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，适用于刚度要求不高或随时调节预紧的传动。双螺母齿差式预紧调整方法两边的下螺母的凸缘上有外齿，分别与紧固的螺母座两端的内齿圈，两个螺母向相同方向旋转，每转过个齿，调整轴向位移。能够精确地调整预紧力，但结构尺寸较大，装配调整比较复杂，宜用于高度精度的传动机构。在垂直进给运动中要求要不定时调节预紧力，因而宜用双螺母螺纹式预紧。五齿轮传动消隙齿轮传动的间隙也叫侧隙，它是指个齿轮固定不动，另个齿轮能够作出的最大角位移。传动间隙是不可避免的，其产生的这样原因有由于制造及装配误差所产生的间隙为使用热膨胀而特意留出的间隙。为了提高定位精度和工作的平稳性，要尽可能减小传动间隙。除了提高制造和装配精度外，消隙的主要途径有设计可调整传动间隙的机构设置弹性补偿元件。在这设计里我采用可调整齿轮传动间隙的机构来消除间隙。二横向进给系统的设计计算滚珠丝杠螺母副的选择计算假定工作台及零件的总的量.轴的行程为纵向脉冲当量.预选滚珠丝杠基本导程步距角快速进给速度.㈠脉冲当量和传动比的确定传动比的选定计算转动惯量初选步进电机的型号为则查表查出电机转子转动惯量.为了机床的布局紧凑且方便可取.。则滚珠丝杆转动惯量折算工作台质量折算传动系统等效转动惯量计算.工作载荷分析及计算滚珠丝杠上的工作载荷是指滚珠丝杠副在驱动工作台是滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫作进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩檫力。据机床加工的特点，当铣削槽时，工作载荷最大，由于铣削时，工作载荷既包括铣削时沿着丝杠轴的方向的力即轴向力，也包括工作台及工件的重量即垂直丝杠轴方向的力，只要考虑铣削的情况，而铣削时的轴向力不大，所以在此不考虑铣削时产生的轴向力。取铣削刀具直径为，而机床的计算转速为，则而，机床主传动系统的传动效率则选端铣，对称，其中端铣，时，则得则可得则在燕尾导轨上滚珠丝杆的工作载荷为其中，.，㈡滚珠丝杠设计计算计算作用在丝杠上的最大动负荷其中因为般.，取.则由查机床设计手册，选择丝杠的型号。选择滚珠丝杠的直径为，型号为,其额定动载荷是，强度足够用。效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为螺纹升角因为工作台轴行程为。则令,滚珠丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载荷的。刚度验算.丝杆的拉压变形量滚珠丝杆截面积按丝杆螺纹的底径确定工作负载引起的导程的变化量可用下式计算则丝杆的拉伸或压缩变形量由于两端均采用推力轴承，且丝杆又进行了预紧，故其拉压刚度可比端固定的丝杆提高倍。.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，其接触变形量为其中为预紧力而丝杆加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的时可减少半。因此实际变形量为.支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形根据以上的计算，则总变形量为三级精度丝杆允许的螺距误差为，故刚度足够。因为滚珠丝杆两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需做稳定性校核。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附加摩擦力矩预紧力，滚珠丝杆未预紧时的传动效率取则则步进电动机快速空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，这两次有效的信号不出现。同样可以驱动个负载。脚当端保持高电平时，单片机访问的是内部程序存贮器，但当值超过值时，将自动转向执行外部程序存贮器内的程序。当端保持低电平时，则不管是否有内部程序存贮器而只访问外部程序存贮器。对来说，因其无内部程序存贮器。所以该引脚必须接地，即此时只能访问外部程序存贮器。.输入输出引脚输入输出口引脚包括口口口和口。口为双向为三态口，当作为口使用时，可直接连接外部设备。它是地址总线低位及数据总线分时复用口，可驱动个负载。般作为扩展时地址数据总线口使用。口为位准双向口，它的每位都可以分别定义为输入线或输出线作为输入口时，锁存器必须置，可驱动个负载。口为位准双向口，当作为口使用时，可直接连接外部设备。它是与地址总线高位复用，可驱动个负载，般作为扩展时地址总线的高位使用。口为位准双向口，是双功能复用口，可驱动个负载。单片机的时钟电路时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏.片内有个反相放大器,引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端,该反相放大器与片外晶体或陶瓷谐振器起构成了个自激振荡器,产生的时钟送至单片机内部的各个部件.单片机的时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式两种,大多单片机应用系统采用内部时钟方式.最常用的内部时钟方式采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路,不论是还是型单片机,其并联谐振回路及参数相同.如下图所示单片机允许的振荡晶体可在.之间可以选择,般取电容的取值对振荡频率输出的稳定性大小及振荡电路起振速度有少许影响.可在之间选择,般当外接晶体时典型取值为,外接陶瓷谐振器时典型取值为,取时振荡器有较高的频率稳定性.在设计印刷电路板时,晶体或陶瓷谐振器和电容应尽量靠近单片机引脚安装,以减少寄生电容,更好地保证振荡器稳定和可靠的工作.为了提高温度稳定性,应采用电容.单片机的复位电路计算机在启动运行时都需要复位,使中央处理器和系统中的其他部件都处于个确定的初始状态,并从这个状态开始工作.单片机的复位都是靠外部电路实现的,单片机有个复位引脚,高电平有效.它是施密特触发输入,当振荡器起振后,该引脚上出现两个机器周期即个时钟周期以上的高电平,使器件复位,只要保持高电平,便保持复位状态.此时,口都输出高电平.变位低电平后,退出复位状态,从初始状态开始工作.复位操作不影响片内的内容.单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式.通常因为系统运动等的需要,常常需要人工按钮复位,如下图所示对于型单片机因引脚的内部有个拉低电阻,故电阻可不接.单片机在上电瞬间,电路充电,引脚端出现正脉冲,只要端保持两个机器周期以上的高电平因为振荡器从起振到稳定大约要,就能使单片机有效复位.当晶体振荡频率为时,的典型值为,简单复位电路中,干扰信号易串入复位端,可能会引起内部些寄存错误复位,这时可在引脚上接去耦电容.上图那上电按钮复位电路只需将个常开按钮开关并联于上电复位电路,按下开关定时间就能使引脚端为高电平,从而使单片机复位系统的扩展在以单片机为核心的控制系统中必须扩展程序存贮器，用以存放控制程序。同时，单片机内部的存贮器容量较小，不能满足实际需要，还要扩展数据存贮器。这种扩展就是配置外部存贮器包括程序存贮器