DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng)

DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng),dk7732,數(shù)控,高速,電火花,切割機(jī),控制系統(tǒng) 不完整測(cè)量數(shù)據(jù)的概念建構(gòu) 王壽宏，王海 摘要： 對(duì)資料挖掘來說，未經(jīng)加工的調(diào)查數(shù)據(jù)通常是不完整的。資料挖掘中缺失數(shù)據(jù)的問題在知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程中常被忽略。這篇文章介紹了在不完整調(diào)查數(shù)據(jù)中資料挖掘的基礎(chǔ)概念，以及計(jì)劃知識(shí)發(fā)現(xiàn)中的咨詢過程，和在調(diào)查資料挖掘咨詢功能在概念解釋上的發(fā)展趨勢(shì)。這篇文章通過一個(gè)事例，論證了通過使用人工智力工具譬如自組織映射，不完整數(shù)據(jù)的概念解釋可以完成。 1.引言 數(shù)據(jù)挖掘就是分析數(shù)據(jù)以圖從中找出有用模型的過程。而數(shù)據(jù)挖掘與傳統(tǒng)的 統(tǒng)計(jì)分析有所不同，因?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘的目的是找出對(duì)數(shù)據(jù)所有者或數(shù)據(jù)挖掘員有價(jià) 值而又確定的關(guān)系。鑒于數(shù)據(jù)的維數(shù)和數(shù)據(jù)量本身的巨大，傳統(tǒng)的的統(tǒng)計(jì)分析方 法在數(shù)據(jù)挖掘時(shí)有其局限性。為滿足數(shù)據(jù)挖掘的最新需要，在數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域里面 已經(jīng)廣泛采用基于人-機(jī)互動(dòng)技術(shù)的人工智能技術(shù)。 數(shù)據(jù)挖掘時(shí)有很多非統(tǒng)計(jì)技術(shù)?；贙ohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自組織映射(SOM)法是其中一種比較有前途的方法。基于集群技術(shù)的SOM法對(duì)其他方法來說有優(yōu)勢(shì)。通常數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)處理一些十分高維的數(shù)據(jù)，也就是說做數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)庫(kù)通常是由很多變量決定的?！熬S數(shù)災(zāi)難”使得對(duì)數(shù)據(jù)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析變得毫無意義，這也使得統(tǒng)計(jì)方法變得無能為力了。然而SOM方法并不依賴任何假定的統(tǒng)計(jì)測(cè)試，因而被認(rèn)為是處理多維數(shù)據(jù)的有效方法。更為重要的是SOM方法提供了多維可視化數(shù)據(jù)串的基礎(chǔ)。這種特色是其他任何數(shù)據(jù)分析方法都不具備的。它允許數(shù)據(jù)挖掘者分析該問題域中的集群。 測(cè)量只是數(shù)據(jù)采集中的一種普通數(shù)據(jù)獲取方法。在數(shù)據(jù)挖掘的中，我們得到的調(diào)研數(shù)據(jù)集通常很難滿足每個(gè)變量都有填寫完全的觀測(cè)結(jié)果。一般地，被調(diào)查者只部分地完成調(diào)研和問卷調(diào)查的內(nèi)容。當(dāng)事實(shí)上我們無法再次面向被調(diào)查者完成調(diào)研和問卷調(diào)查的全部?jī)?nèi)容時(shí)，我們并不知道缺失數(shù)據(jù)的嚴(yán)重性,但這是數(shù)據(jù)掘中有待發(fā)現(xiàn)的最重要部分之一。事實(shí)上，在知識(shí)工程領(lǐng)域缺失數(shù)據(jù)是一個(gè)重要而具有爭(zhēng)議的問題。 通過集群分析在挖掘由不完整數(shù)據(jù)構(gòu)成的調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)過程中，缺失數(shù)據(jù)的類 型及缺失數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)挖掘的潛在影響是一門學(xué)問。例如，數(shù)據(jù)挖掘者通常希望能 知道集群分析的可信程度；一些有價(jià)值的類型通常是什么時(shí)候和怎樣丟失的；以 及丟失有價(jià)值數(shù)據(jù)的時(shí)候哪些變量與之有關(guān)系。這些有價(jià)值東西在缺失數(shù)據(jù)集部 分被充分發(fā)掘之后才能發(fā)現(xiàn)。 這篇文章討論了知識(shí)發(fā)現(xiàn)中在發(fā)掘調(diào)研數(shù)據(jù)庫(kù)過程中數(shù)據(jù)缺失的問題，并介 紹了概念解釋的概念基礎(chǔ)，以及建議設(shè)立基于SOM數(shù)據(jù)挖掘概念解釋查詢功能。以下部分是這樣安排的：第二部分討論數(shù)據(jù)缺失與數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)系問題；第三部分介紹數(shù)據(jù)挖掘中SOM的概念解釋；第四部分說明了挖掘不完整數(shù)據(jù)的4個(gè)概念的知識(shí)發(fā)現(xiàn)；并提供了應(yīng)用SOM挖掘不完整數(shù)據(jù)的概念解釋的圖解。第五部分建立用于操控SOM的概念解釋查詢工具。第六部分介紹一個(gè)例子，該例子應(yīng)用咨詢工具對(duì)一個(gè)學(xué)生判斷測(cè)量的數(shù)據(jù)集進(jìn)行熟練操作SOM系統(tǒng)的概念建構(gòu)。最后，第七部分作了結(jié)束語。 2 數(shù)據(jù)缺失問題 不完整數(shù)據(jù)集普遍存在于數(shù)據(jù)挖掘中。數(shù)據(jù)缺失的解決辦法有許多種,其中對(duì)付不完整數(shù)據(jù)的一種方便辦法是將那些已記錄沒有價(jià)值的數(shù)據(jù)集排除掉。然而這忽略了這些記錄中潛在的有用信息。萬一缺失數(shù)據(jù)的比重較大，從篩選過的數(shù)據(jù)中得出的結(jié)論就會(huì)有偏頗或引起誤導(dǎo)。 另一種處理丟失數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單方法是用一類通用的“未知”來代替所有丟失數(shù) 據(jù)項(xiàng)。數(shù)據(jù)挖掘中，不確定的“未知”通常在丟失數(shù)據(jù)項(xiàng)中引起混亂和誤解。 對(duì)付缺失數(shù)據(jù)的第三種辦法是排除數(shù)據(jù)域中沒有價(jià)值的數(shù)據(jù)。對(duì)于時(shí)序數(shù)列，可觀察到的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)可以插補(bǔ)。一般情況下，數(shù)據(jù)域中預(yù)期值可用于統(tǒng)計(jì)測(cè)量。然而，數(shù)據(jù)挖掘中，調(diào)研數(shù)據(jù)類型通常是隊(duì)、類，有多項(xiàng)選擇的，二進(jìn)制的。這些例子中，插補(bǔ)及特殊缺失數(shù)據(jù)變量的使用通常是不夠的。更為重要的是， 研究表明，解決缺失數(shù)據(jù)的有效辦法應(yīng)該總是獨(dú)立于問題之外去研究。 　　新近，發(fā)現(xiàn)損缺失數(shù)據(jù)集的合計(jì)概念方向有了精確的方法。這些方法與傳統(tǒng) 逼近法處理缺失數(shù)據(jù)截然不同，它著眼于缺失數(shù)據(jù)的整體，而不是個(gè)別缺失的價(jià) 值。這些方法的這個(gè)高級(jí)特征使不完整數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘得以加強(qiáng)。然而這些統(tǒng)計(jì) 方法有其局限性。首先，得假定缺失價(jià)值存在于隨機(jī)方式或者新遵循一定的分配 儀式。這些關(guān)于數(shù)據(jù)分配嚴(yán)格假定通常是無效的，特別對(duì)不完善數(shù)據(jù)的測(cè)定。第 二，這些數(shù)學(xué)模型通常是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，而不是“問題領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)”。實(shí)際上，由于數(shù) 據(jù)挖掘的目標(biāo)常常與具體問題域有關(guān)聯(lián)，一個(gè)單獨(dú)普通概念建構(gòu)算法不足以應(yīng)付 數(shù)據(jù)挖掘的多樣目標(biāo)。 數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)是鑒別有效的、新奇的、有潛在作用并最終可以理解的數(shù) 據(jù)模式的有實(shí)際意義的過程。根據(jù)這個(gè)定義，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)利用不完整數(shù)據(jù)進(jìn)行 數(shù)據(jù)挖掘概念構(gòu)建的兩個(gè)方面。首先，利用不完整數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘中，有效、 新奇、有用的標(biāo)準(zhǔn)隨問題而定。那就是，一個(gè)數(shù)據(jù)模式不單獨(dú)依賴于該模式估計(jì) 的統(tǒng)計(jì)力，也依賴于數(shù)據(jù)挖掘者。第二，通過對(duì)建立于計(jì)算機(jī)和人類認(rèn)識(shí)理論的 組合空間的啟發(fā)式研究，可以完成基于不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)。人機(jī)協(xié)作進(jìn)行概 念建構(gòu)就是在數(shù)據(jù)挖掘者和計(jì)算機(jī)之間發(fā)掘出新奇、似是而非、有用的、相關(guān)的 和有趣味性與缺失數(shù)據(jù)相關(guān)的知識(shí)的人機(jī)交互式過程。 照我們看來，數(shù)據(jù)挖掘與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)在處理缺失數(shù)據(jù)方面有很多不同。 (1)數(shù)據(jù)挖掘試圖從數(shù)據(jù)中去發(fā)掘出無疑的、潛在的有用模式，是由于數(shù)據(jù)挖掘者的新奇目標(biāo)在于缺失數(shù)據(jù)而不在于估計(jì)個(gè)別缺失數(shù)據(jù)的價(jià)值。 (2)數(shù)據(jù)挖掘是人類知識(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)道中心環(huán)節(jié)工具,該過程是通過人機(jī)交互而認(rèn) 識(shí)到由集合水平上缺失數(shù)據(jù)引起的沖擊，更甚于僅用基于未經(jīng)證實(shí)的假設(shè)的數(shù)學(xué) 方法得出的結(jié)論。 3.概念建構(gòu)的工具：自映射組織（SOM） 　　 假如有一個(gè)很大多維集調(diào)研的例子，通常就會(huì)有很大一部分觀察資料丟失 價(jià)值，然而并非所有的缺失數(shù)據(jù)都引起數(shù)據(jù)挖掘者的興趣。因此，對(duì)于一個(gè)有巨 大數(shù)據(jù)來說，任何簡(jiǎn)單的強(qiáng)力搜索缺失數(shù)據(jù)的方法都是不可行，而且，當(dāng)數(shù)據(jù)挖 掘者通過數(shù)據(jù)挖掘僅為了找出問題或者發(fā)展概念時(shí)該方法是沒有用的。為明確問 題或創(chuàng)建概念，數(shù)據(jù)挖掘者需要一種工具來觀察可利用數(shù)據(jù)與缺失數(shù)據(jù)的確定模 式。 由于自映射組織（SOM）比流行的k-群集算法在計(jì)算方面更有效率，因此在群集分組中廣泛應(yīng)用。更為重要的是，SOM為數(shù)據(jù)挖掘者提供數(shù)據(jù)的可視化，用來觀察多維數(shù)據(jù)。研究表明，SOM在數(shù)據(jù)挖掘中鑒別未可懷疑的數(shù)據(jù)模式中很有效。特別是，SOM可用在多變量測(cè)量數(shù)據(jù)的集群分析。這個(gè)研究更進(jìn)一步，把SOM作為有關(guān)缺失數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)的工具。不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)是為了研究缺失數(shù)據(jù)的模式，如同這些缺失數(shù)據(jù)對(duì)基于完整數(shù)據(jù)的挖掘結(jié)果的潛在沖擊。下面例子說明，SOM提供一種人機(jī)協(xié)作從缺失價(jià)值的數(shù)據(jù)中建構(gòu)概念的機(jī)制。 SOM能輸入模式中,通過無人監(jiān)督（競(jìng)爭(zhēng)的）學(xué)習(xí)過程,學(xué)會(huì)一定有用的特征， 以及把多維數(shù)據(jù)繪制到低維圖片，這樣數(shù)據(jù)挖掘者可觀測(cè)到集群圖片。圖1描述了研究中應(yīng)用二層SOM的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。低層節(jié)點(diǎn)（輸入節(jié)點(diǎn)）通過采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)接收輸入數(shù)值。高層節(jié)點(diǎn)（輸出節(jié)點(diǎn)）在無人監(jiān)督學(xué)習(xí)后回饋輸入的組織映象。每個(gè)低層節(jié)點(diǎn)都經(jīng)過一個(gè)可變聯(lián)接權(quán)量，聯(lián)結(jié)到每個(gè)高層節(jié)點(diǎn)。 SOM無人監(jiān)督學(xué)習(xí)過程可簡(jiǎn)要如下所述。開始時(shí)聯(lián)結(jié)承載較小隨機(jī)數(shù)學(xué)。輸入節(jié)點(diǎn)接收由采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)引入的輸入代表向量。輸入向量經(jīng)過聯(lián)接傳送到輸出節(jié)點(diǎn)。激活的輸出節(jié)點(diǎn)依賴于輸入。在勝者通吃的競(jìng)爭(zhēng)制度中，與輸入向量有最相似的權(quán)量的輸出節(jié)點(diǎn)被激活。在學(xué)習(xí)階段，權(quán)量依照Kohonen的學(xué)習(xí)規(guī)則更新。 權(quán)量更新僅存在于激活的輸出節(jié)點(diǎn)以及拓?fù)溧忺c(diǎn)（如圖1）。在這種一維空間輸出事例中，我們假定了一個(gè)線性鄰域。該鄰域開始很大，尺寸隨時(shí)間慢慢減小。因?yàn)閷W(xué)習(xí)速度將趨于零，學(xué)習(xí)進(jìn)程也將最終集于一點(diǎn)。 引入足夠的輸入向量后，權(quán)量將指定群集以便本地群集密度函數(shù)趨于接近輸 入向量的密度函數(shù)。由于共享相似拓?fù)涞墓?jié)點(diǎn)對(duì)相似輸入敏感，所以權(quán)量得組織。因而SOM的輸出節(jié)點(diǎn)要組織，同時(shí)，在預(yù)先并不了解聚類中心的情況下，也體現(xiàn)真實(shí)自映射組織聚類。讀者可到12章中看更詳細(xì)內(nèi)容。 4、不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu) 　　這篇文章中，不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)通過兩個(gè)階段來完成的。首先，SOM應(yīng)用于完整數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集中，顯示了引入聚類的數(shù)據(jù)的不同尋常的模式。基于這些聚類，數(shù)據(jù)挖掘者能鑒別出明確的數(shù)據(jù)模式，并清晰說清楚問題。其次，與正被討論的聚類有關(guān)聯(lián)的缺失價(jià)值的不完整數(shù)據(jù)，構(gòu)造出新概念。這一段中，數(shù)據(jù)挖掘者估計(jì)了缺失數(shù)據(jù)對(duì)問題鑒別以及發(fā)展與缺失數(shù)據(jù)相關(guān)的知識(shí)的沖擊。第一階段的任務(wù)跟大部分SOM在聚類鑒別的應(yīng)用一樣。這篇文章集中目標(biāo)于第二階段，并計(jì)劃了不完整數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的概念建構(gòu)的方法。下一步，我們建造四個(gè)概念作為不完整數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的知識(shí)發(fā)現(xiàn)。如同本文后面所講的，通過人協(xié)作和基于SOM的可視化數(shù)據(jù)，這些概念能夠建造出來。 4.1　可靠性 依照正被調(diào)查的問題，可靠性概念顯示了缺失數(shù)據(jù)的范圍。有兩個(gè)指數(shù)應(yīng)用 于該概念。 C1：/ 是缺失價(jià)值數(shù)據(jù)采樣的數(shù)量，是使用的聚類鑒定的完整價(jià)值的數(shù)據(jù)采樣的數(shù)量。顯然，/的值越高，聚類的觀測(cè)可靠性越低。 C2:(i)/(i) (i)是變量i的缺失數(shù)值，(i)是使用的聚類鑒定的采樣變量i的數(shù)值。再則，根據(jù)變量i，(i)/(i)的值越大，聚類的觀測(cè)可靠性越低。 　　4.2 隱匿 　　隱匿的概念揭示一次觀測(cè)結(jié)果的值在一定范圍內(nèi)變化意味著將在另一個(gè)變量中丟失價(jià)值。 C3: (i)|x(j)=(a,b) (i)是變量i的漏測(cè)值，x(j)是變量j的值，而（a,b）是x(j)的值的范圍。 索引揭示了測(cè)量疑問的不確定答案的程度，例如“未知”和“中立的”，或者組織缺失數(shù)據(jù)的意圖，例如“不想告訴”。 4.3　反求運(yùn)算 反求運(yùn)算的概念揭示了變量同時(shí)更可能缺失值。 C4:(i,j)/(i) (i,j)是變量i和j的漏測(cè)值, (i)是變量i的漏測(cè)值。C4這個(gè)概念揭示兩個(gè)變量的漏測(cè)值的相互關(guān)系。(i,j)/(i)的值越大，漏測(cè)值之間的相互關(guān)系越緊密。 4.4、條件效應(yīng) 條件效應(yīng)這個(gè)概念揭示了聚類鑒別的潛在變化，若缺失價(jià)值已完成。 C5: |=k是數(shù)據(jù)挖掘者感覺到的聚類的變化量，代表變量i的所有漏測(cè)值，而k是測(cè)量中可能出現(xiàn)的可能值。特別地，k={max,min,p}，max是刻度的最大值，min是刻度的最小值，而p是隨機(jī)變量在完整數(shù)據(jù)中的同種分布函數(shù)的值。對(duì)漏測(cè)值來說，賦予k不同的值，數(shù)據(jù)挖掘者可能觀測(cè)到聚類的變化，然后重新限定問題。 簡(jiǎn)言之，不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)是一門學(xué)問的發(fā)展過程。不完整數(shù)據(jù)中建造一個(gè)新概念，需要數(shù)據(jù)挖掘者去明確建構(gòu)中的特別問題。漏測(cè)值的四個(gè)概念是可靠性、隱匿性、求反運(yùn)算及條件效應(yīng)。下一步我們逐步展開不完整數(shù)據(jù)概念建構(gòu)中的質(zhì)疑。我們質(zhì)疑的目的是使數(shù)據(jù)挖掘者能夠通過使用SOM來操作實(shí)驗(yàn)過程，從而建造出新的與問題相關(guān)的概念。 5、概念建構(gòu)的詢問處理 結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）這種查詢工具具有特征，這種標(biāo)準(zhǔn)查詢語言常用于相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)據(jù)挖掘，由于數(shù)據(jù)庫(kù)信息檢索的最終目標(biāo)是通過應(yīng)用多變技術(shù)的明確表達(dá)的知識(shí)，創(chuàng)造一種單純的標(biāo)準(zhǔn)查詢語言能滿足數(shù)據(jù)挖掘的各個(gè)目的是不太可能的。然而，為了維持人機(jī)協(xié)作高效運(yùn)轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)挖掘中可視化詢問處理很必要。這個(gè)研究通過基于SOM的聚類分析，發(fā)展一套查詢函數(shù)來幫助數(shù)據(jù)挖掘者建造與缺失數(shù)據(jù)相關(guān)的概念。 基于SOM數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算環(huán)境是微軟的Excel。這使資料庫(kù)、SOM程序與詢問處理有可能整合為一個(gè)單純環(huán)境。應(yīng)用微軟的Excel，依靠電子表格，數(shù)據(jù)得以儲(chǔ)存；通過宏指令（VBA）SOM程序得以執(zhí)行；圖形函數(shù)支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化；宏指令也使得查詢處理函數(shù)能夠運(yùn)行。圖2描述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)細(xì)節(jié)。解決了基于PC的軟件問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單而易于執(zhí)行。然而，從實(shí)際應(yīng)用的觀點(diǎn)來看，軟件系統(tǒng)限制了數(shù)據(jù)挖掘中數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模。 　　七組查詢函數(shù)已發(fā)展起來，對(duì)應(yīng)于上一節(jié)所描述數(shù)據(jù)挖掘中的四個(gè)概念以及一般操作函數(shù)。通過圖形用戶界面，數(shù)據(jù)挖掘者使用詢問處理系統(tǒng)。 5.1 獲得完整數(shù)據(jù)的聚類 數(shù)據(jù)挖掘者使用查詢函數(shù)來觀測(cè)聚類及鑒定不用懷疑的完整價(jià)值數(shù)據(jù)集模式。基于那些聚類，數(shù)據(jù)挖掘者明確問題所在。數(shù)據(jù)挖掘者能夠選擇適合SOM數(shù)據(jù)庫(kù)的變量，并設(shè)置拓?fù)浜蚐OM參數(shù)便于管理的聚類的號(hào)碼。聚類的數(shù)量非常依賴于自然數(shù)據(jù)和SOM參數(shù)間的復(fù)雜關(guān)系。然而，通過減少SOM輸出節(jié)點(diǎn)的數(shù)量及調(diào)整巨大的學(xué)習(xí)率和初始化領(lǐng)域，數(shù)據(jù)挖掘者通常能夠減少聚類的數(shù)量；反之亦然。 應(yīng)用這個(gè)查詢函數(shù)，數(shù)據(jù)挖掘者能夠描繪所查詢的SOM聚類。由于一個(gè)聚類的邊界線在圖中通常是模糊不清的，對(duì)聚類的描繪只能基于他或她對(duì)聚類的感知。在內(nèi)部，對(duì)應(yīng)觀測(cè)采樣，輪廓與聚類的SOM輸出節(jié)點(diǎn)相關(guān)。這使電腦程序追溯聚類到數(shù)據(jù)成為可能。查詢函數(shù)返回該聚類的變量的值的范圍。 5.2 SOM的保存和更正 查詢是為了保存和更正的SOM的一般操作，如同設(shè)置數(shù)據(jù)樣值的參數(shù)、變量。數(shù)據(jù)挖掘者能夠把一系列的SOM結(jié)果與不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)相比較。 5.3 查明 C1:/ 通過SOM選定變量和確認(rèn)聚類后，數(shù)據(jù)挖掘者想知道的是觀測(cè)到的聚類的可靠性如何。這個(gè)查詢?cè)试S數(shù)據(jù)挖掘者去查明/中SOM培訓(xùn)所用變量。如果/的值大，數(shù)據(jù)挖掘者能夠發(fā)現(xiàn)個(gè)別變量的可靠性，如下面所述的。 5.4 查明C2： (i)/(i) 數(shù)據(jù)挖掘者可能對(duì)某一變量感興趣。應(yīng)用這個(gè)查詢，他能夠根據(jù)這個(gè)別的變量來核查聚類的觀測(cè)是否可靠。 5.5 查明C3： (i)/x(j)=(a,b) 該查詢函數(shù)能夠讓數(shù)據(jù)挖掘者查明一個(gè)變量的缺失值與別一變量的值的范圍之間的相互關(guān)系。這種關(guān)系提供如數(shù)值什么時(shí)候會(huì)丟失之類的信息。應(yīng)用該查詢，數(shù)據(jù)挖掘者詳細(xì)查明兩個(gè)變量如缺失值之間可能的相互關(guān)系、已一個(gè)變量知值的范圍及在其他變量中發(fā)現(xiàn)有缺失值的觀測(cè)的數(shù)量。 5.6 查明C4： (I,j)/(i) 該查詢函數(shù)能夠讓數(shù)據(jù)挖掘者找出兩個(gè)變量間缺失值的相互聯(lián)系。應(yīng)用該查詢，數(shù)據(jù)挖掘者首先選擇兩個(gè)與問題相關(guān)的變量進(jìn)行調(diào)查，然后查明這兩個(gè)變量可能總共多久一次丟失值。 5.7 查明C5：=k 該查詢函數(shù)允許數(shù)據(jù)挖掘者用假定值代替缺失值，及觀察聚類的變化。假定值可能是最大與最小值中間的任何數(shù)。與返回詳細(xì)數(shù)據(jù)不同，查詢函數(shù)返回多樣的映射以便數(shù)據(jù)挖掘者用不同的k值比較聚類?；诩俣ǚ治鲈囼?yàn)，數(shù)據(jù)挖掘者能夠在感知缺失值在確定問題中的沖擊。 6、用一個(gè)例子來學(xué)習(xí)概念建構(gòu) 這一節(jié)中我們用一個(gè)例子來闡明不完整測(cè)量數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)中基于SOM的查詢系統(tǒng)的應(yīng)用。學(xué)生的教師調(diào)查法在大學(xué)中廣泛應(yīng)用于估評(píng)教授的教學(xué)質(zhì)量。研究中沿用的數(shù)據(jù)來自加拿大大學(xué)一個(gè)學(xué)生對(duì)教師調(diào)查法（附件A）。在這個(gè)例子中二十一個(gè)問題描述了一個(gè)教師的表現(xiàn)特征。每個(gè)問題都有五個(gè)等級(jí)的答案讓學(xué)生回答。一個(gè)問題得高分表明問題的答案是積極的。這些問題的加權(quán)平均數(shù)由聯(lián)系于評(píng)價(jià)教學(xué)效果的多種數(shù)據(jù)組成。學(xué)校教學(xué)中心的一個(gè)任務(wù)是了解教學(xué)中的問題，以便采取相應(yīng)方法（例如，教學(xué)研究會(huì)及研究所）去攻克這些問題。 由于二十個(gè)問題與一個(gè)班級(jí)學(xué)期教學(xué)效果評(píng)估相關(guān)，二十個(gè)變量組成SOM的多維數(shù)。最后一個(gè)問題與教師分級(jí)相關(guān)。研究中，該變量用于與低效教學(xué)相關(guān)的選擇，而這些教學(xué)基于該問題全部測(cè)量數(shù)據(jù)的中間值。 表1 概念建構(gòu)的例子 聚類 （采樣%） 問題相關(guān)變量 基于完整數(shù)據(jù)的問題鑒別 不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu) 1 (24.8) V16,v18 學(xué)生測(cè)試結(jié)果需要更 多令人信服的解釋 測(cè)試和分配不能夠?qū)? 學(xué)生提供反饋?zhàn)饔? 對(duì)即時(shí)分級(jí)不滿意的學(xué)生， 通常對(duì)他們能否得到對(duì) 工作有益注解漠不關(guān)心 2 (26.6) V14 應(yīng)該更好規(guī)劃測(cè)試和分配 對(duì)課程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)忽略看法 的學(xué)生通常對(duì)適當(dāng)測(cè)試或 者布置規(guī)劃漠不關(guān)心 3 (12.7) V1,v20 不能很好描述困難概念；特 別是，課本沒有給出太多幫 助時(shí) 雖然v20的缺失值率最高， 缺失值對(duì)問題鑒定不具 嚴(yán)重沖擊 收集3823個(gè)無效教學(xué)質(zhì)量觀測(cè)采樣數(shù)據(jù)后可確認(rèn)這個(gè)學(xué)校的教學(xué)問題。這些數(shù)據(jù)中，2788個(gè)是完整的。 　　SOM聚類分析方法應(yīng)用于預(yù)先確認(rèn)完整數(shù)據(jù)中的問題。使用300個(gè)SOM輸出節(jié)點(diǎn)、200個(gè)初始化領(lǐng)域節(jié)點(diǎn)后，初始學(xué)習(xí)率是0.01，2000個(gè)學(xué)習(xí)疊代后，SOM顯示四出聚類。一個(gè)聚類表明有一組存在低值，該值在進(jìn)一步分析后排除幾乎所有變量后得出的。三個(gè)聚類有蘊(yùn)含意義。 根據(jù)聚類分析，發(fā)現(xiàn)接收到低值的變量v1,v14,v16,v18和v20比較特別，與無效教學(xué)有關(guān)，如表1中前三行所述。 然后不完整數(shù)據(jù)用于建造該問題的新概念。 6.1 C1:/ 雖然觀測(cè)資料的不完整率達(dá)對(duì)整個(gè)測(cè)量來說高達(dá)37%，根據(jù)關(guān)系密切的變量（v1,v14,v16,v18和v20），/是5.2%，這說明最初識(shí)別的問題通常有效的。 6.2 C2:(i)/ 在這五個(gè)變量中，缺失值率最高是v20，達(dá)8.6%,這說明這變量（例如，無用的課本和教學(xué)材料）指示的無效教學(xué)的可靠性可能不如其他相關(guān)變量可靠。 6.3 C3:=(a,b) v16的缺失值率是2.2%。然而，52.1%的缺失值來自觀測(cè)函數(shù)x(v15)=[1,3]。這說明不滿意即時(shí)分級(jí)通常對(duì)他們能否收到對(duì)他們工作有益意見漠不關(guān)心。 6.4 C4: v14的缺失值率是3.7%。然而v14與v10由式子=33.6%緊密相聯(lián)在一塊。這說明忽略課程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的看法的學(xué)生，通常對(duì)測(cè)試或分配要適當(dāng)計(jì)劃漠不關(guān)心。 6.5. C5: =k 這個(gè)例子中，v20缺失值最高(達(dá)8.6%)。數(shù)據(jù)挖掘者可能想了解缺失數(shù)據(jù)的潛在沖擊。在完整數(shù)據(jù)中，V20的最小值是1，最大值是5，v20的概率分布是{0.11|v20=1，0.16|v20=2，0.21|v20=3，0.28|v20=4，0.24|v20=5}。設(shè)置好v20的缺失值的這些值之后，新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用來為SOM繪制示意圖。在完整數(shù)據(jù)中應(yīng)用相同的SOM拓?fù)洌俣ǚ治鲈囼?yàn)是引導(dǎo)。 如圖3所示，這個(gè)例子的全部的結(jié)論是，v20的缺失值對(duì)問題鑒定不具嚴(yán)重沖擊。 這個(gè)例子中，缺失值新的概念建構(gòu)在表1的第四欄中總結(jié)出來了。 這個(gè)例子闡述了被提議的概念建構(gòu)方法的使用，并提供一個(gè)提議方案的實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)。容易看出，這個(gè)例子研究的數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)值范圍相當(dāng)小。一般來說，比起這個(gè)例子來，數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用于在規(guī)模和維數(shù)大得多的數(shù)據(jù)集。 7. 結(jié)論 在數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域，不完整數(shù)據(jù)通常受到不公正對(duì)待。這篇文章提議不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)，并提及了四個(gè)種類的缺失值概念。對(duì)于問題鑒別、數(shù)據(jù)隱藏意圖、兩個(gè)變量的缺失值求反運(yùn)算以及缺失數(shù)據(jù)的條件效應(yīng)，這些是可靠的。由于SOM在聚類和數(shù)據(jù)可視化方面的優(yōu)勢(shì)，而被選作概念建構(gòu)的工具?；赟OM聚類分析，這篇文章接著建議七類查詢函數(shù)來建構(gòu)不完整數(shù)據(jù)概念。使用這些查詢函數(shù)，數(shù)據(jù)挖掘者能夠建構(gòu)與數(shù)據(jù)挖掘問題鑒別相關(guān)的新的概念。雖然與真實(shí)事例不同，但它已被證明，概念建構(gòu)的模式能更好用在知識(shí)發(fā)現(xiàn)方面。 知識(shí)發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)是個(gè)正在成長(zhǎng)的領(lǐng)域。一般來說，知識(shí)發(fā)現(xiàn)開始于原始的問題鑒別。然而問題鑒別典型地證實(shí)為數(shù)據(jù)庫(kù)和一般統(tǒng)計(jì)算法力所不及的。在知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程中，必須建造新的概念使數(shù)據(jù)不那么神秘?？傊?，不完整數(shù)據(jù)的概念建構(gòu)為知識(shí)發(fā)展提供有效的技術(shù)，因而，基于數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)問題領(lǐng)域和挖掘者的對(duì)缺失數(shù)據(jù)的感知，他能夠說明數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果。以后的工作包括在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主機(jī)上執(zhí)行軟件系統(tǒng)，并進(jìn)一步評(píng)估被提議在更大范圍的數(shù)據(jù)集的方法。 產(chǎn)品簡(jiǎn)介： 產(chǎn)品信息型號(hào)： DK7732 規(guī)格： 320×400×200 mm 機(jī)床參數(shù)： 工作臺(tái)面尺寸（長(zhǎng)×寬）：630×400 mm 工作臺(tái)行程（X×Y）：320×400 mm 最大切割厚度： 200 mm 最大切割斜度/工作厚度：±1.5°/50mm 最大切割速度： 100 m㎡/min 最大加工電流：6 A 加工表面粗糙度：Ra≦2.25 μm 電極絲直徑范圍：0.13～0.25 mm 走絲速度：變頻調(diào)速 11.6 m/sec或5.8 m/sec 工作臺(tái)承載重量：400 kg 工作液：線切割專用工作液工作液箱容量：50 L 機(jī)床供電電源：AC 3N 380V±10% 50Hz 機(jī)床消耗功率：2 KVA 機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1720×1322×1800 mm 機(jī)床重量：2200 kg 可選用控制機(jī)類型：BKDC 具體產(chǎn)品外觀與安裝簡(jiǎn)圖 南 華 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 題 目： DK 7732 數(shù) 控 高 速 走 絲 電 火 花 線 切 割 機(jī) 及 控 制 系 統(tǒng) 起址時(shí)間： 2005 年 2 月 28 日 至 2005 年 6 月 12 日 學(xué)生姓名： 劉 建 榮 專業(yè)班級(jí)： 機(jī) 械 011 班 指導(dǎo)老師： 教研室主任： 院 長(zhǎng)： 2005 年 6 月 12 日 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求: (一) 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點(diǎn)，確定新設(shè)計(jì)電火花線切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 2．進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)總體方案及控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 3．完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4．完成控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。 (二)任務(wù)和要求： 1．根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，繪制出數(shù)控電火花線切割機(jī)總圖一張（A0手工圖）。 2．進(jìn)行運(yùn)絲系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，繪制出運(yùn)絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖一張（A0計(jì)算機(jī)圖）。 3．進(jìn)行坐標(biāo)工作臺(tái)德望運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)度計(jì)算，繪制出坐標(biāo)工作臺(tái)縱向（X方向）、橫向（Y方向）或運(yùn)絲拖板（U、V）進(jìn)給機(jī)構(gòu)部裝圖一張（A1計(jì)算機(jī)圖）。 4．根據(jù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，繪制出控制系統(tǒng)電路圖一張（A0計(jì)算機(jī)圖）。 5．繪制出線切割機(jī)電器電路圖一張（A0計(jì)算機(jī)圖）。 6．繪制出貯絲筒或滾珠絲桿零件圖一張（A1三維計(jì)算機(jī)圖）。 7．科技譯文（不少于3000漢字）。 8．編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一套（不少于一萬字，有英文摘要，有程序清單、全部用計(jì)算機(jī)打出）。 指導(dǎo)老師： 2005年2月28日 南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)（論文）題目來源 自選課題 設(shè)計(jì)（論文）題目類型　 工程設(shè)計(jì)類 起止時(shí)間 2005年2月28日至2005年6月12日 一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義： 數(shù)控高速走絲電火花線切割加工是一種直接利用電能進(jìn)行加工的新工藝。這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于加工淬火鋼，不銹鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料；已成為切削加工的重要補(bǔ)充和發(fā)展。 我們的設(shè)計(jì)的數(shù)控高速走絲電火花線切加工機(jī)床是一個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)的橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)是用步進(jìn)電機(jī)控制的，提高生產(chǎn)效率。 我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用。通過這次設(shè)計(jì)，更好的掌握了專業(yè)知識(shí)，對(duì)其也有更深入的理解，這對(duì)我們將來的工作、學(xué)習(xí)都是一個(gè)莫大的幫助，我們受益匪淺 二、 設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線） 1、 調(diào)查研究電火花線切割機(jī)的加工特點(diǎn)，確定新設(shè)計(jì)電火花線切割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。 2、 進(jìn)行數(shù)控電火花線切割機(jī)總體方案及控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 3、 完成電火花線切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4、 完成控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。 三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)： 在這次設(shè)計(jì)中，數(shù)控高速走絲電火花線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)部分是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。由于可參考的資料非常少，所學(xué)的單片機(jī)的知識(shí)有限，這也加大了我們的設(shè)計(jì)難度。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是數(shù)控高速走絲電火花線切割加工機(jī)床的一個(gè)重點(diǎn)，它是通過8031芯片的擴(kuò)展，經(jīng)過光電耦合電路，功率放大電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 脈沖電源電路又是一個(gè)重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。我采用的是高低壓復(fù)式脈沖電源，它是由晶體管和分立元件組成的電路，輸出高低壓復(fù)式脈沖，可以同時(shí)供給兩個(gè)放電間隙加工，提高加工生產(chǎn)率。由于時(shí)間倉(cāng)促，對(duì)這部分設(shè)計(jì)還不夠完善，下步工作可深入研究。 四、 設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）： 研究方法：1：參考各種設(shè)計(jì)手冊(cè) 2：通過網(wǎng)絡(luò)，查閱各種相關(guān)資料 3：在設(shè)計(jì)過程中遇到問題向指導(dǎo)老師請(qǐng)教，直到解決問題 研究步驟：1：查閱資料，選擇相關(guān)書籍，寫開題報(bào)告。 2：根據(jù)技術(shù)要求，確定原始參數(shù)。 3：根據(jù)原始參數(shù)，通過計(jì)算，確定大致尺寸。 4：校核計(jì)算結(jié)果，開始總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 5：以鉸接機(jī)構(gòu)，車架的重載能力為重點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 6：確定具體尺寸，選用標(biāo)準(zhǔn)件 7：繪制圖紙，準(zhǔn)備答辯。 我們所安排的進(jìn)度如下： 完成日期 內(nèi) 容 圖 號(hào) 2/28-3/15 1.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的外觀圖 A0（手工） 3/16-3/26 2.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的儲(chǔ)絲走絲部件設(shè)計(jì) A0（計(jì)算機(jī)） 3/27-4/27 3.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的工作臺(tái)設(shè)計(jì) A0（計(jì)算機(jī)） 4/28-5/8 4.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的線架、導(dǎo)輪設(shè)計(jì) A0（計(jì)算機(jī)） 5/8-5/12 5.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的主軸設(shè)計(jì) A1（計(jì)算機(jī)） 5/12-5/19 6.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 A0（計(jì)算機(jī)） 5/12-5/23 7.脈沖電源電路圖 A0（計(jì)算機(jī)） 5/24-6/3 8.數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床設(shè)計(jì)的說明書 6/4-6/12 9.審圖后的返工和修改 五、 進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： 這四個(gè)月的設(shè)計(jì)中，我們多次去機(jī)械工程學(xué)院的數(shù)控實(shí)驗(yàn)室去參觀CNC電火花線切割加工機(jī)床。了解它的基本結(jié)構(gòu)，工作原理。對(duì)CNC電火花線切割加工機(jī)床有了一個(gè)整體的概念以后，我們多方面收集資料，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，這花費(fèi)了我們不少時(shí)間。 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)暫告一個(gè)段落后，我們開始研究電火花線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)部分。我們查閱了許多數(shù)控機(jī)床控制部分設(shè)計(jì)的資料，又結(jié)合了電火花線切割加工機(jī)床的控制系統(tǒng)，進(jìn)行了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和脈沖電源電路的設(shè)計(jì)。 運(yùn)用AUTOcad, Protel, Solidworks軟件畫圖。 設(shè)計(jì)者：劉建榮 05年 6 月 12日 六、 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 05 年 月 日 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求： 指導(dǎo)老師： 年 月 日 摘要: 電火花線切割加工（wire-EDM）是一種基于電火花加工技術(shù)的適應(yīng)性流程加工技術(shù)，它可以被用在具有二維到三維復(fù)雜形狀的而且是導(dǎo)電的原材料的加工上。電火花線切割加工最常見的應(yīng)用是在壓模、擠壓模、粉末冶金的鑄模和標(biāo)準(zhǔn)摸板的裝配工中。這樣就可以加工出以往依靠花費(fèi)很高磨床或昂貴的傳統(tǒng)意義上的電火花的電極來進(jìn)行加工的工件。由于電火花線切割加工技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械、電工、電子、數(shù)控、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多門學(xué)科、專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用。 我的設(shè)計(jì)課題是DK7732數(shù)控高速走絲電火花線切割機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。DK為數(shù)控電加工機(jī)床，77為電火花線切割機(jī)床，32為機(jī)床工作臺(tái)寬度。 此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)，橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)，其中還包括齒輪的強(qiáng)度計(jì)算，滾珠絲桿較核，軸承壽命的驗(yàn)算。控制系統(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)控制電路和脈沖電源電路，這是數(shù)控電火花加工機(jī)床的重點(diǎn)設(shè)計(jì)部分，也是難點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。詳細(xì)說明了芯片的擴(kuò)展、鍵盤顯示器接口的設(shè)計(jì)等等。脈沖電源電路采用高低壓復(fù)式脈沖電源，它是由晶體管及分立元件組成的電路，輸出高低壓復(fù)式脈沖，可以同時(shí)供給兩個(gè)放電間隙加工，提高生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵字：數(shù)控高速電火花線切割加工、主軸運(yùn)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)、脈沖電源。 Abstract: Wire electrical-discharge machining(wire-EDM) is an adaptation of the basic EDM process, which can be use for cutting complex two-and-three-dimensional shapes through electrically conducting materials. Wire-EDM is most commonly used for the fabrication of press stamping dies, extrusion dies, powder composition dies, profile gages, and templates. Complicated cutouts can be made in difficult-to-machine metals without the need for high-cost grinding or expensive shaped EDM electrodes, Because the technology of wire electrical-discharge machining is the technology of mechatronics, and it is the integrate application of many subjects and professional knowledge, for example mechanism, electrician, electron, numerical control, auto control and computer application. My design subject is DK7732 numerical control electrical-discharge perforation molding machining tool. DK means numerical control machining tool. 77 means wire electrical-discharge perforation molding machining tool. 32 means the width of tool’s worktable. The design contains collectivity distribution design, landscape orientation feed design, portrait feed design, circumgyrate worktable design. It still includes intension calculation of gear wheel, the checking of ball bearing pole and the calculation of axis gearing life-span. The controlling system part contains the circuit of step-by-step electromotor control and the circuit of pulse electrical source. This part is the most important part of numerical control electrical-discharge machining tool, and it is very hard for me. The design of step-by-step electromotor control includes hardware circuit design and software system design. It explains the enlarging of CMOS chip and the design of keyboard display interface. The circuit is composed by transistor and unattached elements, it exports high and low voltage pulse, which can apply with two electrical-discharge interval and improve productivity. Key words: Numerical control wire electrical-discharge machining, principle axis motion, step-by-step electromotor, pulse electrical source 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 引言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從2005年2月28號(hào)開始到本年的六月中旬結(jié)束，長(zhǎng)達(dá)四個(gè)月。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一名在校大學(xué)生最后的一次也是最重要的一次設(shè)計(jì)，說其重要主要是因?yàn)樗鼘z驗(yàn)?zāi)阍诖髮W(xué)生活中所學(xué)知識(shí)的扎實(shí)程度，期間你必須復(fù)習(xí)所學(xué)過的一些課程，學(xué)習(xí)一些要用到的新的知識(shí)，它還將練習(xí)你的動(dòng)手能力，思考能力，創(chuàng)新能力，是你在大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一次升華，是一個(gè)提升階段，更是走向工作崗位的一次練兵，因此我們都對(duì)此極為重視，更是投入了極大的熱情與努力來更好的完成它。 本次設(shè)計(jì)在顏競(jìng)成教授的悉心指導(dǎo)下分四個(gè)階段按部就班的有條不紊的進(jìn)行。第一階段是搜集整理階段。在本階段主要是搜集足夠的資料信息并對(duì)設(shè)計(jì)題目進(jìn)行分析和實(shí)地調(diào)查，做到心中清楚。本設(shè)計(jì)其實(shí)從2004年元旦就開始了，截止到2004年3月份第一張外觀圖繪制成功為止。第二階段是機(jī)械部分設(shè)計(jì)階段，本階段主要應(yīng)用大學(xué)里面所學(xué)到的餓專業(yè)知識(shí)來進(jìn)行運(yùn)絲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和坐標(biāo)工作臺(tái)的橫向和縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外還要進(jìn)行儲(chǔ)絲筒的三維零件設(shè)計(jì)。本階段主要是從三月份到五月份。五月份到六月份則是第三階段：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。主要進(jìn)行電器電路設(shè)計(jì)，包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)和脈沖功率放大電路設(shè)計(jì)。本階段也是一個(gè)學(xué)習(xí)的階段，對(duì)自己不太熟悉的領(lǐng)域的一次學(xué)習(xí)。六月份開始就是最后一個(gè)階段：整理復(fù)習(xí)階段，主要從事前幾個(gè)階段的整理溫習(xí)，寫說明書。以及畢業(yè)答辯前的各項(xiàng)具體細(xì)節(jié)的準(zhǔn)備。 所以說每個(gè)階段都是十分緊張而有難度的，有些問題是由于設(shè)計(jì)的難度，有些還是因?yàn)樽约褐R(shí)上的欠缺和基礎(chǔ)不扎實(shí)造成的。可以說這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是個(gè)查缺補(bǔ)漏的機(jī)會(huì)。尤其是在同學(xué)的協(xié)助下，特別是在顏教授的指導(dǎo)下，遇到困難不逃避，主動(dòng)請(qǐng)教，主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考提出新方案，困難一個(gè)個(gè)的解決，才有了本次設(shè)計(jì)的成功。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我團(tuán)體協(xié)作精神和獨(dú)立作業(yè)的能力。專業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)自己將來都是一次具有深遠(yuǎn)影響的事情。 一、 總體方案設(shè)計(jì) (一)總體方案的擬定 1．電火花線切割機(jī)床具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能；還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等。因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。 2．電火花線切割機(jī)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定的加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 3．根據(jù)電火花線切割機(jī)床最大的加工尺寸，加工精度，控制速度和經(jīng)濟(jì)性要求，一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比。因此，可以選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 4．根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器；包括光隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其它輔助電路。 5．縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲桿螺母副組成，起傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 6．為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的餓機(jī)構(gòu)。 7．采用滾動(dòng)道軌可以減少道軌見的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。 在上述的基礎(chǔ)上，有條件的還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鉬絲的角度調(diào)節(jié)，使加工過程更加細(xì)致。 （二）主要技術(shù)參數(shù)的確定 技術(shù)參數(shù)主要包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)，尺寸參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。DK7732電火花線切割機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下： 工作臺(tái)行程/mm 500*320 最小切削厚度/mm 30（可調(diào)） 加工表面粗糙度Ra/μm 2.5 切割速度/mm/min 100 加工精度/mm 0.015 切割工件最大厚度/mm 300 電極絲移動(dòng)速度 1.1m/s 電極絲直徑 φ0.1~φ0.2mm 二、 儲(chǔ)絲走絲部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （一）儲(chǔ)絲走絲部件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是由絲筒電機(jī)正反轉(zhuǎn)得到的餓。電極通過聯(lián)軸節(jié)與絲筒連接，絲筒裝有齒輪，通過過度齒輪與絲桿上的齒輪齒合。絲桿固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板與底座采用裝有滾珠的V形滾動(dòng)導(dǎo)軌連接，這樣絲筒每轉(zhuǎn)一周拖板直線移動(dòng)相應(yīng)的距離，因此機(jī)床工作前應(yīng)根據(jù)零件厚薄和精度要求可在0.12mm到0.25mm之間調(diào)節(jié)。 1．對(duì)高速走絲機(jī)構(gòu)的要求 （1）高速走絲機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還要進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動(dòng)，以保證極絲在儲(chǔ)絲筒上整齊排繞。 （2）儲(chǔ)絲筒的徑向和軸向竄動(dòng)量要小。 （3）儲(chǔ)絲筒要能夠正反向旋轉(zhuǎn)，電極絲的走絲速度在7~12m/s范圍內(nèi)無級(jí)或有級(jí)可調(diào)，或恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）走絲機(jī)構(gòu)最好與床身相互絕緣。 （5）傳動(dòng)齒輪副、絲桿副應(yīng)具備潤(rùn)滑措施。 2、高速走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 高速走絲機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)絲筒組合件、上下拖板、絲桿副、齒輪副、換向裝置和絕緣件等部分組成，如下圖2.1所示 圖2.1DK7732機(jī)床的儲(chǔ)絲走絲系統(tǒng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 儲(chǔ)絲筒由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。儲(chǔ)絲筒另外一端通過二對(duì)齒輪減速后帶動(dòng)絲桿。儲(chǔ)絲筒、電動(dòng)機(jī)、齒輪都安裝在兩個(gè)支架上。支架及絲桿則安裝在拖板上，調(diào)整螺母安裝在底座上，拖板在底座上來回運(yùn)動(dòng)。螺母具有消除間隙的副螺母和彈簧，齒輪及絲桿螺距的搭配為設(shè)旋轉(zhuǎn)一圈拖板移動(dòng)0.25mm，所以該儲(chǔ)絲筒適用于φ0.25mm以下的鉬絲。 儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，無不正常振動(dòng)。滾筒外圓振擺應(yīng)小于0.03mm，反向間隙應(yīng)小于0.05mm，軸向竄動(dòng)應(yīng)完全徹底消除。 高頻電源的負(fù)端通過碳刷送到儲(chǔ)絲筒的尾部，然后傳到鉬絲上，碳刷應(yīng)保持良好接觸，防止機(jī)油或其它贓物進(jìn)入。 儲(chǔ)絲筒本身作為高速正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)、滾筒及絲桿的軸承應(yīng)定期拆洗并加潤(rùn)滑脂，換油期限可根據(jù)使用情況具體決定。其余中間軸、齒輪、三角導(dǎo)軌及絲桿、螺母等每班應(yīng)注油一次。 （1）儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件 儲(chǔ)絲筒旋轉(zhuǎn)組合件主要由儲(chǔ)絲筒、聯(lián)軸器和軸承組成。 ①儲(chǔ)絲筒 儲(chǔ)絲筒是電極絲穩(wěn)定移動(dòng)和整齊排繞的關(guān)鍵部件之一，一般用45號(hào)鋼制造。為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，筒壁應(yīng)盡量薄，按機(jī)床規(guī)格的不同，選用的范圍一般為1.5~5mm。為進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可選用鋁鎂合金材料制造。儲(chǔ)絲筒壁厚要均勻，工作表面要有較好的表面粗糙度，一般R為0.8μm。為保證絲筒組合件動(dòng)態(tài)平衡，應(yīng)嚴(yán)格控制內(nèi)孔、外圓對(duì)支撐部分的同軸度。儲(chǔ)絲筒與主軸裝配后的徑向跳動(dòng)量應(yīng)不大于0.01mm。一般裝配后，以軸的兩端中心孔定位，重磨儲(chǔ)絲筒外圓和與軸承配合的軸徑。 ②聯(lián)軸器 走絲機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)組合件的電極軸與儲(chǔ)絲筒中心軸，一般不采用整體的長(zhǎng)軸，而是利用聯(lián)軸器將二者聯(lián)在一起。由于儲(chǔ)絲筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間會(huì)受到正反向的剪切力，但由于這個(gè)力不大，且儲(chǔ)絲筒中心軸與電極軸有較高的同軸度要求。所以本設(shè)計(jì)采用YLD6剛性聯(lián)軸器。 （2）上下拖板 走絲機(jī)構(gòu)的上下拖板一般有下面二種滑動(dòng)導(dǎo)軌。 ①燕尾型導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。旋轉(zhuǎn)調(diào)整桿帶動(dòng)塞鐵，可改變導(dǎo)軌副的配合間隙。但該結(jié)構(gòu)制造和檢驗(yàn)比較復(fù)雜，剛性較差，傳動(dòng)中摩擦損失也較大。 ②三角、矩形組合式導(dǎo)軌，如下圖所示。導(dǎo)軌的配合間隙由螺釘和墊片組成的調(diào)整環(huán)節(jié)來調(diào)整。本設(shè)計(jì)采用三角、矩形組合式導(dǎo)軌。如下圖2.2 圖2.2 三角矩形組合式導(dǎo)軌 由于儲(chǔ)絲筒走絲機(jī)構(gòu)的上拖板一邊裝有運(yùn)絲電動(dòng)機(jī)，儲(chǔ)絲筒軸向兩邊負(fù)荷差較大。為保證上拖板能平穩(wěn)的往復(fù)移動(dòng)，應(yīng)把下拖板設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)以使走絲機(jī)構(gòu)工作時(shí)，上拖板部分可始終不滑出下拖板，從而保證拖板的剛度、機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)精度。 （3）齒輪副和絲桿副 走絲機(jī)構(gòu)上拖板的傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯?級(jí)減速齒輪副和一組絲桿副組成，它使儲(chǔ)絲筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，作相應(yīng)的軸向位移，保證電極絲整齊的排繞在儲(chǔ)絲筒上。 在本次設(shè)計(jì)線切割機(jī)中，走絲機(jī)構(gòu)是常是通過配換齒輪來改變儲(chǔ)絲筒的排絲筒的排絲距離，以適應(yīng)徘繞不同直徑的電機(jī)絲的要求。 絲桿副一般采用軸向調(diào)節(jié)法來消除螺紋配合間隙。為防止走絲電機(jī)換向裝置的失靈，導(dǎo)致絲桿副和齒輪副的損壞，在齒輪副中，可選用尼龍代替部分金屬齒輪。這不但可以在電機(jī)換向裝置失靈時(shí)，由于尼龍齒輪先損壞，保護(hù)絲桿副與走絲電機(jī)，還可以減少噪聲。但是由于要照顧專業(yè)知識(shí)的復(fù)習(xí)，所以決定選用傳統(tǒng)的金屬材料制造。 （4）線架、導(dǎo)輪部件結(jié)構(gòu) 線架與走絲機(jī)構(gòu)組成了電極絲的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。線架的主要功能是在電極絲按給定線速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺(tái)平面保持一定的幾何角度。對(duì)線架的要求是： ①具有足夠的剛度和強(qiáng)度，在電極絲運(yùn)動(dòng)（特別是高速走絲）時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)震動(dòng)和變形； ②線架的導(dǎo)輪有較高的運(yùn)動(dòng)精度，徑向偏擺和軸向竄動(dòng)不超過0.005mm； ③導(dǎo)輪與線架本體、線架與床身之間有良好的絕緣性能； ④導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件有密封措施，可防止帶有大量放電產(chǎn)物和雜質(zhì)的工作液進(jìn)入導(dǎo)輪軸承； ⑤線架不但能保證電極絲垂直于工作臺(tái)面，在具有錐度切割功能的機(jī)床上，還具有能使電極絲按給定要求保持與工作臺(tái)平面呈一定角度的功能。 線架按功能可以分為固定式、升降式和偏移式三種類型：按結(jié)構(gòu)可分為懸臂式和龍門式兩種類型。 懸臂式固定線架主要由線架本體、導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件及保持器等組成。 （1） 線架本體結(jié)構(gòu) 中、小型線切割機(jī)床的線架本體常采用單拄支撐、雙臂懸梁式結(jié)構(gòu)。由于支撐電極絲的導(dǎo)輪位于懸臂的端部，同時(shí)電極絲保持一定張力，因此應(yīng)加強(qiáng)線架本體的剛度和強(qiáng)度，使線架的上下懸臂在電極絲運(yùn)動(dòng)時(shí)不致振動(dòng)和變形。 為了進(jìn)一步提高剛度和強(qiáng)度，在上下懸臂間增加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。有的機(jī)床的線架本體有的采用龍門結(jié)構(gòu)。這時(shí)，工作臺(tái)拖板只沿一個(gè)坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)通過架在橫梁上的線架拖板來實(shí)現(xiàn)。 此外，針對(duì)不同厚度的工件，還有采用絲臂張開高度可調(diào)的分離式結(jié)構(gòu)，如下圖2.3所示。活動(dòng)絲臂在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，上下移動(dòng)的距離由絲桿副調(diào)節(jié)。松開固定螺釘時(shí)，旋轉(zhuǎn)絲桿帶動(dòng)固定于上絲臂體的絲母，使上絲臂移動(dòng)。調(diào)整完畢后擰緊固定螺釘，上絲臂位置固定下來。為了適用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，如下圖2.4所示： 圖2.3 可調(diào)式線架本體結(jié)構(gòu) 圖2.4 可移動(dòng)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(duì)導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的要求如下。 ?、賹?dǎo)輪V形槽面應(yīng)有較高的精度，V形槽底的圓弧半徑必須小于選用的電極絲半徑，保證電極絲在導(dǎo)輪槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。 ②在滿足一定強(qiáng)度要求下，應(yīng)盡量減輕導(dǎo)輪的質(zhì)量，以減少電極絲換向時(shí)的電極絲與導(dǎo)輪間的摩擦。導(dǎo)輪槽工作面應(yīng)有足夠的硬度，以提高其耐磨性。 ③導(dǎo)輪裝配后轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)輕便靈活，應(yīng)盡量減少軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。 ④進(jìn)行有效的密封，以保證軸承的正常工作條件。 2）導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)組合件的結(jié)構(gòu) 導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)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)。 懸臂支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上絲方便。但是因?yàn)閼冶壑?，張緊的電極絲運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性較差，難于維持較高的運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)也影響導(dǎo)輪和軸承的使用壽命。 雙支撐結(jié)構(gòu)為導(dǎo)輪居中，兩端用軸承支撐，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上絲麻煩。但是此種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較好，剛度較高，不容易發(fā)生變形及跳動(dòng)。 雙軸尖支撐結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪兩端加工成30錐形軸尖，硬度在RC60以上。軸承由紅寶石或錫磷青銅制成。該結(jié)構(gòu)易于保證導(dǎo)輪運(yùn)動(dòng)部件的同軸度，導(dǎo)輪軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)量可以控制在較小的范圍內(nèi)。缺點(diǎn)是軸尖運(yùn)動(dòng)副摩擦力大，易于發(fā)熱和磨損。為補(bǔ)償軸尖運(yùn)動(dòng)副的磨損，利用彈簧的作用力使運(yùn)動(dòng)副良好接觸。 通過比較以上三種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以看出第二種結(jié)構(gòu)比較適合作為DK7732高速走絲電火花線切割機(jī)床的導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)。 3）導(dǎo)輪的材料 為了保證導(dǎo)輪軸徑與導(dǎo)向槽的餓同軸度，一般采用整體結(jié)構(gòu)。導(dǎo)輪要求使用硬度高、耐磨性好的材料制成（如GCr15、W18Cr4V），也可以選用硬質(zhì)合金或陶瓷材料制造導(dǎo)輪的鑲件來增強(qiáng)導(dǎo)輪V形工作面的耐磨性和耐蝕性。 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(dòng)軸承中的問題，避免滾動(dòng)體與套杯工作表面在負(fù)荷作用下產(chǎn)生彈性變形，以及由此引起的軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)。因此，常用對(duì)軸承施加預(yù)負(fù)荷來解決。通常是在兩個(gè)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。預(yù)加負(fù)荷必須選擇得當(dāng)，若軸承受預(yù)加負(fù)荷過大，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生急劇磨損。同時(shí)，軸承必須清洗得很潔凈，并在顯微鏡下檢查滾道內(nèi)是否有金屬粉末、炭化物等，軸承經(jīng)清洗、干燥后，填以高速潤(rùn)滑脂，起潤(rùn)滑和密封作用。 （二）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度計(jì)算 1．齒輪傳動(dòng)比的確定 鉬絲絲距選擇0.25mm，儲(chǔ)絲筒每轉(zhuǎn)一周，拖板帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒移動(dòng)0.25mm，絲桿螺距選擇為3mm。 所以儲(chǔ)絲筒與絲桿見齒輪的傳動(dòng)比為： u==1：12； 采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，取u=1：4；u=1：3。 （1）齒輪齒數(shù)的確定 取Z=15；由于齒輪齒根與軸上鍵的距離不能為零。 即-（d+t）>2m 由d=16mm查設(shè)計(jì)手冊(cè)得： t=2.3mm； 而d=-2h =（Z-2ha-）m =（15-2-0.5）m =12.5m 代入上式得：12.5/2m-（16+2.3）/2>2m 取m=2； 又有Z=4Z=60 所以 =mZ=2×15=30mm =mZ=2×60=120mm 取Z=25；同理可得： 取m=3； 又有Z=3Z=75 所以 =mZ=3×25=75 =mZ=3×75=225 齒輪1，2中心距 a=（30+120）/2=75mm 齒輪3，4中心距 a=（75+225）/2=150mm 參考書籍《機(jī)械設(shè)計(jì)》 取 b=0.5d=0.5×30=15mm 其他數(shù)據(jù)如下 da=（Z＋2ha）m =（15+2×1）×2 =34mm da=124mm da=81mm da=231mm dr=（Z－2ha－2c）m =（15-2×1－2×0.25）×2 =25mm dr=115mm dr=67.5mm dr=217.5mm 1）傳動(dòng)件的估算 根據(jù)公式 d=91mm 其中 N——該傳動(dòng)軸的輸入功率 N=N 其中 N——電機(jī)頜定功率 η——從電機(jī)到該轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積 n——該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min 計(jì)算轉(zhuǎn)速n是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速 [φ]——每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m） 取　η=0.995，N=0.55kw N= Nη =0.55×0.995 =0.54725kw n=1390r/min d=91 =10.2mm 4.齒輪模數(shù)估算 齒輪彎曲疲勞估算： m32 =32× =1.039mm 齒面點(diǎn)蝕估算： A370 =370 =49.28mm 其中n為該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min，A為齒輪中心距 中心距A及齒數(shù)Z、Z求出模數(shù) m= = =1.31 取較大的那個(gè)模數(shù)，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，第一對(duì)齒輪傳動(dòng)取 m=2mm 第二對(duì)齒輪傳動(dòng)取 m=3mm 5.齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為 m=16300mm 式中： N——計(jì)算齒輪傳遞的頜定功率 N=ηNkw n——計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min ψ——齒寬系數(shù)，ψ=b/m，ψ常取6～10 Z——計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小的齒輪的齒數(shù) ——大小齒輪的齒數(shù)比 =，“+”用于外齒合，“-”用于內(nèi)齒合； k——壽命系數(shù)，k=； ——工作期限系數(shù)，= 齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)C n——齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min T——預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦T=15000～20000h ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù) ——材料強(qiáng)化系數(shù)，幅值低的交變載荷可使用金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)展的作用； ——功率利用系數(shù) ——工作情況系數(shù) ——載荷系數(shù) ——齒向載荷分布系數(shù) Y——齒形系數(shù) [σ]、[σ]——許用彎曲接觸能力 查表可得：=1.2，=1.2，=1.15 = = =×0.78×0.51×0.60 =0.91 N=0.54725kw，ψ=10，[σ]=600MPa 則 =16300mm =1.625mm 根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪計(jì)算模數(shù)公式為： =275mm =275 =0.063mm = = =×0.89×0.70×0.75 =0.554 所以m=2符合要求 同理m=3也符合要求 （三）儲(chǔ)絲走絲部件主要零件強(qiáng)度驗(yàn)算 1．齒輪強(qiáng)度的驗(yàn)算 齒輪危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件公式 σ= k——載荷系數(shù) k= φ——齒寬系數(shù)，取0.5 k——使用系數(shù)，取1 k——載荷系數(shù)，取1.05 ——齒間載荷分配系數(shù)，=1.0，=1.0 ——齒向載荷分布系數(shù) ——小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距 =95.5×10 =95.5×10×0.55/1390 =3.78×10N·mm =1.11+0.18（1+6.7）+0.15×10b =1.11+0.18（1+6.7×0.25）×0.25+0.15×0.001×0.5 =1.23045 K=1×1.05×1.0×1.6 =1.218 查得：b/h=23/4.5 =5.11 =1.16 ——載荷作用與齒頂時(shí)齒形系數(shù) ——載荷作用與齒頂時(shí)應(yīng)力校正系數(shù) 查表得：=2.69，=1.575 則 = =18.4MPa N=60njL =60×1390×1×20000 =1.668× s——疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) s=～1.5 K——壽命系數(shù) （） ——齒輪的疲勞強(qiáng)度 =340MPa =520MPa [=272MPa 所以 其中： Z——區(qū)域系數(shù) Z——彈性影響系數(shù) K=1×1.05×1.0×1.23045 =1.29 =259.89 []=520MPa 所以 因此，所設(shè)計(jì)的齒輪1、2也滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求 同理也可得到所設(shè)立的齒輪3、4也滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求 齒輪設(shè)計(jì)合格 2．主軸的驗(yàn)算 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度： 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如圖2.5（a）。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）。 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩圖 先計(jì)算軸上的載荷： N·m 齒輪的分度圓直徑為： 252N 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以明顯的看出截面B是危險(xiǎn)截面。先將計(jì)算出的截面C處的及M的值列于下表2.1 表2.1 應(yīng)力計(jì)算表 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩 軸的計(jì)算應(yīng)力： 如表2.1中數(shù)值得： 前已經(jīng)選定的軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理 查得 因此 ，故安全 （四）主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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磙子軸承來承受徑向載荷，安裝在前斷的兩個(gè)推力球軸承來承受前后方向的軸向負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)能承受較大的負(fù)載（特別是軸向負(fù)載），可適應(yīng)強(qiáng)力切削，但主軸轉(zhuǎn)速不能太高，軸承在高轉(zhuǎn)速時(shí)容易發(fā)熱。由于推力球軸承軸承安裝在主軸的前端，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)前軸承和后軸承溫度差較大，熱變形對(duì)主軸精度影響也較大。前軸承溫度高，主軸前端升高量大，后軸承溫度低，主軸末端升高量小，因此，這種機(jī)構(gòu)目前應(yīng)用較小。 （2）前后支承用雙列短圓柱磙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。這種結(jié)構(gòu)剛性較好。 （3）前軸承用單列向心推力球軸承，背靠背安裝，由2到3個(gè)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磙子軸承。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)載，主軸精度較好。但所承受的軸向負(fù)載較前兩種結(jié)構(gòu)小。 （4）前后支承采用成組單列向心推力球軸承，用以承受徑向和軸向負(fù)載。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。在中、小規(guī)格的數(shù)控機(jī)床上采用這種機(jī)構(gòu)較多。 本設(shè)計(jì)主軸所采用的軸承支承方式為第四種。 2．主軸組件的調(diào)整和預(yù)緊 滾動(dòng)軸承的預(yù)緊是采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菨L動(dòng)體和內(nèi)外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形而帶伏負(fù)游隙運(yùn)行。預(yù)緊的目的是增加軸承的剛度，提高旋轉(zhuǎn)精度，延長(zhǎng)軸承壽命。 按預(yù)載荷的方向可分為軸向預(yù)緊和徑向預(yù)緊。 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。 三、進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì) （一）進(jìn)給傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1．脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 （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。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定脈沖，每個(gè)脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角。步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖控制的特種電機(jī)，對(duì)于每一個(gè)電脈沖步進(jìn)電機(jī)都將產(chǎn)生一個(gè)恒定的步進(jìn)角位移，每一個(gè)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(hào)從技術(shù)數(shù)據(jù)表中查出。 因此，每脈沖代表電機(jī)一定的轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角經(jīng)齒輪副和滾珠絲桿使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行件（如工作臺(tái)0的移距，稱為脈沖當(dāng)量或分辨率，記為，單位mm/脈沖。 應(yīng)根據(jù)機(jī)床或工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)所要求的定位精度來選定脈沖當(dāng)量?？紤]到機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差存在，脈沖當(dāng)量必須大于定位精度值。此次設(shè)計(jì)的電火花成型機(jī)床定位精度的設(shè)計(jì)要求是，根據(jù)該精度要求可確定脈沖當(dāng)量為。 （2）傳動(dòng)比的確定 設(shè)傳動(dòng)副的餓傳動(dòng)比為，若為一級(jí)傳動(dòng)，則， 為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)，為從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。若為多級(jí)傳動(dòng)，則為總傳動(dòng)比。 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)脈沖當(dāng)量確定，并且滾珠絲桿導(dǎo)程（mm）和電機(jī)步距角都也以初步選定后，則可用下式計(jì)算主軸系統(tǒng)的傳動(dòng)比 = =1 （二）滾珠絲桿螺母副的型號(hào)選擇和滾珠絲桿的選型和校核 1．滾珠絲桿螺母副的型號(hào)選擇 （1）最大工作載荷計(jì)算 滾珠絲桿上的工作載荷是指滾珠絲桿副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲桿所承受的軸向力，也叫做牽引力。它包括滾珠絲桿的走刀抗力及與移動(dòng)體中立和作用于道軌上的其它切削分力相關(guān)的摩擦力，可用下列實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。 對(duì)于矩形道軌 式中： ——工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷 ——工作臺(tái)垂直載荷 ——工作臺(tái)橫向載荷 G——移動(dòng)部件的重力 K——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) F——考慮顛覆力矩影響的摩擦系數(shù) 對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌；f=0.0025～0.005 由于電火花線切割是電極絲放電進(jìn)行加工，可以認(rèn)為近似為零 所以； 取 Kg（估算） =fG=10000.005=5 (2)最大動(dòng)載荷C的計(jì)算及主要尺寸初選 滾珠絲桿應(yīng)根據(jù)斷定動(dòng)載荷選用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾動(dòng)軸承相同。 滾珠絲桿的最大動(dòng)載荷應(yīng)用下式計(jì)算： 式中：L——工作壽命，單位10 n——絲桿轉(zhuǎn)速，單位r/min v——最大切削力條件下進(jìn)給速度，單位m/min ——絲桿基本導(dǎo)程，單位mm t——頜定使用壽命，單位h，可取t=15000h ——運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取1～1.2，一般情況1.2～1.5 所以 = =11.96 n=1000v/ =1000×100×0.001/5 =20r/min L=60nt/ = =105.12（） C= = =33 根據(jù)以上計(jì)算選取CBM3205—5（《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》上） 2．滾珠絲桿的選型和校核 滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計(jì)制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，在根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號(hào)并向有關(guān)廠家訂購(gòu)。此次設(shè)計(jì)中，滾珠絲桿被三次選用，故在這里只選取其中最重要的主軸傳動(dòng)中德望滾珠絲桿加以設(shè)計(jì)和校核。其步驟如下： 首先對(duì)于一些參數(shù)說明如下： 軸向變載荷（N），其中表示第個(gè)工作載荷，=1、2、3、4…n； 第個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速（r/min） 第個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間（h）； 絲桿副最大移動(dòng)速度； 絲桿預(yù)期壽命； （1）型號(hào)選擇 1）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求 選擇滾道截面形狀，查得螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式； 2）計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù) ①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)=1.0，系數(shù)=1.5； ②計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 = =2000 ③計(jì)算當(dāng)量載荷 =2333N ④初步確定導(dǎo)程 = =2.5mm 取 ⑤計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速 =120000 ⑥計(jì)算絲桿所需的頜定載荷 =1×2333×10 =1151N 3）選擇絲桿型號(hào) ①根據(jù)初選的和計(jì)算的，選取導(dǎo)程為5mm，頜定載荷大于的絲桿。所選絲桿型號(hào)為CDM2004-2.5。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。 ②臨界轉(zhuǎn)速校核 =12× =12× =5970r/min 而最大工作轉(zhuǎn)速 =4000<0.8=4776 校核合格。 ③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頜定動(dòng)載荷的十分之一。即： =778N 其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 = =0.16N (三)步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn)：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(dòng)而變化；③速度可調(diào)，能夠快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。 數(shù)控電火花成型機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且頜定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用的型號(hào)90BF004的電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。 選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟： 1．根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào) （1）步距角 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從手冊(cè)中查到步距角，由于 綜合考慮，我初選了可滿足上式的要求。 （2）矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是； 步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算： 式中： ——空載啟動(dòng)力矩； ——空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)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； ——空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； ——由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； 而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即： 計(jì)算的各項(xiàng)力矩如下： ①加速力矩 = =1.8×10 = =0.519N/m ②空載摩擦力矩 =0.6 ③附加摩擦力矩 = = =0.519+0.6+1.222 =2.341 =0.951×25 =23.775 2．啟動(dòng)矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)、快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)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(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。 突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少見。而升速啟動(dòng)過程中只要升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過程緩慢，空載力矩中的加速力矩不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。 （四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)的支承設(shè)計(jì) 1.絲桿的支承形式 滾珠絲桿的支承和支承方式將影響絲桿副的剛度，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高時(shí)應(yīng)審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種： ①絲桿一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或者角接觸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。 ②安裝一個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的鉸支承；因此絲桿的支承方式有兩端固定；一端固定，一端鉸支；一端固定，一端自由等幾種； 本設(shè)計(jì)采用的是兩端固定的支承。 2.螺桿的支承方式 螺桿的支承方式有以下四種： （1）雙推自由支承： 將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端自由。 特點(diǎn)：適用于短螺桿。 （2）雙推支承 將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個(gè)或兩個(gè)深溝球軸承。 特點(diǎn)：螺桿水平安裝時(shí)，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自由端的晃動(dòng)。 適用于長(zhǎng)螺桿。 （3）單推單推或雙推單推 兩端各安裝一個(gè)方向相反的推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承或一端裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承，另一端裝一個(gè)推力球軸承。 特點(diǎn)：可預(yù)拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時(shí)，因自重產(chǎn)生的彎曲，當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的1/3時(shí)，螺桿拉壓剛度可提高四倍，且不會(huì)承受壓力，無失穩(wěn)現(xiàn)象。 （4）雙推雙推 兩端各安裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承。 特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)與單推單推式相同，當(dāng)超過預(yù)計(jì)溫度時(shí)，不會(huì)因螺桿伸長(zhǎng)使軸承產(chǎn)生間隙。 缺點(diǎn)：調(diào)整較復(fù)雜。 四 電氣系統(tǒng)控制 電氣系統(tǒng)主要由高頻脈沖電源、直流電源和電氣控制系統(tǒng)組成。高頻脈沖電源是進(jìn)行線電極切割的能源。直流電源主要是24v直流源驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)用。電氣控制系統(tǒng)主要是控制工作液泵電機(jī)和儲(chǔ)絲筒電機(jī)等用。 （一）高頻脈沖電源 高頻脈沖電源又稱脈沖電源，其作用是把工頻50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成幾百赫茲的高頻的單向脈沖電源，為高速旋轉(zhuǎn)的線切割機(jī)提供一系列不同脈寬的矩形脈沖。 線切割機(jī)床電子控制系統(tǒng)主要是高頻脈沖電源電路，它是線切割機(jī)床的重要部分，用高頻脈沖使得電極絲與工件產(chǎn)生火花放電，對(duì)工件進(jìn)行電腐蝕加工。通過調(diào)節(jié)高頻脈沖使工件滿足加工精度的要求。高頻脈沖電源整流電路、主振電路、脈寬調(diào)節(jié)電路、功率放大電路等組成。主振電路中有數(shù)字振蕩電路和模擬振蕩電路及分立元件電路。新型機(jī)床的功率放大電路主要是在功率管選取上有改進(jìn)，從普通的三極管功放到大功率、低功耗管和場(chǎng)效應(yīng)管及功率模塊均有不同，但是實(shí)際加工生產(chǎn)用的機(jī)床大多數(shù)采用的還是早期的電路，技術(shù)改造也著重在控制器部分，均采用具有微機(jī)控制系統(tǒng)、輸入鍵盤器和數(shù)控顯示器LED或LCD的設(shè)備。 DK77型線切割機(jī)床脈沖電源原理。 該電源主要是由整流電路、主振電路和功放電路組成。整流電路由變壓器將三相380v電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿?2v和三相7v電壓，通過二極管進(jìn)行整流。電路形式是三相全波整流電路，為脈沖電源提供100v直流電壓和10v直流電壓，功給功放電路和工作電路電源。 （二）數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)總體方按的擬定 機(jī)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。控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床，如車床、銑床等等?？刂葡到y(tǒng)的基本組成如下圖4.1所示 機(jī) 床 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 微 機(jī) 通信接口 開關(guān)量控制電路 軟件 主軸電動(dòng)機(jī) 主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路 圖4.1控制系統(tǒng)框圖 具體微機(jī)控制系統(tǒng)是一MCS-51系列高檔八位單片機(jī)為核心，采用8032cpu芯片。存儲(chǔ)器也采用了較大的容量的存儲(chǔ)器，用來存放控制程序及擴(kuò)展程序的EPEOM采用了256k容量27256芯片，用來存放輸入加工圖形程序的RAM采用了256k容量的62256芯片，以增強(qiáng)微機(jī)的功能。接口電路使用了可編程并行接口電路芯片8255，顯示部分采用了數(shù)碼管來顯示參數(shù)，鍵盤輸入和輸出顯示由鍵盤/顯示接口電路芯片8279來控制。具體系統(tǒng)組成圖如下圖4.2： 圖4.2線切割機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)組成 (三)數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì) 1.單片機(jī)設(shè)計(jì) 單片機(jī)通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不能把計(jì)算機(jī)的全部電路都集成到其中，有些元件如復(fù)位電路的石音晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。 通常所說的單片記系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中， 單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 （1）MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì) MCS-51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含8051除程序存儲(chǔ)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(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、i/o口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64kb字節(jié)程序存儲(chǔ)器和64kb字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分三部分。 1）電源及時(shí)鐘引腳 此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 Vcc（40腳）：接+5v電源。 Vss（20腳）：接地。 時(shí)鐘引腳（18、19腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 XTAL1（19腳）：接外不晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸入端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 2）控制引腳 它包括RST、ALE、PSEN、EA等。此內(nèi)引腳提供控制信號(hào)，有些引 RST/VPD（9引腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后使此引腳電平為≤０.５v的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。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。當(dāng)Vcc于規(guī)定值，而VPD定的電壓范圍內(nèi)((5±０.５))時(shí)，ＶＰＤ就向內(nèi)部提供電源。 3）輸入/輸出管腳 P0.0~0.7(32~39腳) p0是個(gè)8位漏極開路型雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。Po能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入。 P1.0~p1.7(1~8腳) p1是個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。對(duì)EPROM編程2的證時(shí)，它接收低8位地址。P1能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL輸入。在8032/8052中，p1.0還相當(dāng)于專用功能端T2，即定時(shí)器記數(shù)觸發(fā)輸入端。P1.1還相當(dāng)于專用功能端T2EX，即定時(shí)器T2 的外部控制端。 P2.0~p2.7（21~28腳）p2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接受高位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS TTL輸入。 P3.0~p3.7 （10~17腳）p3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。在MCS-51中，這8個(gè)管腳還用于專門功能，p3能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL輸入。 (2)MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51片內(nèi)有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XLAL2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(gè)自激振蕩器，產(chǎn)生的時(shí)鐘送去單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。 最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振器回路，不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī)，其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同，如下圖所示： MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.2MHz～24MHz之間可以選擇，一般取11.0592MHz。電容C1、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。C1、C2可在20pF～100pF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47Pf，取60F～70pF時(shí)振蕩器有 XTAL2 MCS51 XTAL1 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路 較高的頻率穩(wěn)定性。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳安裝，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠工作，為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 （3）MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，高電平有效。它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51便保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ALE、、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平。RST變低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位操作不影響片內(nèi)的內(nèi)容。 MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)等的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，如下圖： +5V RST MCS-51 GND 上電按鈕復(fù)位電路 對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉底電阻，故電阻可不接。單片機(jī)在上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平（因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms），就能使單片機(jī)有效復(fù)位。當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時(shí)，RC的典型值為。簡(jiǎn)單復(fù)位電路中，干擾信號(hào)易串入復(fù)位端，可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位，這時(shí)可在RST引腳上接上一去耦電容。 上圖那上電按鈕復(fù)位只需將一個(gè)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(shí)間就能使RST引腳端為高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。 2．系統(tǒng)擴(kuò)展 系統(tǒng)擴(kuò)展包括存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、輸入輸出接口芯片的擴(kuò)展。其中存儲(chǔ)器的擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 （1）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 MCS-51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kb（000H~0FFFFH）,其中8051、8751片內(nèi)有4kbROM或EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM .當(dāng)片內(nèi)ROM 不夠或采用8031芯片時(shí)，需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。用作程序存儲(chǔ)器的器件是EPROM和EEPROM,常采用EPROM。 MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路。如下圖4.3 圖4.3 MCS-51單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理圖 由于MCS-51單片機(jī)的p0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址瑣存器瑣存地址信號(hào)。通常地址瑣存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373或8282，也可用帶清除端的八D鎖存器74LS273，常用74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。 根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)存儲(chǔ)器容量要求的不同，常用的擴(kuò)展芯片包括EPROM2716 、2732A。等。以上均為單一+5v供電，維持電流為35A~40mA，工作電流為75mA~100mA，讀出時(shí)間最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0~A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器容量的大小不同，因此提供高八位地址的p2端口線的數(shù)量各不同，故2716為A0~A10，D0~D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸入端。 根據(jù)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，其連接圖見下圖4.4 圖4.4 8031擴(kuò)展EPROM2764A的連接圖 因?yàn)?764A 是8kb容量的EPROM，故選用到了13根地址線，A0~A12。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器EPROM，故可將片選端CE接地。同時(shí)，8031運(yùn)行所需要的程序指令來自2764A，要把其EA端接地。否則，8031將不會(huì)運(yùn)行。 電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM是新推出來的產(chǎn)品。其主要的特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并且在斷電的情況下保持修改結(jié)果。因此，自從EEPROM出現(xiàn)來，它得到了廣泛的應(yīng)用。 （2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 8031單片機(jī)內(nèi)部有128字節(jié)RAM存儲(chǔ)器。CPU對(duì)內(nèi)部具有豐富的操作指令。但在用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)