載荷作用與齒頂時齒形系數(shù) ——載荷作用與齒頂時應(yīng)力校正系數(shù) 查表得：=2.69，=1.575 則 = =18.4MPa N=60njL =60×1390×1×20000 =1.668× s——疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) s=～1.5 K——壽命系數(shù) （） ——齒輪的疲勞強(qiáng)度 =340MPa =520MPa [=272MPa 所以 其中： Z——區(qū)域系數(shù) Z——彈性影響系數(shù) K=1×1.05×1.0×1.23045 =1.29 =259.89 []=520MPa 所以 因此，所設(shè)計的齒輪1、2也滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求 同理也可得到所設(shè)立的齒輪3、4也滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求 齒輪設(shè)計合格 2．主軸的驗算 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度： 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖，如圖2.5（a）。并分別作出水平方向和垂直方向的彎矩圖，如圖（b），（c），以及扭矩圖，如圖（d）。 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩圖 先計算軸上的載荷： N·m 齒輪的分度圓直徑為： 252N 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以明顯的看出截面B是危險截面。先將計算出的截面C處的及M的值列于下表2.1 表2.1 應(yīng)力計算表 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩 軸的計算應(yīng)力： 如表2.1中數(shù)值得： 前已經(jīng)選定的軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理 查得 因此 ，故安全 （四）主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計 1．軸承的配置形式 一般來說數(shù)控機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)的軸承有以下幾種配置形式： （1）前后支承均采用雙列短圓柱磙子軸承來承受徑向載荷，安裝在前斷的兩個推力球軸承來承受前后方向的軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)能承受較大的負(fù)載（特別是軸向負(fù)載），可適應(yīng)強(qiáng)力切削，但主軸轉(zhuǎn)速不能太高，軸承在高轉(zhuǎn)速時容易發(fā)熱。由于推力球軸承軸承安裝在主軸的前端，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時前軸承和后軸承溫度差較大，熱變形對主軸精度影響也較大。前軸承溫度高，主軸前端升高量大，后軸承溫度低，主軸末端升高量小，因此，這種機(jī)構(gòu)目前應(yīng)用較小。 （2）前后支承用雙列短圓柱磙子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向向心推力球軸承來承受軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)剛性較好。 （3）前軸承用單列向心推力球軸承，背靠背安裝，由2到3個軸承組成一套，用以承受徑向和軸向負(fù)載；后軸承用雙列短圓柱磙子軸承。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)載，主軸精度較好。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。 （4）前后支承采用成組單列向心推力球軸承，用以承受徑向和軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，中等負(fù)載的數(shù)控機(jī)床。在中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床上采用這種機(jī)構(gòu)較多。 本設(shè)計主軸所采用的軸承支承方式為第四種。 2．主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊 滾動軸承的預(yù)緊是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菨L動體和內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形而帶伏負(fù)游隙運(yùn)行。預(yù)緊的目的是增加軸承的剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度，延長軸承壽命。 按預(yù)載荷的方向可分為軸向預(yù)緊和徑向預(yù)緊。 而角接觸球軸承主要是軸向預(yù)緊，這可明顯提高軸向剛度。 三、進(jìn)給傳動設(shè)計 （一）進(jìn)給傳動運(yùn)動設(shè)計 1．脈沖當(dāng)量和傳動比的確定 （1）脈沖當(dāng)量的確定 目前，常用脈沖編碼器兼作位置和速度反饋。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，每個脈沖代表電機(jī)一定脈沖，每個脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角。步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖控制的特種電機(jī)，對于每一個電脈沖步進(jìn)電機(jī)都將產(chǎn)生一個恒定的步進(jìn)角位移，每一個脈沖或每步的轉(zhuǎn)角稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角，可由選用的步進(jìn)電機(jī)型號從技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出。 因此，每脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角，這個轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲桿使工作臺移動一定的距離。每個脈沖所對應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺0的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為，單位mm/脈沖。 應(yīng)根據(jù)機(jī)床或工作臺進(jìn)給系統(tǒng)所要求的定位精度來選定脈沖當(dāng)量。考慮到機(jī)床傳動系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量必須大于定位精度值。此次設(shè)計的電火花成型機(jī)床定位精度的設(shè)計要求是，根據(jù)該精度要求可確定脈沖當(dāng)量為。 （2）傳動比的確定 設(shè)傳動副的餓傳動比為，若為一級傳動，則， 為主動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)，為從動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。若為多級傳動，則為總傳動比。 對于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)脈沖當(dāng)量確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程（mm）和電機(jī)步距角都也以初步選定后，則可用下式計算主軸系統(tǒng)的傳動比 = =1 （二）滾珠絲桿螺母副的型號選擇和滾珠絲桿的選型和校核 1．滾珠絲桿螺母副的型號選擇 （1）最大工作載荷計算 滾珠絲桿上的工作載荷是指滾珠絲桿副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲桿所承受的軸向力，也叫做牽引力。它包括滾珠絲桿的走刀抗力及與移動體中立和作用于道軌上的其它切削分力相關(guān)的摩擦力，可用下列實驗公式進(jìn)行計算。 對于矩形道軌 式中： ——工作臺進(jìn)給方向載荷 ——工作臺垂直載荷 ——工作臺橫向載荷 G——移動部件的重力 K——考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù) F——考慮顛覆力矩影響的摩擦系數(shù) 對于滾動導(dǎo)軌；f=0.0025～0.005 由于電火花線切割是電極絲放電進(jìn)行加工，可以認(rèn)為近似為零 所以； 取 Kg（估算） =fG=10000.005=5 (2)最大動載荷C的計算及主要尺寸初選 滾珠絲桿應(yīng)根據(jù)斷定動載荷選用，最大動載荷計算原理與滾動軸承相同。 滾珠絲桿的最大動載荷應(yīng)用下式計算： 式中：L——工作壽命，單位10 n——絲桿轉(zhuǎn)速，單位r/min v——最大切削力條件下進(jìn)給速度，單位m/min ——絲桿基本導(dǎo)程，單位mm t——頜定使用壽命，單位h，可取t=15000h ——運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取1～1.2，一般情況1.2～1.5 所以 = =11.96 n=1000v/ =1000×100×0.001/5 =20r/min L=60nt/ = =105.12（） C= = =33 根據(jù)以上計算選取CBM3205—5（《機(jī)械設(shè)計師手冊》上） 2．滾珠絲桿的選型和校核 滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，在根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號并向有關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計中，滾珠絲桿被三次選用，故在這里只選取其中最重要的主軸傳動中德望滾珠絲桿加以設(shè)計和校核。其步驟如下： 首先對于一些參數(shù)說明如下： 軸向變載荷（N），其中表示第個工作載荷，=1、2、3、4…n； 第個載荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)速（r/min） 第個載荷對應(yīng)的工作時間（h）； 絲桿副最大移動速度； 絲桿預(yù)期壽命； （1）型號選擇 1）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求 選擇滾道截面形狀，查得螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式； 2）計算滾珠絲桿副的主要參數(shù) ①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)=1.0，系數(shù)=1.5； ②計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 = =2000 ③計算當(dāng)量載荷 =2333N ④初步確定導(dǎo)程 = =2.5mm 取 ⑤計算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速 =120000 ⑥計算絲桿所需的頜定載荷 =1×2333×10 =1151N 3）選擇絲桿型號 ①根據(jù)初選的和計算的，選取導(dǎo)程為5mm，頜定載荷大于的絲桿。所選絲桿型號為CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。 ②臨界轉(zhuǎn)速校核 =12× =12× =5970r/min 而最大工作轉(zhuǎn)速 =4000<0.8=4776 校核合格。 ③滾珠絲桿的預(yù)緊 預(yù)緊力（）一般取當(dāng)量載荷的三分之一或頜定動載荷的十分之一。即： =778N 其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 = =0.16N (三)步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電動機(jī)又稱為脈沖電動機(jī)，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動而變化；③速度可調(diào)，能夠快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。 數(shù)控電火花成型機(jī)的動力系統(tǒng)要求電動機(jī)定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且頜定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進(jìn)電動機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用的型號90BF004的電動機(jī)作為主運(yùn)動的動力源。 選用時主要有以下幾個步驟： 1．根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號 （1）步距角 初選步進(jìn)電機(jī)型號，并從手冊中查到步距角，由于 綜合考慮，我初選了可滿足上式的要求。 （2）矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是； 步進(jìn)電機(jī)空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩按下式計算： 式中： ——空載啟動力矩； ——空載啟動時運(yùn)動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩； ——空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； ——由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； 而且初選電機(jī)型號時，應(yīng)滿足步進(jìn)電動機(jī)所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電動機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即： 計算的各項力矩如下： ①加速力矩 = =1.8×10 = =0.519N/m ②空載摩擦力矩 =0.6 ③附加摩擦力矩 = = =0.519+0.6+1.222 =2.341 =0.951×25 =23.775 2．啟動矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)有三種工況：啟動、快速進(jìn)給運(yùn)動、工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進(jìn)行校核。 步進(jìn)電機(jī)啟動有突跳啟動和升速啟動。 突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少見。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。 （四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)的支承設(shè)計 1.絲桿的支承形式 滾珠絲桿的支承和支承方式將影響絲桿副的剛度，因此，對運(yùn)動精度要求高時應(yīng)審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種： ①絲桿一端安裝兩個深溝球軸承或者角接觸軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承；螺母相當(dāng)于固定支承。 ②安裝一個深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的鉸支承；因此絲桿的支承方式有兩端固定；一端固定，一端鉸支；一端固定，一端自由等幾種； 本設(shè)計采用的是兩端固定的支承。 2.螺桿的支承方式 螺桿的支承方式有以下四種： （1）雙推自由支承： 將兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承裝在一端，另一端自由。 特點：適用于短螺桿。 （2）雙推支承 將兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個或兩個深溝球軸承。 特點：螺桿水平安裝時，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，自由端的晃動。 適用于長螺桿。 （3）單推單推或雙推單推 兩端各安裝一個方向相反的推力球軸承和一個深溝球軸承或一端裝兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承，另一端裝一個推力球軸承。 特點：可預(yù)拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時，因自重產(chǎn)生的彎曲，當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的1/3時，螺桿拉壓剛度可提高四倍，且不會承受壓力，無失穩(wěn)現(xiàn)象。 （4）雙推雙推 兩端各安裝兩個方向相反的推力球軸承和兩個深溝球軸承。 特點：優(yōu)點與單推單推式相同，當(dāng)超過預(yù)計溫度時，不會因螺桿伸長使軸承產(chǎn)生間隙。 缺點：調(diào)整較復(fù)雜。 四 電氣系統(tǒng)控制 電氣系統(tǒng)主要由高頻脈沖電源、直流電源和電氣控制系統(tǒng)組成。高頻脈沖電源是進(jìn)行線電極切割的能源。直流電源主要是24v直流源驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)用。電氣控制系統(tǒng)主要是控制工作液泵電機(jī)和儲絲筒電機(jī)等用。 （一）高頻脈沖電源 高頻脈沖電源又稱脈沖電源，其作用是把工頻50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成幾百赫茲的高頻的單向脈沖電源，為高速旋轉(zhuǎn)的線切割機(jī)提供一系列不同脈寬的矩形脈沖。 線切割機(jī)床電子控制系統(tǒng)主要是高頻脈沖電源電路，它是線切割機(jī)床的重要部分，用高頻脈沖使得電極絲與工件產(chǎn)生火花放電，對工件進(jìn)行電腐蝕加工。通過調(diào)節(jié)高頻脈沖使工件滿足加工精度的要求。高頻脈沖電源整流電路、主振電路、脈寬調(diào)節(jié)電路、功率放大電路等組成。主振電路中有數(shù)字振蕩電路和模擬振蕩電路及分立元件電路。新型機(jī)床的功率放大電路主要是在功率管選取上有改進(jìn)，從普通的三極管功放到大功率、低功耗管和場效應(yīng)管及功率模塊均有不同，但是實際加工生產(chǎn)用的機(jī)床大多數(shù)采用的還是早期的電路，技術(shù)改造也著重在控制器部分，均采用具有微機(jī)控制系統(tǒng)、輸入鍵盤器和數(shù)控顯示器LED或LCD的設(shè)備。 DK77型線切割機(jī)床脈沖電源原理。 該電源主要是由整流電路、主振電路和功放電路組成。整流電路由變壓器將三相380v電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿?2v和三相7v電壓，通過二極管進(jìn)行整流。電路形式是三相全波整流電路，為脈沖電源提供100v直流電壓和10v直流電壓，功給功放電路和工作電路電源。 （二）數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)總體方按的擬定 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。控制系統(tǒng)的控制對象主要包括各種機(jī)床，如車床、銑床等等?？刂葡到y(tǒng)的基本組成如下圖4.1所示 機(jī) 床 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 微 機(jī) 通信接口 開關(guān)量控制電路 軟件 主軸電動機(jī) 主運(yùn)動驅(qū)動電路 圖4.1控制系統(tǒng)框圖 具體微機(jī)控制系統(tǒng)是一MCS-51系列高檔八位單片機(jī)為核心，采用8032cpu芯片。存儲器也采用了較大的容量的存儲器，用來存放控制程序及擴(kuò)展程序的EPEOM采用了256k容量27256芯片，用來存放輸入加工圖形程序的RAM采用了256k容量的62256芯片，以增強(qiáng)微機(jī)的功能。接口電路使用了可編程并行接口電路芯片8255，顯示部分采用了數(shù)碼管來顯示參數(shù)，鍵盤輸入和輸出顯示由鍵盤/顯示接口電路芯片8279來控制。具體系統(tǒng)組成圖如下圖4.2： 圖4.2線切割機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)組成 (三)數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計 1.單片機(jī)設(shè)計 單片機(jī)通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算電路、控制器電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個單片機(jī)芯片并不能把計算機(jī)的全部電路都集成到其中，有些元件如復(fù)位電路的石音晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。 通常所說的單片記系統(tǒng)都是為實現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計的，是一個圍繞單片機(jī)芯片而組建的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中， 單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 （1）MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計 MCS-51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含8051除程序存儲器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源。（程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、i/o口、定時/計數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，我們采用的是8031，8031可尋址64kb字節(jié)程序存儲器和64kb字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器。內(nèi)部沒有程序存儲器，必須外接EPROM程序存儲器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分三部分。 1）電源及時鐘引腳 此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時鐘引腳XTAL1、XTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 Vcc（40腳）：接+5v電源。 Vss（20腳）：接地。 時鐘引腳（18、19腳）：外接晶體時與片內(nèi)的反相器構(gòu)成一個振蕩器，它提供單片機(jī)的時鐘控制信號。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 XTAL1（19腳）：接外不晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸入端。若采用外部振蕩器時，該引腳受振蕩器的信號，即把信號直接接至內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 2）控制引腳 它包括RST、ALE、PSEN、EA等。此內(nèi)引腳提供控制信號，有些引 RST/VPD（9引腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在此引腳加上兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后使此引腳電平為≤０.５v的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（vpd）以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc于規(guī)定值，而VPD定的電壓范圍內(nèi)((5±０.５))時，ＶＰＤ就向內(nèi)部提供電源。 3）輸入/輸出管腳 P0.0~0.7(32~39腳) p0是個8位漏極開路型雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在EPROM編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。Po能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL輸入。 P1.0~p1.7(1~8腳) p1是個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。對EPROM編程2的證時，它接收低8位地址。P1能驅(qū)動4個LSTTL輸入。在8032/8052中，p1.0還相當(dāng)于專用功能端T2，即定時器記數(shù)觸發(fā)輸入端。P1.1還相當(dāng)于專用功能端T2EX，即定時器T2 的外部控制端。 P2.0~p2.7（21~28腳）p2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接受高位地址。P2可以驅(qū)動4個LS TTL輸入。 P3.0~p3.7 （10~17腳）p3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。在MCS-51中，這8個管腳還用于專門功能，p3能驅(qū)動4個LSTTL輸入。 (2)MCS-51單片機(jī)的時鐘電路 時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51片內(nèi)有一個反相放大器，XTAL1、XLAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個自激振蕩器，產(chǎn)生的時鐘送去單片機(jī)內(nèi)部的各個部件。單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式。 最常用的內(nèi)部時鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振器回路，不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī)，其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同，如下圖所示： MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.2MHz～24MHz之間可以選擇，一般取11.0592MHz。電容C1、C2的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。C1、C2可在20pF～100pF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時典型取值為30pF，外接陶瓷諧振器時典型取值為47Pf，取60F～70pF時振蕩器有 XTAL2 MCS51 XTAL1 內(nèi)部時鐘方式的時鐘電路 較高的頻率穩(wěn)定性。 在設(shè)計印刷電路板時，晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠工作，為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 （3）MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路 計算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，MCS-51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST，高電平有效。它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51便保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位操作不影響片內(nèi)的內(nèi)容。 MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。通常因為系統(tǒng)運(yùn)動等的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，如下圖： +5V RST MCS-51 GND 上電按鈕復(fù)位電路 對于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個拉底電阻，故電阻可不接。單片機(jī)在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個機(jī)器周期以上的高電平（因為振蕩器從起振到穩(wěn)定大約要10ms），就能使單片機(jī)有效復(fù)位。當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時，RC的典型值為。簡單復(fù)位電路中，干擾信號易串入復(fù)位端，可能會引起內(nèi)部某些寄存錯誤復(fù)位，這時可在RST引腳上接上一去耦電容。 上圖那上電按鈕復(fù)位只需將一個常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路，按下開關(guān)一定時間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。 2．系統(tǒng)擴(kuò)展 系統(tǒng)擴(kuò)展包括存儲器的擴(kuò)展、輸入輸出接口芯片的擴(kuò)展。其中存儲器的擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展和程序存儲器的擴(kuò)展。 （1）程序存儲器的擴(kuò)展 MCS-51系列單片機(jī)的程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間是相互獨立的。程序存儲器尋址空間為64kb（000H~0FFFFH）,其中8051、8751片內(nèi)有4kbROM或EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM .當(dāng)片內(nèi)ROM 不夠或采用8031芯片時，需擴(kuò)展程序存儲器。用作程序存儲器的器件是EPROM和EEPROM,常采用EPROM。 MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲器的硬件電路。如下圖4.3 圖4.3 MCS-51單片機(jī)程序存儲器的擴(kuò)展原理圖 由于MCS-51單片機(jī)的p0口是分時復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存儲器擴(kuò)展時，必須用地址瑣存器瑣存地址信號。通常地址瑣存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373或8282，也可用帶清除端的八D鎖存器74LS273，常用74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時，鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)存儲器容量要求的不同，常用的擴(kuò)展芯片包括EPROM2716 、2732A。等。以上均為單一+5v供電，維持電流為35A~40mA，工作電流為75mA~100mA，讀出時間最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0~A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存儲器容量的大小不同，因此提供高八位地址的p2端口線的數(shù)量各不同，故2716為A0~A10，D0~D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸入端。 根據(jù)程序存儲器擴(kuò)展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373對8031單片機(jī)進(jìn)行程序存儲器擴(kuò)展，其連接圖見下圖4.4 圖4.4 8031擴(kuò)展EPROM2764A的連接圖 因為2764A 是8kb容量的EPROM，故選用到了13根地址線，A0~A12。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展一片程序存儲器EPROM，故可將片選端CE接地。同時，8031運(yùn)行所需要的程序指令來自2764A，要把其EA端接地。否則，8031將不會運(yùn)行。 電擦除可編程只讀存儲器EEPROM是新推出來的產(chǎn)品。其主要的特點是能在計算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并且在斷電的情況下保持修改結(jié)果。因此，自從EEPROM出現(xiàn)來，它得到了廣泛的應(yīng)用。 （2）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 8031單片機(jī)內(nèi)部有128字節(jié)RAM存儲器。CPU對內(nèi)部具有豐富的操作指令。但在用于實時數(shù)據(jù)采集和處理時