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1、长 春 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计摘 要要激光切割割的适用用对象主主要是难难切割材材料，如如高强度度、高韧韧性材料料以及精精密细小小和形状状复杂的的零件，因因而数控控激光切切割在我我国制造造业中正正发挥出出巨大的的优越性性。本文设计计了一台台单片机机控制的的数控激激光切割割机床，主主要完成成了：机机床整体体结构设设计，ZZ轴、XXY轴的的结构设设计计算算、滚珠珠丝杠、直直线滚动动导轨的的选择及及其强度度分析；以步进进电机为为进给驱驱动的驱驱动系统统及其传传动机构构的分析析设计计计算；以以89CC51为为主控芯芯片的数数控系统统硬件电电路设计计、系统统初始化化设计及及系统软软件方案案
2、设计和和步进电电机的控控制流程程设计。关键词: CCNC 激光光切割机机床 结构 设计计1ABSTTRACCTLaseer ccutttingg maachiine toool wwas usuuallly uusedd foor tthe harrd-ccutttingg maaterriall, ssuchh ass hiigh-strrenggth matteriial, hiigh preecissionn duuctiile matteriialss, aand smaart andd coompllicaatedd coompoonennts. Soo,CNCC laaserr c
3、uuttiing hass beeen plaayinng aan iimpoortaant rolle iin CChinnass maanuffactturiing inddusttry.Thiss paaperr deescrribees tthe dessignn off a SCMM-coontrrollled CNCC laaserr cuuttiing macchinne ttoolls. Morre aatteentiion wass paaid on thee ovveraall macchinne ddesiign, Z axiis, XY axiis iin tthe d
4、essignn, bballl-scrrew andd thhe cchoiice of linnearr mootioon gguidde aand inttenssityy annalyysiss; tthe driive sysstemm innto whiich steeppeer mmotoor wwas putt annd tthe anaalyssis of thee drrivee syysteem ddesiign; 899C511 chhip wass maainlly uusedd foor tthe dessignn off haardwwaree ciircuuit,
5、 thhe ddesiign of sysstemm innitiialiizattionn annd tthe dessignn off stteppper mottors coontrrolllingg prrogrram.Keywwordds:CNCC;lasser cutttinng mmachhinee tooolss;arcchittectturee;dessignn目录摘要IABSTTRACCTIII目录IIII第一章绪绪论11.1课课题背景景11.2课课题研究究的目的的和意义义11.3国国内外现现状21.4存存在的主主要问题题31.5设设计任务务31.6总总体设计计方案44第二
6、章机机械部分分设计552.1机机械部分分XY工作作台及ZZ轴的基基本结构构设计552.1.1XYY工作台台设计552.1.2.ZZ轴随动动系统552.2滚滚珠丝杠杠传动系系统的设设计计算算62.2.1滚珠珠丝杠的的选型662.2.2丝杠杠的校核核72.3直直线滚动动导轨的的选型882.4步步进电机机及其传传动机构构的确定定92.4.1 步步进电机机的特点点优点992.5齿齿轮传动动机构的的确定1102.5.1传动动比确定定102.5.2消隙隙方法1112.6轴轴承的选选择111第三章数数控系统统设计1123.1确确定机床床控制系系统方案案123.2主主要芯片片配置1133.2.1主要要芯片选选
7、择1333.2.2 主主要管脚脚功能1133.2.3 EEPROOM的选选用1443.2.4 RRAM的的选用1143.2.5 889C551存储储器及II/O的的扩展1153.2.6 881555工作方方式查询询163.2.7状态态查询1173.2.8 881555定时功功能1773.3键键盘设计计183.3.1键盘盘定义及及功能1183.3.2 键键盘程序序设计1183.4显显示器设设计2003.4.1显示示器显示示方式的的选用2203.4.2显示示器接口口203.5步步进电机机的驱动动233.6光光电隔离离电路2243.7越越界报警警电路225结论266致谢277参考文献献28第一章 绪
8、论1.1课课题背景景激光被誉誉为二十十世纪最最重大的的科学发发现之一一，它刚刚一问世世就引起起了材料料科学家家子、汽汽车、钢钢铁、石石油、造造船、航航空等传传统工业业应用激激光技术术进行改改造的示示范工程程；为信信息、材材料、生生物、能能源、空空间、海海洋等六六大高科科技领域域提供崭崭新的激激光设备备和仪器器。数控化和和综合化化把激光光器与计计算机数数控技术术、先进进的光学学系统以以及高精精度和自自动化的的工件定定位相结结合，形形成研制制和生产产加工中中心，已已成为激激光加工工发展的的一个重重要趋势势。的高高度重视视。19971年年11月月，美国国通用汽汽车公司司率先使使用一台台2500W C
9、CO2激激光器进进行利用用激光辐辐射提高高材料耐耐磨性能能的试验验研究，并并于19974年年成功地地完成了了汽车转转向器壳壳内表面面（可锻锻铸铁材材质）激激光淬火火工艺研研究，淬淬硬部位位的耐磨磨性能比比未处理理之前提提高了110倍。这这是激光光表面改改性技术术的首次次工业应应用。多多年以来来，世界界各国投投入了大大量资金金和人力力进行激激光器、激激光加工工设备和和激光加加工对材材料学的的研究，促促使激光光加工得得到了飞飞速发展展，并获获得了巨巨大的经经济效益益和社会会效益。如如今在中中国，激激光技术术已在工工业、农农业、医医学、军军工以及及人们的的现代生生活中得得到广泛泛的应用用，并且且正逐
10、步步实现激激光技术术产业化化，国家家也将其其列为“九九五”攻攻关重点点项目之之一。“十十五”的的主要工工作是促促进激光光加工产产业的发发展，保保持激光光器年产产值200的平平均增长长率，实实现年产产值2000亿元元以上。1.2课课题研究究的目的的和意义义激光切割割机是光光、机、电电一体化化高度集集成设备备，科技技含量高高，与传传统机加加工相比比，激光光切割机机的加工工精度更更高、柔柔性化好好，有利利于提高高材料的的利用率率，降低低产品成成本，减减轻工人人负担，对制造业来说，可以说是一场技术革命。激光切割割的适用用对象主主要是难难切割材材料，如如高强度度、高韧韧性、高高硬度、高高脆性、磁磁性材料
11、料，以及及精密细细小和形形状复杂杂的零件件。激光光切割技技术、激激光切割割机床正正在各行行各业中中得到广广泛的应应用。因因此研究究和设计计数控激激光切割割有很强强的现实实意义。微微机控制制技术正正在发挥挥出巨大大的优越越性。在高功率率数控激激光切割割成套设设备开发发及制造造方面，经经过十几几年的发发展，我我国激光光切割技技术及装装备从无无到有，已已逐步形形成一定定产业规规模。220077年国内内大型激激光切割割设备的的销售额额达到115亿元元，在中中低端产产品方面面基本占占领国内内市场，并并有部分分产品出出口。但但与美国国、欧盟盟、日本本等发达达国家相相比，我我国的激激光切割割设备仍仍然停留留
12、在低端端产品阶阶段，而而且高功功率激光光器、激激光专用用控制系系统、激激光光束束传输控控制、激激光切割割专有技技术等绝绝大部分分核心技技术还依依赖进口口。目前前，国际际上德国国通快TTRUMMPF公公司、瑞瑞士百超超BYSSTROONICC和意大大利PRRIMAA等国际际知名公公司已经经开发出出大功率率、大幅幅面、高高速、飞飞行光路路、多维维立体、数数控自动动的激光光切割机机。在高高端激光光切割系系统领域域，我国国与国际际先进水水平存在在较大差差距，产产品基本本依赖进进口，每每年不得得不花费费数十亿亿元从国国外引进进相关技技术与设设备。如如船舶制制造业中中厚钢板板的激光光切割设设备、三三维立体
13、体激光切切割设备备、有色色金属激激光切割割设备等等，引进进价格昂昂贵、订订货周期期长、售售后服务务无法及及时保证证，严重重制约了了我围困困民经济济的发展展。并且且由于国国外在该该领域出出口对我我国有明明确的限限制，采采用许可可证制度度，严格格规定该该项技术术不能用用于军工工、航空空航天等等领域，因因此我国国急需突突破该项项技术。1.3国国内外现现状激光加工工是国外外激光应应用中最最大的项项目，也也是对传传统产业业改造的的重要手手段，主主要是kkW级到到10kkW级CCO2激激光器和和百瓦到到千瓦级级YAGG激光器器实现对对各种材材料的切切割、焊焊接、打打孔、刻刻划和热热处理等等。 激光加工工应
14、用领领域中，CCO2激激光器以以切割和和焊接应应用最广广，分别别占到770和和20，表面面处理则则不到110。而而YAGG激光器器的应用用是以焊焊接、标标记（550）和和切割（115）为为主。在在美国和和欧洲CCO2激激光器占占到了770880。我我国激光光加工中中以切割割为主的的占100，其其中988以上上的COO2激光光器，功功率在11.5kkW22kW范范围内，而而以热处处理为主主的约占占15，大多多数是进进行激光光处理汽汽车发动动机的汽汽缸套。这这项技术术的经济济性和社社会效益益都很高高，故有有很大的的市场前前景。 在汽车工工业中，激激光加工工技术充充分发挥挥了其先先进、快快速、灵灵活
15、地加加工特点点。如在在汽车样样机和小小批量生生产中大大量使用用三维激激光切割割机，不不仅节省省了样板板及工装装设备，还还大大缩缩短了生生产准备备周期；激光束束在高硬硬度材料料和复杂杂而弯曲曲的表面面打小孔孔，速度度快而不不产生破破损；激激光焊接接在汽车车工业中中已成为为标准工工艺，日日本Tooyotta已将将激光用用于车身身面板的的焊接，将将不同厚厚度和不不同表面面涂敷的的金属板板焊接在在一起，然然后再进进行冲压压。虽然然激光热热处理在在国外不不如焊接接和切割割普遍，但但在汽车车工业中中仍应用用广泛，如如缸套、曲曲轴、活活塞环、换换向器、齿齿轮等零零部件的的热处理理。在工工业发达达国家，激激光
16、加工工技术和和计算机机数控技技术及柔柔性制造造技术相相结合，派派生出激激光快速速成形技技术。该该项技术术不仅可可以快速速制造模模型，而而且还可可以直接接由金属属粉末熔熔融，制制造出金金属模具具。 到了800年代，YYAG激激光器在在焊接、切切割、打打孔和标标记等方方面发挥挥了越来来越大作作用。通通常认为为YAGG激光器器切割可可以得到到好的切切割质量量和高的的切割精精度，但但在切割割速度上上受到限限制。随随着YAAG激光光器输出出功率和和光束质质量的提提高而被被突破。YYAG激激光器已已开始挤挤进kww级COO2激光光器切割割市场。YYAG激激光器特特别适合合焊接不不允许热热变形和和焊接污污染
17、的微微型器件件，如锂锂电池、心心脏起搏搏器、密密封继电电器等。YYAG激激光器打打孔已发发展成为为最大的的激光加加工应用用。 目前，国国外激光光打孔主主要应用用在航空空航天、汽汽车制造造、电子子仪表、化化工等行行业。激激光打孔孔的迅速速发展，主主要体现现在打孔孔用YAAG激光光器的平平均输出出功率已已由5年年前的4400ww提高到到了8000w至至10000w。打打孔峰值值功率高高达300500kw，打打孔用的的脉冲宽宽度越来来越窄，重重复频率率越来越越高，激激光器输输出参数数的提高高，很大大程度上上改善了了打孔质质量，提提高了打打孔速度度，也扩扩大了打打孔的应应用范围围。国内内目前比比较成熟
18、熟的激光光打孔的的应用是是在人造造金刚石石和天然然金刚石石拉丝模模的生产产及手表表宝石轴轴承的生生产中。1.4存存在的主主要问题题1、科研研成果转转化为商商品的能能力差，许许多有市市场前景景的成果果停留在在实验室室的样机机阶段；2、激光光加工系系统的核核心部件件激光器器的品种种少、技技术落后后、可靠靠性差。国国外不仅仅二级管管泵浦的的全固态态激光器器已用于于生产过过程中，而而且二级级管激光光器也被被应用，而而我国二二极管泵泵浦的全全固态激激光器还还处在刚刚开始研研究开发发阶段。 3、对加加工技术术的研究究少，尤尤其对精精细加工工技术的的研究更更为薄弱弱，对紫紫外波激激光进行行加工的的研究进进行
19、的极极少。4、激光光加工设设备的可可靠性、安安全性、可可维修性性、配套套性较差差，难以以满足工工业生产产的需要要。总结：激激光加工工与柔性性制造系系统有很很好的的的相容性性，把两两者结合合起来形形成激光光柔性加加工系统统，在彼彼此相互互配合良良好的条条件下肯肯定会收收到非凡凡的效果果并取得得良好的的收益。1.5设设计任务务本次设计计任务是是设计一一台单片片机（889C551主控控芯片）控控制激光光切割机机床，主主要设计计对象是是XY工工作台部部件及889C551单片片机控制制原理图图。而对对激光切切割机其其他部件件如冷水水机、激激光器等等不作为为设计内内容要求求，只作作一般了了解。单单片机对对
20、XY工工作台的的纵、横横向进给给脉冲当当量0.01mmm/ pluuse。工工作台部部件主要要构件为为滚珠丝丝杠副、滚滚动直线线导轨副副、步进进电机、工工作台等等。设计计时应兼兼顾两方方向的安安装尺寸寸和装配配工艺。1.6总总体设计计方案图1-11 系系统原理理图参考数控控激光切切割机的的有关技技术资料料，确定定总体方方案如下下：采用899C511主控芯芯片对数数据进行行计算处处理，由由I/OO接口输输出控制制信号给给驱动器器，来驱驱动步进进电机，经经齿轮机机构减速速后，带带动滚珠珠丝杠转转动，实实现进给给。其原原理示意意如图11-6.。滚珠丝杠杠的生产产厂家很很多，本本设计参参照了汉汉江机床
21、床厂、南南京工艺艺装备制制造厂的的样本资资料，力力求从技技术性能能、价格格状况、通通用互换换性等各各方面因因素考虑虑，最后后选用SSFK系系列滚珠珠丝杠，即即内循环环垫片预预紧螺母母式滚珠珠丝杠副副。本设计弃弃用Z880，而而选用单单片机。单单片机体体积小、抗抗干扰能能力强，对对环境要要求不高高，可靠靠性高，灵灵活性好好，性价价比大大大超过了了Z800。比较较后选用用89CC51为为主芯片片。在使使用过程程中899C511虽有44K的FFLASSH（EE2PROOM），但但考虑实实际情况况需配备备EPRROM和和RAMM，并要要求时序序配备。选晶体频率为6MHz，89C51读取时间约为3t，则
22、t480ns ,常用EPROM读取时间约为200450ns。89C51的读取时间应大于ROM要求的读取时间。89C51的读写时间约为4T，则TR660ns，TW=800ns，常用RAM读写时间为200ns左右，均满足要求。根据需要，扩展I/O接口8155，因显示数据主要为数字及部分功能字，为简化电路采用LED显示器。键盘采用非编码式矩阵电路。为防止强电干扰，采用光电隔离电路。第二章 机械部部分设计计2.1机机械部分分XY工作作台及ZZ轴的基基本结构构设计2.1.1XYY工作台台设计.本设设计的XXY工作作台的参参数定为为：工作台台行程：横向3300mmm，纵纵向4000mmm工作台台最大尺尺寸
23、（长长宽高）：4600340050mmm,材材料HTT2000，约5536NN中杔座座尺寸8800360090mmm，材材料HTT2000，约重重17778N估计其其他零件件重量为为2500N工作台台最大承承载重量量：1220Kgg则下托座座导轨副副承受的的最大载载荷为：5366+17778+2500+12200=37664NXY工工作台部部件进给给系统受受力分析析因激光切切割机床床为激光光加工,其激光光器与工工件之间间不直接接接触,因此可可以认为为在加工工过程中中没有外外力负载载作用。其其切削力力为零。XY工作作台部件件由工作作台、中中间滑台台、底座座等零部部件组成成,各自自之间均均以滚动动
24、直线导导轨副相相联,以以保证相相对运动动精度。设设下底座座的传动动系统为为横向传传动系统统，即XX向，上上导轨为为纵向传传动系统统，即YY向。一一般来说说,数控控切割机机床的滚滚动直线线导轨的的摩擦力力可忽略略不计,但滚珠珠丝杠副副,以及及齿轮之之间的滑滑动摩擦擦不能忽忽略,这这些摩擦擦力矩会会影响电电机的步步距精度度。另外外由于采采取了一一系列的的消隙、预预紧措施施,其产产生的负负载波动动应控制制在很小小的范围围。2.1.2.ZZ轴随动动系统激光切割割机对ZZ轴随动动机构要要求非常常高。在在切割中中需随时时检测和和控制切切割表面面的不平平度，通通过伺服服电机和和滚珠丝丝杆调整整切割头头的高度
25、度，以保保证激光光聚焦后后的焦点点在切割割板材的的表面位位置。由由于激光光焦点至至板面的的距离将将影响割割缝宽窄窄及质量量，因此此，要求求Z轴的的检测精精度高于于0.0010mmm：同同时，随随动速度度应大于于5m/minn。随动动速度太太快会造造成切割割头上下下震荡，太太慢又造造成切割割头跟不不上的现现象。目目前。对对加工板板材的检检测主要要有电容容、电感感、电阻阻、激光光、红外外等几种种方式。电电感式和和电阻式式属于传传感器，激激光、红红外及电电容式属属于非接接触式传传感器。电电容式传传感器在在运动检检测过程程中不发发生摩擦擦阻力，最最适于金金属板材材和高速速切割加加工，而而激光和和红外位
26、位移传感感器对加加工材料料的反射射率很敏敏感，仅仅适用于于一些特特殊场合合的切割割加工(如强磁磁场、强强干扰环环境)。所所以在选选择传感感器时，应应注意检检测精度度和对切切割材料料的适应应性，同同时安装装时还需需要注意意采取抗抗干扰措措施。割头具有有多种先先进的智智能和附附加功能能，如自自动调整整激光喷喷嘴距离离、自动动清洁喷喷嘴、同同轴喷水水机构、切切割头转转动、切切割嘴摆摆动等。这这些功能能机构的的增加,不可避避免地增增加了切切割头的的重量，成成切割头头的动态态性能不不好,随随动机构构反应不不灵敏。一一般来说说，普通通数控激激光切割割机Z轴轴拖动重重量在55kg以以上时，应应采用重重力平衡
27、衡设施。而而高性能能数控激激光切割割机的ZZ轴拖动动重量在在2kgg以上就就必须施施加重力力平衡设设施，特特别是在在高速飞飞行光路路设计中中,这一一点尤为为重要。目目前Z轴轴上的重重力平衡衡设施使使用较多多的是采采用气缸缸托动方方式。该该方式重重量轻、体体积小、易易安装，还还可根据据要求调调整气缸缸的平衡衡力。图2-11 Z轴轴示意图图2.2滚滚珠丝杠杠传动系系统的设设计计算算滚珠丝杠杠的优点点：（1）传传动效率率高。(达855%998%)。（2）灵灵敏度高高。（无无颤动、无无爬行，同同步性好好）。（3）定定位精度度高。(可以实实现无间间隙传动动，刚度度强，温温升小)。（4）使使用寿命命长。（
28、是是普通滑滑动丝杠杠的4倍倍以上，磨磨损小，精精度保持持期长）。（5）使使用、润润滑和维维修方便便、可靠靠。（6）可可逆向传传动，不不自锁。（在在垂直使使用或需需急停时时，应附附加自锁锁或制动动装置） 相对于于梯形丝丝杠价位位偏高，但但是性价价比还是是很好的的，目前前大部分分需要使使用丝杠杠的部位位都是用用的滚珠珠丝杠2.2.1滚珠珠丝杠的的选型初定导程程=4mmm轴向负载载工作载荷荷 (2-11)查表表取,则额定动载载荷= (22-2)所要选选取的滚滚珠丝杠杠额定动动载荷必必须要大大于1553.55N，查查资料选选取SFFK10004型型滚珠丝杠。其中，DD=266mm，ll=4000mmm
29、，。2.2.2丝杠杠的校核核一端固定定的长丝丝杠可能能会发生生失稳，可可验算安安全系数数s丝杠不失失稳的临临界载荷荷 (2-3)其中E=2066GPaa ll=0.4m 取uu= 则则=3.65 则S= 符合合要求 长丝杠杠可能发发生共振振，验证证不发生生共振的的最高转转速 要要求 符合要要求。此外滚珠珠丝杠副副还收最最大进给给速度的的影响，通通常要求求 合格滚珠丝杠杠在工作作负载FF和转矩矩T作用用下引起起的每个个导程变变形量为为： (22-4)式中：AA为横截截面积 A= T为为转矩 T=0.p011N P= G(切切变模量量)=883.33GPaa（钢）符合要求求效率验验算 要要求 (2
30、-5) 合格：螺旋升升角 ：摩擦擦角滚珠丝杠杠副在工工作台上上的支承承方式有有两种。一一种是单单支承形形式；另另一种是是两端支支承形式式，本设设计选用用两端支支承形式式中的“双支点点各单向向固定”的支承承方式。该该形式夹夹紧一对对圆锥滚滚子轴承承的外圈圈而预紧紧，提高高轴承的的旋转精精度，增增加轴承承装置的的刚性，减减小机器器工作时时轴承的的振动。预预紧量由由厂家提提供。2.3直直线滚动动导轨的的选型导轨主要要分为滚滚动导轨轨和滑动动导轨两两种， 直线滚滚动导轨轨在数控控机床中中有广泛泛的应用用。相对对普通机机床所用用的滑动动导轨而而言，它它有以下下几方面面的优点点：定位精精度高直线滚动动导轨
31、可可使摩擦擦系数减减小到滑滑动导轨轨的1/50。由由于动摩摩擦与静静摩擦系系数相差差很小，运运动灵活活，可使使驱动扭扭矩减少少90%，因此此，可将将机床定定位精度度设定到到超微米米级。降低机机床造价价并大幅幅度节约约电力采用直线线滚动导导轨的机机床由于于摩擦阻阻力小，特特别适用用于反复复进行起起动、停停止的往往复运动动，可使使所需的的动力源源及动力力传递机机构小型型化，减减轻了重重量，使使机床所所需电力力降低990%，具具有大幅幅度节能能的效果果。可提高高机床的的运动速速度直线滚动动导轨由由于摩擦擦阻力小小，因此此发热少少，可实实现机床床的高速速运动，提提高机床床的工作作效率220330%。可
32、长期期维持机机床的高高精度对于滑动动导轨面面的流体体润滑，由由于油膜膜的浮动动，产生生的运动动精度的的误差是是无法避避免的。在在绝大多多数情况况下，流流体润滑滑只限于于边界区区域，由由金属接接触而产产生的直直接摩擦擦是无法法避免的的，在这这种摩擦擦中，大大量的能能量以摩摩擦损耗耗被浪费费掉了。与与之相反反，滚动动接触由由于摩擦擦耗能小小滚动动面的摩摩擦损耗耗也相应应减少，故故能使直直线滚动动导轨系系统长期期处于高高精度状状态。同同时，由由于使用用润滑油油也很少少，大多多数情况况下只需需脂润滑滑就足够够了，这这使得在在机床的的润滑系系统设计计及使用用维护方方面都变变的非常常容易了了。所以以在结构
33、构上选用用：开式式直线滚滚动导轨轨。参照照南京工工艺装备备厂的产产品系列列。型号：选选用GGGB型四四方向等等载荷型型滚动直直线导轨轨副。具体型号号：X向向选用GGGB220BAA2P，22 5500-4 Y向选用用GGBB20AAB2PP，2 11100-42.4步步进电机机及其传传动机构构的确定定2.4.11步进电电机的特特点优点点1. 电机旋旋转的角角度正比比于脉冲冲数； 2. 电机停停转的时时候具有有最大的的转矩（当当绕组激激磁时）； 3. 由于每每步的精精度在百百分之三三到百分分之五，而而且不会会将一步步的误差差积累到到下一步步因而有有较好的的位置精精度和运运动的重重复性； 4 优优
34、秀的起起停和反反转响应应； 5 由由于没有有电刷，可可靠性较较高，因因此电机机的寿命命仅仅取取决于轴轴承的寿寿命； 6 电电机的响响应仅由由数字输输入脉冲冲确定，因因而可以以采用开开环控制制，这使使得电机机的结构构可以比比较简单单而且控控制成本本 7 仅仅仅将负负载直接接连接到到电机的的转轴上上也可以以极低速速的同步步旋转。 8 由由于速度度正比于于脉冲频频率，因因而有比比较宽的的转速范范围 缺点1 如如果控制制不当容容易产生生共振； 2 难难以运转转到较高高的转速速。2.4.2步进进电机的的选择脉冲当量量为0.01mmm 步距角角起动力矩矩：M=步进电机机快速空空载起动动时折算算到电机机轴上
35、的的最大加加速转矩矩为 ， 是移移动件的的摩擦转转矩 (2-66)材料为钢钢的圆柱柱体的转转动惯量量：其中为由由0所所需时间间定为00.4ss，总效效率=00.7因此选用用1100BYGG2600C-004022型步进进电机其其最大静静转矩为为8N.M55.7NN.M 步距距角为 相数为为3。2.5齿齿轮传动动机构的的确定2.5.1传动动比确定定降速传动动比i= 取齿齿轮1齿齿数 齿轮22齿数 模数数m=22d1=mm=366 中心距距 材料为为45号号钢.2.5.2消隙隙方法数控机床床的机械械进给装装置中常常采用齿齿轮传动动副来达达到一定定的降速速比和转转矩的要要求。由由于齿轮轮在制造造中总
36、是是存在着着一定的的误差，不不可能达达到理想想齿面的的要求，因因此一对对啮合的的齿轮，总总应有一一定的齿齿侧间隙隙才能正正常地工工作。齿侧间隙隙会造成成进给系系统的反反向动作作落后于于数控系系统指令令要求，形形成跟随随误差甚甚至是轮轮廓误差差。对闭环系系统来说说，齿侧侧间隙也也会影响响系统的的稳定性性。因此此，齿轮轮传动副副常采用用各种消消除侧隙隙的措施施，以尽尽量减小小齿轮侧侧隙。数数控机床床上常用用的调整整齿侧间间隙的方方法针对对不同类类型的齿齿轮传动动副有不不同的方方法。本本文采用用双片齿齿轮错齿齿调整法法，两片片薄齿轮轮1和22套装一一起，每每片齿轮轮各开有有两条周周向通槽槽，在齿齿轮
37、的端端面上装装有短柱柱，用来来安装弹弹簧。装装配时使使弹簧44具有足足够的拉拉力，使使两个薄薄齿轮的的左右面面分别与与宽齿轮轮的左右右面贴紧紧，以消消除齿侧侧间隙。图2-33双片齿齿轮错齿齿调整法法2.6轴轴承的选选择滚珠丝杠杠上靠近近电机端端选用圆圆锥滚子子轴承：TIMMEN3323004d=200mm D=52mmm B=221mmm另一端选选用深沟沟球轴承承中的FFAG662044 内径径d=220mmm D=47mmm B=114mmm第三章 数控系系统设计计3.1确确定机床床控制系系统方案案根据机械械系统方方案的要要求，可可以看出出：对机机械部分分的控制制只有进进给系统统的步进进电机
38、的的控制和和工作台台回转的的步进电电机控制制。控制制系统有有微机的的、有PPLC的的、也有有单片机机的，这这里采用用的是开开环控制制系统，可可以选择择经济型型的单片片机控制制系统。另另外，居居然要控控制，就就得有输输入和输输出设备备才能对对相应的的运动进进行控制制。图3-11 总流流程图机床开始始工作时时，首先先应该关关闭中断断，然后后进行初初始化，将将数据区区清空以以便进行行新的而而操作，然然后重新新把中断断打开，再再去读键键，知道道是哪一一个键被被按下，然然后进行行相应的的键处理理，判断断是需要要机床进进行什么么操作，然然后调用用相应的的子程序序。进行行相应的的操作。3.2主主要芯片片配置
39、3.2.1主要要芯片选选择由于899C511芯片在在性价比比上比同同类单片片机高，加加上80031、880511市场上上已经停停产，所所以选择择89CC51作作为主芯芯片。3.2.2 主主要管脚脚功能89C551是440脚双双列直插插式芯片片。主要要管脚功功能:控制线线片外外存储器器选择端端，虽然然89CC51内内有4KK的FLLASHH，但为为了方便便接线和和各程序序的存放放，故不不使用内内部程序序存储器器，这样样接地，从从外部程程序存储储器读取取指令。外外部程序序存储器器选通端端,以区区别读外外部数据据存储器器。ALEE地址址锁存控控制端,系统扩扩展时，AALE控控制P00口输出出的低八八
40、位地址址送锁存存器储存存，以实实现数据据和地址址隔离。此此外ALLE以ll/6晶晶振的固固定频率率输出正正脉冲,可作为为外部时时钟或定定时脉冲冲。RESSET复位位端,当当输入的的复位信信号延续续二个周周期以上上高电平平，完成成复位初初始化操操作。89CC51中中I/OO口的介介绍P0口外接接存储器器时，此此口为扩扩展电路路低八位位地址和和数据总总线复用用口；Pl口用户户使用的的I/OO口；P2口外接接存储器器时,作作扩展电电路高八八位的地地址总线线；P3口双重重功能口口；P0PP3口均为为八位双双向口。PP0口可驱驱动8个个TTLL门电路路，PllP3口只能能驱动四四个TTTL门电电路。时钟
41、XTTAL11和XTTAL22，使用用内部时时钟时，二二端接石石英和微微调电路路；使用用外部时时钟时，接接外部时时钟脉冲冲信号。89C551三总总线结构构：地址总线线AB地址址总线为为16位位，外部部存储器器直接寻寻址范围围为644KB，地地址总线线由P00口经地地址锁存存器，提提供八位位A0-A7，高八八位A88A15由PP2口直直接提供供。数据总线线DB数据据总线为为8位，自自P0口直接接提供。,控制总线线CB由PP3口第二二功能控控制线、ALLE、RRESEET组成成。3.2.3 EEPROOM的选选用为简化电电路，此此处选用用27664EPPROMM (88K*88位)。本设计采采用二
42、片片27664EPPROMM，分别别存放监监控程序序,各功功能模块块程序,常用零零件加工工程序。以以便于更更换各功功能模块块程序和和零件加加工程序序时，只只需更换换各自芯芯片即可可，方便便升级。27644芯片主主要引脚脚功能:A0A12 13位位地址线线D0D7 数据据输出线线 数数据输出出允许信信号 编程程控制信信号，用用于引入入编程脉脉冲 片选选信号27644主要工工作方式式:读方式式及为低电电平，VVpp5VV时处于于读出方方式写方式式为低低电平,亦为低低电平，VVPP21VV,为高高电平时时，27764芯芯片处于于禁止状状态。将将数据线线上数据据固化到到指定地地址单元元。编程禁禁止方式
43、式一此为为向多片片27664写入入不同程程序而设设置的，当当VPPP=+221V时时，为高高电平时时，27764芯芯片处于于编程禁禁止状态态。3.2.4 RRAM的的选用数据存储储器RAAM通常常采用MMOS型型，MOOS型RRAM分分静态、动动态两种种。动态态RAMM集成度度高，功功耗小，成成本低，但但控制逻逻辑复杂杂，需要要定期刷刷新,尤尤其是容容易受到到干扰，对对环境、结结构、电电摞等都都有较高高的要求求。对实实时控制制系统而而言,可可靠是第第一位的的,此处处选用大大容量静静态RAAM62264(8K*8位)一片。62644主要引引脚功能能：A0A12 13位位地址线线IO11IO7 数
44、数据输入入输出线线 数数据输出出允许信信号 写选选通信号号 片片选信号号62644主要工工作方式式:读方式式及为低电电平，为为高电平平时，662644将数据据输出到到指定地地址。写方式式为低低电平，亦为低电平时,允许数据输入。封锁方方式为高电电平时，该该芯片没没被选通通，不工工作。3.2.5 889C551存储储器及II/O的的扩展可编程接接口芯片片是指其其工作方方式可由由与之对对应的软软件命令令来加以以改变的的接口芯芯片。这这类芯片片一般具具有多种种功能，使使用灵活活方便，使使用前必必须由CCPU对对其编程程设定工工作方式式，然后后按设定定的方式式进行操操作。81555可编程程并行II/O接
45、接口具有有功能强强，价格格便宜，且且具有与与MCSS-511单片机机配置简简单、方方便等优优点。是是单片机机应用系系统最常常用的外外部功能能扩展器器件之一一。(1)存存储器与与单片机机联接，主主要是通通过三总总线联接接。应考考虑总线线的驱动动能力是是否足够够。存储储器27764、662644存储量量均为88K，需需13位位地址进进行存储储单元选选择，将将A0A7脚与地地址锁存存器八位位地址输输出对应应联接，将将A8A133脚与889C551的PP2口P2.0-PP2.44相联接接，其余余地址线线经P22.5P2.77经译码码产生片片选信号号。数据据线联接接将存储储器数据据输出端端D0Dl与89
46、9C511P0口口联接。控控制线889C551 与与27664相联联，899C511从外部部EPRROM取取指令。、 分别与6264、相联，89C51对外部RAM进行读/写。(2)881555许多信信号与889C551兼容容，可直直接联接接，因881555内部已已有锁存存器，因因此81155数数据地址址复合线线AD00一ADD7与899C511P0口直接接相联。地地址锁存存信号AALE与与89CC51AALE相相联。片片选信号号经译码码后产生生，以高高位地址址P2.0直接接作为IIO/信信号，此此时对881555需要使使用166位地址址进行编编址。81555的结构构框图及及引脚排排列见图图图3-22 81155引引脚及内内部结构构3.2.6 881555工作方方式查询询