【正文】 使用。P1（）：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）接口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。對8031來說，因其無內(nèi)部程序存儲器。（31腳）：當(dāng)端保持高電平時，單片機訪問的是內(nèi)部程序存儲器，但當(dāng)PC值超過某值時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。（29腳）：此輸出為單片機內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。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。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。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位（RST）。它包括RST、 ALE 、等。在單片機內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。（19）：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，它提供單片機的時鐘控制信號。（40腳）：接+5V電源。此部分引腳包括電源引腳。內(nèi)部沒有程序存儲器，必須外接EPROM程序存儲器。： 總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 MCS51系列單片機的設(shè)計MCS51系列單片機的所有產(chǎn)品都含有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、定時/計數(shù)器及一些其他特殊部件）。4 控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)總體方案的擬訂機電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。最快工作進給速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核如下： 符合設(shè)計要求，同時查表得：，符合設(shè)計要求。所以有：（2）最大工作負(fù)載下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：、在第一的設(shè)計中已經(jīng)計算過，僅用算以，其公式為代入數(shù)據(jù)計算如下：選擇步進電機最重要的參數(shù)是最大靜轉(zhuǎn)矩要滿足使用要求，同時考慮安全系數(shù)K，對于開環(huán)控制，~4之間，此處取2且步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩的選取應(yīng)符合所以初選步進電機型號為：55BF003其最大靜轉(zhuǎn)矩,符合設(shè)計要求。代入數(shù)據(jù)計算如下：為移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：有公式如下：式中為導(dǎo)軌的摩擦力，單位為N；計算公式。本設(shè)計主要計算快速空載起動（工作負(fù)載為0）和承受最大工作負(fù)載兩種情況。對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算：式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。：2薄齒輪, 3—彈簧, 8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 7—螺母 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖總傳動慣量主要包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、減速裝置與滾珠絲杠以及移動部件等折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量。除了提高制造和裝配精度外，消隙的主要途徑有：設(shè)計可調(diào)傳動間隙的機構(gòu)；設(shè)置彈性補償元件。傳動間隙是不可避免的，其產(chǎn)生的這樣原因有：由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙，為使用熱膨脹而特意留出的間隙。 傳動齒輪參數(shù)確定（1）一級傳動齒輪參數(shù)確定：取小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù)因傳遞的扭距較小,取模數(shù)m=1mm則:分度圓直徑: 齒頂圓直徑: 齒根圓直徑: 齒寬: 取 中心距: 分度圓壓力角: 大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪.（2）由于二級與一級傳動比相同，我們采用同樣的齒輪參數(shù)設(shè)計，故此處省略其計算過程。，比較大，影響傳動精度，故本次傳動采用兩級傳動。所以計算如下：(2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量，且在有預(yù)緊的情況下，計算公式如下:式中滾珠直徑，單位mm，滾珠總數(shù)量， 預(yù)緊力所以絲杠的總變形量為：滾珠絲杠的剛度一般要求其總變形量小于定位精度的一半既滿足要求，通過以上驗算，此絲杠剛度符合要求。絲杠螺母副的傳動效率為：式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。雙螺母齒差式預(yù)緊：①調(diào)整方法：兩邊的下螺母的凸緣上有外齒，分別與緊固的螺母座4的內(nèi)齒圈，兩個螺母向相同方向旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個齒，調(diào)整軸向位移。雙螺母螺紋式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。雙螺母墊片式預(yù)緊：①調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。預(yù)緊后的剛度可提高到無預(yù)緊時的2倍。根據(jù)以上條件初選滾珠絲杠的規(guī)格代號為CM2504——5系列，其額定動載荷為10140N。對于本次的絲杠傳動系統(tǒng)，計算如下；由于是滑動導(dǎo)軌則有最大動載荷的計算公式如下：式中的為滾珠絲杠副的壽命，單位為，其中T=15000h，n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)代入數(shù)據(jù)計算如下：初選滾珠絲杠副的規(guī)格時，應(yīng)使其額定動載荷。通過以上導(dǎo)軌的距離額定壽命和額定小時壽命的校核，該導(dǎo)軌完全滿足設(shè)計的要求。滾珠的距離額定壽命計算公式如下：其中查表得： 、= F=小時額定壽命的計算：根據(jù)距離額定壽命，可通過公式：其中為移動件行程長度，單位為m，n為移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)。激光焊接時滾珠所受的負(fù)荷只有其工件的重力，因此較小可以按最大受力情況驗算，如下：X方向?qū)к壍淖畲筘?fù)荷：Y方向?qū)к壍淖畲筘?fù)荷：許用負(fù)荷查表得，考慮到制造精度，且導(dǎo)軌短，k可提高50%，即k取，查表得：故導(dǎo)軌滿足設(shè)計要求。根據(jù)系統(tǒng)工作臺的使用情況，初選滾珠直徑d=6mm，數(shù)目根據(jù)決定。而且整個工作臺材料采用鑄造件進行加工以及工作臺上所用的標(biāo)準(zhǔn)件，如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。考慮到本次設(shè)計所采用的步進電機步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，所以采用齒輪降速傳動，并通過齒輪消隙的方式降低傳動誤差。由于系統(tǒng)工作臺的運動部件重量不大，因此選用由預(yù)加載荷的雙V形直線滾珠導(dǎo)軌副?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進電機功率放大器等組成、系統(tǒng)的加工程序和控制指令通過鍵盤操作實現(xiàn)、顯示器采用數(shù)碼管顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)信息。 計算機控制系統(tǒng)本設(shè)計選用MCS51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計算機，也可以設(shè)計專用的微機控制系統(tǒng)。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計XY數(shù)控工作臺是許多機電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱—橫向進刀機構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的XY工作臺、激光加工設(shè)備的工作臺、電子元件表面貼裝設(shè)備等。通過機械部分設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟；通過測試及控制系統(tǒng)方案設(shè)計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；通過課程設(shè)計提高學(xué)生應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力，促進學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高。在這種模式下,第一級機構(gòu)(即宏平臺)不僅需要完成大行程、具有一定精度的位移,而且,宏平臺也是微平臺、伺服系統(tǒng)和測量系統(tǒng)等裝置的安裝 本設(shè)計的意義及目的機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學(xué)過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設(shè)計訓(xùn)練。(2)對軌跡精度有要求時,第二級機構(gòu)的控制周期必須小于第一級機構(gòu)的有效控制周期,即第二級機構(gòu)的補償動作具有有效性和實時性。但應(yīng)用這種模式有兩個前提條件。第二,采用宏/微結(jié)合的模式即采用兩級傳動機構(gòu),第一級機構(gòu)首先完成大行程運動,第二級機構(gòu)以第一級機構(gòu)的行程誤差作為其目標(biāo)行程,執(zhí)行補償動作,通過兩級機構(gòu)的組合,共同完成大行程高精度的位移動作。這種方法的優(yōu)點在于只需采用一套機械系統(tǒng)和一套相應(yīng)的控制系統(tǒng)。實現(xiàn)原理目前,實現(xiàn)大行程高精度、具有一定運行速度和負(fù)載能力的位移主要有兩種方法。在多自由度微位移技術(shù)的研究中存在著一個突出的矛盾:高精度和大行程的矛盾。因此,具有50mm以上行程、亞微米級以下定位精度的多自由度精密位移技術(shù)已經(jīng)成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計算機，也可以設(shè)計專用的微機控制系統(tǒng)。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導(dǎo)軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。當(dāng)然 ,沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難有出頭之日。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品。強調(diào)市場需求為導(dǎo)向 ,即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主 ,以整機如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、曲型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。(2)、發(fā)展策略。首先從社會安全看 ,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力 ,保障社會的穩(wěn)定。 對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考(1) 、戰(zhàn)略考慮。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間 ,即實施產(chǎn)業(yè)化的研究 ,進入市場競爭階段。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期 ,即引進技術(shù) ,消化吸收 ,初步建立起國產(chǎn)化體系階段。 對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年 ,近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段從 1958 年到 1979 年 ,即封閉式發(fā)展階段。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上 ,面向機床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象 數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng) ,形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化 ,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等。因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床 含 5 面加工機床 的發(fā)展。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因 ,其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍 ,加之編程技術(shù)難度較大 ,制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā)展。為了實現(xiàn)高速、高精加工 ,與這配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展 ,應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。目前世界上許多汽車廠 ,包括我國的上海通用汽車公司 ,已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次 ,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 ,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征 ,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大 ,他對國計民生的一些重要行業(yè) IT、汽車、輕工、醫(yī)療等的發(fā)展起著越來越重要的作用。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度 ,數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備 ,又是當(dāng)今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。這是因為激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊縫窄，為加填充金屬材料。激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性?？蛇M行微型焊接?？珊附与y熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單。獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，在機械、汽車、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。由于其獨特的優(yōu)點，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。1 緒論 圖 2 /3///9/4/4//14/8/8/5//（切割）的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀激光焊接（切割）是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。 與其它焊接技術(shù)相比，激光焊接的主要優(yōu)點是：速度快、深度大、變形小。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M行焊接。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。尤其是近幾年來， 在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。但是，激光焊接也存在著一定的局限性：要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾。 當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀在我國對外開放進一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性 ,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備的幾點看法。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù) ,而數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品 ,其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看 ,其主要研究熱點有以下幾個方面:(1)、 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。從 EMO2001 展會情況來看 ,高速加工中心進給速度可達 80m/ min ,甚至更高