摘要
随着计算机技术的飞速发展，发展现代计算机化数字控制（CNC）机床，是当前机械制造业进行技术改造，技术革新的必由之路，是未来工厂自动化的基础。因此,这次对普通机床进给系统的数控化改造设计更显得重要。
第一部分是数控机床的概述，第二部分是进给系统的总体设计方案，第三部分是伺服进给机械部分设计计算，第四部分是控制部分的单片机原理及控制程序设计。
基于步进电机的机械改装减少了人的工作量，把手动转变成为电动。本次改造用了2个步进电机，分别控制机床2个方向（横向和垂向）的进给，通过齿轮或带轮带动滚珠丝杠轴向运动。
基于单片机控制的电子部分设计提高了工作效率和测量的准确度、可信度。该仪器采用了8031单片机。文中着重论述了原理的设计思想并给出了具体电路，然后阐明了系统软件的设计思想并给出了部分程序的流程图。
关键词：铣床，丝杠，步进电机，单片机，数控
目录
摘要............................................................................................................................ I 第一章绪论.. (1)
1.1数控机床的组成 (1)
1.2数控机床的发展趋势 (2)
1.3数控铣床改造的意义 (4)
1.4本文主要内容 (5)
第二章设计方案和基本方案的确定 (6)
2.1设计任务 (6)
2.2总体方案设计的内容 (6)
2.2.1伺服驱动 (7)
2.2.2采用滚珠丝杠螺母副 (7)
2.2.3数控装置 (7)
2.2.4系统功能 (7)
2.2.5采用环形分配器 (8)
第三章伺服系统机械部分设计计算 (9)
3.1设计要求 (9)
3.2确定系统脉冲当量 (9)
3.3纵向进给系统的确定 ......................................................... 错误！未定义书签。
3.3.1切削力的计算.............................................................. 错误！未定义书签。
3.3.2纵向丝杠的选择.......................................................... 错误！未定义书签。
3.3.3齿轮传动比计算.......................................................... 错误！未定义书签。
3.3.4纵向步进电机的计算和选择...................................... 错误！未定义书签。
3.4横向进给系统的确定 (9)
3.4.1横向丝杠的选择 (9)
3.4.2齿轮传动比计算 (11)
3.4.3横向步进电机的计算和选择 (11)
3.5垂向进给系统的确定 (14)
3.5.1垂向丝杠的选择 (14)
3.5.2同步带及带轮的选择 (16)
3.5.3垂向步进电机的计算和选择 (16)
第四章控制系统硬件原理及其控制程序编制 (20)
4.1主控制器 (20)
4.1.1主控制器及其选择 (20)
4.1.2 MCS—51系列单片机介绍 (20)
4.2MCS—51单片机的扩展 (22)
4.2.1程序存储器EPROM的选择 (22)
4.2.2数据存储器RAM的选择 (22)
4.3地址分配及接线方法 (22)
4.3.1地址分配 (22)
4.3.2 EPROM、RAM与8031连接方法 (22)
4.4接口电路及辅助电路的设计 (23)
4.4.1接口电路的设计 (23)
4.4.2辅助电路的具体设计 (24)
4.5控制系统程序编译 (27)
4.5.1直线插补程序 (27)
4.5.2圆弧插补程序 (29)
4.5.3装代码子程序 (33)
4.5.4环行分配器子程序 (34)
致谢................................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献 (38)
第一章绪论
1.1数控机床的组成
（1）CNC装置
计算机数控装置，既CNC装置，是CNC系统的核心，有微处理器、存储器、各种I/O接口及外围逻辑电路等构成，起主要作用是对输入的数控程序及有关数据进行存储与处理，通过插补运算等形成运动轨迹指令，控制伺服单元和驱动装置，实现刀具与工件的相对运动。对于离散的开关控制量，可以通过PLC对机床电器的逻辑控制来实现。
（2）数控面板
数控面板是数控系统的控制面板，各种数控系统的数控是不相同的，但大多数是共性或相似的。主要由显示器、手动数据输入键盘组成，又称MID面板。显示器常具有多个软功能键，用于选择菜单。按键除各种符号键和数字键外，还常设控制键和用户定义键等。
（3）可编程控制器PLC
可编程控制器PLC也是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，又称PLC或PMC，用于完成数控机床的各种逻辑运算和顺序控制。PLC还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将有关指令送往CNC用于将过程控制。
（4）机床操作面板
机床操作面板主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下对机床的控制或干预。其上有各种按钮与选择开关，用于机床及辅助装置的启停，加工方式的选择、速度倍率选择等。中小型数控机床的操作面板常带和数控面板做成一个整体，但二者之间与明显界限。数控系统的通讯接口，常设置在机床操作面板上。
（5）进给伺服系统
进给系统主要由进给伺服单元和伺服进给电机组成，对于闭环和半闭环控制的进给伺服系统，还应该包括位置检测防亏装置。进给伺服单元接收来自CNC装置的运动指令，经变换和放大后，驱动伺服电机运转，实现刀架或工作台的运动。CNC装置每发出一个控制脉冲，机床刀架或工作台的移动距离称为数控系统的脉冲当量或最小设定单位，脉冲当来量或最小设定单位的大小直接影响数控机床的
加工精度。
在闭环和半闭环和半闭环伺服进给系统中，位置检测装置安装在机床上或伺服电机上，其作用是将机床或伺服电机的实际位置信号反馈给CNC系统以便为与指令相比较，用其差值控制机床运动，达到消除运动误差，提高定位精度的目的。
一般来说，数控机床功能强弱主要取决于CNC装置，而数控机床性能的优劣伺服驱动系统。
（6）主轴伺服系统
数控机床的主轴驱动与进给驱动区别很大，电机频率输出应为2.2~250kW;进给电机一般是恒转矩调速,而主电机除了有较大范围的恒转矩调速外，还有较大范围的恒功率调速，对于数控车床,为了能加工螺纹和恒切速功能，要求户轴和进给驱动能同步控制，对于加工中心，还要求主轴进行高精度准停和分度功能。因此中高档数控机床的主轴驱动都采用电机无级调速或伺服驱动。
（7）机床本体
数控机床的机械结构的设计与制造要适应数控技术发展，具有刚度大、精度高、抗振性强、热变形小等特点；由于普通采用了伺服电机无级调速技术，机床进给运动和主传动的变速机构被极大地简化甚至取消；广泛采用滚珠丝杠、滚动导轨等高小、高精度传动部件；采用机电一体化设计和布局，机床布局主要考虑有利于生产率的提高，而不象传统机床那样主要考虑方便操作；此外还采用自动换刀装置、自动更换工件和数控夹具等。
1.2数控机床的发展趋势
数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。
数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。
（1）持续稳定发展
近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。
我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。
（2）存在三点不足
和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。
①信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。
②产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅3000-5000小时；整机平均无故障工作时间国外达800小时以上，国内最好只有300小时。
③创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。
（3）当今发展方向
随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。
①高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。
②智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速
作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。
③基于CAD和CAM的数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用CAD绘制的零件加工图样，经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。随着CIMS 技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。
④发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。
1.3数控铣床改造的意义
企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通铣床已不适应多品种、小批量生产要求，数控铣床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对铣床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。
数控铣床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控铣床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控铣床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01至0.02mm，已能满足铣床改造后加工零件的精度要求。
普通铣床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控铣床的改造目的是要求机床稳定可靠，以尽可能低的故障率运转。普通铣床应用微机控
制系统进行改造，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。
1.4本文主要内容
本次对X5132型铣床进给系统微机数控化改造设计，采用步进电机开环控制，带动滚珠丝杠副转动，从而使工作台进行进给运动。第二章确定设计内容和总体设计方案；第三章进行伺服系统机械部分设计计算，确定出2个方向伺杠和电机的型号；第四章是铣床改造设计控制部分的硬件原理、控制心片的选择和控制部分程序设计。
第二章设计方案和基本方案的确定
2.1设计任务
（1）进给伺服系统设计计算
此部分为机械部分，它包括脉冲当量的确定；滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型；进给伺服系统的传动计算；步进电机的计算和选用；设计并绘制总装配图，其中包括横向，纵向工作台和垂直向升降台。
（2）单片机控制系统设计
此部分包括设计并绘制控制系统图，编写直线差补程序和圆弧差补程序。
2.2总体方案设计的内容
图2-1 系统总体框图
机床数控系统总体方案的拟订应包括以下内容：
伺服系统的选择，执行机构及运动方式的确定，控制芯片的选择等内容。一般应根据设计任务和要求提出几个总体方案，进行综合分析，比较和论证，最后选出一个合理的总体方案。
2.2.1伺服驱动
步进电机是一种特殊结构的电机,它利用通电激磁绕组产生反应力矩，将脉冲电信号的能量转换为机械位移的电机执行元件。当激磁绕组按一定规律获得分配脉冲时，步进电机的转子就会转动。转子转过的角度与输入的脉冲个数具有较严格的比例关系，而且转动与输入脉冲在时间上同步，因此可以利用这些特点控制运动的速度和位移量。
步进电机的优点是结构简单，电气控制和驱动电路也简单，体积小，重量轻，价格便宜，设计制造较简单，容易调试，使用维修方便。位移精度较好，对各种干扰因素不敏感，结构误差不会累积。另外，电机时间常数小，反应快。但步进电机也有缺点，主要是容易丢步，启动频率低，工作效率也不够高，低频时振动大，可能造成失误，因此步进电机多用于负载较小，负载变化不大或要求不太高的经济型简易型数控设备中。
综上所述，综合了成功率，技术难度，精度和投资等因素，决定选用步进电机开环伺服驱动。
2.2.2采用滚珠丝杠螺母副
采用滚珠丝杠螺母副传动结构,具有精度高,效率高,寿命长,低能耗,摩擦系数小,较高紧凑,通用性强等特点。
2.2.3数控装置
微机数控系统由CPU、存储扩展电路和I/O接口电路、伺服电机驱动电路等几部分组成。
数控系统的核心是微机，其它装置均在微机的控制下进行工作。系统的功能和系统中所用的微机直接相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要指标是字长和速度，字长不仅影响系统的最大加工尺寸，而且影响加工的精度和运算精度。本设计采用的是MCS—51单片机，并扩展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可编程并行I/O等组成的控制系统。
2.2.4系统功能
（1）横向，垂直方向进给伺服运动。
（2）行程控制
（3）键盘控制
（4）功能：报警电路，复位电路，隔离电路，功放电路等。
2.2.5采用环形分配器
本系统采用软件环形分配器。由于铣床三个方向的三步进电机均为三相，所以直接与8155（2）的PA口再加上8155（3）的PA口相接就可以了，经光电耦合电路，功放电路驱动电机。
第三章 伺服系统机械部分设计计算
3.1设计要求
将X5132立式铣床改造成微机数控立式铣床，采用MSC —51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能。
主要设计参数如下： 机动范围：320mm 加工最大长度：350mm 快进速度：纵向 ： 2.4m/min
横向 ： 2.4m/min 垂向 ： 0.78m/min
切削速度：0.06m/min 定位精度：0.015mm/300mm 移动部件重量：纵向 ： 1000kg
横向 ： 450kg 垂向 ： 1000kg
加速时间：30ms 机床效率：0.8
X5132立式铣床进给伺服运动及动力计算：
3.2确定系统脉冲当量
经济型数控车床铣床常用的脉冲当量是0.01-0.005mm/脉冲，取0.01mm/脉冲。
3.3横向进给系统的确定
3.3.1横向丝杠的选择
（1）计算进给牵引力m F 导轨类型为矩形导轨
)8.94504.37902208(15.013801.1)2(?+++?=++'+=G F F f KF F y z x m
=3079.26 N
式中：'f —导轨上的摩擦系数0.15
G —移动部件重量
（2）计算最大负载C 丝杠转速n
=
?=
L 1000v s
n 6
06
.01000?=10r/min 寿命L
L==??61060T n =??6
10
15000
10609 最大动负载C
?=3L C m w F f ?=8.768526.30792.193=??N （3）滚珠丝杠的初选
初步选择滚珠丝杠直径35Φ，螺旋升角73'?=r ，导程0L =6 mm （4）传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率η
=
η)
tan(tan ?+r r = )0173tan(73tan '+'?'
? = 0.9511
（5）刚度验算 滚珠丝杠横截面积F
F =??? ??=22d π=???
???2
235π961.625 mm 2
在工作负载m F 的作用下引起导程0L 的变化量L ?
L ?=??=
F E L F m 0=???625
.961 10 20.6 6
26.30794
0.0933 μm 滚珠丝杠总长度上的变形量1δ
=1δ=
??L L L
=??-4006100933.030.0062 mm 变形量=?==0062.0331δδ总0.0187 mm
一端固定,一端自由的总变形量为0.0187mm/400mm ，满足定位精度±0.015mm/300mm 。
（6）稳定性校核 无需进行稳定性校核。 （7）滚珠丝杠副螺母的选型
考虑数控铣床的结构、精度和以上的计算，查阅《THK 精密滚珠丝杠副》可采用BNF3606-3型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为a C =12.5 KN 。 3.3.2齿轮传动比计算 丝杠传动比i
=
i =
??p b L δθ3600=??01.0360675.04
5 b θ—步进电机的步距角（初选）=b θ0.75
根据实际结构要求，齿轮齿数取：302=Z ，241=Z 。因为进给伺服系统传递的功率不大，一般取模数=m 1～2，数控铣床可取=m 2。
表3-2 横向传动齿轮几何参数
3.3.3横向步进电机的计算和选择
(1)转动惯量的计算
齿轮1z 的转动惯量
34111078.0-?=L d J kg ·cm 2
mm b L 20==，mm d 481=
=???=-3411028.478.0J 0.828 kg ·cm 2
齿轮2z 的转动惯量
34
221078.0-?=L d J kg ·cm 2
=L 20 mm ，=2d 60 mm
342102678.0-???=J = 2.022 kg ·cm 2
主轴的转动惯量
3410405.378.0-???=s J =4.682 kg ·cm 2
折算到电机轴上的转动惯量：
???
?
???????
??++??? ??+=??
????++?
??
?
??+=2
2
2022
21126.0450682.4022.23024828.0)2(ππL g G J J z z J J s =7.75 kg ·cm 2
其中： 1J —齿轮1z 的转动惯量
2J —齿轮2z 的转动惯量
s J —主轴的转动惯量 (2)电动力矩的计算
传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量∑J
∑J =J +m J =7.75+4.1=11.85 kg ·cm 2
其中：m J —电机转子转动惯量,初取为4.1 kg ·cm 2
主电机最大转速0
max 1000L v n k
?=
=400min /r 起动加速时间 =a t 30 ms
空载起动时折算到电机轴上的加速力矩max M
37.1651010
3060400285.11106022
3
2max max =?????=?=---∑
ππa t n J M N ·cm 工进时折算到电机轴上摩擦力矩f M
()()78.7925
.19511.026.08.9450220815.022000=???+=+'==
ππηπηi L G F f i L F M Z f N ·cm 由于丝杠预紧时折算到电机轴的附加力矩0M
()
67.159.0125
.19511.026.026.309731
)1(22020
00=-????=-=
πηπηi L F M p N ·cm 折算到电机轴上的负载力矩t M
9.11025
.19412.026
.020=???==
ππηi L F M t t N ·cm ① 快速空载起动时所需力矩起M
起M =0max M M M f ++=165.37 + 79.78 + 15.67=260.82N ·cm= 2.608N ·m ② 快速进给时所需力矩快M
0M M M f +=快= 79.78 + 15.67 = 95.45 N ·cm=0.9545 N ·m ③ 最大切削负载时所需力矩切M
切M t f M M M ++=0=79.78 + 15.67 + 110.9 = 206.35N ·cm= 2.0635 N ·m
从上面的计算可以看出，在起M 、快M 、切M 三种工况下，快速空载起动所需力矩最大，此项为初选电机的依据，从表中查出，步进电机为三相六拍时，
866.0M /jmax ==起M λ
最大静转矩 3.012866.0/2.608/max ===λ起M M j N ·m
按此最大静转矩产步进电机型号表（三相）可查出，110BC380D 型最大静转矩转矩为5.5 N ·m ，大于所需静转矩，可作为初选型号。但必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。
（3）计算电机工作频率 步进电机快速运行 400001.0604
.21000601000max =??==
p q v f δ Hz
最高工作频率 10001
.06006
.010********=??==
p s g v f δ Hz 从电机表中查出110BC380D 型步进电机的空载起动频率为1400Hz ，运行频率为15000Hz 。
3.4垂向进给系统的确定
3.4.1垂向丝杠的选择
（1）计算进给牵引力m F 导轨类型为燕尾导轨
)8.910004.379021380(2.022084.1)2(?+?++?=++'+=G F F f KF F y z x m =6843.36 N
式中：'f —导轨上的摩擦系数0.2 （2）计算最大负载C 丝杠转速n
=
?=
L 1000v s
n 6
06
.01000?=10r/min
寿命L
L=
=??61060T n =??6
1015000
10609 最大动负载C
?=3L C m w F f ?=03.1708136.68432.193=??N （3）滚珠丝杠的初选
初步选择滚珠丝杠直径60Φ，螺旋升角933'?=r ，导程0L =12 mm （4）传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率η
=
η)tan(tan ?+r r =)
01933tan(933tan '+'?'
?=0.9554
（5）刚度验算 滚珠丝杠横截面积F
F =??? ??=22d π=???
???2
260π2826 mm 2
在工作负载m F 的作用下引起导程0L 的变化量L ?
L ?=
??=
F E L F m 0=???2826
10 20.6 12
36.684340.141 μm 滚珠丝杠总长度上的变形量1δ
=1δ=
??L L L
=??-3501210141.030.0041 mm 变形量=?==0041.0331δδ总0.0123 mm
一端固定,一端自由的总变形量为0.0123mm/350mm ，满足定位精度±0.015mm/300mm 。
（6）稳定性校核 无需进行稳定性校核。
（7）滚珠丝杠副螺母的选型
考虑数控铣床的结构、精度和以上的计算，查阅《THK 精密滚珠丝杠副》可采用BNF6312A-5型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为a C =87.4 KN 。 3.4.2同步带及带轮的选择
传动比i=1.25，则齿数取201=Z ,252=Z 查慈溪恒力同步带轮有限公司带轮得
小轮型号为20L ，节径63.601=p D mm ，外径88.591=e D mm 大轮型号为25L ，外径80.752=p D mm ，外径04.752=e D mm 同步带型号为382L ，节线长971.55mm ，齿数102
3.4.3垂向步进电机的计算和选择
(1)转动惯量的计算 齿轮1z 的转动惯量
34111078.0-?=L d J kg ·cm 2
mm b L 20==，mm d 481=
=???=-3411028.478.0J 0.828 kg ·cm 2
齿轮2z 的转动惯量
34
221078.0-?=L d J kg ·cm 2
=L 20 mm ，=2d 60 mm
342102678.0-???=J = 2.022 kg ·cm 2
圆锥齿轮3z 的转动惯量
34331078.0-?=L d J
L=25 mm, =3d 80 mm
343105.2878.0-???=J =7.99 kg ·cm 2
圆锥齿轮4z 的转动惯量
34
441078.0-?=L d J
L=50 mm,=3d 160 mm
3441051678.0-???=J =255.6 kg ·cm 2
主轴的转动惯量
341035678.0-???=s J =35.381 kg ·cm 2
折算到电机轴上的转动惯量：
???
?????????????++???? ??++?
??
?
??+=204
2
43322
211)2(πL g G J J z z J J z z J J s ??
???????
???????++??? ??++?
?
?
??+=22
2
)22.1(1000381.356.2552199.702.25494.4π =63.75 kg ·cm 2 (2)电动力矩的计算
传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量∑J
∑J =J +m J =63.75+4.1=67.85 kg ·cm 2
其中：m J —电机转子转动惯量,初取为4.1 kg ·cm 2 主电机最大转速0
max 1000L v n k
?=
=65 min /r 起动加速时间 =a t 30 ms
空载起动时折算到电机轴上的加速力矩max M
目录 1 概述 (3) 1.1 零件技术要求 (3) 1.2 总体方案设计 (3) 2 设计计算 (3) 2.1主切削力及其切削分力计算 (3) 2.2 导轨摩擦力计算 (4) 2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (4) 2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4) 3 工作台部件的装配图设计 (9) 4 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (9) 4.1 滚珠丝杠螺母副临界转速压缩载荷的校验 (9) n的校验 (10) 4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 c 4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (10) 5 计算机械传动系统的刚度 (10) 5.1 机械传动系统的刚度计算 (10) 5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12) 6 驱动电动机的选型与计算 (12) 6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (12) 6.2 计算折算到电动机上的负载力矩 (13) 6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (13) 6.4选择驱动电动机的型号 (14) 7 机械传动系统的动态分析 (15) 7.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (15) 7.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 (15) 8 机械传动系统的误差计算与分析 (16) 8.1 计算机械传动系统的反向死区 (16) 8.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (16) 8.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (16)
9 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (16) 9.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (17) 9.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (17) 课程设计总结 通过此次数控编程课程设计，我对立式数控铣床的进给系统有了个基本的了解，加深了对立式数控铣床的认识。通过立式数控铣床进给系统的设计，使我在装配结构和制造结构的各种方案以及在机械设计制图、零件计算和编写技术文件等方面得到了综合训练，培养了我的初步的结构分析与结构设计计算能力。 虽然只有一周的时间，在很仓促的情况下完成了这次数控编程的课程设计，但收获却很大，使我初步具备了设计的能力，并且我相信我在这方面的设计能力会逐渐成熟起来。 参考文献 1.范超毅．数控技术课程设计．武汉：华中科技大学出版社，2006 2.王爱玲．机床数控技术．北京：高等教育出版社，2006
目录 1.概述 (1) 1.1技术要求 (1) 1.2总体设计方案 (2) 2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 (2) 2.1主切削力及其切削分力计算 (2) 2.2导轨摩擦力的计算 (3) 2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3) 2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (3) 3.工作台部件的装配图设计 (7) 4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (8) 4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 (8) 4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 (8) 4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 (8) 5.计算机械传动系统的刚度 (9) 5.1机械传动系统的刚度计算 (9) 5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算 (10) 6.驱动电动机的选型与计算 (10) 6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。 (10) 6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (11) 6.3计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 (12) 6.4选择驱动电动机的型号 (13) 7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (13) 7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (13) 7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号 (14) 8.课程设计总结 (14) 9.参考文献 (14)
1.概述 1.1技术要求 工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。切削状况如下： 数控铣床的切削状况 切削方式进给速度时间比例（%）备注 强力切削0.610主电动机满功率条件下切削 一般切削0.830粗加工 精加工切削150精加工 快速进给2010空载条件下工作台快速进给 1.2总体设计方案 为了满足以上技术要求，采取以下技术方案： （1）工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。 （2）工作台导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动画面上贴聚四氟乙烯导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴膜。（3）对滚珠丝杠螺母副采用预紧，并对滚珠丝杠进行拉伸预。 （4）采用伺服电动机驱动。 （5）采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠连接。 2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 2.1主切削力及其切削分力计算 （1）计算主切削力Fz。
控制系统课程项目 设计说明书 项目名称：数控铣床控制系统设计 系别：机械电子工程系 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：city 学号：09128888 组员：学号： 学号： 指导教师：陈少波
完成时间：2012 年 6 月8 日至2012 年 6 月22 日 目录 1 概述 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2使用设备 (3) 1.3设计内容及要求 (4) 2 NUM1020控制系统设计 (4) 2.1 功能概述 (4) 2.2 主要元器件选型 (5) 2.2.1电机选型 (5) 2.2.2 伺服驱动器与变频器选型 (8) 2.3 电路原理设计 (9) 2.3.1 电源供电设计 (9) 2.3.2 驱动电路设计 (10) 2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计 (10) 2.3.4 手轮与轴卡连接设计 (11) 2.3.5铣床控制电路设计 (12) 2.4 控制系统设计 (13)
2.4.1控制系统功能设计 (13) 2.4.2 参数设置 (14) 2.4.3 程序设计 (16) 3 总结 (20) 1 概述 1.1 设计目的 1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程 2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程 3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程 4）、了解数控系统内置式PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备 1)、NUM1020数控系统一套 2)、安川交流伺服电机3套 3)、计算机及梯形图编辑软件一套
1.3设计内容及要求 1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。 2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。 3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。 4）、完成PLC输入输出点的分配。 5）、具有行程及其他基本的保护功能。 6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能） 7）、完成设计报告。 2 NUM1020控制系统设计 2.1 功能概述 此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统
一、机床主要性能和特点 XD-40A立式数控铣床是大连机床集团公司引进国际先进技术，自行研制开发生产的新一代数控机床，该机床独特的高速直线滚动导轨副（X、Y、Z轴）设计，该机床广泛应用于军工、航天、汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘形零件的加工。机床配有自动润滑系统、冷却系统、手动喷枪及便携式手动操作装置（MPG），采用半封闭式防护罩。 1、机床底座、立柱、主轴箱体、十字滑台、工作台等基础件全部采用高强度铸造成型技术，内部金相组织稳定，确保基础件的高稳定性。铸件结构经过机床动力学分析和有限元分析，使其几何结构更加合理，与加强筋的恰当搭配，保证了基础件的高刚性。宽实的机床底座，箱形腔立柱、加宽加长的床鞍、负荷全支撑的设计，结构符合材料力学的先进设计理念，可确保加工时的重负载能力。 2、高速、高精密主轴： (1)主电机功率11/7.5kW，通过高扭力齿形皮带传动，不打滑，并可大幅减低传动噪音及热量产生。 (2)主轴采用精密级斜角滚珠轴承高速高精密，标准转速可达8000r/min。 (3)高性能油脂润滑主轴轴承，经济的主轴头冷却系统，有效地控制主轴高速温升。 (4)主轴利用IRD动态平衡较正设备，直接校正主轴动态平衡，使主轴在高速运转时，避免产生共振现象，确保最佳的加工精度。 3、X、Y、Z轴进给均采用直线滚动导轨支撑，配之高精度滚珠丝杠副，滚珠丝杠经予拉伸后，大大增加了传动刚度并消除了快速运动时产生的热变形影响，因而确保了机床的定位精度和重复定位精度。 4、机床配有密封式导轨防护罩，有效的保护移动部件，延长其使用寿命。 5、当机床选配全防护时，可应用螺旋式自动排屑装置。该装置简洁、环保，适用于一般金属和非金属切屑的输送。（对于铸铁屑、铝卷屑和铁卷屑，建议选配链板式或刮板式等其它排屑装置）。机床配以手动喷（水）枪（选配），易于清除铁屑。 6、CNC控制系统采用标准配置大连数控系统。数控系统可配备第四轴接口，工件/刀具测量接口，标准RS-232接口及DNC功能。 7、高效率自动润滑系统：导轨润滑采用容积分配器搭配注油，定量供给导轨所需用油，减少润滑油的浪费，避免环境污染。 8、精巧的油水分离设备：机床设计时，考虑油水分离的需求，润滑轨道的废油集中到底座后方油水分离箱，减少切削液油水的混合，避免切削液变质，延长使用寿命。 9、电气箱内的配线，皆符合CE的安全规范，确保控制系统运转时不受外部干扰。并采用天井型热交换器，使电气箱内的热空气迅速排出，保持箱内的恒温，使控制系统能长期稳定的运转。 10、高精度螺距补偿，各传动轴均采用高精度激光测量仪补偿使各轴定位精度更加准确，更适合加工高精度的零件。 二、XD-40A立式铣床主要技术参数 1. 工作台规格（长×宽）mm 800×420 2. 工作台最大载重kg 500 3. X坐标行程mm 600 4. Y坐标行程mm 420 5. Z坐标行程mm 520 6. 主轴中心线到立柱正面距离mm 511 7. 主轴端面至工作台上平面距离mm 150～670
毕业设计(论文)开题报告 题目名称专用铣床液压系统设计 题目类别毕业设计 学院（系） 专业班级 学生姓名 指导教师 辅导老师 开题报告日期2011年3月26日 专用铣床液压系统设计 学生：
指导教师：汪建华长江大学机械工程学院 1 题目来源及题目类别 题目名称：专用铣床液压系统设计 题目来源：生产实际和老师的科学研究 题目类别：毕业设计 2 研究的目的及意义 液压系统设计是一个综合实践性教学环节，通过该毕业设计，要求达到以下目的： 1. 巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2. 正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3. 熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD 技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 3 阅读的主要文献及资料名称 [1] 张群声.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2002 [2] 俞启荣.机床液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1984 [3] 俞启荣.液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1990 [4] 丁树模，姚如一. 液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1992 [5] 章宏甲，周邦俊.金属切削机床液压传动[M].南京：江苏科学技术出版社，1997 [6] 龚曙光.ANSYS工程应用实例解析.北京：机械工业出版社，2003 [7] 章宏甲，黄谊. 机床液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1987 [8] 杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M]. 北京：机械工业出版社，1991 [9] 王春行.液压伺服控制系统[M]. 北京：机械工业出版社，1987 [10] 陆元章.现代机械设备设计手册：第二卷[M].北京：机械工业出版社，
1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指 令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流 伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机 床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的 伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精 确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律 所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 1.4 主要设计任务 已知参数：最大加工直径D m a x=400m m，工作台及刀架重：30㎏； 最大轴向力：130㎏；导轨静摩擦系数：0.2；行程：360m m；步进电机： 110B F003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.c m.s-2； 设计要求：车床控制精度：0.005m m（即为脉冲当量）；加速时间：25m s； 最大进给速度：V m a x=2.5m/m i n。
2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。 步进电机具有如下优点 : (1)电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动 机的脉冲个数就能控制位移量； (2)电动机的转速与输入的脉冲频率成正比，与要控制脉冲频率就能调节步 进电动机的转速； (3)停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变，电动机轴可以保持在某个 固定位置上，不需要机械制动装置； (4)变通电相序即可以改变电动机的转向； (5)进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差； (6)进电动机转动惯量小，启动、停止迅速。滚珠丝杠副具有摩擦数小传 动效率高，所需的传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行；随着精度和定位精度高，磨损小，寿命长，精度保持性好，可通过预紧间隙消除措施提高轴承刚度和反向精度，运动具有可性。 故在本次设计中采用步进电机带动X向工作台移动。传动方案1的结构简单，但是消除由步进电动机引起的振动等现象能力较差，故在本次设计中不采用方案1；传动方案2采用同步带传动保持恒定传动比，传动精度高工作平稳，结构紧凑，无噪声，有良好减振性能，但制造工艺比较复杂，传递功率较小，寿命较低，故在本次设计中不易采用。所以本次设计中采用方案3的齿轮传动，其主要特点是效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定，传动过程中采用消隙齿轮，消除正反转齿轮间隙提高传动精度，性价比高。 2.2降速比计算
摘要 数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。 本文主要对XK5040数控立式铣床及控制系统进行设计，首先分析立式铣床的加工特点和加工要求确定其主参数，包括运动和动力参数；根据主参数和设计要求进行主运动系统、进给系统和控制系统硬件电路设计。主要进行主运动系统和进给系统的机械结构设计及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核；对于控制系统由于这里主要针对经济型数控铣床的设计，这里采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性能价格比的MCS-51系列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计。 由于本文采用8031单片机控制系统，因此，设计出的立式铣床性能价格比高，满足经济性要求。可实用于加工精度较高的场合。 关键词数控技术，立式铣床，设计
ABSTRACT The numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement . This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine and the control system, first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination; Regarding control system because here mainly aims at the economy numerical control milling machine the design, here uses electric stepping motor open-loop control, the computer system uses the high performance price compared to the MCS-51 series monolithic expansion system, mainly carries on the central processing element the choice, the memory expansion and the connection circuit design . Because this article uses 8,031 monolithic integrated circuits control system, therefore, designs the vertical milling machine performance price is higher than, satisfies the efficient request. But practical to processing precision higher situation . Key words：Numerical control technology，Vertical milling machine，Design
摘要 本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。 关键词：数控车床液压油泵液压油缸液压控制阀三爪卡盘性能分析参数优化设计 G RADUATE D ESIGN (T HESIS) 设计(论文)题目：数控机床液压系统设计 指导教师：李洪奎 I
Abstract The present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal. According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design. The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product. Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design II
数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力：在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量 3．高的传动精度与定位精度设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4．宽的进给调速范围：伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。 5．响应速度要快：所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象 6．无间隙传动：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7．稳定性好、寿命长：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。 联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，
1、G00与G01 G00运动轨迹有直线和折线两种，该指令只是用于点定位，不能用于切削加工 G01按指定进给速度以直线运动方式运动到指令指定的目标点，一般用于切削加工 2、G02与G03 G02:顺时针圆弧插补G03:逆时针圆弧插补 3、G04(延时或暂停指令） 一般用于正反转切换、加工盲孔、阶梯孔、车削切槽 4、G17、G18、G19 平面选择指令，指定平面加工，一般用于铣床和加工中心 G17:X-Y平面，可省略，也可以是与X-Y平面相平行的平面 G18:X-Z平面或与之平行的平面，数控车床中只有X-Z平面，不用专门指定 G19:Y-Z平面或与之平行的平面 5、G27、G28、G29 参考点指令 G27:返回参考点，检查、确认参考点位置 G28:自动返回参考点（经过中间点） G29:从参考点返回，与G28配合使用 6、G40、G41、G42 半径补偿 G40：取消刀具半径补偿 G41：刀具半径左补偿； G42：刀具半径又补偿； 先给这么多，晚上整理好了再给 7、G43、G44、G49 长度补偿 G43：长度正补偿 G44：长度负补偿 G49：取消刀具长度补偿 8、G32、G92、G76 G32：螺纹切削G92：螺纹切削固定循环G76：螺纹切削复合循环 9、车削加工：G70、G71、72、G73 G71：轴向粗车复合循环指令G70：精加工复合循环G72：端面车削，径向粗车循环G73：仿形粗车循环 10、铣床、加工中心： G73：高速深孔啄钻G83：深孔啄钻G81：钻孔循环G82：深孔钻削循环 G74：左旋螺纹加工G84:右旋螺纹加工G76：精镗孔循环G86：镗孔加工循环 G85：铰孔G80：取消循环指令 11、编程方式G90、G91 G90：绝对坐标编程G91：增量坐标编程 12、主轴设定指令 G50：主轴最高转速的设定G96：恒线速度控制G97：主轴转速控制（取消恒线速度控制指令）G99：返回到R点（中间孔）G98：返回到参考点（最后孔） 13、主轴正反转停止指令M03、M04、M05 M03：主轴正传M04：主轴反转M05：主轴停止 14、切削液开关M07、M08、M09 M07：雾状切削液开M08：液状切削液开M09：切削液关 15、运动停止M00、M01、M02、M30 M00：程序暂停M01：计划停止M02：机床复位M30:程序结束，指针返回到开头
引言 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水平和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。 随着社会生产和科学技术的发展，机械产品的性能和质量的提高。产品的更新换代也不断的加快。因此对机床不仅要求迅速适应产品零件的换代有教高的精度和生产率，而且应有教高的精度和生产率，生产的需要促使数控机床的产生。随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速发展起来。数控机床的进一步设计的必要性可以解决形状复杂小批零件的加工问题，稳定加工质量和提高生产率。但是由于受其它条件的限制，例如价格、精度等问题。所以设计改造数控机床的进给系统是刻不容缓的。数控机床进给传动系统的设计，其中包括进给系统的轴向负载计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杠螺母副的选型计算，进给传动系统的动态特性分析误差计算，驱动电动机的选型计算，驱动电动机与滚珠丝杠的连接等等。 通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。
目录 第一章数控铣床概述 (4) 1.1 数控机床的产生和发展 (4) 1.1.1数控机床的产生 (4) 1.1.2数控系统的发展 (5) 1.2 我国数控技术的发展概况 (5) 1.2.1数控技术再国民经济中的重要地位 (5) 1.2.2.我国数控机床发展存在的问题与对策 (6) 1.3 数控机床的发展趋势 (7) 1.4 数控铣床的主要功能及特点 (8) 1.5数控铣床的分类和应用 (8) 1.5.1 数控铣床的分类 (8) 1.5.2 数控铣床的应用 (9) 第二章XK712数控铣床Z向的总体方案设计 (9) 第三章机床Z向步进进给系统机械部分设计算 (10) 3.1设计参数 (10) 3.2 铣削力的计算 (10) 3.2.2计算各切削力 (10) F (10) 3.2.1计算主铣削力Z 3.3导轨的设计与选型 (11) 3.3.1 导轨概述 (11)
摘要 本文完成了对数控铣床伺服进给系统的设计。首先确定了总体设计方案，和X、Y、Z三个方向的运动参数，之后根据运动参数确定了数控机床的传动方案，由导程、当量动载荷、最小螺纹底径确定了X、Y、Z三个方向的滚珠丝杠以及由最大切削负载转矩、负载转动惯量等确定了X、Y、Z三个方向的伺服电机，并且校验了X、Y、Z三个方向的伺服进给系统。 确定了结构方案后，用CAXA 实体设计软件对结构中丝杠、导轨、伺服电机等零件进行了3D建模，之后装配出X、Y、Z三个方向的伺服进给系统，并生成出数控铣床伺服进给系统的二维工程图，最后对其进行了运动仿真。 关键词：进给系统；滚珠丝杠；伺服电机；CAXA实体设计
Abstract In this paper, the machine servo systems of the CNC milling are designed. First,overall design scheme is determined，and the motion parameters of the X,Y,Z three directions are determined，then according to the motion parameters，the transmission scheme of the CNC machine is determined，and by the lead, equivalent dynamic load, and bottom diameter of the smallest screw，the ball screws of the X, Y, Z three directions are determined and by the maximum cutting load torque, moment of inertia of the load ，the servo motors of the X, Y, Z three directions are determined，and the servo feed systems of the X, Y, Z three directions are checked. After determining the program of the structure，three-dimensional modeling of the screws 、rails 、servo motors and other parts in the structure are set up by using CAXA physical design software，then the servo systems of the X, Y, Z three directions are assembled，and two-dimensional engineering drawings of the servo systems of the CNC milling machine are generated，finally the motion simulation is set up. Keywords : Feed system;Ball Screw;Servo motor;CAXA physical design
单元二外轮廓零件加工 课题一平面加工 图2—1—1 平面加工任务图 参考程序： O0001； G90 G94 G21 G17； G91 G28 Z0； G90 G54 M03 S350； G00 ； Z5.0 M08； G01 Z-8.0 F50；
Y50.0 F52； G00 ； ； G01 Z-4.0 F50； Y50.0 F52； G00 ； X10. ； G01 Z-6.0 F50； G02 R50.0 F52； G00 Z20.0 M09； G91 G28 Z0； M30； 课题二外形轮廓加工
图2—2—1 零件加工任务图参考程序： （1）圆柱台加工程序 ○0001； G90 G94 G40 G17 G21； G91 G28 Z0； G90 G54 M3 S350； G00 Y0； ； G01 Z-4.0 F52； G41 D02 G01 Y0 F52； G02 J0； G40 G01 Y0； G41 D02 G01 YO； G02 J0； G40 G01 Y0； G41 D02 G01 Y0； G02 J0； G40 G01 Y0； G00 ； G91 G28 Z0； M30； （2）外轮廓加工程序 ○0002； G90 G94 G40 G17 G21； G91 G28 ZO； G90 G54 M03 S350； G00 Y52.0 M08； ； G01 Z-9.0 F52； G41 D02 G01 Y30.0 F52； G01 ；
； G02 ； G01 ； G02 ； G01 ； G02 ； G01 ； G03 ； G40 G01 ； G00 Z20.0 M09； G91 G28 Z0； M30； 粗加工时，选用Φ20的立铣刀，刀具号为T02，刀具半径补偿号为D02，补偿值为10.2mm （0.2mm是精加工余量）。 精加工时，选用Φ12的立铣刀，刀具号为T03，刀具半径补偿号为D03，补偿值为6mm。 单元三内轮廓零件加工 课题一槽加工
课程设计 课程名称：数控技术课程设计 学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号： 年级：任课教师： 2012年 1 月 16 日
课程设计任务书
课程设计（论文）任务书 学生姓名：指导教师： 任务书发出时间2011年12月25日 设计时间2011年12月26日——2012年1月16日 设计（论文）题目数控技术课程设计 设计（论文）内容 ①结合设计任务的要求拟定总体机械和电气控制设计方案。 ②根据拟定的机械设计方案进行二坐标数控工作台的机械结构设计计算和元件的 选用。 ③根据拟定的电气设计方案进行数控系统控制电路的框图设计及驱动控制电路的 计算和元件选用。 ④根据指定要求进行有关软件的流程图设计。 ⑤对指定的软件程序进行编写。 ⑥进行机械结构的工程图和电气原理图的绘制。 ⑦编写设计说明书。 设计（论文）的要求（含说明书页数、图纸份量） ①方案拟定正确。 ②设计计算根据来源可靠，计算数据准确无误。 ③元气件选用正确规范符合国家颁布标准。 ④机械结构图纸绘制视图完整、符合最新国家标准，图面整洁、质量高。 ⑤电气部份图纸要求符合国家标准，图面布局合理、整洁、质量高。 ⑥机械和电气部份图纸总量为 1.5 张“0”号图量，其中含机械装配图1～2张、 电气控制原理框图及计算机I/O接口和驱动控制电路等电气原理图1～2张。 ⑦课程设计说明书应阐述整个设计内容：如课题来源现实意义、总体方案确定、 系统框图分析、电气执行元件的选用说明、机械传动和驱动电路的设计计算以 及机械和电气的其它部分。说明书要突出重点和特色，图文并茂、文字通畅、 计算正确、字迹清晰、内容完整。说明书页数不少于 20 页
法兰克系统数控铣床代码完整版 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 数控铣床法兰克系统代码 G00 01 定位（快速移动） G01 01 直线插补（进给速度） *G00和G01为一组，选其一 G02 01 顺时针圆弧插补 G03 01 逆时针圆弧插补 *G02和G03为一组，选其一 G04 00 暂停，精确停止 G09 00 精确停止 *G04和G09为一组，选其一 G17 02 选择X Y平面 G18 02 选择Z X平面 G19 02 选择Y Z平面 *G17、G18、G19为一组，选其一 G27 00 返回并检查参考点 G28 00 返回参考点 G29 00 从参考点返回
G30 00 返回第二参考点 *G27~G30为一组，选其一 G40 07 取消刀具半径补偿 G41 07 左侧刀具半径补偿 G42 07 右侧刀具半径补偿 *G41、G42为一组，选其一，与G40成对使用G43 08 刀具长度补偿＋ G44 08 刀具长度补偿－ G49 08 取消刀具长度补偿 *G43、G44为一组，选其一，与G49成对使用G52 00 设置局部坐标系 G53 00 选择机床坐标系 *G52、G53为一组，选其一 G54 14 选用1号工件坐标系 G55 14 选用2号工件坐标系 G56 14 选用3号工件坐标系 G57 14 选用4号工件坐标系 G58 14 选用5号工件坐标系 G59 14 选用6号工件坐标系 *G54~G59为一组，选其一 G60 00 单一方向定位 G61 15 精确停止方式
立式数控铣床安全操作规程 1范围 本标准规定了立式数控铣床的安全操作要求、操作方法和规则。 本标准适用于立式数控铣床操作工作业安全技术操作。 2岗位职责 2.1服从工作安排，按时完成工作任务。 2.2工件、刀具和夹具都应牢固夹紧，不得有松动现象，以防切削时工件或刀具飞出伤人。 2.3按设计图样、工艺文件，技术标准进行生产，在加工过程中进行自检和互检。 2.4切削时，禁止用手去清除铣刀下面的切屑或检查工件表面。 2.5严格遵守安全操作规程，定期维护保养设备，工装、量具，使其保持良好。 2.6积极完善现场管理、定置管理等工作，使生产现场秩序规范化。 2.7遵守日常劳动纪律，努力提高自身工作效率、综合素质。 2.8有权对不合格品拒绝加工。 2.9对违反安全生产管理规定的有权拒绝生产。 3.岗位要求及岗位识别的危险源 3.1 立式数控铣工必须具备基本的电气知识，熟悉所使用设备的安全操作方法与设备构造、性能和维护方法，经考试合格取得操作证后方可独立操作。 3.2 非本工种人员不得随便操作设备设备。 3.3 熟悉工种危险源（或危害因素）。 3.4危险源（或危害因素）分析 3.4.1物体打击 吊装零件时，起吊不稳至零件掉落伤人。 3.4.2触电 3.4.2.1人体直接接触到设备带电部位、电源等造成触电。 3.4.2.2设备漏电、设备因过载、短路、绝缘老化等引起电气火灾、触电等。 3.4.3其他伤害 违章作业造成人员伤害等。 4操作方法 4.1工作服必须经常保持清洁和完好，禁止围围巾，切削时要戴好防护眼镜等劳保用品，加工过程中禁止戴手套，超过颈根的长发应挽在帽子里。
4.2 经常整理自己的工作区域，搬走工作中不需要的东西，所有现场物品定置摆放。 4.3当设备停机八小时以上，应先启动机床液压润滑5—10分钟，然后再用手动方式运转各运动轴，查看各部运转是否正常；确认运转正常、润滑良好、无任何报警、方能开始工作。 4.4工作前应根据工件材质、技术要求、刀具材料合理选择切削用量，正确编写加工程序，核对无误后方能进行试切及工件加工。 4.5在开动机床时，应注意观察周围环境有无障碍物，确认安全后方能开动。 4.6严禁在切削过程中停止主电机。停止主轴应先停自动走刀，退出刀具，降低转速，方能停车。 4.7切削过程中绝不允许测量尺寸、对样板、手摸加工面或将头贴近主轴观察，避免发生人身安全事故。 4.8更换刀具时，不应转动主轴，在换换刀前应将主轴锥孔、刀具锥面清擦干净，避免研伤。 4.9经常注意刀具与工件的紧固情况，刀刃磨钝了，不得继续使用。 4.10必须清楚机床“紧急停车按钮”的位置，遇到紧急情况应及时按下“紧急停车按钮”以断开主电源。 4.11严禁在操作面板、机罩、工作台、导轨护板上堆放杂物，不允许踩踏机床护板。 4.12除与编程有关的参数可由操作者自行修改外，其他机床参数禁止更改。 4.13设备开动时，严禁操作者离开岗位或托人代管。 4.14注意观察机床稳压柜、电柜空调、油制冷单元、排削装置等辅助设施运行是否正常；及时倒掉制冷设施的冷凝水，避免油质乳化，保持环境整洁。 4.15工作中如发生异常情况，如声音不正常，局部温度升高、电流增大、油路不畅通、运动不均匀、指示信号不正常等都应停车检查，如不能判断排除时，应停止使用设备，报告维修人员处理。当设备发生事故时，应保持现场并报告公司和设备科。 4.16设备长期不使用，应注意防潮，停机两周以上应给数控系统通电八小时，以保证相关数据不丢失。 4.17不允许采用压缩空气清洗机床、电气柜及NC单元。 4.18禁止在工作地点吸烟。 4.19有头痛、胃痛、喘气、恶心等身体不适现象，应报告领导，并去医治。 4.20工作结束，切断电源进行设备、工装等保养，整理好工作地，做好交接班记录。 5应急措施 5.1发生机械伤害、烫伤等伤害事故时，应采取临时措施；可能有内伤的，使其平稳倒地不