（毕业设计全套）XK5040数控立式铣床进给系统设计（打包下载）

稳定性验算失稳时的临界载荷式中为丝杆材料弹性模量，对钢为截面惯性矩，对丝杆圆截面为丝杆底径，则有为丝杆最大工作长度，取为丝杆支承方式系数，参考图和表，取.则有稳定安全系数所选丝杆稳定安全系数，查表得则有，故稳定性不存在问题。

齿轮及转矩的有关计算有关齿轮计算传动比故取则有转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量齿轮的转动惯量电动机转动惯量很少，可以忽略因此，总的转动惯量.所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩式中空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的摩擦力矩由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩式中为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量为电机最大角加速度为运动部件最大快进速度对应的电机最大转速为运动部件从静止启动加速到最大快进进给速度所需时间，取.则有空载摩擦力矩式中运动部件总重力为导轨摩擦系数，取.齿轮传动降速比，.传动系统总效率，取.基本导程，取.则有附加摩擦力矩式中为滚珠丝杆预加载荷，取的为滚珠丝杆预紧是的传动效率，取.则有.步进电机的选择步进电机的名义启动转矩为满足最小步距要求，电机选用五相十拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转矩步进电机最高工作频率综合考虑，查表选用型直流步进电机，能满足使用要求。

垂直方向进给系统的设计与计算．垂直进给系统的设计采用半闭环机床进给系统，步进电机经级减速齿轮传动副，滚珠丝杆拖动工作台。

传感器与电机轴相联，用来检测电机转角和转速，并把它们转换为电信号反馈给数控装置，传感器采用脉冲编码器。

．垂直进给系统的设计计算工作台重量.根据图纸粗略计算时间常数滚珠丝杠基本导程行程步距角快速进给速度切削力计算由机床设计手册可知，切削功率式中电机功率，查机床说明书，.主传动系统总效率，般为取.进给系统功率系数，取为.。

则有切向铣削力式中主轴传递全部功率时的最底切削速度则有.进给工作台工作载荷计算从数控铣床中表可得知，在般立式铣削时，工作台纵向进给方向载荷.工作台横向进给方向载荷工作台横向进给方向载荷滚珠丝杠设计计算由数控技术可知，采用燕尾导轨，导轨铣床丝杠的轴向力采用矩型导轨式中则有强度计算寿命值为丝杆转速为最大切削力下的进给速度，取最高进给速度的额定寿命，查表得滚珠丝杆导程，取则有最大动负载查表得运转状态系数则根据最大动负荷的值，可选则滚珠丝杠的型号。

查表得，选取滚珠丝杠直径为，型号为，其额定载荷为，所以强度足够。

效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为式中为丝杆螺旋升角，查得为摩擦角，滚珠丝杆副的滚动摩擦系数，其摩擦角约等于则有刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程的变化量丝杆的拉压变形量式中为材料弹性模量，对钢为滚珠丝杠截面积.则有滚珠与螺纹滚道间的接触变形量有预紧式中为滚珠直径，查表得.圈数列数为预紧力则有.则丝杆的总变形量查表知级精度丝杠允许的螺距误差长为故刚度足够。

稳定性验算失稳时的临界载荷式中为丝杆材料弹性模量，对钢为截面惯性矩，对丝杆圆截面为丝杆底径，则有为丝杆最大工作长度，取为丝杆支承方式系数，参考图和表，取.则有稳定安全系数所选丝杆稳定安全系数，查表得则有，故稳定性不存在问题。

齿轮及转矩的有关计算有关齿轮计算传动比.故取则有转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量齿轮的转动惯量电动机转动惯量很少，可以忽略因此，总的转动惯量.所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩式中空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的摩擦力矩由于丝杠预金所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩式中为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量为电机最大角加速度为运动部件最大快进速度对应的电机最大转速为运动部件从静止启动加速到最大快进进给速度所需时间，取.则有空载摩擦力矩式中运动部件总重力为导轨摩擦系数，取.齿轮传动降速比，.传动系统总效率，取.基本导程，取则有附加摩擦力矩式中为滚珠丝杆预加载荷，取的为滚珠丝杆预紧是的传动效率，取.则有.步进电机的选择步进电机的名义启动转矩为满足最小步距要求，电机选用三相六拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转矩步进电机最高工作频率综合考虑，查表选用型直流步进电机，能满足使用要求。

控制系统设计.绘制控制系统结构框图根据总体方案及机械结构的控制要求，立式铣床控制系统选用系列单片机组成，纵向横向及垂直方向均采用步进电机控制，三个坐标均采用硬件环形分配器，控制系统的功能包括向向给伺服运动键盘显示面板管理行程控制其他功能例如光隔离电路功率放大电路红绿灯显示硬件电路主要由以下几部分组成主控制器，即中央处理单元总线，包括数据总线地址总线和控制总线存储器，包括和接口，即输入输出接口电路外部设备，如键盘，显示器及光电输入等。

控制系统结构框图如图.所示选择中央处理单元的类型在微机控制系统中的选择主要考虑以下因素时钟频率和字长，这个指标将控制数据处理的速度可扩展存储器的容量指令系统功能，影响编程的灵活性口扩展能力，即对外部设备控制的能力开发手段，包括支持开发的软件和硬件此外，还应考虑到系统的应用场合，控制对象对各种参数的要求，以及经济价格比等经济性的要求。

综合考虑以上因素，这里我们选用芯片作为.存储器扩展电路设计由于芯片内部无程序存储器，需要扩展外部程序存储器支持，同时内部只有的数据存储器供用户使用，也不能满足控制系统的要求，故需要扩展程序存储器和数据存储器。

.程序存储器的扩展的程序存储器的寻址空间为字节，片内不带，用作程序存储器的器件是。

根据控制系的要求，这里，我们扩展片程序存储器。

．地址锁存器由于芯片的口是分时传送低位地址线和数据线的，故扩展系统中定要有地址锁存器，常用的地址锁存器芯片是，是带三态缓冲输出的触发器。

．译码电路设计由于这里扩展的容量较大，扩展多个外围芯片。

因此，这里使用译码法来进行编址。

译码电路可使用现有的译码芯片，这里我们选用译码器这种芯片，输入端占用根最高位地址线，剩余的根低位地址线可作为片内地址线，译码器的根输出线分别对应个字节的地址空间。

．与芯片的连接地址线的连接芯片的和用来传送地址和数据。

口传送高位地址，口传送低位地址和数据，因此采用锁存器，锁存低位地址，以实现口地址和数据的分时传送作为的选用信号，当为高电平时，锁存器的输入和输出透明，此时不需锁存。

当从高电平变为低电平，出现下降沿时，低位地址锁存入地址锁存器中，的输出不再随输入变化，这样口就用来传送数据，芯片的口和的送出口工组成位地址线，是需要根地址线，低位接的芯片的输出，接芯片的。

系统采用全地址译码，两片芯片的片选信号分别接译码器的和，系统复位后程序从开始执行。

数据线的连接芯片的位数据线与口直接连接单片机规定指令码火热数据都是由口读入，数位对应即可。

控制线的连接芯片的外部程序存储器的读选通信号与芯片的端相连，芯片的地址锁存允许信号接地址锁存器的引脚。

数据存储器的扩展由于芯片内部只有字节供用户使用，远不能满足系统需要，因此需要扩展片外的数据存储器。

常用的数据存储器有，等，这里我们选用，扩展片，与的连接方式与和的连接大致相同，不同的是，读输信号与芯片的引脚连接，写输信号与的相连。

由于程序存储器与数据存储器独立编址，地址可以重复使用，因此，片的片选信号也分别接译码器的和.接口电路及辅助电路设计.接口电路设计单片机共有四个位并行，但可供用户使用的只有口和部分口，不能满足输入输出口的需要，因此系统必须扩展输入输出接口电路。

这里根据系统功能及需要，扩展片和片可编程接口芯片.的片选信号接的端，芯片的片选信号接的。

三八译码器有三个输入分别接，输出个输出，低电平有效。

对应输入的到的种组合，其中对应位，对应位。

还有三个使能端，其中两个和为低电平使能，另个为高电平使能。

只有当使能端均处于有效电平时，输出才能产生，否则输出处于高电平无效状态。

接口芯片与外部设备的连接是这样安排的，芯片的作为显示器段选信号输出，是显示器的为选信号输出，是键盘扫描输入。

芯片的引脚接的因为使用的，故为高电平。

芯片接向向和向步进电机硬件环形分配器，为输出，为三个方向的点动及回零输入，为面板上的选择开关键输入，设有编辑单步运行自动手动Ⅰ手动Ⅱ等方式。

向向和向步进电机硬件环形分配器采用，相通五相十拍方式工作，故，引脚接，三个芯片的选同输出控制分别接的，清零接的，正反转控制端接的，时钟输入端接芯片的，用以解决脉冲分配器输出脉冲的频率。

为实现插补时不同的进给速度，可给芯片定时记数器中设置不同的时钟常数。

.步进电机接口及驱动电路通常在经济型数控机床中，大多采用步进电机开环控制，步进电机是种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲转变成相应的角位移的电机，其角位移两与电脉冲成正比，其转速与电脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率就可以调节电机转速。

驱动步进电机的脉冲需要按所需的顺序供给电机个相。

脉冲分配器就是实现步进电机个相脉冲通电顺序的。

为使步进电机正常运行并输出定的功率，需要有足够的功率提供给步进电机，因此需要有功率放大环节。

脉冲分配器及前面的微机接口芯片，工作电压般为，而作为电机电源的许符合步进电机要求的额定值，为避免干扰，在它们之间采用光电隔离电路．脉冲分配器环形分配器这里向向和向三个方向均采用环形分配器。

光电隔离电路在步进待年纪驱动电路中，般在接口电路与功率放大器之间家上光电隔离电路，实现电气隔离，通常使用光电偶合器作为光电隔离电路。

．功率放大器环型分配器的输出脉冲很小，还远不能满足步进电机的要求，不许将它放大，以产生足够大的功率驱动步进电机正常运转，这里采用的功率放大电路如下图.所示.其他辅助电路的时钟电路单片机的时钟可由内部方式产生，内部方式利用芯片内部的振荡电路，在，引脚上外接定时元件。

复位电路单片机的复位电路都是靠外部电路实现，在时钟电路工作后，只要在引脚上出现以上高电平，单片机便实现状态复位，以后单片机便从单