程为，横向丝杠导程为。最大工作载荷的计算最大工作载荷是指滚珠丝杠螺母副在驱动工作台时所承受的最大轴向力，也叫进给牵引力,其实验计算公式如表所示。表实验计算公式及参考系数导轨类型实验公式矩形导轨燕尾导轨综合或三角导轨.表中为考虑颠覆力矩影响时的实验系数为滑动导轨摩擦系数为移动部件总重量。查表选择综合导轨，取.,取.,为算得.最大动载荷的计算载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化系统产生惯性力，此类载荷为动载荷。比如起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载，起重机以加速度吊起重物，重物对吊索的作用为动载。对于滚珠丝杠螺母副的最大动载荷计算公式如下式中滚珠丝杠副的寿命系数，单位为，为使用寿命，普通机床取，数控机床取为丝杠每分钟转速载荷系数，般取，本设计取.硬度系数时取.等于时取.等于.时取.等于时取.等于时取.滚珠丝杠副的最大工作载荷，单位为。本设计中车床纵向承受最大切削力条件下最快的进给速度,初选丝杠基本导程，则丝杠转速。取滚珠丝杠使用寿命，带入得取，代入，求得。滚珠丝杠螺母副的选型初选滚珠丝杆副时应使其额定动载荷,当滚珠丝杠副在静态或低速状态下长时间承受工作载荷时，还应使额定静载荷。根据计算出的最大动载荷,选择江苏启东润泽机床附件有限公司生产的型内循环式滚珠丝杠副，采用双螺母螺纹式预紧，精度等级为级，其参数如表所示。表型滚珠丝杠相关参数公称直径导程钢球直径丝杠外径丝杠底径额定载荷接触刚度.滚珠丝杠副的支承方式滚珠丝杠副的支承主要用来约束丝杠的轴向窜动，为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合。考虑到纵向丝杠长度较大，本设计纵向丝杠采用双推简支支承方式，该方式临界转速压杆稳定性高，有热膨胀的余地。传动效率的计算滚珠丝杠的传动效率般在之间，其计算公式如下式中螺距升角，根据,可得摩擦角，般取。算得.刚度的验算滚珠丝杠副工作时受轴向力和转矩的作用，引起导程的变化，从而影响定位精度和运动的平稳性。轴向变形主要包括丝杠的拉伸或压缩变形丝杠与螺母间滚道的接触变形支承滚珠丝杆的轴承的轴向接触变形。因转矩和丝杠螺母滚道接触对丝杠产生的导程变化很小，所以可以忽略不计，所以丝杠的拉伸或压缩变形量为号代表拉伸，代表压缩式中丝杠的最大工作载荷，单位为丝杠纵向最大有效行程，单位为丝杠材料的弹性模量，钢丝杠的横截面面积，单位按丝杠螺纹的底径确定。根据前面的设计，为.，取，为.，算得查表可知所以刚度足够。表有效行程内的目标行程公差和行程变动量有效行程精度等级大于至稳定性校核由于滚珠丝杠本身比较细长又受轴向力的作用，若轴向负载过大，则会产生失稳现象，不失稳时的临界载荷应该满足式中丝杠支承系数，双推简支方式时，取，其他方式如表所示滚珠丝杠稳定安全系数，般取.，垂直安装时取最小值，本设计取滚珠丝杠两端支承间的距离，单位为，本设计中该值为其中工件加工长度为，取，留的两端余量按丝杠底径确定的截面惯性矩，单位为,本设中将代入算出.。由以上数据可以算出临界载荷远大于工作载荷.，故丝杠不会失稳。表丝杠支承系数支承方式双推双推双推简支单推单推双推自由取值.临界转速的验证滚珠丝杠副高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠的最高转速式中丝杠支承系数，双推简支方式时，取值如表所示临界转速计算长度，单位为，本设计中该值为丝杠内径，单位安全系数，可取.表丝杠支承系数支承方式双推双推双推简支单推单推双推自由取值经过计算，得出，由已知，可以算出，该值小于丝杠临界转速，所以满足要求。.齿轮传动的计算有关齿轮计算传动比故取.步进电动机的选择工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量式中滚珠丝杠的公称直径丝杠长度。则齿轮的转动惯量电机的转动惯量很小可忽略。因此，总转动惯量所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩最大切削负载时所需力矩快速进给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紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩切削时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的切削负载力矩。当时当时当时，时当时预加载荷，则所以，快速空载启动所需力矩切削时所需力矩快速进给时所需力矩由上分析计算可知，所需最大力矩发生在快速启动时纵向进给系统步进电机的确定为了满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知所以，步进电机最大静转距为步进电机最高工作频率综合考虑，查表选用型直流步进电动机，能满足要求。.导轨的特点滑动导轨的优点是结构简单制造方便和抗振性良好缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。滑动导轨常用材料有铸铁钢有色金属和塑料等。．铸铁铸铁有良好的耐磨性抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有灰铸铁般选择，用于手工刮研中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在以上孕育铸铁把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁合金铸铁包括含磷量高于.的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁倍以上磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为。硬度可达。中高频感应淬火，淬硬层为，硬度可达，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。．钢镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为等渗碳淬火，渗碳淬硬至等采用氮化处理。．有色金属常用的有色金属有黄铜，锡青铜，铝青铜和锌合金，超硬铝铸铝等，其中以铝青铜较好。．塑料镶装塑料导轨具有耐磨性好但略低于铝青铜，抗振性能好，工作温度适应范围广，抗撕伤能力强，动静摩擦系数低差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构材料制造质量热处理方法以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有采用镶装导轨提高导轨的精度与改善表面粗糙度采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力即比压等。.导轨的设计．作用力合作用点位置，作用力方向和作用点的位置唏嘘合理安置。边导轨倾斜的力矩尽量小。否则会使导轨中的摩擦力增大，磨加剧，从而降低导轨的灵活性和导向精度。严重时甚至还可能卡死，不能正常工作。作用在运动件上的推力有三种情况.推力通过运动件在轴线.推力作用点在运动件的轴线上。但推力的方向与轴线成夹角.推力平行于运动件的轴线上对于第种情况，导轨镇南关的摩擦力只受到载荷及运动件本身重量的影响，推力不会产生附加摩擦力。犹豫结构上的限制，实际的结构中往往出项第二第三中情况。为了保证导轨的灵活性，要对导轨进行验算，在已知的条件先，确定各部分的集合尺寸。推力与运动件轴线组成夹角,如图所示推力的作用将使运动件产生倾斜，从而使运动件与承导体的俩点处压紧，设正压力分别为.，相应摩擦力作用间的距离为，轴向阻力为根据静力平衡条件,运动件的直径较小时，上式中含有的各项可以略去。可解得欲推动运动件，则必须使若要保证不卡死的条件是由此，可得到当推力与运动件有夹角时，运动件正常工作的条件是为当量摩擦系数在燕尾形和三角形导轨中滑动摩擦系数眼尾轮廓角与三角底角二．选与运动件轴线与轴线相距，图中为轴向阻力和为反作用力，为当量摩擦系数，根据静力平衡条件解得推动运动件则必须保证运动件不卡死条件即为了保证运动灵活，可取值当取.时，则有对圆柱形导轨对矩形导轨对燕尾形或三角形导轨在本设计的导轨中因此符合相关要求.第章单片机控制应用系统电路设计数控系统是数控机床的“大脑”，其设计也是数控机床的核心工程，对机床而言，数控系统通过对输入的加工程序进行数据处理和运算后，输出控制信号，控制主轴进给轴和其他辅助装置正确及时和可靠地执行加工程序所规定的任务，同时接受从机床反馈来的各种信息，对机床控制进行调整。任何个数控系统都由硬件和软件两部分组成，在处理信息方面，软件和硬件对要完成的任务是等价的，硬件处理速度快，线路复杂，软件设计灵活，适应性强，但速度较慢。随着高性能微处理器的诞生，现代数控已越来越倾向于软件控制。数控系统最核心的控制是位置控制，最重要的运算是插补运算，最主要的数据处理是刀具补偿。位置控制的实质就是位置负反馈，即指令位置和实际位置进行比较，用位置偏差进行控制插补运算就是根据加工程序所确定的坐标点，通过定的运算法则实时获得位置指令刀具补偿就是要解决编程轨迹和刀具中心不相符的矛盾。.硬件电路设计数控系统的硬件结构数控系统根据其使用单片机结构的划分，般可分为单微处理器和多微处理器结构两大类。单微处理器数控系统由于结构简单，价格便宜，在些标准型数控系统中应用广泛。多微处理器数控系统可以满足当今数控机床高速度高精度和许多复杂功能的要求，代表当今数控发展的水平。根据设计任务要求，本设计将采用较经济的单微处理器数控结构，对于般切削加工而言，其速度和精度已能满足实际要求。数控机床单微处理器硬件结构电路概括起来有以下几个部分组成中央处理单元总线，包括数据总线地址总线和控制总线存储器，包括只读可编程存储器和随机读写存储器输入输出接口电路外围设备，如键盘显示器及光电编码器等。数控系统硬件电路的功能根据设计要求，确定数控系统应具有以下功能读取键盘输入数据读取操作面板开关及按钮信号读取螺纹光电编码器信号读取电动刀架刀位信号接受车床行程开关信号控制显示控制电动刀架自动选刀控制纵向横向电动机驱动控制主轴正转反转与停止控制交流变频器控制冷却泵启停可与进行串行通信。本次设计在采用作为主控芯片,采用两片程序存储器之外还扩展了片数据存储器,用片锁存口传递低位地址,地址译码采用译码器采用全地址码,采用二个芯片,完成对执行元件的控制。此外,还设有越界报警急停处理电路关于各线路元件之间线路连接芯片的和用来传送外部存储器的地址和数据,口送的是位地址,口传送低八位地址和数据,故采用地址锁存器,锁存低八位地址,作为首选通信号,当为高电位,锁存器的输入输出速度,即输入的低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当从高电平变为低电平,出现下降沿时,低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当这样共组成位地址,和芯片都是,需要根地址线,低位安芯片的输出,按芯片的系统采用全地址译码,两片新片选信号分别按译码器的和,系统复位以后程序从开始执行,芯片的片选信号地址按的,单片机的扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址,芯片控制信号按的引脚,读写控制信号和分别按芯片内部沿有,始终要选片外程序存储器,故按地址由于只有口和口的部分能提供用户作接口使用,不能满足输入输出口的需要,因此比喻扩展输入输出扩展电路.系统扩展片可编程接口芯