2023年12月17日发(作者：首紫雪)

目录

引言………………………………………………………………………………（1）

一 总体方案设计……………………………………………………………（2）

（一） 总体方案的拟定…………………………………………………………（2）

（二） 主要技术参数的确定……………………………………………………（2）

二 储丝走丝部件结构设计………………………………………………（3）

（一） 储丝走丝部件运动设计…………………………………………………（3）

1．对高速走丝机构的要求………………………………………………………（3）

2．高速走丝机构的结构及特点…………………………………………………（4）

（二） 储丝走丝部件主要零件强度计算………………………………………（10）

1．齿轮传动比的确定……………………………………………………………（10）

2．齿轮齿数的确定………………………………………………………………（10）

3．传动件的估算…………………………………………………………………（12）

4．齿轮模数估算…………………………………………………………………（13）

5. 齿轮模数的验算………………………………………………………………（14）

（三） 储丝走丝部件主要零件强度验算………………………………………（16）

1．齿轮强度的验算………………………………………………………………（16）

2．主轴的验算……………………………………………………………………（19）

（四） 主轴组件结构设计………………………………………………………（21）

1．轴承配置形式…………………………………………………………………（21）

2．主轴组件的调整和预紧………………………………………………………（22）

三 进给传动设计……………………………………………………………（22）

（一） 进给传动运动设计………………………………………………………（22）

1． 脉冲当量和传动比的确定……………………………………………………（22）

（二）滚珠丝杆螺母副的型号选择和滚珠丝杆的选型和校核…………………（23）

1． 滚珠丝杆螺母副的型号选择…………………………………………………（23）

2． 滚珠丝杆的选型和校核………………………………………………………（25）

（三）步进电机的选择……………………………………………………………（28）

1．根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号…………………………………(28)

2．启动矩频特性校核……………………………………………………………(30)

（四）进给机构支承设计…………………………………………………………（31）

1． 螺杆的支承形式………………………………………………………………（31）

2． 螺杆的支承方式………………………………………………………………（31）

四 数控系统设计……………………………………………………………（32）

（一）高频脉冲电源………………………………………………………………（32）

（二）数字控制系统设计………………………………………………………（33）(三)控系统硬件的电路设计……………………………………………………（34）

1． 单片机设计……………………………………………………………………（34）

2． 系统扩展………………………………………………………………………（38）

3． I/O 口的扩展…………………………………………………………………（42）

4． 显示器的接口设计……………………………………………………………（48）

5． 步进电机控制电路设计………………………………………………………（50）

6． 光电隔离电路设计……………………………………………………………（57）

7． 部分控制程序…………………………………………………………………（58）

8． 其他接口电路设计……………………………………………………………（70）

参考文献…………………………………………………………………………（）

谢辞………………………………………………………………………………（）

引言

本次毕业设计从2005年2月28号开始到本年的六月中旬结束，长达四个月。毕业设计是一名在校大学生最后的一次也是最重要的一次设计，说其重要主要是因为它将检验你在大学生活中所学知识的扎实程度，期间你必须复习所学过的一些课程，学习一些要用到的新的知识，它还将练习你的动手能力，思考能力，创新能力，是你在大学学习生活的一次升华，是一个提升阶段，更是走向工作岗位的一次练兵，因此我们都对此极为重视，更是投入了极大的热情与努力来更好的完成它。

本次设计在颜竞成教授的悉心指导下分四个阶段按部就班的有条不紊的进行。第一阶段是搜集整理阶段。在本阶段主要是搜集足够的资料信息并对设计题目进行分析和实地调查，做到心中清楚。本设计其实从2004年元旦就开始了，截止到2004年3月份第一张外观图绘制成功为止。第二阶段是机械部分设计阶段，本阶段主要应用大学里面所学到的饿专业知识来进行运丝机构设计和坐标工作台的横向和纵向进给机构设计。另外还要进行储丝筒的三维零件设计。本阶段主要是从三月份到五月份。五月份到六月份则是第三阶段：控制系统设计阶段。主要进行电器电路设计，包括步进电机驱动设计和脉冲功率放大电路设计。本阶段也是一个学习的阶段，对自己不太熟悉的领域的一次学习。六月份开始就是最后一个阶段：整理复习阶段，主要从事前几个阶段的整理温习，写说明书。以及毕业答辩前的各项具体细节的准备。

所以说每个阶段都是十分紧张而有难度的，有些问题是由于设计的难度，有些还是因为自己知识上的欠缺和基础不扎实造成的。可以说这次毕业设计是个查缺补漏的机会。尤其是在同学的协助下，特别是在颜教授的指导下，遇到困难不逃避，主动请教，主动学习，独立思考提出新方案，困难一个个的解决，才有了本次设计的成功。这次毕业设计锻炼了我团体协作精神和独立作业的能力。专业设计基础，对自己将来都是一次具有

深远影响的事情。

一、 总体方案设计

(一)总体方案的拟定

1．电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系统选取连续控制系统。

2．电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。

3．根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可以选择MCS-51系列单片机扩展系统。

4．根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路。

5．纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，起传动比应满足机床所要求的。

6．为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的饿机构。

7．采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。

在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。

（二）主要技术参数的确定

技术参数主要包括运动参数，尺寸参数和动力参数。DK7732电火花线切割机床的主要技术参数如下：

工作台行程/mm 500*320

最小切削厚度/mm 30（可调）

加工表面粗糙度Ra/μm 2.5

切割速度/mm2/min 100

加工精度/mm 0.015

切割工件最大厚度/mm 300

电极丝移动速度 1.1m/s

电极丝直径 φ0.1~φ0.2mm

二、 储丝走丝部件结构设计

（一）储丝走丝部件运动设计

运丝机构的运动是由丝筒电机正反转得到的饿。电极通过联轴节与丝筒连接，丝筒装有齿轮，通过过度齿轮与丝杆上的齿轮齿合。丝杆固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板与底座采用装有滚珠的V形滚动导轨连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动相应的距离，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求可在0.12mm到0.25mm之间调节。

1．对高速走丝机构的要求

（1）高速走丝机构的储丝筒转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证极丝在储丝筒上整齐排绕。

（2）储丝筒的径向和轴向窜动量要小。

（3）储丝筒要能够正反向旋转，电极丝的走丝速度在7~12m/s范围内无级或有级可调，或恒速转动。

（4）走丝机构最好与床身相互绝缘。

（5）传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。

2、高速走丝机构的结构及特点

高速走丝机构由储丝筒组合件、上下拖板、丝杆副、齿轮副、换向装置和绝缘件等部分组成，如下图2.1所示

图2.1DK7732机床的储丝走丝系统机构结构图

储丝筒由电动机通过联轴器带动实现正反向转动。储丝筒另外一端通过二对齿轮减速后带动丝杆。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杆则安装在拖板上，调整螺母安装在底座上，拖板在底座上来回运动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧，齿轮及丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动0.25mm，所以该储丝筒适用于φ0.25mm以下的钼丝。

储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。滚筒外圆振摆应小于0.03mm，反向间隙应小于0.05mm，轴向窜动应完全彻底消除。

高频电源的负端通过碳刷送到储丝筒的尾部，然后传到钼丝上，碳刷应保持良好接触，防止机油或其它赃物进入。

储丝筒本身作为高速正反向转动，电机、滚筒及丝杆的轴承应定期拆洗并加润滑脂，换油期限可根据使用情况具体决定。其余中间轴、齿轮、三角导轨及丝杆、螺母等每班应注油一次。

LCALL TIME；若有键按下，调延时子程序消抖动

JB P1.5，STP3；是键抖动，返回键等待

MOV R7，#08H；查键号初始化，列数→R7

MOV R6，#0FEH；首列偏移量→R6

MOV R3，#00H；首列偏移量→R3

MOV A，Ra；送列扫描字

KEYS： MOV SBUF，A；

STP4： JNB T1，STP4；

CLR T1；

JB P1.5，NEXT；若此键按下，准备查询下一列

MOV A，#00H；若此列键按下，送全扫描字

MOV SBUF，A；

STP5： JMP T1，STP5；

CLR T1；

STP6： JNB T1，STP6；等待间释放，若间未释放，等待

MOV A，R3；键号送A

RET

NEXT： MOV A，R6；

RL A；

MOV R6，A；

INC R3；

DJNZ R7，KEYS；8列未查完，返回再查

LJMZ KEY；8列查完返回键扫描子程序入口

散转入口地址表：

PLO+00H： LJMP PLGM0；PLGM0为#00键子程序入口地址

PLO+03H： LJMP PLGM1；PLGMO为#01键子程序入口地址

8.其他接口电路设计

（1）面板操作键和功能选择开关：面板操作键与8255的PB 口接口电路。图中SB1-SB6为手动操作进给键，分别完成人工操作的±X、±Y、±Z的进给。运行时按下此键，可中断程序的运行。回零，使工具电极沿X轴、Y轴、Z轴回到机械零点。

功能选择开关SA为一个单刀7掷波段开关，它与系统的8255PA口相连。用于连续、单步、自动、手动、暂停、启动等功能的选择。

2023年12月17日发(作者：首紫雪)

目录

引言………………………………………………………………………………（1）

一 总体方案设计……………………………………………………………（2）

（一） 总体方案的拟定…………………………………………………………（2）

（二） 主要技术参数的确定……………………………………………………（2）

二 储丝走丝部件结构设计………………………………………………（3）

（一） 储丝走丝部件运动设计…………………………………………………（3）

1．对高速走丝机构的要求………………………………………………………（3）

2．高速走丝机构的结构及特点…………………………………………………（4）

（二） 储丝走丝部件主要零件强度计算………………………………………（10）

1．齿轮传动比的确定……………………………………………………………（10）

2．齿轮齿数的确定………………………………………………………………（10）

3．传动件的估算…………………………………………………………………（12）

4．齿轮模数估算…………………………………………………………………（13）

5. 齿轮模数的验算………………………………………………………………（14）

（三） 储丝走丝部件主要零件强度验算………………………………………（16）

1．齿轮强度的验算………………………………………………………………（16）

2．主轴的验算……………………………………………………………………（19）

（四） 主轴组件结构设计………………………………………………………（21）

1．轴承配置形式…………………………………………………………………（21）

2．主轴组件的调整和预紧………………………………………………………（22）

三 进给传动设计……………………………………………………………（22）

（一） 进给传动运动设计………………………………………………………（22）

1． 脉冲当量和传动比的确定……………………………………………………（22）

（二）滚珠丝杆螺母副的型号选择和滚珠丝杆的选型和校核…………………（23）

1． 滚珠丝杆螺母副的型号选择…………………………………………………（23）

2． 滚珠丝杆的选型和校核………………………………………………………（25）

（三）步进电机的选择……………………………………………………………（28）

1．根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号…………………………………(28)

2．启动矩频特性校核……………………………………………………………(30)

（四）进给机构支承设计…………………………………………………………（31）

1． 螺杆的支承形式………………………………………………………………（31）

2． 螺杆的支承方式………………………………………………………………（31）

四 数控系统设计……………………………………………………………（32）

（一）高频脉冲电源………………………………………………………………（32）

（二）数字控制系统设计………………………………………………………（33）(三)控系统硬件的电路设计……………………………………………………（34）

1． 单片机设计……………………………………………………………………（34）

2． 系统扩展………………………………………………………………………（38）

3． I/O 口的扩展…………………………………………………………………（42）

4． 显示器的接口设计……………………………………………………………（48）

5． 步进电机控制电路设计………………………………………………………（50）

6． 光电隔离电路设计……………………………………………………………（57）

7． 部分控制程序…………………………………………………………………（58）

8． 其他接口电路设计……………………………………………………………（70）

参考文献…………………………………………………………………………（）

谢辞………………………………………………………………………………（）

引言

本次毕业设计从2005年2月28号开始到本年的六月中旬结束，长达四个月。毕业设计是一名在校大学生最后的一次也是最重要的一次设计，说其重要主要是因为它将检验你在大学生活中所学知识的扎实程度，期间你必须复习所学过的一些课程，学习一些要用到的新的知识，它还将练习你的动手能力，思考能力，创新能力，是你在大学学习生活的一次升华，是一个提升阶段，更是走向工作岗位的一次练兵，因此我们都对此极为重视，更是投入了极大的热情与努力来更好的完成它。

本次设计在颜竞成教授的悉心指导下分四个阶段按部就班的有条不紊的进行。第一阶段是搜集整理阶段。在本阶段主要是搜集足够的资料信息并对设计题目进行分析和实地调查，做到心中清楚。本设计其实从2004年元旦就开始了，截止到2004年3月份第一张外观图绘制成功为止。第二阶段是机械部分设计阶段，本阶段主要应用大学里面所学到的饿专业知识来进行运丝机构设计和坐标工作台的横向和纵向进给机构设计。另外还要进行储丝筒的三维零件设计。本阶段主要是从三月份到五月份。五月份到六月份则是第三阶段：控制系统设计阶段。主要进行电器电路设计，包括步进电机驱动设计和脉冲功率放大电路设计。本阶段也是一个学习的阶段，对自己不太熟悉的领域的一次学习。六月份开始就是最后一个阶段：整理复习阶段，主要从事前几个阶段的整理温习，写说明书。以及毕业答辩前的各项具体细节的准备。

所以说每个阶段都是十分紧张而有难度的，有些问题是由于设计的难度，有些还是因为自己知识上的欠缺和基础不扎实造成的。可以说这次毕业设计是个查缺补漏的机会。尤其是在同学的协助下，特别是在颜教授的指导下，遇到困难不逃避，主动请教，主动学习，独立思考提出新方案，困难一个个的解决，才有了本次设计的成功。这次毕业设计锻炼了我团体协作精神和独立作业的能力。专业设计基础，对自己将来都是一次具有

深远影响的事情。

一、 总体方案设计

(一)总体方案的拟定

1．电火花线切割机床具有定位、纵向和横向的直线插补功能；还能要求暂停，进行循环加工等。因此，数控系统选取连续控制系统。

2．电火花线切割机床属于经济型数控机床，在保证一定的加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。

3．根据电火花线切割机床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和经济性要求，一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可以选择MCS-51系列单片机扩展系统。

4．根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其它辅助电路。

5．纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杆螺母副组成，起传动比应满足机床所要求的。

6．为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的饿机构。

7．采用滚动道轨可以减少道轨见的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。

在上述的基础上，有条件的还可以进一步实现钼丝的角度调节，使加工过程更加细致。

（二）主要技术参数的确定

技术参数主要包括运动参数，尺寸参数和动力参数。DK7732电火花线切割机床的主要技术参数如下：

工作台行程/mm 500*320

最小切削厚度/mm 30（可调）

加工表面粗糙度Ra/μm 2.5

切割速度/mm2/min 100

加工精度/mm 0.015

切割工件最大厚度/mm 300

电极丝移动速度 1.1m/s

电极丝直径 φ0.1~φ0.2mm

二、 储丝走丝部件结构设计

（一）储丝走丝部件运动设计

运丝机构的运动是由丝筒电机正反转得到的饿。电极通过联轴节与丝筒连接，丝筒装有齿轮，通过过度齿轮与丝杆上的齿轮齿合。丝杆固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板与底座采用装有滚珠的V形滚动导轨连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动相应的距离，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求可在0.12mm到0.25mm之间调节。

1．对高速走丝机构的要求

（1）高速走丝机构的储丝筒转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证极丝在储丝筒上整齐排绕。

（2）储丝筒的径向和轴向窜动量要小。

（3）储丝筒要能够正反向旋转，电极丝的走丝速度在7~12m/s范围内无级或有级可调，或恒速转动。

（4）走丝机构最好与床身相互绝缘。

（5）传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。

2、高速走丝机构的结构及特点

高速走丝机构由储丝筒组合件、上下拖板、丝杆副、齿轮副、换向装置和绝缘件等部分组成，如下图2.1所示

图2.1DK7732机床的储丝走丝系统机构结构图

储丝筒由电动机通过联轴器带动实现正反向转动。储丝筒另外一端通过二对齿轮减速后带动丝杆。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杆则安装在拖板上，调整螺母安装在底座上，拖板在底座上来回运动。螺母具有消除间隙的副螺母和弹簧，齿轮及丝杆螺距的搭配为设旋转一圈拖板移动0.25mm，所以该储丝筒适用于φ0.25mm以下的钼丝。

储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。滚筒外圆振摆应小于0.03mm，反向间隙应小于0.05mm，轴向窜动应完全彻底消除。

高频电源的负端通过碳刷送到储丝筒的尾部，然后传到钼丝上，碳刷应保持良好接触，防止机油或其它赃物进入。

储丝筒本身作为高速正反向转动，电机、滚筒及丝杆的轴承应定期拆洗并加润滑脂，换油期限可根据使用情况具体决定。其余中间轴、齿轮、三角导轨及丝杆、螺母等每班应注油一次。

LCALL TIME；若有键按下，调延时子程序消抖动

JB P1.5，STP3；是键抖动，返回键等待

MOV R7，#08H；查键号初始化，列数→R7

MOV R6，#0FEH；首列偏移量→R6

MOV R3，#00H；首列偏移量→R3

MOV A，Ra；送列扫描字

KEYS： MOV SBUF，A；

STP4： JNB T1，STP4；

CLR T1；

JB P1.5，NEXT；若此键按下，准备查询下一列

MOV A，#00H；若此列键按下，送全扫描字

MOV SBUF，A；

STP5： JMP T1，STP5；

CLR T1；

STP6： JNB T1，STP6；等待间释放，若间未释放，等待

MOV A，R3；键号送A

RET

NEXT： MOV A，R6；

RL A；

MOV R6，A；

INC R3；

DJNZ R7，KEYS；8列未查完，返回再查

LJMZ KEY；8列查完返回键扫描子程序入口

散转入口地址表：

PLO+00H： LJMP PLGM0；PLGM0为#00键子程序入口地址

PLO+03H： LJMP PLGM1；PLGMO为#01键子程序入口地址

8.其他接口电路设计

（1）面板操作键和功能选择开关：面板操作键与8255的PB 口接口电路。图中SB1-SB6为手动操作进给键，分别完成人工操作的±X、±Y、±Z的进给。运行时按下此键，可中断程序的运行。回零，使工具电极沿X轴、Y轴、Z轴回到机械零点。

功能选择开关SA为一个单刀7掷波段开关，它与系统的8255PA口相连。用于连续、单步、自动、手动、暂停、启动等功能的选择。