毕业设计（论文）题目普通冲床的数控改造 自动化系 机械设计制造及其自动化 2008 级 2 班 樊慧淑
李宏伟 教 授 黄 讲 超 师系 （院） 专 班 业 级学生姓名 学 号指导教师 职 称二一二年六月十日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据 我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 二一二年月日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的 规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校 保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段 保存设计（论文） ；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检 索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依 法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一二年月滨州学院本科毕业设计（论文）普通冲床的数控改造摘 要普通冲床的冲剪启停是通过机械机构由人工脚踏控制的，工件在工 作台上的移动是由手动控制的，由于普通冲床加工精度较低、不能批量 生产， 自动化程度不高， 随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高， 普通冲床越来越不能满足生产要求。为了达到较高的加工精度，提高生 产效率，可对普通冲床进行数控开环改造。 主要从机械部分和控制部分两方面进行改造。首先是把普通冲床原 有的工作台改造为含有纵横两个方向的工作台，控制系统利用微机对 纵、横向系统开环控制，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝 杆。控制部分采用 MCS-51 系列单片机运动控制系统，使整个冲床实现 自动进给， 自动冲压等功能。 为了协调机械部分和控制部分之间的关系， 在冲床冲头需要安装位置传感器，以检测冲头的位置情况，从而使控制 部分发出相应的指令控制冲头作出相应的动作。机械部分主要进行了滚 珠丝杠和步进电机的选型及相关计算。控制部分主要从硬件和软件两个 方面进行了设计，在硬件设计中包括硬件框图及模块电路的设计，软件 设计主要是对冲床加工流程的设计。 关键词：普通冲床，数控改造，步进电机i滨州学院本科毕业设计（论文）The CNC Transformation of General PunchAbstractOrdinary punch punching start-stop is through the machine by the artificial foot pedal control, The workpiece on the worktable movement is by manual control.Because ordinary punch processing precision is low, not mass production, the degree of automation is not high, with the increasing demands of today's industrial equipment sophistication, the general press is increasingly unable to meet the production requirements. In order to reach a high machining accuracy, improve production efficiency, the general press numerical control open loop transformation. The transformation is mainly from the mechanical part and control part . The first is the original ordinary punch worktable engineered to contain two directions of the working table, the control system uses the computer to open-loop control on the vertical and horizontal system,the drive element adopts a step motor, drive system adopts a ball screw. The control part uses the MCS-51 series singlechip motor control system, so that the punch automatic feeding, automatic stamping and other functions. In order to coordinate the relationship between the mechanical part and control part, Position sensor needs to be installed in the press punch, to detect punch location, so that the control section to issue appropriate instructions to control the punch to make the appropriate action. The mechanical part of the ball screw and the selection of step motor and related calculation. The control part is mainly from two aspects of hardware and software designed, in the hardware design including the hardware block diagram and circuit design, the software design is mainly is designed for the punch processing process . Key words: Ordinary punch, NC transformation, stepping motorii滨州学院本科毕业设计（论文）目 录第一章 绪论 ....................................................................................................................... 1 1.1 普通冲床数控改造的意义 ........................................................................................... 1 1.2.1 国内数控机床的研究现状 ....................................................................................... 1 1.2.2 国外数控机床的研究现状 ....................................................................................... 2 1.3 数控机床的发展趋势 ................................................................................................... 3 第二章 普通冲床数控改造的总体方案设计 ................................................................... 4 2.1 普通冲床数控改造总体方案的确定 ........................................................................... 4 2.2 普通冲床数控改造方案的选择 ................................................................................... 4 2.3 普通冲床数控改造的方案设计要求 ........................................................................... 5 第三章 进给伺服系统机械部分的设计与计算 ............................................................... 7 3.1 工作台重量的估算 ....................................................................................................... 7 3.2 电机转速的确定 ........................................................................................................... 7 3.3 滚珠丝杠的设计计算与选择 ....................................................................................... 8 3.3.1 确定滚珠丝杠的导程 ................................................................................................ 8 3.3.2 确定脉冲当量 ............................................................................................................ 8 3.3.3 滚珠丝杠轴向载荷的计算 ........................................................................................ 8 3.3.4 当量载荷的计算 ........................................................................................................ 9 3.3.5 预期额定动载荷的计算 ............................................................................................ 9 3.3.6 允许的最小螺纹底径的确定 .................................................................................. 10 3.3.7 确定滚珠丝杠的尺寸规格 ...................................................................................... 11 3.3.8 确定滚珠丝杠的预紧力 .......................................................................................... 11 3.3.9 滚珠丝杠预拉伸力与行程补偿值的计算 .............................................................. 12 3.4 滚珠丝杠副支承用的轴承尺寸规格的确定 ............................................................. 12I滨州学院本科毕业设计（论文）3.5 步进电机的相关计算与选择 ..................................................................................... 13 3.5.1 作用在滚珠丝杠上转矩的计算 ............................................................................. 13 3.5.2 负载转动惯量的计算 .............................................................................................. 13 3.5.3 加速转矩的计算 ...................................................................................................... 14 3.5.4 电机的最大启动转矩 Tr 的计算 .............................................................................. 14 3.5.5 电机连续工作的最大转矩 TM ................................................................................. 14 3.5.6 电机型号的选择 ...................................................................................................... 15 第四章 数控系统硬件设计 ............................................................................................. 16 4.1 数控系统的硬件组成 ................................................................................................. 16 4.2 键盘/显示器接口电路的设计 .................................................................................... 17 4.4 掉电保护电路的设计 ................................................................................................. 19 4.5 复位电路的设计 ......................................................................................................... 20 4.6 控制面板的设计 ......................................................................................................... 21 第五章 数控系统软件设计 ............................................................................................. 22 5.1 数控系统软件设计概述 ............................................................................................. 22 5.2 控制系统的 I/O 口分配 .............................................................................................. 22 5.3 冲床改造后加工流程 ................................................................................................. 23 5.4 主程序模块设计 ......................................................................................................... 24 5.5 中断服务程序设计 ..................................................................................................... 25 第六章 结论 ..................................................................................................................... 27 参考文献 ........................................................................................................................... 28 致 谢 ................................................................................................................................. 29 附 录 ................................................................................................................................. 30II滨州学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 普通冲床数控改造的意义 随着冲床的不断发展和改进，现在市面上常用的有两种冲床，一种是比较早期 的普通版型的冲床，另一种就是通过计算机控制的数控型的冲床。在早期由于科技 比较落后，采用的普通型的冲床各项功能不是特别的完善，只能完成一些比较简单 的工件的加工。同时其生产效率要非常的低，根本无法完成当时市面上某些工件的 需求。而且，普通型的冲床需要纯粹的手动操作，离不开人的监护，这样一来，生 产一批量的工件花费比较大。随着数控型的冲床进入制造行业，种种的生产效率低， 精度不高的担忧被通通解决了。虽然数控冲床有很多的优点，但数控型冲床普遍也 存在一些困难。首先，数控冲床要比普通型的冲床贵的多，其次，将普通型的冲床 抛弃面临很多负面影响。所以为了解决这一些问题，许多研究人员开始研究对普通 型冲床的改造。对普通型冲床改造的方面非常多，不同的改造方式会获得不同的优 化效果。其中对普通型冲床的数控改造是比较有价值的改造。将普通型冲床更新为 数控型的冲床能够消除将所有普通型冲床换成数控型冲床带来的种种负面影响。 1.2.1 国内数控机床的研究现状 在 40 年前，我国在数控方面已将取得了重大的发展，在数控冲床方面的发展成 就也是比较显著的。从过去到现在数控冲床的发展已达到比较好的成绩，在国内有 很多企业在数控冲床的生产方面有很大成就， 基本上能满足市场对数控冲床的需求。 经过国家部分政策的支持，我国在数控产业方面得到了快速的发展，有很多智能的 数控产品相继出现。高端数控冲床的出现攻克了在生产方面的很多困难，提高了在 生产方面的效率。 也为今后在数控技术方面的改进更新提供了相当一部分技术支持， 为提高我国工业技术提高贡献力量。在我国市场中，数控冲床的发展是非常迅速的， 从 40 年前到现在，数控冲床历经了各方面的提高，由国产低档的数控冲床最后发展 到比较高档的产品，不同档次的冲床在不同的方面得到了不同的应用。对生产力的 提高做出很大的贡献，随着数控冲床的发展，制造业形成了一个统一的数控产业， 在世界上，我国在数控技术方面也有了一席之地。在国内，很多企业已经生产出功 能比较齐全的数控系统设备，针对不同的使用用户，很多企业生产不同功能的数控1滨州学院本科毕业设计（论文）设备。对数控要求比较低的企业，数控冲床制造商会生产一些功能一般，比较简单 实用且价格比较合理的经济型数控冲床，对于那些对制造精度比较高的用户，数控 冲床制造商会生产一些功能比较齐全，适合加工高精度工件的冲床。随着数控技术 的不断发展，在很多高精度要求的场合，我国能生产自己的高精度数控冲床来解决 问题，这一部分冲床的市场占有率也占到了相当高的比例。 至今为止， 像 CNC 这样高端的数控系统我国顺利的研发成功， 对于这些数控系 统研发，我国付出了很大的努力，同时我国对这一数控系统拥有自己的知识产权， 打破了国外对中国数控技术发展的限制，为中国未来在数控技术方面的发展奠定了 基础。与此同时我国生产的数控设备的数控系统的可靠性程度也达到了相当高的程 度， 因此今后我国在数控技术发面不在依靠国外先进的技术， 可以依靠自己来发展， ， 从而国内各企业生产的高标准要求基本得到解决，并且多坐标联动的高难度技术问 题也得到解决:从此我们能在世界中真正的独立发展，生产我国自己的数控设备，不 在受到发达国家数控技术的控制，生产真正属于中国的数控产品，不再依赖于国外。 下面是关于国内数控机床发展的一些特点： 1、数控产品生产商生产许多新产品，在这些产品中，高技术性能的产品较多； 2、很多制造行业对数控冲床的应用增多，使用普遍化； 3、数控产品的组装配置发展也有了很大提高。 1.2.2 国外数控机床的研究现状 如今世界上很多国家在数控冲床方面的研究发展已达到了相当高的程度，而且 生产经验比较丰富。 像世界的发达国家之一的日本，在数控冲床方面的发展比较先进，可靠程度比 较高。比如日本 FANUC 公司生产很多种的数控系统，不同档次的数控系统适合不 同的使用人群，其数控技术在世界上处于领先地位。 美国作为世界上的超级大国，他在数控技术方面是比较先进的，美国技术方面 的提高离不开政府的大力支持，同时美国国防部投入大量的资金来研发数控技术， 来改进数控技术方面的发展。美国将数控技术应用在多个行业，尤其是汽车生产和 工业制造方面，使企业制造的生产率得到了很大的提高，由于美国一直非常重视技 术的创新，所以在当今国际上美国的技术是最先进的，尤其是数控技术方面。数控2滨州学院本科毕业设计（论文）技术在航空领域的应用也比较普遍，像 Haas 公司就为美国宇航事业制造数控设备。 在当今世界中，德国的工业能力也是非常的强的，对重工业的重视程度也不亚 于美国，冲床的发展在其工业发展中占到不可忽视的地位。在冲床发展方面的加强， 在高精密机械方面的改进，所以德国很多公司在冲床技术方面处于领先地位，如德 国的西门子公司是非常出名的。 随着科学技术的发展，集成技术进入了当今社会控制行业的市场，经过对数控 系统的集成化，实现了控制系统的小型化趋势，为了实现数控系统的更好控制和人 类能更方便的控制，现在数控系统正在朝着与网络技术相联合的方向发展。像现在 市面上比较流行和比较实用的 CAD/CAM 技术，与数控系统相互配合后，在控制技 术方面起到不容忽视的作用，现在有很多公司推出了这种联合的控制系统，在使用 方面非常的好。像西门子公司和 FANUC 等公司开发过大量的这种配合系统，在这 些控制系统中外接输出口形式多样，除了 RS232 这种传统的接口外，还有网口接口 作为备用的接口。 1.3 数控机床的发展趋势 在如今这个科技比较发达的世界中，现在技术的发展比较迅速，而在现在的制 造系统中，很多技术是比较关键的，像数控技术就是其中的一个，它有很多适合生 产制造的技术，具有非常高的精度，而且能够实现无人操作的全自动化系统。现在 工业中很多行业都在使用数控技术，国家的综合实力考的是国防实力和工业实力的 发展，而数控技术正是国防科技和工业技术的关键技术，数控技术产业还被某些国 家作为支持国家发展的战略资源。所以为了提高我国的综合实力，加快我国的科技 发展，我们必须重视对数控技术的发展和改进，大力支持数控产业企业在中国的发 展，把数控技术作为一门核心的产业来对待，这为我国追赶发达国家奠定了良好的 基础。 。根据现在市场的发展情况来看，未来数控冲床的未来展望趋势有以下几点： 1、高速、高精度化； 2、与网络技术联合实现自动化； 3、 能够实现像五轴联动这样的多轴加工生产； 4、 产生新的技术规定和技术指标； 5、 环保化。3滨州学院本科毕业设计（论文）第二章 普通冲床数控改造的总体方案设计2.1 普通冲床数控改造总体方案的确定 普通冲床冲压工件的开始和停止都是由人工脚踏控制的，这种控制是通过一定 的机械机构，而且工件在工作台上的移动是由手动控制的，现将工件的移动改造成 由控制系统控制完成。为了实现普通冲床的数控加工，需要对原有的普通冲床进行 改造。在保留普通冲床床身的基础上，将原来的工作台改造为具有纵横两个方向的 工作台。纵横两个方向的进给运动分别由两个步进电机来驱动，采用滚珠丝杠副作 为进给运动的传动元件，通过控制系统对数据进行计算处理，输出脉冲来控制步进 电机的转动。步进电机与滚珠丝杠通过联轴器连接，带动滚珠丝杠转动，从而带动 工作台在纵向和横向的移动。为保障冲床冲头与进给运动之间的联系需要在冲头上 安装一个位置传感器，以实现冲头和进给运动之间的联系。该设计主要包括两部分， 一部分是工作台机械部分的设计，另一部分是控制部分的设计。普通冲床经改造后 如下图所示：图 2-1 数控改造后的普通冲床2.2 普通冲床数控改造方案的选择 1、选择数控系统运动方式4滨州学院本科毕业设计（论文）由于冲床的数控装置只要求精确地一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而 不限制从一点到另一点的运动轨迹，且在移动过程中不进行任何加工。为了使生产 效率提高和定位能力的精确，采用点位数控系统。 2、控制系统的选择 根据冲床加工要求，数控系统一般采用八位微机。近年来国有一些主要的半导 体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机，主要有 MCS―48 系列，CS-51 系列， Mostek 的 3870，Motorolo 公司的 6801 和 6805。目前在国内用的较广，开发工具 较齐的是 MCS-51 系列， 这里选用 MCS-51 系列中的 8051。 硬件设计起来相对比较 简单， 系统结构比较紧凑是 MCS-51 系列单片机的特点之一。 进行一些简单设计时， MCS-51 系统的最小系统可以通过对 8031 的扩展就能实现功能的要求，进行复杂 设计时，由于 MCS-51 的具有一定扩展功能，可以充分利用这一功能，形成具有强 大功能、较大规模的系统。 3、驱动部分的选择 伺服系统有开环、闭环和半闭环三种控制方式 [ 2 ] 。由于开环系统中没有位置检 测安装及反馈路线，因此，开环控制系统的精度较差，但由于该系统机构简单，易 于调整，在精度不太高的场合中仍得到较为广泛的应用。虽然闭环、半闭环对控制 系统能够实现较高精确的位置伺服。由于反馈环节必须的技术条件要控制闭环系统 的良好的稳态和动态性能，因此它的难度也随之提高。由于本设计是在普通冲床的 基础上进行的改造，故采用步进电动机实现开环驱动控制。其系统框图如下：MCS-51 8051步进电机 驱动器步进电机X 方向 工作台步进电机 驱动器步进电机Y 方向 工作台图 2-1 驱动部分框图2.3 普通冲床数控改造的方案设计要求 将普通冲床改造成数控冲床机械部分的设计参数如下：5滨州学院本科毕业设计（论文）表 2-1 冲床改造机械部分设计参数 20m/min X、Y的直线移动速度 定位精度 最大冲孔板厚 最大冲切力 最大加工板材尺寸 ± 0.15mm 2mm 300KN 1250 ? 1000mm6滨州学院本科毕业设计（论文）第三章 进给伺服系统机械部分的设计与计算本次设计将普通冲床改造成数控冲床，在原冲床床身的基础上，将原有工作台 改造成含有 X、Y 方向的工作台。冲床数控化改造机械部分设计内容包括:滚珠丝杠 副的选型与计算，步进电机的选择。改造后的机械图如下：234 51-步进电机 2-联轴套 3-角接触球轴承 4-滚珠丝杠副 5-密封毡 图 3-1 工作台机械图3.1 工作台重量的估算 取工件的材料为 45 号钢，其密度为 7.8 ? 10 3 kg / m 3 ，取 g ? 9.8 N / kg ，根据冲床 参数尺寸可得工件的重量为：G1 ? m ? g ? ? ? v ? g ? 0.0078 ? 1250 ? 1000 ? 6 ? 9.8 ? 10 ?3 ? 716 .6 N(3-1)设夹具和工件的重量和为 G2 ? 1000 N 设工作台的重量 G3 ? 2000 N 3.2 电机转速的确定 根据冲床的加工要求，在本设计中选取 1500 r / min 为进给系统电机的转速。7滨州学院本科毕业设计（论文）3.3 滚珠丝杠的设计计算与选择 3.3.1 确定滚珠丝杠的导程 根据公式Ph ? v max ? 10 3 i ? nmax（3-2）式中Ph ――滚珠丝杠副的导程，单位为 mm ； n max ――电机的最高转速, 单位为 r / min ，根据所选电机转速为 1500 r / min ； vmax ――工作台移动的最高速度， vmax =20 m / min ； 单位为 m / min ， 由参数可得，i ――传动比 ，因电机与丝杠直接连接，故 i =1。将以上已知数据代入式 3-2 可得Ph ? v max 20 ? 10 3 = ? 10 3 ? 13mm i ? nmax 15003.3.2 确定脉冲当量 选取三相步进电机， 三相步进电机的步距角一般为 0.6? 或者 1.2? ， 选取步进电机 的步距角为 0.6? ，根据公式?l ?式中? ?t360 ? i(3-3)? l ――脉冲当量，单位为 mm /脉冲；? ――步距角，单位为度/脉冲；t ――滚珠丝杠的螺距，单位为 mm ，设为单头螺纹， t ? Ph =13 mm ；i ――传动比， i =1。将数据代入式 3-3 可得脉冲当量?l ?? ?t360 ? i?0.6? ? 13 ? 0.02 mm 360 ? 13.3.3 滚珠丝杠轴向载荷的计算 根据滚珠丝杠轴向载荷公式F ? FX ? ? ? ( Fy ? G1 ? G2 ? G3 )（3-4）式中F ――轴向载荷，单位为 N ；Fx ――轴向切削力，单位为 N ；8滨州学院本科毕业设计（论文）? ――摩擦因数，取 ? =0.1；Fy ――纵向切削力，单位为 N ；G1 ――移动件的重量，单位为 N ；G2 ――夹具的重量，单位为 N ； G3 ――工作台的重量，单位为 N 。由于冲床在工作件移动的时候并不产生冲压，故轴向切削力和纵向切削力均为 0，故的滚珠丝杠轴向载荷为F ? ? ? (G1 ? G2 ? G3 ) ? 0.1 ? (1000 ? 2000 ) ? 300 N3.3.4 当量载荷的计算 由滚珠丝杠当量载荷计算公式Fm ? 3 F1 ?3n ?t n1 ? t1 3 ? .......... .Fn ? n n nm ? 100 nm ? 100（3-5）式中 nm ――当量速度，单位为 r / minFm ――当量载荷，单位为 N其中，当量速度nm ? n1 ? t t1 t ? n2 ? 2 ? ...... ? nn ? n 100 100 100（3-6）滚珠丝杠副在各种转速 n1 ， n2 ...... nn 的情况下，各转速所占用时间的百分比为t1 %， t 2 %...... t n %，受到的载荷为 F1 ， F2 ...... Fn 。因为冲床的冲头在工件运动时不会出现冲压力，不妨设工件运动在冲压工程中所占用的时间比列是 20%。可得当量速 度nm ? 1500 ? 20 ?300 r/min 100则由式 3-5 可得当量载荷Fm ? F ? 300 N3.3.5 预期额定动载荷的计算 根据预期额定动载荷计算公式9滨州学院本科毕业设计（论文）C m ? 3 60 ? nm ? Lh ?Fm ? f m 100 ? f a ? f c（3-7）式中Cm ――预期额定动载荷，单位为 Nnm ――当量速度，单位为 r / minLh ――机械预期工作时间，单位为小时f w ――负载性质系数，由于数控冲床冲击较大，取 fw=2f c ――可靠性系数，可靠性 97%，取 f c =0.44 f a ――精度等级系数，精度等级为 7 级，取 f a ? 0.8其中，机械预期工作时间为Lh ? 250 （天） （小时） （年） （开机率） =20000 （小时） ? 16 ? 10 ? 0.5（3-8）按预期工作时间估算，将已知数据代入式 3-7 可得预期额定动载荷 300 ? 2 C m ? 3 60 ? 300 ? 20000 ? ? 12125 .8 N 100 ? 0.8 ? 0.44 拟采用预紧滚珠丝杠副，由以下公式，按最大负载 Fmax 计算C m ? f e ? Fmax（3-9）式中 f e ――预加负载类型，按中预载，取 f e =4.5；Fmax ――轴向负荷，单位为 N ，取 Fmax ? F ? 300 N 。将公式中的已知数据代入式 3-8 可得C m ? f e ? Fmax ? 4.5 ? 300 ? 1350 N取以上两种结果的最大值，故得预期额定动载荷Cm ? 12125 .8 N3.3.6 允许的最小螺纹底径的确定 根据丝杠允许的最大轴向变形量 ? m ，满足 ? m ≤（1/4～1/5）定位精度，由所设的 定位精度 0.15 mm ， 由于脉冲当量为 0.02mm ，所以能达到要求 [ 3] 。则可估算丝杠 允许的最大轴向变形量? m = 0.0375 mm根据丝杠要求预拉伸，选取两端固定的支承形式，根据最小螺纹底径的计算公 式10滨州学院本科毕业设计（论文）d m ? 10 ?10 ? F0 ? L F ?L ? 0.039 ? 0 ? ??m ? E ?m（3-10）式中d m ――最小螺纹底径，单位为 mm ；L ――两个固定支撑之间的距离，单位为 mm ；F0 ――静摩擦力，单位为 N ；E ――杨式弹性模量，为 2.1 ? 10 5 N / mm 。其中，静摩擦力为F0 ? ? ? G3 ? 0.2 ? 2000 ? 400 N（3-11）两个固定支撑之间的距离估算公式为L ? (1.1 ~ 1.2) ? 行程+ (10 ~ 14) Ph（3-12）由工作台行程为 1250 mm（根据机床最大加工板材尺寸可知） ，则两个固定支撑之间 的距离 L 为L ? 1.2 ?1250 ? 14 ?13 ? 1682 mm将已知数据代入式 3-9 可得最小螺纹底径d m = 0.039 ?400 ? 1682 ? 16.5mm 0.3753.3.7 确定滚珠丝杠的尺寸规格 根据上面的计算，选取的滚珠丝杠副型号为 CDM ，以下为滚珠丝杠副 的尺寸： 导程： Ph =12 mm ； 取最小螺纹底径： d m =19.2 mm ； 公称直径为： d 0 =25 mm ； 两固定支承距离：L=1682 mm ； 螺纹的长度：Ls=1400 mm ； 丝杠的总长： Lt =1800 mm 。 3.3.8 确定滚珠丝杠的预紧力 根据预紧力计算公式Fp ? 1 Fmax 311（3-13）滨州学院本科毕业设计（论文）式中 则――轴向负荷，单位为 N ， Fmax ? F ? 300 N ； Fm a xFp ? 100 N3.3.9 滚珠丝杠预拉伸力与行程补偿值的计算 根据预拉伸力计算公式 C ? E ? A a ? L ? ?t ? E ? A Ft ? ? ? a ? ?t ? E ? A L L 式中（3-14）a ――滚珠丝杠的线膨胀系数，取 11.8 ? 10 ；?t ――温度变化值，取为 2.5℃；?6A ――面积， A ??4d m2 ；E ――弹性模量，E= 2.1?10 5 N / mm ；d m ――螺纹底径，根据上面可得 d m =19.2 mm 。将已知数据代入式 3-13 得预拉伸力为Ft ? 11.8 ? 10 ?6 ? 2.5 ? 2.1 ? 10 5 ? 3.14 ? 19.2 2 ? 1793 N 4根据行程补偿值C ? a ? L ? ?t（3-15）式中 ?t ――温度变化值，取为 2.5℃；a ――滚珠丝杠的线膨胀系数，取 11.8 ?10 ?6 ；L ――丝杠两支撑轴承间的距离，单位为 mm ，由上面可得 L ? 1682 mm 。将已知数据代入式 3-14，则行程补偿值为C ? 11.8 ? 2.5 ? 1682 ? 10 ?6 =50 um3.4 滚珠丝杠副支承用的轴承尺寸规格的确定 根据轴承所承受的最大轴向载荷计算公式FB max ? Ft ? Fmax（3-16）由已知数据可得FB max ? 2093 N根据冲床加工要求，该选择轴承类型为两端固定的支承形式，选取背对背 15°12滨州学院本科毕业设计（论文）角接触球轴承。轴承内径 d 略小于 d m ，取 d =17 mm 。则 1 FBP ? ? FB max ? 697 .7 N 3 根据样本选轴承型号规格，当 d =17mm 号为 7103C 的轴承。 3.5 步进电机的相关计算与选择 3.5.1 作用在滚珠丝杠上转矩的计算 由外加载荷所产生的摩擦力矩 TF 为 F ? Ph TF ? ? 10 ?3 2? ? ? 式中（3-17）要求预加负荷为大于 FBP ，所以选型（3-18）F ――滚珠丝杠上的外加轴向载荷，单位为 N ，由于冲床只需克服摩擦力，故 F ? 300N ;? ――滚珠丝杠副的效率，取? =0.85;Ph ――滚珠丝杠副的导程，单位为 mm ， Ph ? 12 mm 。将以上数据代入式3-18得外加载荷所产生的摩擦力矩 TF 300 ? 12 TF ? ? 10 ?3 ? 0.67 N ? m 2 ? 3.14 ? 0.85 根据滚珠丝杠副预加载荷 Fp 产生的力矩 T p 的计算公式TP ? F p ? Ph 2? ? 1 ?? 2?2? 10 ?3（3-19）由滚珠丝杠副预加载荷 Fp =4000N，则由已知数据可得TP ? 4000 ? 12 1 ? 0.85 2 ? ? 10 ?3 ? 0.936 N ? m 2 2 ? 3.14 0.853.5.2 负载转动惯量的计算 对于滚珠丝杠，计算转动惯量时，一般可以把滚珠丝杠看作圆柱体绕其中心轴 线旋转进行计算。其惯量的计算公式为 M ? D2 J? ? 10 ?6 8 对材料为钢的圆柱零件转动惯量可以根据下面的公式估算J ? 0.77 ? D 4 ? L ? 10 ?1213（3-20）（3-21）滨州学院本科毕业设计（论文）式中J――惯量，单位为 kg.m 2 ； M――单位体积质量，单位为 kg ； L―― 圆柱体长度，单位为 mm, 由上面的计算可知，滚珠丝杠的全长为1800 mm ； D――圆柱体直径，单位为 mm，滚珠丝杠的公称直径，根据上面的计算可知 D =25 mm 。 将已知数据代入式 3-21 可得惯量为J ? 0.77 ? 25 4 ? 1800 ? 10 ?12 ? 0.54 ? 10 ?3 kg ? m 23.5.3 加速转矩的计算 根据加速转矩公式Ta ? dw dt2 ? ? ? nmax 60 ? t a（3-22）经变形为Ta ? J ?（3-23）式中t a ――启动（加速）时间，取 t a =0.2 s ； nmax ――电机最高转速，根据所选电机，可得 nmax =1500 r / min 。将以上数据代入式 3-23 得加速转矩为Ta ? 1.6 ? 10 ?3 ? 2 ? ? ? 1500 ? 0.424 N ? m 60 ? 0.23.5.4 电机的最大启动转矩 Tr 的计算 由最大启动转矩的计算公式 Tr ? Ta ? Tp ? TF 代入已知数据可得电机的最大启动转矩为Tr ? 0.424+0.936+0.67=2.03 N ? m（3-24）3.5.5 电机连续工作的最大转矩 TM 根据电机连续工作的最大转矩计算公式TM ? Tp ? TF（3-25）代入数据可得14滨州学院本科毕业设计（论文）TM =0.936+0.67=1.606 N ? m3.5.6 电机型号的选择 根据电机选择原则： 1、转动惯量应满足 J m ? (1 ~ 4) J ； 2、电机最大转矩大于 Tr ； 3、电机额定转矩大于 TM 。 因此，选择两台 Y90L-4 型号的步进电机分别作为为 X、Y 方向的进给电机，其 参数如下表所示：输出功率 额定转矩 最大转矩 最高转速 重量 G ( 转动惯量 电机型号 表 3-1 步进电机参数与型号 Pe （ KW ） 1.5 Te （ N .m ） 2.3 Tr （ N .m ） 2.3 Ne ( r / min ) 1500 27 kg ) 2 J (Kg . m ) 0.01 Y90L-415滨州学院本科毕业设计（论文）第四章 数控系统硬件设计4.1 数控系统的硬件组成 硬件部分和软件部分构成了一个数控系统 [ 4 ] 。硬件主要由冲床、单片机以及 辅助电路构成。硬件是数控系统的基础，它的控制性能的情况，对于整个系统的 工作性能会产生很大的影响。在硬件的基础上，软件才能有效地运行。机床数控 系统的硬件电路总结起来主要有四部分组成：中央处理单元（ CPU） 、总线、存贮 器、I/O 接口电路。其中 CPU 是数控系统的核心，它的作用是协调各部分的电路 工作情况和进行运算处理相关数据。存贮器是用存放系统软件，运行中所需要的 各种数据和工作过程中用到的程序。数控系统与外界进行信息的交流要通过 I/O 接口。总线是 CPU 与存贮器、接口以及其它转换电路联接的通道，是 CPU 与部 分电路进行信息交换和通讯的必须通过的路线。数控系统硬件框如下图所示：极限位置的监测光耦驱动电路牵引 电磁 铁 X 轴电机显示器 键盘8155MCS-51X 轴驱动电源Y 轴驱动电源 2764Y 轴电机辅助电路位置转换信号冲头传感器工件的定位监测图 4-1 数控系统 硬件框图本数控系统采用 MCS 一 51 单片机作为控制系统， 外接的程序存储器是 8KB 的16滨州学院本科毕业设计（论文）2764 芯片。数控系统通过输入检测冲头位置和运动状态的传感器信号，以便控制冲 头和 X 轴、Y 轴的运动情况。数控系统要实现对人机对话的管理，需要通过显示器、 键盘。控制面板上需要设置启动键、暂停键、X 及 Y 点进、退键，参数设定键，还 有十个数字键及各种状态指示灯等。数控系统都通过 MCS-51 单片机的接口来实现 与外界输入、输出接口的连接，单片机与接口电路分别采用不同的开关电源供电。 4.2 键盘/显示器接口电路的设计 键盘/显示器接口电路设计采用 8155 芯片扩展 I/O 口的方式 [ 5 ] 。 显示器使用由上 海朗睿电子科技有限公司研制生产的型号为 LR-104VRAM。 。LR-104VRAM 的接口 方式是总线方式。数据总线、地址总线和片选读写输入组成了外部引线，可以直接 接到电脑或单片机的总线上，使用灵活方便。当控制系统的空间不足时不能对其分 配空间也可以使用的。屏幕上显示的色点一一相对应于内存的数据位，也就是说， 当把一定的数据写入时，屏幕上就会呈现出与之对应的内容 [ 6 ] 。显示器采用动态显 示软件译码，用驱动器 8718 来驱动显示器。控制系统和键盘及其显示器进行信息交 流，这样能够有利于对冲床对加工过程的控制，能够提高加工效率和加工精度，能 够很好地实现人机对话。以下为键盘/显示器接口电路图：17滨州学院本科毕业设计（论文）PA 0 PA 1 PA 2 PA 3 PA 4 PA 5 PA PA 6 7 8155 PC PC 0 PC 1 PC 2 38A 8Y 7A 7Y 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 3A 3Y 2A BIC 2Y 1Y 1A 8718 V G CC +5V 0 8 16 24 1 9 17 25 2 10 18 26 3 11 19 27 4 12 20 28 5 13 21 29 6 14 22 30P2.4
WR RD ALE P0 8 20μ FCE IO/M WR RD ALE D0 ~ D7 RESET5.1K Ω 4 7 × 15 23 31 +5V+5VPB 0 PB 1 PB 2 PB 3 PB 4 PB PB 5 PB 6 71K8A 8Y 7A 7Y 6 A BIC 6 Y 5A 5Y 4 A 8718 4 Y 3A 3Y 2A 2Y 1Y 1A V CC G GND +5Vdp g f e d c b a100 Ω8 ×+5V图 4-2 键盘/显示器接口电路设计4.3 步进电机驱动电路的设计 步进电机的转速和转向是由用脉冲信号来控制的。由于在负载能力及动态 特性范围内，步进电机将来自数控装置的进给脉冲输出，控制脉冲数决定电动 机的角位移大小，控制脉冲频率决定了转速大小。所以，步进电机已成为经济 型数控机床改造中优先选择的动力元件。 由数控装置送来的一系列连续脉冲按一定的顺序分配给步进电机各相绕组， 这 一分配过程要经过环形分配器，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电[7]。环形分配器的作用就是实现脉冲分配，通过逻辑电路实现。由于经环形分配器输出的脉冲未经放大时电流很小，然而步进电机绕组需要的电流很大，所以由 分配器出来的脉冲还需进行功率放大才可以驱动步进电机。18滨州学院本科毕业设计（论文）本设计用 ULN2003 芯片来作为步进电机的驱动芯片 [8 ] 。 该芯片功能强大， 运用 的领域非常的广泛。8051 单片通过 ULN2003 芯片驱动步进电机的电路图如下：U1 1 2 3 4 5 6 7 8 13 12 VCC 15 14 31 VCC X1 X2 C3 10UF R1 10K 19 18 9 17 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR RXD TXD ALE/P PSEN 10 11 30 29 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 2812M X1 C1 30P GND X2 C2 30P805 1步 进电 机U3 1 2 3 4 5 6 7 8 GND IN 1 IN 2 IN 3 IN 4 IN 5 IN 6 IN 7 COMMON ULN2003L OUT 1 OUT 2 OUT 3 OUT 4 OUT 5 OUT 6 OUT 7 CLAMP VCC 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6VCCGND图 4-3 步进电机驱动原理图4.4 掉电保护电路的设计 在冲床冲压过程中，突然掉电会使得控制系统处于某一状态。在系统重新上电 时，控制面板需要知道系统在上次掉电时是处于什么状态，才能对系统的动作做出 下一步的命令，以保证控制系统的正常稳定的工作 [ 9 ] 。因此控制系统要有相应的掉 电保护功能，以保证系统稳定安全的运行。 本系统正常工作时突然掉电需要保存冲床所处的工作的状态，需要的储存空间 大约是几个字节。根据加工要求选用 X5045 来存取，X5045 与单片机的通信方式是 SPI 形式 [10] 。掉电保护电路如下图：19滨州学院本科毕业设计（论文）VCC VCC R3 10K 8 7 3 4 VCC +12 VU2 Vcc RST WP Vss X5045 CS SO SCK SI 1 2 6 5 R7 100 C3 4.7uF D11 100 T1 P521 R8 2.2K 1 3 2 6 C4 8 9 7 11 RST C5 P3.1(TX) 20P P3.0(RX) P3.2(INT0) P3.4(T0) P3.5(T1) P3.3(INT1)X OU TU1 VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1(AIN1) P1.0(AIN0) 20 19 18 17 16 15 14 13 12+5V低电平触发P3.7X INGND104图 4-4 掉电保护电路图4.5 复位电路的设计 单片机工作过程中需要回到初始状态， 当复位引脚上 RESET 上出现低电压时就 会使外部复位。该复位电路的设计能够实现两两种复位方式，一种是系统上电复位， 另一种是操作者手动复位。复位电路图如下：VCCR2 200 R1 200 S1 RESET C1 10UF RESET图 4-5 复位电路图205滨州学院本科毕业设计（论文）4.6 控制面板的设计 控制面板是使用者向控制系统作出一定加工指令的媒介。当使用者按下相应的 加工指令时控制面板将会接收并且传送给控制系统，控制系统做出相应的加工指令 命令，而且控制系统能够将各个部分的运动情况反映到控制面板上，使用者可以从 控制面板上得到与加工相关的信息 [11] 。由于键盘的数量有限，故采用多功能键盘， 利用 SHIFT 换档键进行选择。报警指示灯用的是 LED。因为该冲床主要用于加工薄 型材料，除了改变冲模的类型之外，主要是改变每一行或列的加工孔的数量和加工 孔间的距离这两个加工参数，所以，在设计控制面板时，主要从方便操作者使用方 面来考虑。如果要加工不同规格的薄型材料，只需通过键盘分别输人相关参数，即 需要加工孔的 X 轴和 Y 轴两个方向的进给步长， 以及每个方向上所要加工步长数的 总数，这些工作都需要控制系统开完成。控制面板的设计图如下：Gpage up page downM T FX U I DP LZ WE N7 4 1 .;8 5 2 09 6 3CLRSK RLR-104VRAM显示器SHIFT原点原点换档键起动 暂停 超程解除红 超程报警开关 绿自动超程 正常手动编辑参数设定键急停图 4-6 控制面板设计图21滨州学院本科毕业设计（论文）第五章 数控系统软件设计5.1 数控系统软件设计概述 数控系统软件是一系列程序的集合，这些程序能够完成各种规定的功能，对于 经济型数控系统的软件可以分为两大类:一类是执行软件，实时性很强的，它能完成 如误差补偿的计算、 步进电机的控制等各种实质性很强的功能， ;另一类是监控软件， 也叫管理软件，它能完成使用者和电脑之间的通信，同时协调操作者和各运行程序 之间的关系，能够控制控制系统根据预期的操作方式运转，它在软件中起着协调作 用，如初始化系统、系统的自我检测、对键盘命令和接口命令进行处理等。但在软 件的设计中都有自己的特点，执行软件主要注重算法的效率情况，监控软件关注于 全局，把重点放在协调上 [12] 。 软件是对硬件的补充，根据系统功能要求设计软件，首先确定硬件电路。目前数 控系统的软件的类型分为两种，一种是前后台型结构，另一种是中断型结构。该软 件的设计优先选用前者，并且整个软件是由前台程序和后台程序组成的，其中几个 中断服务程序构成了前台程序，实现一定实时功能如位置控制，而后台程序是背景 程序，是一个循环运行程序，完成数据的输入编译、对数据的处理及管理等功能。 根据冲床加工完成的功能要求，采用将系统分结构化模块的设计方法，也就是在设 计中采用将设计内容分为不同模块的分层结构，各种控制功能作为一个整体，编写 相应的程序作为独立的模块，各执行模块的实现多以中断服务程序的形式，将其安 排在具有优先级别不同的中断服务程序中，这是根据实际各执行模块的实时性要求 不同，然而以背景程序的形式出现的是监控程序。 5.2 控制系统的 I/O 口分配 普通冲床的数控改造输出控制点较多，且都是开关量。一个动作就是对应一个 开关量控制点，单片机控制系统的 I/O 的分配如表如下所示：22滨州学院本科毕业设计（论文）表 5-1 控制系统输出驱动 I/O 分配表 I/O 口号 P2^0 P2^1 P2^2 P2^3 P2^4 P2^5 P2^6 控制驱动对应点 X 正向运动 X 负向运动 Y 正向运动 Y 负向运动 冲头向下运动 冲头向上运动 X 方向急停 I/O 口号 P2^7 P0^4 P0^5; P0^6; P3^6; P3^7 控制驱动对应点 Y 方向急停 冲头急停 冲头返回 定位工件 1：定位 0：返 回 冲头冲压 X、Y 方向回零在每个执行元器件的驱动下，有直线移动、绕轴旋转、圆弧等形式的运动。将 这些运动进行有机的组合就可完成预定的逻辑动作。为了使得运动的位移衔接性， 必须控制每个动作的移动量。再本系统中是采用的位置传感器进行位置控制，位置 反馈对应与单片机的 I/O 口对应如表下表所示表 5-2 控制系统反馈信息 I/O 分配表 I/O 口号 P1^1 P1^2 P3^2 P1^7 位置反馈对应输入点 X 正方向限位 X 负方向限位 Y 正方向限位 Y 负方向限位 I/O 口号 P1^4 P1^5 位置反馈对应输入点 冲头上限位 冲头下限位5.3 冲床改造后加工流程 在常温状态下，根据加工要求分别用参数设定键设定一下 X、Y 两个方向的步 数和步距。然后将工件装夹在工作台的原始位置上，按下起动键，单片机控制器就 会起动主电机，显示器上显示预先设定的 X 轴方向的步距数。延时 5 秒后，单片机 控制器向牵引继电器收到由单片机控制器发出的动作指令，接着冲头冲压一次。当 冲头已离开工件的信号传送到单片机控制器时，单片机控制器立刻向 X 轴步进电机 驱动器发送一个 X 步距的脉冲串信号;当冲头上升信号再次传送到单片机控制器时， 将会再次向 X 轴步进电机驱动器发送脉冲串信号。当 X 轴走完预设的步距数后，牵 引继电器失电，冲头回到初始位置，Y 轴步进电机驱动器收到由单片机控制器发送的 一个 Y 方向的步距的脉冲串信号。牵引继电器得电，单片机控制器又一次完成 X 轴 方向的回程进给。随着 Y 轴方向步距数减为“0&时，牵引继电器将会失电，接着冲头 回到初始位值，工作台自动回到原始位置，准备下一次工作过程的循环。23滨州学院本科毕业设计（论文）开始 系统初始化 键盘中断 定时中断N 有键按下 Y Y 功能键 N 键值进缓冲区 恢复现场 清除中断标志 返回 恢复现场 步距数显示刷新 值位中断标 志 牵引电磁铁控 制输出 存入键值 保护现场 保护现场步进电机脉冲输出返回 功能启动循环停处理图 5-1 数控程序流程框图5.4 主程序模块设计 主程序框图为：24滨州学院本科毕业设计（论文）开始系统初始化方式选择编 辑手 动自 动循环体处理图 5-2 主程序框图在数控系统通电之后，数控系统的每个部分将会处于随机的状态，因此有必要 用初始化程序来自动完成对存储单元、有关寄存器设置初值，以及自动地完成对中 央处理器及其有关接口设置工作状态等工作，系统在初始化之后才能开始工作。需 要初始化的内容主要有:键盘数据区、显示缓冲区初始化，键盘与显示器接开口芯片 初始化，单片机定时器/计数器初始化，各种软件标志初始化，系统诊断等。 当数控系统需要初始化的部分初始化之后，就要进入背景程序，背景程序也称 作监控模块，它是 CNC 的主程序 [13] 。监控模块首先要读入相关方式开关的状态， 然后根据方式开关所要求的工作方式，接着进入相应的模块进行相关处理，也就是 根据控制面板上的开关命令按钮来指定工作方式，并进行相关任务的调度。它主要 由三个程序环组成，以便服务于编辑、手动、自动三种工作方式，而且这三种工作 方式之间不受彼此的影响。 5.5 中断服务程序设计 数控系统的每个功能的实现过程是由中断的方式来实现的。主要的中断方式为 有定时中断和键盘中断 [14] 。定时中断是定时发生的，而且当定时中断程序扫描到控 制面板上的方式开关状态发生变化时，监控模块就会进入新的方式服务环境中。25滨州学院本科毕业设计（论文）开始关中断保护现场Y 回位NY X 步进 Y 回位 N X 回位 Y 步进 Y N Y Y 向运动模块 X 回位子程序 Y 回位子程序N X 向运动模块N定时器赋值恢复现场开中断返回 图 5-3 定时中断程序框图26滨州学院本科毕业设计（论文）第六章 结论随着电子技术快速发展，我国的机床数控化在近十年来有了很大的发展，然 而数控设备的普及却受到一定条件的限制，一方面是数控设备价格非常贵，特别 是小企业如果想用数控设备替代原有的旧机床，资金方面会成为一大难题；另一 方面是企业现有的旧设备完全抛之不用，会对资源造成很大的浪费。如果能够对 现有的设备进行一些技术改造，提高其自动化加工的能力，则不仅给企业节约了 资金，而且能够充分利用原有的资源。因此对普通冲床进行数控化改造在实际生 产中得到广泛应用。 本文针对普通冲床进行了数控化改造，主要对机械传动部分和控制部分进行 了改造。机械部分把原有的工作台改造为含有纵、横两个方向的工作台，控制系 统利用微机对纵、横向系统开环控制，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚 珠丝杆，数控部分采用了 8051 单片机控制，对相关电路设计作了详细的阐述， 并对冲床的加工流程做了进一步的说明，编写了相应的流程图。经改造使普通冲 床实现数控冲床的功能，不仅提高了生产效率，降低了劳动强度，而且提高了加 工精度，也就提高了产品的质量，给企业增加了强大的生命力。 通过本次设计我学到了很多东西也认识到自己的不足，以后需要学习的东西 还很多。在这整个过程中积累下的知识，为我以后的学习夯下了坚实的基础，也 使我对数控方面产生了浓厚的兴趣。27滨州学院本科毕业设计（论文）参考文献[1] 蔡悦华等.开放性结构―经济型数控系统的发展方向[J].制造业自动化.):32- 35 [2] 全国数控培训网络天津分中心.数控原理[M] .北京:机械工业出版社, [3] 濮良贵,纪名刚.机械设计,第七版.北京:高等教育出版社, [4] 张新义.经济型数控机床系统设计[M] .北京:机械工业出版社, ] 玛勇等.现代计算机数控系统[M] .北京:机械工业出版社,2 [6] 工永章等.机床的数字控制技术[M] .哈尔滨:哈尔滨工业人学出版社,] 刘启中,蔡德福.现代数控技术及应用[M].北京:机械工业出版社,] 朱晓春主编.数控技术[M] .第一版.北京:机械工业出版社,3 [9] 张迎新主编.单片机初级教程[M.] .北京:北京航空航天大学出版社, [10] 聂学俊.MCS- 51 单片机在普通机床数控改造中的应用[J].机床与液压液, - 76 [11] 张毅刚等.MCS- 51 中单片机应用设计[M] .第二版.哈尔滨:哈尔滨工业人学出版社.1997 [12] 李德刚等.单片机于动冲床实用数控系统[ J].电脑学习.- 9 [13] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION. FXIS.FX2N Series ProgrammableControllersHardware Manual.1999 [14] MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION. FX Series Programmable ControllersProgramming Manual.200028滨州学院本科毕业设计（论文）致 谢经过几个月的学习，论文终于完成了。在这几个月的学习过程中，很多人给 了我莫大的关心与帮助。这一次设计让我对数控技术和数控装备有了更进一步的 认识，实践能力有了进一步的提高，这一切都要衷心感谢老师给我的无私帮助。 首先感谢我的指导老师黄超老师、李宏伟老师对我的精心的指导，给我提出了许 多宝贵的意见，给我指明了方向。他们严谨务实的治学态度、丰富渊博的知识、 高度的敬业精神、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的 楷模。 ，使我得以顺利地完成毕业设计的内容。整个毕业设计过程中，是他们耐 心、细致的指导，并提出大量很有价值的建议和意见，耐心解答我不懂的问题， 为我提供了丰富的科研资源和重要信息，这也是我能够顺利完成论文的重要原 因。其次非常感谢与我一起做毕业设计的同学，与他们一起讨论、互通信息，使 我受益匪浅。最后，感谢学校为我们提供环境优雅、气氛和谐的学习场所和锻炼 的舞台。29滨州学院本科毕业设计（论文）附 录程序清单：ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH SJMP 0023H SJMP KEY ORG 0030H MAIN：MOV SP，#5FH MOV 50H #0 MOV 50H #0 T_CON:PUSH；//保护现场 PUSH PSW MOV R7,#N；//设定控制步数 JNB FLAG,LEFT；//判断旋转方向 RIGHT: MOV R0,RM；//正转模型起始地址 AJMP ROTATE LEFT: MOV R0,LM ROTATE: MOV A,@R0；//取第一拍控制模型 MOV P1,A ；//输出第一拍控制模型 ACALL DELAY1；//延时 INC R0 MOV A,@R0；//取第二拍控制模型 MOV P1,A ；//输出第二拍控制模型 ACALL DELAY1；//延时 INC R0 MOV A,@R0；//取第三拍控制模型 MOV P1,A ；//输出第三拍控制模型 ACALL DELAY1；//延时 DJNZ R7,ROTATE；//未走完要求的步数，继续 POP PSW；//恢复现场 POP A RET；//返回 KEY1: ACALL KS1；//有无键按下子程序 JNZ LK1；//有键按下，转去抖延时 AJMP KEY1；//无键按下，继续扫描 LK1: ACALL DELA12；//12ms 延时程序调用 ACALL KS1；//判断键是否真正按下 JNZ LK2；//有键按下，转逐列扫描 AJMP KEY1；//无键按下，继续扫描 LK2: MOV R2,#0FEH；//设置首列扫描字 MOV R4,#00H；//保存首列号 LK4: MOV DPTR,#7F01H；//列扫描字送至 PA 口 MOV A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR；//指向 PC 口 INC DPTR MOVX A, @DPTR ；//读入行状态 JB ACC.0, LONE；//第 0 行无键按下，转 LONE30滨州学院本科毕业设计（论文）MOV A, #00H；//有键按下，设置行首键号 AJMP LKP；//转求键号 LONE:JB ACC.1, LTWO；//第 1 行无键按下，转 LTWO MOV A, #08H；//有键按下，设置行首键号 AJMP LKP；//转求键号 LTWO:JB ACC.2, LTHR；//第 2 行无键按下，转 LTHR MOV A, #10H；//有键按下，设置行首键? AJMP LKP；//转求键号 LTHR:JB ACC.3,NEXT；//第 3 行无键按下，查下一列 MOV A,#18H；//有键按下，设置行首键 LKP: ADD A,R4 ；//求键号，键号=行首键号+列号 PUSH ACC LK3: ACALL KS1；//等待键释放 JNZ LK3；//键未释放，继续等待 POP ACC；//键释放，键号送 A AJMP OVER ；//键扫描结束 NEXT:INC R4；//列号加 1，指向下一列 MOV A,R2 ；//判断 4 列扫描完否 JNB ACC.7,KND；//4 列扫描完，继续 RL A；//扫描字左移一位 MOV R2,A ；//送扫描字 AJMP LK4 ；//转下一列扫描 KND:AJMP KEY1 OVER:RET；//键扫描结束 KS1: MOV DPTR,#7F01H；//指向 PA 口 MOV A,#00H；//设置扫描字 MOVX @DPTR,A；//扫描字送 PA 口 INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR CPL；//以高电平表示有键按下 ANL A,#0FH；//屏蔽高 4 位 RET ； DISP: PUSH 00H；//压入堆栈 PUSH 07H PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV R0,#53H MOV R7,#8 MOV DPTR,#TABLE1 CLR P1.1 DPLOOP0:MOV A,@R0；//查表 MOVC A,@A+DPTR DPLOOP1:RRC A MOV P1.0,C SETB P1.1 CLR P1.1 DJNZ R7,DPLOOP1 MOV R7,#8 DEC R031滨州学院本科毕业设计（论文）CJNE R0,#4FH,DPLOOP0 POP DPL POP DPH POP ACC POP 07H POP 00H RET TABLE1: DB 11H,7DH,23H,29H,4DH ；//显示数地址表 DB 89H,81H,3DH,01H,09H DIVD: CLR C；//被除数除 600 MOV A,R3 SUBB A, MOV A,R2 SUBB A,R6 JC DVD1 SETB OV；//溢出 RET DVD1: MOV B,#10H；//计算双字节商 DVD2:CLR C；//部分商和余数同时左移一位 MOV A,R5 RLC A MOV R5,A MOV A,R4 RLC A MOV R4,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A XCH A,R2 RLC A XCH A,R2 MOV F0,C ；//保存溢出位 CLR C SUBB A,R7 MOV R1,A MOV A,R2 SUBB A,R6 ANL C,/F0；//结果判断 MOV R2,A ；//够减，存放新的余数 MOV A,R1 MOV R3,A INC R5；//商的低位置 1 DVD3: DJNZ B,DVD2；//计算完十六位商（R4R5） MOV A,R4；//将商移到 R2R3 中 MOV R2,A MOV A,R5 MOV R3,A CLR OV；//设标志 RET D20MS: PUSH 07H PUSH 06H32滨州学院本科毕业设计（论文）MOVR7,#40JJKZ :MOV RO，#20H ；//取状态计数值 INC @R0；//计数器加一，正转一步 MOV P1,@R0；//送输出口 CLR EA；//关一切中断 INC R0；//指针指向绝对坐标值 INC @R0；//绝对坐标值加一 TIM1:SETB EA；//重新开中断 CJNE R4,#24H,TIM4；//测试 R4，判断是哪个阶段 MOV R0,#24H；//是升速段 DEC @R0；//升速步数减一 TIM2:SJNE R3,TIM3；//判断该档走完否，否转 INC R1；//走完，增一档 MOV A,R1；//计算该档步数 MOV B,#DATA；//#DATA 为立即数，即 N MUL AB MOV R2,A；//存好该档步数 TIM3:MOV A,24H；//判断升速结束否 ORL A,25H JNZ TIM9；//判断是恒速段否，否转 MOV R4,#26H；//是，恒速步数减一 TIM4:CJNE R4,#26H,TIM6 MOV R0,#26H DEC @R0 CJNE @R0,#0FFH,TIM5 INC R0 DEC @R0 CJNE @R0,#0FFH,TIM5 INC R0 DEC @R0 TIM5: MOV A,26H；//判断恒速段结束否 ORL A,27H ORL A,28 JNZ TIN9；//未结束，转重新装载 MOV R4,,#29H；//结束，则重置指针指降速 DEC R1；//准备降速第一档步数 MOV A,R1 MOV B,#DATA MUL A,B MOV R3,A SJMP TIM9；//转重新装载 TIM6 MOV R0,#29H；//处理降速段 DEC @RO；//降速段步数减一 CJNE @R0,#0FFH,TIM7 INC R0 DEC @R0 TIM7:DJNE R3,TIM8；//判断该档走完否，否转 DEC R1；//走完，降速段走完否 MOV A,R1；//计算该档步数 MOV B,#DATA33滨州学院本科毕业设计（论文）MUL A,B MOV R3,A；//存好步数 TIM8:MOV A,29H；//判断降速段走完否 ORL A,2AH JNZ TIM9；//未完，转重新装载 CLR TR0；//完成，则停定时器 SJMP TIM10 TIM9: MOV DPTR,#8F00H；//开始准备装载定时器 MOV A,R1；//取速度字 RL A；//乘 2，因每档占两字节 MOV B,A MOVC A,@A+DPTR；//取低位字节 CLR TR0 ADD A,TL0；//存低位字节 MOV A,B INC A MOVC A,@A+DPTR；//存高位字节 ADDC A,TH0 MOV TH0,A；//存高位字节 SETB TR0 TIM10:RET134VCCQ1 805 0CO MCO MCO MDIG1 CS VCC 2 6 5 VCC SO SCK SI 1 Q2 805 0DIG2DIG3DIG4VCCU4VCC8VccR37RST电路图:10K3R1 330 Q3 805 0WP4Vss+12 V GNDCON1 U5 VCC 855 0 20 +5VU1P521X504 5D1蜂 鸣器B1 VCCGND189C2 0511RSTCN _SE RI A LGND1U2 Q9 VCC Q7 805 0VCCA B C D E FA B C D E F P DGP DGA B C D E F P DGR4 10K 4.7K R68 9P3.4(T0) P3.5(T1)DP SG SF SE SD SC SB SADP SG SF SE SD SC SB SADP SG SF SE SD SC SB SADP SG SF SE SD SC SB SAX OU TX IN4CO MCO MCO MD2 Q5 11.059 2 C2 VCC R5 20K 30P Q6 805 0 VCC VCC 805 0Y1 DIG5 DIG6DIG7DIG8C130PCO MP521 VCC5+12V G NDR2 330 VCC GND Q4 805 0 107P3.3(INT1)P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1(AIN1) P1.0(AIN0)19 18 17 16 15 14 13 1211G ND 1U3P3.7GND1P DG8 7 6 5 4 3 2 1A B C D E FP5213 2 DIAODIAN 6VCCP3.1(TX) P3.0(RX) P3.2(INT0)CO MD3D4A B C D E FA B C D E F P DGP DGA B C D E F P DGR7 C5 20P 17 18 SCLK SDAT BC728 0/81T1P521VCCDIAODIAN3.3K16 15 RC OSCOP DG SG SF SE SD SC SB SA SG SF SE SD SC SB SA DP SG SF SE SD SC SB SAR9A B C D E F滨州学院本科毕业设计（论文）L1 VCC RN1 100 K* 89 8 7 6 5 4 3 2 1SA SB SC SD SE SF SG DPD IG 0D IG 1D IG 2D IG 3D IG 4D IG 5D IG 6+12 V R26 4.7K R27 4.7K R28 4.7K R29 4.7K R30 4.7K R31 4.7K R32 4.7K1D16 C15 220 0uF S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S9 S10 S11G NDC111.5KE18A2D19 1 2 S8 S12 D18 1N414 8 1N414 8 8SO 0 SO 1 SO 2 SO 3 SO 4 SO 5 SO 6 SO 7C12D17R 16 1 00 * 8Vi nVout1N400 7 3 R33 4.7KD IG 73 4 5GND74HC16 46 10 11 12 13VCCQ0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7A BCL KMR1 28935U7 1 3 2 DAT CLK KEY RST VCC 4 805 0 Q8VCC+12 VD10 100R8 2.2KDP SG SF SE SD SC SB SADPDP100C4C3 4.7uFD11 100DIG7 DIG6 DIG5 DIG4 DIG3 DIG2 DIG1 DIG013 12 11 10 9 8 7 6DIG7 DIG6 DIG5 DIG4 DIG3 DIG2 DIG1 DIG0低 电平 触 发D12D5D6D13D14D7D8D9D20D15U6 780 5U9 A B0.1uF100 0uFC14 1041.5KE06AD21 1N400 7CLK U8 VCC 9 MR 74HC16 4Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q73 4 5 6 10 11 12 13C6C7C8C9C100.1u/ 63V0.1u/ 63V0.1u/ 63V0.1u/ 63V0.1u/ 63VC13 25V1 0uF VCC控 制面 板滨州学院本科毕业设计（论文）36
更多相关文档