Xx大学本科毕业设计（论文）
?2??0.0093/2mm?0.465?10?2mm
支承滚珠丝杆的轴承为51209型推力球轴承，几何参数为：d1 =40mm,滚动体直径dQ=10mm，滚动体数量ZQ=18。轴承的轴向接触变形量?3可按式(2.37)计算：
?3?0.00243Fm22dQZQ2269.1?0.0024?3mm?0.0078mm
6.35?182注意，此公式中Fm单位应为kg.f。 因施加预紧力，故实际变形量：
?3??1/2?1?1/2?0.0078mm?0.0039mm 根据以上计算，总变形量为：
???1???2???3??0.0048mm?0.00465mm?0.0039mm?0.01335mm 三级精度丝杆允许的螺距误差为15?m/m，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。 1 ) 减速齿轮设计
根据给定的纵向进给脉冲当量0.01mm，滚珠丝杠导程L0?8mm，及初选的步 进电动机步距角0.75?，可计算出传动比i
i?360?0.01?0.6 (2.38)
0.75?8选取齿轮齿数为z1=30、z2=50，m=2mm。 2 ) 步进电动机的选择 1 > 负载转动惯量计算：
参考同类型机床，初选反应式步进电动机130BF001，其电动机转动惯量
JM?10kg?cm2。传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量按表5-15中介
绍方法计算。齿轮z1、z2的转动惯量为：
J1????d14?L1?10?3/30
?53?3 ???7.8?10kg/cm??6cm??2cm?10/30
4 ?2?57kg?cm (2.39)
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J2????d2?L2?10?3/32
?5310cm?4?2cm?10?3/50 ???7.8?10kg/cm??4 ?6.27kg?cm
丝杠的转动惯量可从表查出：
2Js?15?45kg?cm2/m?1.5m?23.175kg?cm2 等效惯量：
?z1J?J1???z?2????2?W??J2?Js??g??2?L0????? 2?????22800?32???0.6mm??22N???? ?2.57kg?cm?????6.27kg?cm?23.175kg?cm?9.8?40???2?????2??kg?cm ?21.891考虑步进电动机与传动系统惯量匹配问题
JM10kg?cm2??0.457?1 2J21.891kg?cm2不完全满足惯量匹配的要求。 1> 负载转矩计算及最大静转矩选择
机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别进行计算 快速空载起动时所需转矩可按下式进行计算
nmax?vmax?p??b360??24000.75??500r/min 0.01360考虑了电动机转子的转动惯量以后，传动系统折算到电动机轴上的总转动惯量：
J??JM?J?10kg?cm2?21.891kg?cm2?31.891kg?cm2
Mmax?J??2?nmax?10?2
60ta?31.891kg?cm2?2??500r/min?10?2
60?0.03s?556.60N?cm
折算到电动机轴上的磨擦力矩：
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Mf??F0L0f??Fc?W?L0 ?2??i2??z2/z10.16??3600N?800N??0.6cm
2??0.8?1.25?67.26N?cm Fp0L02??i?1??02?M0???1/3?Fm?L0?1??022??z2/z1??附加磨擦力矩：
?1/3?2691.2N?0.6cm?1?0.942
2??0.8?1.25=9.98N2cm
??则：M起?Mamax?Mf?M0
.60N?cm?67.26N?cm?9.98N?cm ?556 =633.84N2cm 快速移动时所需力矩M快:
M快?Mf?M?67.26N?cm?9.98N?cm?77.24N?cm
最大切削负载时所需力矩M切:
M切?Mf?M0?Ml?Mf?M0?FtL0 2??i?67.26N?cm?9.98N?cm?1728N?0.8cm
2??0.8?1.25?67.26N?cm?9.98N?cm?165.10N?cm
?242.34N?cm
从上面计算看出M起、M切、M快三种工况下，以快速空载起动的需力矩最大，以此项作为初选步进电动机的依据。
对于工作方式为五相十拍的步进电动机最大静转矩：
Mjmax?633.84N?cm?666.5N?cm?6.67N?cm
0.9510.951?M起从相关资料查出，130BF001型步进电动机最大静转矩为9.31N.m，大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但需考核步进电动机起动矩频特性和运行特性。 2> 步进电动机的空载起动频率：
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fmax?1000vmax1000?2.4?mm/min?4000Hz 60?60?0.01fe?1000vs1000?0.6?mm/min?1000Hz 60?60?0.01查相关资料知：130BF001型步进电动机允许的最高空载起动频率为3000Hz，运行频率为16000 Hz，，满足设计要求。根据计算综合考虑，机床纵向进给机构选用130BF001型步进电机。
含CAD图，A0变速箱装备图，A0主轴箱装配图，进给机构，A1主轴零件图，A0电路图，A1滚珠丝杆零件图等。需要的联系QQ1020443567，加的时候请注明需要图纸
第3章 控制系统设计
3.1 控制系统总体方案的拟定
机电一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:
通信接口 微 机 步进电机驱动电路 步进电机 开关量控制电路 主运动驱动电路 主轴电动机 机 床 软件
3.2总控制系统硬件电路设计
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3.2.1单片机的设计
1、MCS-51系列单片机的设计
MCS-51系列单片机的所有产品都含有8051除程序存贮器外的基本硬件，都是在8051的基本上改变部分资源（程序存贮器、数据存贮器、I/O口、定时/计数器及一些其他特殊部件）。在控制系统设计中，我们采用的是8031，8031可寻址64KB字节程序存贮器和64KB字节数据存贮器。内部没有程序存贮器，必须外接EPROM程序存贮器。8031采用40条引脚的双列直插式封装（DIP），引脚和功能分为三部分。 a.电源及时钟引脚
此部分引脚包括电源引脚Vcc、Vss及时钟引脚XTAL1、XTAL2。 电源引脚接入单片机的工作电源。 Vcc（40脚）：接+5V电源。 Vss（20脚）：接地。
时钟引脚（18、19脚）：外接晶体时与片内的反相放大器构成一个振荡器，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。
XTAL1（19脚）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一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。
XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端，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。 b.控制引脚
它包括RST、ALE、PSEN、EA等。此类引脚提供控制信号，有些引脚具有复用功能。
RST/VPD（9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（RST）。复位后应使此引脚电平为≤0.5V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（VPD），以保持内部RAM中的数据不丢失。当Vcc下降到低于规定值，而VPD在其规定的电压范围内（（5±0.5）V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。
ALE/PROG（30脚）：当单片机访问外部存贮器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存贮器，ALE端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是，每当访问外部数据存贮器时，在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个TTL负载。
PSEN（29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
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