【正文】 外部程序存儲器的硬件電路由于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，必須用地址鎖存器鎖存地址信號。程序存儲器尋址空間為64kB（0000H～0FFFFH），其中8058751片內(nèi)有4kB的ROM或EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時，僅有幾個內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器（包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器）。(2)MCS51單片機(jī)的時鐘電路時鐘電路是計算機(jī)的心臟,XTALXTAL2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,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)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),: 內(nèi)部時鐘方式的時鐘電路,、C2的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、C2可在20pF100pF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60pF70pF時振蕩器有較高的頻率穩(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)XTALXTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,應(yīng)采用NPO電容.(3)MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路計算機(jī)在啟動運行時都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他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,MCS51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(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, ,P0,P1,P2,退出復(fù)位狀態(tài),.,常常需要人工按鈕復(fù)位,如圖 所示: 上電按鈕復(fù)位電路對于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻,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),RC的典型值為C=10μF,R=,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引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路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)位在以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展程序存貯器，用以存放控制程序。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時地址總線的高8位使用。P1口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時，鎖存器必須置1），可驅(qū)動4個TTL負(fù)載。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個TTL負(fù)載。輸入/輸出（I/O）口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。對8031來說，因其無內(nèi)部程序存貯器。/Vpp（31腳）：當(dāng)端保持高電平時，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng)PC值超過某值時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。（29腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，在兩個機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個ALE脈沖。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（（5177。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤，以保證單片機(jī)正常工作。此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復(fù)用功能。若采用外部振蕩器時，該引腳接受振蕩器的信號，即把信號直接接至內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個引腳。時鐘引腳（119腳）：外接晶體時與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個振蕩器，它提供單片機(jī)的時鐘控制信號。Vcc（40腳）：接+5V電源。此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時鐘引腳XTALXTAL2。內(nèi)部沒有程序存貯器，必須外接EPROM程序存貯器。(1)MCS51系列單片機(jī)的設(shè)計MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時/計數(shù)器及一些其他特殊部件）。通常所說的單片機(jī)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)。但一個單片機(jī)芯片并不并能把計算機(jī)的全部電路都集成到其中，有些元件如復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。（4）雙推雙推 兩端各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，缺點是調(diào)整較復(fù)雜。（3）單推單推或雙推單推 兩端各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：螺桿水平安裝時，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運轉(zhuǎn)時，自由端的晃動。本次采用的是兩端固定形式支承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。常見的支承形式有以下幾種：①絲杠一端安裝兩個深溝球軸承或者角接觸球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。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。因此很少用。 步進(jìn)電機(jī)啟動有突跳啟動和升速啟動。 前面提出的，僅僅是指初選惦記后檢查電機(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。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩按下式計算： 式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運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；Mkf為空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。2．距頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。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，我們選用了型號90BF004的電動機(jī)作為主運動的動力源。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)，能夠快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運行特性好。4．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額定動載荷的十分之一。3．由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。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。絲桿預(yù)期壽命。第i個載荷對應(yīng)的工作時間 (h) 。此次設(shè)計中滾珠絲桿被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動中的滾珠絲桿加于設(shè)計和校核。對于矩形導(dǎo)軌 Fm=KFL+f(FV+FC+G)式中： FL—工作臺進(jìn)給方向載荷 FV—工作臺垂直載荷 FC—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=～由于電火花線切割是電極絲放電進(jìn)行加工，可以認(rèn)為FL，F(xiàn)V，F(xiàn)C近似為零所以：Fm=fG取f=，G=1000kg（估算）Fm=fG=1000=5（2） 最大動載荷C的計算及主要尺寸初選滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)斷定動載荷Ca選用，最大動載荷計算原理與滾動軸承相同。（二）滾珠絲杠螺母副的型號選擇和滾珠絲杠的選型和校核（1）最大工作載荷計算滾珠絲杠上的工作載荷Fm（N）是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做牽引力。若為多級傳動，則i為總傳動比。根據(jù)該精度要求可確定脈沖當(dāng)量為=?？紤]到機(jī)械傳動系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量值必須大于定位精度值。每個脈沖所對應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺）的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為，單位為mm/脈沖。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。 角接觸球軸承載荷—變形曲線三、 進(jìn)給傳動設(shè)計（一）進(jìn)給傳動運動設(shè)計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。179。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。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。本次設(shè)計主軸所采用的軸承支承方式為第四種。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。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。（3） 前軸承用單列向心推力球軸承，背靠背安裝，由2～3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滾子軸承。（2） 前后支承用雙列短圓柱滾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。由于推力球軸承安裝在主軸前端，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。mm軸的計算應(yīng)力：：=前已經(jīng)選頂?shù)妮S的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理 查得=60MPa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滾子軸承來承受徑向載荷，安裝在前端的兩個推力球軸承用來承受前后方向的軸向負(fù)載。mm總彎矩N先將計算出的截面C 處的MH、 應(yīng)力計算表載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=, FNH2=FNH1=, FNH2=彎矩MMH==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)。mm =+(1+) +103 = K=1= 查得：b/h=23/= = —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：=，= 則== N=60njLh=601390120000=106 s—疲勞強度安全系數(shù)， s=sH=1, s=sF=～ kN—壽命系數(shù) （kFN=，kHN=） —齒輪的疲勞極限 =340MPa 所以＜ ≤ 其中： ZH —區(qū)域系數(shù) ZE—彈性影響系數(shù) ZH= ZH= ZE= kH=kAkV=1 = , ＜ 因此，所設(shè)計齒輪也滿足齒面接觸疲勞強度要求， 齒輪設(shè)計合格。 Z—計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小的齒輪的齒數(shù)；i大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，i=—壽命系數(shù)，=；n—齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/minT—預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦，T=15000～20000h；k—轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；k—材料強化系數(shù)。即df/2–（d+t1）2m由d=16mm查設(shè)計手冊得：t1=；而df1=d1－2hf=（z1–2ha*–2c*）m=(23–2–)m=代入上式得：–（16+）/2所以儲絲筒與絲杠見齒輪傳動比為：u=：6；采用二級齒輪傳動，取u1=1/2，u2=1/3。同時，軸承必須清洗的很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是否有金屬粉末、碳化物等，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度計算1. 齒輪傳動比的確定。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。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，避免滾動體與套環(huán)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。③導(dǎo)輪的材料 為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。為補償軸尖運動副的磨損，利用彈簧的作用力使運動副良好接觸。該結(jié)構(gòu)易與保證導(dǎo)輪運動組合件的同軸度，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)。導(dǎo)輪兩端加工成30?錐形軸尖，硬度在RC60以上。但是此種結(jié)構(gòu)的運動穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動。但是因為懸臂支撐，張緊的電極絲運動的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運動精度，同時也影響導(dǎo)輪和軸承的使用壽命。②導(dǎo)輪運動組合件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)輪運動組合件的結(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)。c. 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。b. 在滿足一定強度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪質(zhì)量，以減少電極絲換象時的電極絲與導(dǎo)輪間的滑動摩擦。為了適應(yīng)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，： 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)輪運動組合件的要求如下。松開固定螺釘時，旋轉(zhuǎn)絲杠帶動固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動。這時，工作臺拖板只沿一個坐標(biāo)方向運動，另一個坐標(biāo)方向的運動通過架在橫梁上的線架拖板來實現(xiàn)。 為