（终稿）XTK7140数控立式铣镗床及控制系统设计（全套完整有CAD）

当用作为地址锁存器时，锁存端可直接与单片机的锁存控制信号端相连，在下降沿进行地址锁存。

根据应用系统对程序存贮器容量要求的不同，常采用的扩展芯片扩展和等。

以上种均为单电源供电，维持电流为，工作电流为，读出时间最大为，均有双列直插式封装形式，是地址线，不同的芯片可扩展的存贮容量的大小不同，因而提供位地址的端口线的数量各不相同，故为，为是数据线是片选线，低电平有效是数据输出选通线是编程电源是工作电源是编程脉冲输入端。

根据程序存贮器扩展的原理，以和锁存器为例对单片机进行程序存贮器的扩展。

因为是容量的，故用到了根地址线，。

如果只扩展片程序存贮器，故可将片选端直接接地。

下图为扩展两片的连接方法。

同时，运行所需的程序指令来自，要把其端接地，否则，将不会运行。

数据存贮器的扩展单片机内部有个字节存贮器。

对内部的具有丰富的的操作指令。

但在用于数据采集和处理时，仅靠片内提供的个字节的数据存贮器是远远不够的。

在这种情况下，可利用的扩展功能，扩展外部数据存贮器。

数据存贮器只使用控制线而不用。

正因为如此，数据存贮器与程序存贮器可完全重叠，均为，但数据存贮器与口与外围设备是统遍址的，即任何扩展的口以及外围设备均占用数据存贮器地址。

的口为的复用地址数据线，口用于对进行页面寻址根据其容量不同，所占的端口不同，在对外部读写期间，产生信号。

在单片机应用系统中，静态是最常用的，由于这种存贮器的设计无需考虑刷新问题，因而它与微处理器的接口很简单。

最常用的静态芯片有和。

单供电，额定功耗分别为和，典型存取时间均为，均有双列之插式封装，管脚分别为和线。

下图是与的连接图。

从图中知的片选接的.，第二片选线接高电平，保持直有效状态。

因是容量的，故用到了根地址线。

的地址范围为对于个完整的应用系统，必须具备定容量的程序存贮器和定容量的数据存贮器。

单片机外部扩展两片和两片静态。

转启动力矩对于工作方式为五相十拍得步进电动机最大静转矩从相关资料查出型步进电动机最大静转矩为.，大于所需快速空载启动力矩，可作为初选型号。

校核步进电机的空载启动频率步进电机的空载启动频率是而型步进电动机最高空载启动频率为，因而必须分三个阶段启动，每个阶段启动频率为，在.内玩完成升速.过渡，取，则步进电动机运行频率为而步进电机允许的运行频率为，因而满足要求。

第四部分控制系统的设计控制系统总体方案的拟定.机电体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成.控制系统的控制对象主要包括各种机床，如车床铣床磨床等等.控制系统的基本组成如下图所示二总控制系统硬件电路设计.单片机的设计系列单片机的设计系列单片机的所有产品都含有除程序存贮器外的基本硬件，都是在的基本上改变部分资源程序存贮器数据存贮器口定时计数器及些其他特殊部件。

在控制系统设计中，我们采用的是，可寻址字节程序存贮器和字节数据存贮器。

内部没有程序存贮器，必须外接程序存贮器。

采用条引脚的双列直插式封装，引脚和功能分为三部分。

.电源及时钟引脚此部分引脚包括电源引脚及时钟引脚。

电源引脚接入单片机的工作电源。

脚接电源。

脚接地。

时钟引脚脚外接晶体时与片内的反相放大器构成个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。

时钟引脚也可外接晶体振荡器。

脚接外部晶体的个引脚。

在单片机内部，它是个反相放大器的输入端。

当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。

脚接外部晶体的另端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。

若采用外部振荡器时，该引脚接受振荡器的信号，即把信号直接接至内部时钟发生器的输入端。

.控制引脚它包括等。

此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。

脚当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位。

复位后应使此引脚电平为.的低电平，以保证单片机正常工作。

掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持内部中的数据不丢失。

当下降到低于规定值，而在其规定的电压范围内.时，就向内部提供备用电源。

脚当单片机访问外部存贮器时，地址锁存允许输出脉冲的下降沿用于锁存位地址的低位。

即使不访问外部存贮器，端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的。

但是，每当访问外部数据存贮器时，在两个机器周期中只出现次，即丢失个脉冲。

端可以驱动个负载。

脚此输出为单片机内访问外部程序存贮器的读选通信号。

在从外部程序存贮器指令或常数期间，每个机器周期两次有效。

但在此期间，每当访问外部数据存贮器时，这两次有效的信螺旋升角，该丝杠为摩擦角约等于。

则.刚度验算.丝杆的拉压变形量滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，它将引起导程发生变化，因滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量式中弹性模数，对钢，滚珠丝杠截面积按丝杠螺纹底径确定.用于拉伸时，用于压缩时。

则则丝杆的拉伸或压缩变形量.滚珠与螺纹滚道间的接触变形量该变形量与滚珠列圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杆的长度无关。

当丝杆在工作时有预紧时，其计算公式为式中滚珠直径滚珠总数量圈数列数圈的滚珠数，外循环内循环滚珠丝杆的公称直径预紧力滚珠丝杆工作载荷则圈数列数.又滚珠丝杆的预紧力为轴向工作载荷的，值可减小半，因而。

.支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形在垂直进给运动中采用角接触球轴承，其计算公式为式中轴承所受轴向载荷轴承的滚动休数目轴承滚动体直径工作载荷滚珠丝杆的滚动体数量，滚动体直径则因为有预紧力，故实际变形量根据以上的计算，则总变形量为四级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。

压杆稳定的校核滚珠丝杆通常属于受轴向力的细长杆，若轴向力工作负荷过大，将使丝杆失去稳定而产生纵向屈曲，即失稳。

失稳时的临界载荷为式中为丝杆的弹性模量，对于钢，.，为截面惯性矩为丝杆底径，为丝杆最大工作长度，为丝杆支承方式系数.对于端固定端自由的情况.临界载荷与丝杆工作载荷之比称为稳定性安全系数，如果大于许用稳定性安全系数，则该滚珠丝杆不会失稳。

般取.。

压杆稳定步进电机的选择负载转矩计算及最大静转矩选择又.则折算到电动机轴上的总加速力矩为折算到电动机轴上的摩擦力矩，燕尾形导轨，总效率，.附加摩擦力矩预紧力，为滚珠丝杆未预紧时传动效率，取则步进电机快速空转启动力矩对于工作方式未五相十拍的步进电机最大静转矩为从相关资料查出型步进电动机最大静转矩为.，大于所需最大静转矩，可作为初选型号。

校核步进电机的空载启动频率步进电机的空载启动频率是查相关资料知型步进电机允许的最高空载启动频率为，因而必须分三个阶梯启动，每个阶梯启动频率为，在.内完成升速，.过渡。

取，则步进电机的运行频率为而步进电机允许的运行频率为，所以满足设计要求。

滚珠丝杠没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，而主轴箱的重量相对来说比较大所以必须采用平衡装置，避免在工作时主轴箱的失控下降。

四滚珠丝杆副的预紧方式为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度，可以预加载荷，使它在过盈的条件下工作，常用的预紧方法有双螺母垫片式预紧双螺母螺纹式预紧双螺母齿差式预紧等。

预紧后的刚度可提高到为无预紧时的倍。

但是，预紧载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。

通常，滚珠丝杆在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷有定的比例关系。

双螺母垫片式预紧调整方法调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移。

特点结构见到，装卸方便，刚度高丹调整不便，滚道有磨损时，不能随时消除间隙和预紧，适用于高刚度重载传动。

双螺母螺纹式预紧调整方法调整端部的圆螺母，使螺母产生轴向位移。

结构紧凑，工作可靠，调整方便，丹准确性差，且易于松动，适用于刚由于有多个力的存在，弯矩无法用个方程来表示，用来表示所选截面距的距离，则每段的弯矩方程为在段在段在段则该轴在平面内的弯矩图为同理可得在平面内的弯矩图为作出轴的扭矩图由受力分析及受力简图可知，该轴只在平面内存在扭矩。

其扭矩大小为••则扭矩图为作出总的弯矩图由以上求得的在平面的弯矩图，根据可得总的弯矩图为作出计算弯矩图根据已作出的总弯矩图和扭矩图，则可由公式求出计算弯矩，其中是考虑扭矩和弯矩的加载情况及产生应力的循环特性差异的系数，因通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环的变应力，故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性差异的影响。

即当扭转切应力为静应力时，取.扭转切应力为脉动循环变应力时，取.若扭转切应力也为对称循环变应力时，则取。

应本次设计中扭转切应力为静应力，所以取.，则计算弯矩图为校核轴的强度选择轴的材料为钢，并经过调质处理。

由机械设计手册查得其许用弯曲应力为，由计算弯矩图可知，该轴的危险截面在的作用点上，由于该作用点上开有花键，由机械设计可查得其截面的惯性矩为其中为花键的数目，在本次设计中所以其截面的惯性矩为.根据标准直齿圆柱齿轮受力计算公式可得圆周力与径向力其中为小齿轮传递的扭矩，•为啮合角，对标准齿轮，取而与分别对应与平面及平面的力。

各段轴的长度可从号图中得出，则根据前面的公式可得出该轴危险截面的计算弯矩为.•，则该轴危险截面所受的弯曲应力为.，所以该轴的强度满足要求。

主轴的刚度校核主轴材料的选择考虑到主轴的刚度几强度，选择主轴的材料为，并经过调质处理主轴结构的确定主轴直径的选择根据机床主电机功率来确定参考金属切削机床下的页，属于中等以上转速，中等以下载荷的机床可取主轴内孔直径其中，空心主轴的刚度和截面惯性矩，实心主轴的刚度和截面惯性矩当则主轴的刚度急剧下降，故取.主轴的结构应根据主轴上应安装的组件以及在主轴箱里的具体布置来确定，主轴的具体结构已在三维图上表达清楚，其图号为，在此不在绘出。

其中.主轴的刚度验算轴的变形和允许值轴上装齿轮和轴承处的绕度和倾角和应该小于弯曲变形的许用值即轴的类型变形部位般传动轴装向心轴承处.刚度的要求较高.装齿轮处.安装齿轮轴装单列圆锥滚子轴承.其中表跨距，表模数轴的变形计算公式计算轴本身弯曲变形产生的绕度及倾角时，般常将轴简化为集中载荷下的简支梁。

按材料力学相关公式计算，主轴的直径相差不大且计算精度要求不高的时候，可把轴看作等径轴，采用平均直来计算，计算花键时同样选择用平均直径圆轴惯性矩矩形花键轴惯性矩轴的分解和变形合成对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形公式求出所求截面的两个垂直平面的和。

然后进行叠加，在同平面内的可进行代数叠加，在两平面内的按几何公式，求出该截面的总绕度和总倾角危险工作面的判断验算刚度应选择在最危险的工作条件情况下进行，般情况下，轴的计算转速低，传动齿轮的直径小。

且位于轴的中央时，轴受力将使总变形剧烈，如对二三种工作条件难以判断那种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值和。

提高轴刚度的些措施加大轴的直径，适当减少轴的跨度或增加第三支承，重新安排齿轮在轴上的位置改变轴的布置方位等。

轴的校核计算轴的计算简图在平面内同理可得在平面内的受力图，在此不再画出。

主轴的传动功率主.主轴转矩主支点上的力根据弯矩平衡求得.根据力得平衡则弯矩图为垂直平