的设计要求，必须通过齿轮机构进行分度，其传动比为式.式中为滚珠丝杠导程为步距角为脉冲当量根据前面选定的几个参数，由式.得根据结构要求,选用为，为齿轮结构主要参数的确定齿轮类型选择直齿加工方便。模数选择本工作台负载相当轻,参考同类型的机床后,选择齿轮传动侧隙的消除。中心距的计算式.齿顶高为，齿根高为，齿宽为。齿轮材料及热处理小齿轮采用，齿面高频淬火大齿轮采用号钢，调质处理。.步进电机惯性负载的计算由资料知，激光切割机的负载可以认为是惯性负载。机械机构的惯量对运动特性有直接的影响。不但对加速能力加速时驱动力矩及动态的快速反应有关，在开环系统中对运动的平稳性也有很大的影响，因此要计算惯性负载。限于篇幅，在此仅对进给系统的负载进行计算。惯性负载可由以下公式进行计算式.式中为整个传动系统折算到电机轴上的惯性负载。为步进电机转子轴的转动惯量为齿轮的转动惯量为齿轮的转动惯量为齿轮的转动惯量为系统工作台质量为工作台的最大移动速率为折算成单轴系统电动机轴角速度各项计算如下已知忽略不计，.齿轮惯性转矩计算公式式.其中为回转半径为转件的重量滚珠丝杠的惯性矩计算公式式.最后计算可得故惯性负载根据式.得此值为近似值故此值小于所选电机的转动惯量。传动系统刚度的分析激光切割机工作台其实为进给传动系统，其传动系统的刚度可根据不出现摩擦自振或保证微量进给灵敏度的条件来确定。.根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度传动系统中的当量刚度或当扭转刚度主要由最后传动件的刚度或决定的，在估算时，取，对滚珠丝杠传动,其变形主要包括丝杠拉压变形扭转变形丝杠和螺母的螺纹接触变形及螺母座的变形。轴承和轴承座的变形。在工程设计和近似计算时，般将丝杠的拉压变形刚度的三分之作为滚珠丝杠副的传动刚度，根据支承形式可得式.式中则根据式.得.传动系统刚度较大，可以满足要求。.根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度此时传动系统的刚度应满足式.式中传动系统当量刚度部件运动时的静摩擦力正压力,静摩擦系数，取部件调整时，所需的最小进给量则即满足微量进给要求的传动系统刚度为.结合上述传动系统刚度的讨论可知满足微量进给灵敏度所需要的刚度较小，可以达到精度要求。消隙方法与预紧.消隙方法数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到定的降速比和转矩的要求。由于齿轮在制造中总是存在着定的误差，不可能达到理想齿面的要求，因此对啮合的齿轮，总应有定的齿侧间隙才能正常地工作。齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。偏心轴套调整法如图.，齿轮装在电动机轴上，调整偏心轴套可以改变齿轮和之间的中心距，从而消除齿侧间隙。图.偏心轴套调整法锥度齿轮调整法如图.所示将对齿轮和的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片的厚度就能改变齿轮和的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。图.锥度齿轮调整法双片齿轮错齿调整法图.是另种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮和套装起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱，用来安装弹簧。装配时使弹簧具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。对比三种方案第种需要经常的调整，对于本身就以提高效率为目标的数控机床而言肯定不合适。第二种是很不错的方案，但在切割机上并不实用。第三种方案相比较而言在数控切割机上适用，而且不需要人为经常调整，很适合数控机床的需要。本设计方案选用第三种方法。图.双片齿轮错齿调整法.预紧滚珠丝杠副在工作台上的支承方式有两种。种是单支承形式另种是两端支承形式，本设计选用两端支承形式中的“双支点各单向固定”的支承方式。该形式夹紧对圆锥滚子轴承的外圈而预紧，提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作时轴承的振动。预紧量由厂家提供。数控系统设计.确定机床控制系统方案根据机械系统方案的要求，可以看出对机械部分的控制只有进给系统的步进电机的控制和工作台回转的步进电机控制。控制系统有微机的有的也有单片机的，这里采用的是开环控制系统，可以选择经济型的单片机控制系统。另外，居然要控制，就得有输入和输出设备才能对相应的运动进行控制。其控制系统框图如图.所示图.控制系统框图.主要芯片配置主要芯片选择由于芯片在性价比上比同类单片机高，加上市场上已经停产，所以选择作为主芯片。主要管脚功能是脚双列直插式芯片。主要管脚功能控制线片外存储器选择端，虽然内有的，但为了方便接线和各程序的存放，故不使用内部程序存储器，这样接地，从外部程序存储器读取指令。外部程序存储器选通端,以区别读外部数据存储器。地址锁存控制端,系统扩展时，控制口输出的低八位地址送锁存器储存，以实现数据和地址隔离。此外以晶振的固定频率输出正脉冲,可作为外部时钟或定时脉冲。复位端,当输入的复位信号延续二个周期以上高电平，完成复位初始化操作。中口的介绍口外接存储器时，此口为扩展电路低八位地址和数据总线复用口口用户使用的口口外接存储器时,作扩展电路高八位的地址总线口双重功能口口均为八位双向口。口可驱动个门电路，口只能驱动四个门电路。时钟和，使用内部时钟时，二端接石英和微调电路使用外部时钟时，接外部时钟脉冲信号。三总线结构地址总线地址总线为位，外部存储器直接寻址范围为，地址总线由口经地址锁存器，提供八位，高八位由口直接提供。数据总线数据总线为位，自口直接提供。,控制总线由口第二功能控制线组成。的选用为简化电路，此处选用位。本设计采用二片，分别存放监控程序,各功能模块程序,常用零件加工程序。以便于更换各功能模块程序和零件加工程序时，只需更换各自芯片即可，方便升级。芯片主要引脚功能位地址线数据输出线数据输出允许信号编程控制信号，用于引入编程脉冲片选信号主要工作方式读方式及为低电平，时处于读出方式写方式为低电平,亦为低电平为高电平时，芯片处于禁止状态。将数据线上数据固化到指定地址单元。编程禁止方式此为向多片写入不同程序而设置的，当时，为高电平时，芯片处于编程禁止状态。的选用数据存储器通常采用型，型分静态动态两种。动态集成度高，功耗小，成本低，但控制逻辑复杂，需要定期刷新,尤其是容易受到干扰，对环境结构电摞等都有较高的要求。对实时控制系统而言,可靠是第位的,此处选用大容量静态位片。主要引脚功能位地址线数据输入输出线数据输出允许信号写选通信号片选信号主要工作方式读方式及为低电平，为高电平时，将数据输出到指定地址。写方式为低电平，亦为低电平时,允许数据输入。封锁方式为高电平时，该芯片没被选通，不工作。存储器及的扩展可编程接口芯片是指其工作方式可由与之对应的软件命令来加以改变的接口芯片。这类芯片般具有多种功能，使用灵活方便，使用前必须由对其编程设定工作方式，然后按设定的方式进行操作。可编程并行接口具有功能强，价格便宜，且具有与单片机配置简单方便等优点。是单片机应用系统最常用的外部功能扩展器件之。存储器与单片机联接，主要是通过三总线联接。应考虑总线的驱动能力是否足够。存储器存储量均为，需位地址进行存储单元选择，将脚与地址锁存器八位地址输出对应联接，将脚与的口相联接，其余地址线经经译码产生片选信号。数据线联接将存储器数据输出端与口联接。控制线与相联，从外部取指令。分别与相联，对外部进行读写。许多信号与兼容，可直接联接，因内部已有锁存器，因此数据地址复合线与口直接相联。地址锁存信号与相联。片选信号经译码后产生，以高位地址.直接作为信号，此时对需要使用位地址进行编址。的结构框图及引脚排列见图.。图.引脚及内部结构工作方式查询工作方式选择通过对内部命令寄存器命令口设定命令控制字实现。命令寄存器格式及对应的工作方式见下图.。有四种工作方式，即，。其中各符号说明如下口中断，请求输入信号，高电平有效。口中断，请求输入信号，高电平有效。口口缓冲器满状态标志输出线，缓冲器有数据时为高电平。口口设备选通信号输入线，低电平有效。在的不同方式下，口口及口的各位工作方式如下口，口为基本输入输出，口为输入方式。口，口为基本输入输出，口为输出方式。口为选通输入输出，口为基本输入输出。为，为，为，为输出。口口为选通输入输出。为，为，为，为，为，为。图.命令寄存器格式状态查询还有个状态寄存器，用于锁存口和定时器的当前状态，供查询用。其格式如图.状态寄存器和命令寄存器共用个地址，命令寄存器只能写入不能读出，而状态寄存器只能读出不能写入。所以可以认为，读该地址时，作为状态寄存器，读出的是当前口和定时器的状态，而写该地址时，则作为命令寄存器对口工作方式的选择。定时功能芯片内有个位减法计数器，可对输入脉冲进行减法计数。外部有两个定时器引脚和。为定时器时钟输入，有外部输入时钟脉冲，为定时器输出，输出各种信号脉冲波形。定时器的格式输出波形见图.。由上图可见，定时器的低位和高位计数器定时是出方式由寄存器确定。对定时器编程时，首先将计数器及定时器方式送入定时器口，定时器的低位和高位，定时器方式，。计数常数在之间。计数器的起动和停止由命令寄存器的最高两位和决定。但何时读都可以置定时器的长度和工作方式，然后必须将起动命令写入命令寄存器。既使计数器已经计数，在写入起动命令后，仍可改变定时器的工作方式。图.状态寄存器格式方式定时器输出波形单方波