XXXX大学
毕业设计说明书
设计Q扣1：1459919609Q扣2：1969043202
学院：
专业：
题目：X62W普通铣床的数控化改造设计
指导教师：职称:
职称:
20**年**月**日
毕业设计（论文）开题报告
课题名称普通X62W铣床数控化改造设计
课题来源教师拟定课题类型AY指导教师
学生姓名学号专业
一、设计的目的;
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。
本毕业设计是以机床改造为主线，通过对数控系统总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路设计，使学生能够综合应用所学的机械，电子和数控方面的知识，从而培养学生具备初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程所遇到的问题能力。通过此次毕业设计使学生树立正确的设计思想，学会运用手册，标准，规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际的能力。本毕业设计的内容是要实现以下几部分的设计，精密执行机构的设计计算，单片机设计，驱动电路以及数控电器原理设计。并编制机械传动设计计算以及系统程序的编制说明等。
二、设计的要求
采用单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能
三、设计的思路
普通机床的数控化改造是一项综合性的设计内容，包含有机械部分的改造，设计计算，电器部分的再造并绘制原理图，系统控制部分设计。为了使改造顺利进行，并最终达到改造的用要求。现设计先后顺序如下
1.首先要考虑改造那些机械部分
为配合电气改造而需进行的机械改造，机械部分的改造要进行大量的测量，设计计算，并绘制改造部件图纸，零件制作等应先期完成。
2.其次电器部分改造
在改造之前，只有对旧系统电气资料进行充分的消化，才能了解以前的设计思想，才
能更好完成新旧系统的衔接与转换。绘制电器原理图。
3.控制系统的设计
在机械和电器部分进行改造后，我们要根据机械部分的动作要求，和电器部分的控制需求设计出相应满足要求的数控控制系统。
四、预期成果
完成机械结构总装备图一张（A0），进给系统装配图一张（A1），自动刀架结构装配图一张（A1），编码盘安装部分结构装配图一张（A1），数控系统电气原理图一张（A1）。
五、主要内容：
1.总体设计方案的拟定和论证
2.机械改造部分设计
3.数控系统的设计
六、时间安排
1.2012年2月13日～2012年2月25日，调研、搜集相关资料，翻译外文文献，确定设计方案，撰写开题报告；
2.2012年2月27日～2012年4月13日，方案设计、整体机构的设计；设计计算和校核；
3.2012年4月16日～2012年5月18日，结构设计，绘制装配图及零件图；
4.2012年5月21日～2012年5月27日，撰写论文、提交图纸、设计说明书、进行审核、修改；
5.2012年5月28日～2012年6月1日，评阅教师评阅并给出评语和成绩；
6.2012年6月4日～2012年6月8日，上交毕业设计（论文）。
七、完成设计（论文）所应具备的条件因素
1.了解并熟悉普通X62W铣床的整体机械结构及控制电路图。
2.熟悉单片机原理。
3.会C语言程序编写。
4.熟练运用Auto CAD绘图工具进行绘图。
5.熟练操作计算机办公软件。
指导教师签名：日期
普通X62W铣床的数控化改造设计
摘要
我所设计的毕业课题为“普通铣床数控化改造设计”。对于机床的设计来说，我首先对所要设计的机床进行技术调查，查阅了国内外有关文献资料，在此基础上，对其用途范围、性能指标、方案对比等进行论证分析。对于通用机床我更是查阅了大量的国内外有关铣床的资料后，拟定了此机床的总体方案为立式铣床。
本文在X62W数控铣床改造设计时主要从经济性、方便性、实用性、可靠性四方面因素出发，对X62W型铣床进行了数控铣床机械系统设计，硬件及电路设计。使改造后的机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度;运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙;功率大;便于操作和维修。
X62W数控铣床机械系统设计包括伺服驱动系统的设计计算，滚珠丝杠螺母副的设计计算。进给传动系统设计中，拆除纵向、横向、垂向进给箱齿轮，在该处将手轮轴通过一对减速齿轮和纵向、横向及垂向步进电机相连。数控系统是一个基于8031单片机的数字型控制系统。采用较小体积的单片机来实现一般的逻辑功能，对进给系统的两个轴进行控制。
关键词：数控化改造；定位精度；步进电机；滚珠丝杠；伺服传动系统
ORDINARY X62W MILLING MACHINE
OF THE RETROFIT DESIGN OF THE NUMERICAL CONTROL
ABSTRACT
I design of graduation project for"ordinary milling machine numerical control transformation design".For the machine tool design,I first want to design of machine tool technology research,consulting literature at home and abroad,on the basis of this,the application scope,performance index,scheme comparison and analysis.For universal machine I was referring to a large number of domestic and international relevant milling machine information, formulate the overall plan for the vertical milling machine.
Based on the X60W numerical control milling machine transformation design mainly from the economy,convenience,practicality,reliability based on four factors,X60W type milling machine for numerical control milling machine mechanical system design,hardware and circuit design.After the improvement of the mechanical transmission part of machine tool with high static,dynamic stiffness;kinematic pair between the small friction coefficient, no transmission gap;the power is large;easy to operate and repair.
X60W CNC milling machine mechanical system design of servo drive system design and calculation,the design and calculation of ball screw pair. Feed transmission system design,longitudinal,transverse,demolition of vertical feeding gear box,where the hand wheel shaft through a pair of gear and the longitudinal,transverse and vertical step motor.NC system is based on8031single-chip digital control https://www.doczj.com/doc/9110638281.html,ing a smaller volume of single chip to achieve the general logic function,on the feed system of the two axes control.
KEY WORDS Numerical control transformation;position precision; stepping motor;ball screws;servo drive system
目录
摘要...................................................................................................................I ABSTRACT...............................................................................................................II 1机床数控化改造论证分析.. (1)
1.1机床数控化改造的必要性 (1)
1.2我国数控系统发展现状 (2)
2普通X62W铣床数控化改造分析 (4)
2.1主传动系统的改造设计 (4)
2.1.1主轴部件选择 (5)
2.1.2主轴组件的动态特性 (8)
2.2进给伺服系统的设计 (8)
2.2.1对进给伺服系统的基本要求 (8)
2.2.2进给伺服系统的设计要求 (9)
2.2.3进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 (10)
2.3X62W数控铣床改造设计方案及步骤 (11)
3普通X62W铣床数控化改造设计计算 (13)
3.1主轴系统计算 (13)
3.1.1V带传动的设计计算 (13)
3.1.2Z轴滚珠丝杠副 (15)
3.2横向进给系统的设计计算 (18)
3.2.1滚珠丝杠螺母副的设计计算 (18)
3.2.2伺服驱动系统的设计计算 (23)
3.3纵向进给系统的设计计算 (24)
3.3.1滚珠丝杠螺母副的设计计算 (24)
3.3.2传动效率计算 (29)
3.3.3伺服驱动系统的设计计算 (29)
3.4垂直进给系统的设计计算 (31)
4普通X62W铣床数控系统设计 (33)
4.1微机数控系统组成及特点 (33)
4.2微机数控系统设备介绍 (34)
4.2.1I/O口电路的扩展 (38)
4.2.2步进电机驱动电路 (41)
4.2.3其它辅助电路设计 (42)
结论 (43)
参考文献 (44)
致谢 (45)
1机床数控化改造论证分析
数控机床具有高精度、高效、高速、高可靠性等优点，并且机床结构趋于模块化、数控功能专门化。数控机床是集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体的典型的机电一体化产品。它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式、使世界制造业的格局发生了巨大的变化。数控技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，己成为当今制造业的发展方向。我国是世界上机床产量最多的国家，但在数控机床的产品竞争力仍然处于较低的水平。因为开发一台新的数控机床的周期比较长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。为此我们应该在普通机床上考虑，不能一味的大量添置全新的数控机床，这样会造成资金投资量大，成本高，而且又会造成原有设备闲置浪费。把普通机床改造为数控机床不失为一条提高数控化率的有效途径。普通机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。这种机床改造花费少，改造针对性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床缺点和存在的问题，生产效率高，尤其适合中国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。
1.1机床数控化改造的必要性
我国现有机床320多万台，这些机床技术状况老化严重，据统计，全国30%左右设备在16年以上，其中近30%的役龄超过了26年，这些都说明目前我国还没有走上主要依靠科技进步对机床进行改造的轨道。另外，随着科技的进步，生产依赖于设备的程度日益增大，企业的产量、质量、效率、成本、安全及环境保护和劳动情绪都受设备的制约，实现企业的现代化己势在必行。但据资料介绍，我国的金属切削机床年产量仅占同类设备拥有量的1/28，如将每年生产的全部机床用来更换旧机床需要28年所以，我国目前解决设备技术进步的主要途径是机床改造。
微观上看，数控机床比传统机床有突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。数控机床可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出
每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3~7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。
宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年初已开始大规模应用数控机床。其本质是采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年，如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有 1.9%，而日本在1994年己达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
1.2我国数控系统发展现状
现在赶上了计算机体系结构前进的步伐、加快数控系统的开发速度，已成为数控发展的最主要趋势。以第四代计算机的工程结构和微电子工艺技术为基础，充分利用现有微机的硬件、软件资源，发展总线式、模块式、开放型、嵌入式的柔性数控系统，使之即适合加工复杂零件、分立式机床用的数控系统的组成，又适合未来自动化升级时功能可扩展的要求。
我国数控系统发展具有以下3个特征：
(l)高档数控系统技术已经突破。如华中I型等数控系统，都具有多轴联动功能，快速进给速度在1.67m/s以上，具有较强的通信、管理功能。
(2)普及型数控系统技术已经成熟。如北京机床研究所的BS9l系统，这些系统一般配有CRT显示器，可配置直流和交流司服驱动，2-4轴联动。
(3)经济型数控系统仍有广阔的市场前景。由于这类系统结构简单，价格便宜，非常适合中小型企业，目前仍是我国应用面最广的数控系统。比较典型的有南京大方的JWK系列。
我国是机床生产大国，又是使用大国。数控机床是机械工业发展的关键产品，我国的数控机床在机床产品中的比例总体水平低。但是我国是发展中国家，许多企业财力薄弱，不可能花费大量的资金添置许多全新的数控机床，同时大量的通用机床不可能全部淘汰。
因此，把普通机床改造为数控机床则不失为是一条提高数控化率的有效途径，机床改造花费少，改造针对性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题，生产效率高。
2.普通X62W铣床数控化改造分析
2.1主传动系统的改造设计
主传动系统一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源为执行元件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向,变速装置传递动力以及变换运动速度，执行元件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。
现代切削加工正向着高速、高效和高精度方向发展，对机床的性能提出越来越高的要求，如转速高，调速范围大，恒扭矩调速范围达1：100～1：1000，恒功率调速范围达1：10以上；更大的功率范围达2.2～250kW，能在切削加工中自动变换速度；机床结构简单，噪声小，动态性能好，可靠性高等。数控机床主传动设计应满足的特点：主传动采用直流或交流电动机无级调速；数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计；数控机床高速主传动设计；数控机床采用部件标准、模块化结构设计；数控机床的柔性化、复合化；虚拟轴机床设计。
为了适应数控机床加工范围广、工艺适应性强、加工精度高和自动化程度高等特点，要求主传动装置应具有以下特点：
（1）具有较大的调速范围，并实现无级调速。无级变速传动在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的切削速度；能在运转中变速，便于实现变速自动化；能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。
（2）具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低。数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。
（3）良好的抗震性和热稳定性。数控机床一般既要进行粗加工，又要精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀运动部件不平稳以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力—抗振性。抗振性用动刚度或动柔度来衡量。例如主轴组
件的动刚度取决于主轴的当量静刚度阻尼比及固有频率等参数。
机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件有较高的热稳定性，通过保持合适的配合精度，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。
主传动变速系统
普通机床一般采用机械有级变速调速传动，而数控机床需要自动变速；且在切削阶梯轴的不同直径，切削曲线旋转面和断面时，需要随切削的直径的变化而自动变速，以保持切削速度基本恒定。这些自动变速又是无级变速，以利于在一定的调速范围内选用到理想的切削速度，这样既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。
机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。
无级变速主传动系统设计原则：
一为尽量选择功率和扭矩特性符合传动系统要求的无级变速装置。如铣床主传动系统要求恒功率传动，就应该选择恒功率无级变速装置。
二为无级变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，尤其是恒功率调速范围往往小于机床实际需要的恒功率变速范围。为此，常把无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围和整个变速范围。
2.1.1主轴部件选择
主轴部件的性能要求：主轴部件是机床主要部件之一，它是机床的执行元件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成型运动。主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。
主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产效率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴部件有如下要求：
①轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的定心表面（如车床轴端的定心短锥、锥孔，铣床轴端的7：24
锥孔）的径向和轴向跳动。旋转精度取决于的主要件如主轴、轴承、壳体孔等的制造、装配和调整精度。工件转速下的旋转精度还取决于主轴的转速、轴承的性能，润滑剂和主轴组件的平衡。
②刚度：主轴部件的刚度是指其在外载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义的。主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
③温升：因为相对运动处的摩擦生热，切削取得切削热等使主轴温度升高将引起热变形使主轴伸长，轴承间隙的变化，降低了加工的精度；温升也会降低润滑剂的粘度，恶化润滑条件。因此，各类机床对温升都有一定的限制。
④可靠性：数控机床是高度自动化的机床，所以必须保证工作可靠性，可喜的是这方面的研究正在发展。
⑤精度保持性:它指长期保持其原始制造精度的能力。对数控机床的主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。
主轴部件的组成和轴承选型
①主轴部件:它由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。
②主轴的传动件:可以位于前后支承之间，也可位于后支承之后的主轴后悬伸端。目前传动件位于后悬伸端的越来越多。这样做，可以实现分离传动和模块化设计：主轴组件（称为主轴单元）和变速箱可以做成独立的功能部件，又专门的工厂集中生产，作为商品出售。变速箱和主轴间可用齿轮副或带传动联接。本三坐标曲面数控铣床采用带传动联接。主轴支承分径向和推力（轴向）。角接触球轴承兼起径向和推力支承的作用。推力支承应位于前支承内，原因是数控机床的坐标原点，常设定在主轴前端。为了减少热膨胀造成的坐标原点的位移，应尽量缩短坐标原点支推力支承之间的距离。
③主轴轴承:选用角接触球轴承。这种轴承即可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。这种球轴承为点接触，刚度较低。为了提高刚度和承载能力，常采用多联组配的办法。有三种基本组配方式，分别为背对背，面对面和同向组配，背靠背和面对面组配都能受双向轴向载荷；同向组配只能承受单向轴向载荷。背对背
比面对面安装的轴承具有较高的抗颠覆力矩的能力。运转时，轴承的外圈的散热条件比内圈好，因此，内圈的温度将高于外圈，径向膨胀的结果将使轴承的过盈加大。轴向膨胀对与背靠背组配将使过盈减少，于是，可以补偿一部分径向膨胀；而对于面对面组配，将使过盈进一步加大。基于上述分析，主轴受到弯距，又属高速运转，因此主轴轴承必须采用背靠背组配。
④角接触角轴承的间隙调整和预紧
主轴轴承的内部间隙，必须能够调整，多数轴承，还应在过盈状态下工作，使滚动体和导轨之间有一定的预变形，这就是轴承的预紧。
轴承预紧后，内部无间隙，滚动体从各个方向支承主轴，有利于提高运动精度。滚动体的直径不可能绝对相等，滚道也不可能绝对正圆，因而在预紧前只有部分滚导体与滚道接触。预紧后，滚导体和滚道都有了一定的变形，参加工作的滚动体将增多，各滚动体的受力将更加均匀。这些都有利提高轴承的精度、刚度和寿命。如主轴产生振动，则由于各个方面都有滚动体支承，可以提高抗振性。但是，预紧后发热较多，温升较高；而且较大的预紧力将使寿命下降，故预紧要适量。
角接触角轴承在轴向力的作用下，使内外圈产生轴向错位实现预紧，衡量预紧力大小的是轴向预紧力，简称预紧力Fa0，单位为N。多联角接角球轴承是根据预紧力组配的。轴承厂规定了轻预紧、中预紧和重预紧三级预紧。订货时可指定预紧级别。轴承厂在内圈（背靠背组配）或外圈（面对面组配）的端面根据预紧力磨去δ。装配时挤紧，便可得到预定的预紧力。如果两个轴承间需要隔开一定的距离，可在两轴承之间加入厚度相同的内外隔套。在轴向载荷的作用下，不受力侧轴承的滚动体与滚道不能脱离接触。而满足这个条件的最小预紧力，双联组配为最大轴向载荷的35%。
⑤承载能力和寿命
主轴轴承通常载荷相对较轻。一些特殊重载主轴外轴承的承载能力是没有问题的。主轴轴承的寿命，主要不是取决于疲劳点蚀，而是由于磨损而降低精度。通常，如轴承精度为P4级，经使用磨损后跳动精度降为P5级,这个轴承就认为应该更换了。虽然还未达到其疲劳寿命，但这种“精度寿命”目前还难以估计。
.................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... 8155各引脚功能说明如下：
RST：复位信号输入端，高电平有效。复位后，3个端口均为输入方式。
AD
0～AD
7
：三态的地址/数据总线。与单片机的低8位地址/数据总线（P0口）
相连。单片机与8155之间的地址、数据、命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。
：读选通信号，低电平有效。
：写选通信号，低电平有效。
CE：片选信号线，低电平有效。
IO/M：8155的RAM存储器和I/O口选择。当IO/M＝0时，则选择8155
的片内RAM，AD
0～AD
7
上地址为8155中RAM单元的地址（00H～FFH）；当IO/M＝
1时，选择8155的I/O口，定时/计数器，命令/状态寄存器
ALE：地址锁存信号。8155内部设有地址锁存器，在ALE的下降沿将单片机P0口输出的低8位地址信息及CE，IO/M的状态都锁存到8155内部锁存器。因此，P0口输出的低8位地址信号不需外接锁存器。
PA
0～PA
7
：8位通用I/O口，其输入、输出的流向可由程序控制。
PB
0～PB
7
：8位通用I/O口，功能同A口。
PC
0～PC
5
：有两个作用，既可作为通用的I/O口，也可作为PA口和PB口的
控制信号线，这些可通过程序控制。
TIMERIN：8155内部定时/计数器信号输入端。
TIMEROUT：8155内部定时/计数器信号输出端。
V
CC
：＋5V电源
8155集成芯片引脚图
图4-38031对外RAM和ROM的链接
4.步进电机驱动电路
步进电机是一种用脉冲信号控制的电动机。在负载能力及动态特性范围内，电动机的角位移仅与控制脉冲成正比。在多数情况下，用步进电机作为执行元件的数控系统不需要A/D或D/A转换，可采用较为简单的开环控制，因而成为经济性数控机床最主要的一种伺服驱动元件。
（1）计算机接口
在控制系统中，步进电机的接口电路至关重要，没有它将无法实现微机对步进电机的控制。如前所述，8031系列单片机含有4个并行输入/输出口，其中P1口可以提供给用户使用，作为步进电机及其它控制对象的接口。也可采用8155或8255A等可编程并行输入、输出接口芯片设计扩展接口电路，来控制步进电机即其它外部设备。本系统即采用8155的PA口作为步进电机的控制端口。
（2）脉冲分配器
脉冲分配器又叫做环形分配器，是驱动步进电机必不可少的环节。步进电机的控制方式由环形分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列脉冲指令按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各项绕组，实现电机的正或反转。在数控系统中使用较多的是集成脉冲分配器和软件脉冲分配器。而在本系统中使用的是软件脉冲分配，通过编程来达到脉冲分配的目的，从而控制步进电机的各项绕组。
（3）隔离电路
在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。由于步进电机需要的驱动电压较高（几十伏），电流也较大，如果将输出信号直接与功率放大器相联，将会引起强电器干扰，轻则影响计算机程序的正常进行，重则导致计算机和接口电路的损坏。所以一般在接口电路与功率放大器之间都要加上隔离电路，实现电气隔离，通常使用最多的是光电耦合器。图为光电耦合器与步进电机的接口电路。
图4-4光电隔离与步进电机接口电路图
5其它辅助电路设计
（1）8031的时钟电路
单片机的时钟可以有两种方式产生：内部方式和外部方式。
内部方式利用芯片内部振荡电路，在XTAL
1、XTAL
2
引脚上外接定时元件，如
图()所示。晶体可在1.2～12MHz之间任选，耦合电容在5～30Pf之间，对时钟
有微调作用。采用外部时钟方式，可把XTAL
1直接接地，XTAL
2
接外部时钟源。
（2）8031的复位电路
结论
由于数控机床的精密要求，所以在设计的时候不得不考虑它的刚度要求及抗振性要求，这使得在设计床身的时候就要考虑到它所承受的各种外力的情况，在这方面，我针对床身的材料、厚度及其机构几方面进行了设计。在传动方面为适应其加工范围、工艺要求、加工精度及自动化要求等方面，对主轴进行了设计使其具有较高的热稳定性，并能保证配合精度，并且还对X、Y、Z轴及其它相关零件进行了计算。在进给伺服系统的设计中，因其要求定位精度高、跟踪指令信号的响应快、系统的稳定好等，首先对其进行了分析并根据其要求完成这方面的设计。
在设计微机控制系统时，在选取主控制器及存储器时通过对本系统的考虑，在从性能价格比上选取了合适的硬件结构，在电路设计方面以达到简洁明了实用为目的，做出了设计。在选取电机时，以丝杠的最大负载及不影响电路的正常工作。最后根据铣床功能方面要求来对系统的程序进行针对编制，保证所需功能的完成。
参考文献
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[6]文怀兴主编.数控铣床设计[M].北京：化学工业出版社.2006.1
[7]机电一体化技术手册编委会编写.第1卷/机电一体化技术手册[M].北京：机械工业出版社
[8]王洪主编.数控加工程序编制[M].北京：机械工业出版社.2002.3
[9]G..Chsieh·A Study on PositionServo Control System·IEEE Vol IE39,1989,No.3
[10]Nakazawa H,Tomishi Y·Study on Height Speed Feed Drive System for Machine Tool·Japan Society of Precision Engineering,1991,3(57)
普通铣床的数控化改造
系部： 班级： ： 学号：2011134018 第一章普通铣床的数控化改造总体方案的设计 一：普通铣床的数控化改造方案的设计 1.原来的XQ6125B普通升降 台铣床的用途 原XQ6125B卧式万能升降台铣床是属于 通用机床，主要适用于加工单件、小批量生 产和工具修理部门，也可以用于成批生产部 门。可利用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型 铣刀和端面铣刀等，铣削各种平面、斜面、 成型表面、沟槽及齿轮等。还可以利用分度 头，可以加工各种螺旋槽。外观如图1-1。 对于它的数控化改造用于扩大加工围，提高加工精度，提高工作效率，满足生产急需是非常必要的，从经济角度上也是可行的。图1-1 XQ6125B普通升降台铣床外观图
2.总体设计任务 将原来的X6132要改造成加工精度高、定位准确、可靠，扩大其加工围，提高加工效率，各性能参数有所提高，使其可以铣削圆弧面与斜面等形状复杂的高精度零件(如凸轮轴)。 3.总体设计方案 经济型数控铣床的改造，为了保证被改造后的性能不低于原铣床，选X 、Z 坐标快进速度不低于2.4m/min ，水平拖动力按15KN 计算，则所需的功率为： P=FV=15?60 4.2=0.6Kw 如果采用步进电机作为伺服驱动元件，步进电机达不到此功率要求。 例如：200BF001反应式步进电机，最大静转矩为M N ?8.16，最高运行频率为11000step/s ，步距角为1/6°，若取最高工作频率下的工作扭矩为静扭矩的1/4，则高速小的功率为： KW W P H 1334.04.133180 6110008.1641==????=π 因此，如果选用步进电机，必须相应地降低机床的某些性能，主要是快速性。另一方面由于步进电机在低速工作时有明显的冲动，易自激振荡，而且激振频率很可能落入铣削加工所用的进给速度围，着对加工极为不利，造成工件超差。此外，由于步进电机没有过载能力，高速时扭矩下降很多，容易丢失，大功率步进的驱动较困难等，选用步进电机驱动是不合适的。 若采用直流或交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难得多，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，由于所改造数控铣床工件的加工精度不十分高，采用闭环系统的
摘要 数控技术作为现代制造业的核心技术之一，在各行各业得到了广泛的应用，在机械制造行业当中，数控铣床由于可以以较高的精度实现多工种加工已经成为现代机械制造业中不可缺少的加工设备。据原有的普通铣床X6130铣床，将其数控化改造确定电动机的功率，根据其具体结构选择合适的变频器，PLC,直流驱动器等，根据精度的要求和转速，确定机床的电器设计和私服系统的设计，并进行一定的参数效核，并完成改造后机床部件的结构设计；完成铣床数控化的电气设计；完成电器原理设计和机床结构设计；完成改造所需的电器部件的选择和其参数的效核；完成相应的设计说明书；完成于本设计相关的论文一篇；完成铣床的结构设计，以装么配图的方式表述；完成改造后的装配图。 关键词：数控技术；铣床；改造；控制电路
ABSTRACT One of the key technology of NC technology as the modern manufacturing industry, has been widely used in all walks of life, in the mechanical manufacturing industry, CNC milling machine can realize the high precision work processing has become indispensable to modern processing equipment in mechanical manufacturing. According to the original general milling machine, X6130 milling machine, the numerical control transformation to determine the motor power, and according to the specific structure of choosing suitable frequency converter, PLC, DC drive, according to the required accuracy and speed, to determine the design of electrical machine design and PW system, and the effect of some parameters of nuclear, structure design and complete after the transformation of the machine tool components; complete electrical design milling CNC; complete electrical design principle and structure of machine tool design; complete the transformation of the electrical components selection and the parameter effect nucleus; completed the design of the corresponding instructions; to complete the design related to a paper; structure design milling machine, in order to install do some way; the assembly after the completion of the transformation. Keywords: Numerical Control Technology;Milling Machine；Reform； The Control Circuit
普通铣床的数控化升级改造 摘要：本文主要介绍中达自动化数控产品―PUTNC-H4C-M型数控系统和台达ASDA-AB系列交流伺服在普通铣床的数控化升级改造上的完美整合应用。通过中达提供的量身定制式机床再生解决方案，展现了升级后的经济型数控铣床的耀眼光辉。 关键词：数控交流伺服经济型数控铣床改造 1 引言 随着机械加工制造业的飞速发展，现有的普通机床已越来越不能适应目前市场激烈的竞争，高效率和多变的要求，已越来越受到市场的青睐。 伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备。就目前情况而言，一个企业设备数控化程度的高低直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较少的资金，把原有普通机床进行自动化升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。 对于机床生产商而言，最直接的方式莫过于直接普通机床出厂前自行数控化升级，使之以低廉的价格，高效的加工性能，以经济型数控机床的新身份展现于市场。 2 铣床简易数控改造升级案例 2.1数控改造器材 （1）数控系统：台达PUTNC-H4C-M 一套 （2）伺服驱动：台达ASDA-A1021-AB 三套 （3）伺服电机：台达ECMA-G31309ES 两台 （4）台达ECMA-G31309FS 一台 铣床改造图片 3 铣床数控改造 3.1 铣床数控原理设计 机床本体的数控化改造，是将原工作台进给电机、进给箱及其传动链拆除，然后进行如下改造：用三个伺服电机分别驱动升降、纵向、横向坐标轴、根据各轮的脉冲当量配置相应的传动系统；将原二轴普通丝杠改为滚珠丝杠。通过中达系统的高开放性更改系统内部的PLC和画面实现客户特殊要求。铣床简易数控升级改造控制系统架构如图1所示。
摘要 毕业设计是在原有普通铣床的基础上,对其进行改造,成为三坐标数控铣床。该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。 所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉其应用。 在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对普通铣床的数控化改造进行了分析和设计，通过对普通铣床的数控化改造，提高了普通铣床的加工能力和加工范围，节省了直接购买机床的部分资金，具有很好的经济效益。 关键词：铣床, 数控, 三坐标
目录 摘要 (1) Abstract (2) 前言 (5) 第一章概论 (6) 1.1数控机床的产生及发展 (6) 1.2数控机床的组成及分类 (6) 1.2.1 数控机床的组成 (6) 1.2.2 数控机床的分类 (8) 1.3数控机床的特点及应用范围 (9) 1.3.1 数控机床的特点 (9) 1.3.2 数控机床的应用范围 (9) 第二章设计主要参数及基本思想 (10) 2.1课题要求 (10) 2.1.1 题目名称（包括主要技术参数）及技术要求 (10) 2.1.2 课题内容及工作量 (10) 2.2设计原则 (10)
2.3总结构设计 (11) 2.3.1 数控机床的机构设计要求 (11) 2.3.2 提高机床的结构刚度 (11) 2.3.3 提高进给运动的平稳性和精度 (12) 第三章三坐标数控铣床的设计和计算 (13) 3.1主传动系统的设计 (13) 3.1.1 主传动变速系统 (14) 3.2主轴系统计算 (17) 3.3.1 对进给伺服系统的基本要求 (19) 3.3.2 进给伺服系统的设计要求 (20) 3.3.3 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 (20) 3.4进给传动的计算 (21) 3.4.1 X轴滚珠丝杠副 (21) 3.4.2 Y轴滚珠丝杠副 (24) 3.4.3 Z轴滚珠丝杠副 (28) 3.4.4滚珠丝杠的安装与使用 (31) 第四章微机控制系统的设计 (34)
毕业设计 题目:X6132普通铣床数控改造志当高学当勤能必强技必精
内容摘要 普通铣床数控化改造是运用现代数控技术，对现有普遍铣床进行局部结构改造，以实现半自动化或全自动，改善铣床的技术性能指标，解决机械制造中普通铣床，其加工精度较低、不能批量生产、自动化程度不高，自适应性差的问题，拓展加工结构复杂、精密、批量、零件多变的功能，提高质量稳定和生产效率，使之局部或全部达到新数控铣床的水平。同时，普通铣床数控化改造，能解决许多企业在短时间内无法实现全部更新数控设备，是一条投资少、提升产品质量、生产效率和企业竞争力的捷径。 通过对X6132普通铣床的数控化改造，掌握数控设备改造的基本方法, 学会分析设备机械、电气部分的改造方案和零部件选用规则，对将来到企业中进行普通铣床的数控化改造具有一定的指导意义，为促进我国数控设备运用和发展, 提高民族高技术机电设备的技术水平, 具有良好的社会效益和经济效益。 关键词：数控；改造；铣床 目录
1. 普通铣床数控化改造概论 1.1 普通铣床数控化改造的意义 1.2 普通铣床数控化改造优点 2．X6132普通数控改造总体方案的设计 2.1设备改造后的要求 2.2.数控铣床改造的总方案设计 3.机械传动部分的改造与设计 3.1主电动机功率的计算 3.2 纵向进给系统的改造与设计 3.2横向进给系统的改造与设计 4.电控系统的改造与设计 4.1国内外数控系统的发展趋势 4.2数控系统的类型和特点 4.3数控系统选型因素 4.4西门子数控系统的特点、功能、主要参数 4.5变频器选择 4.5.1变频器的作用和类型 4.5.2变频器的选择原则和方法 4.6驱动器的选型 4.7编码器的选型 4.8铣床数控化改造的数控系统功能 5. X6132普通数控化的电控改造与设计 5.1主电机控制电路设计 5.2进给系统的控制设计 6.X6132数控化铣床安装与调试 6.1 X6132数控化铣床机、电系统的安装 6.2 X6132数控化铣床的调试与运行 7.设计小结 8.致谢 9.参考文献 10.X6132普通数控化改造的主要零配件的清单 11. 附X6132普通铣床控化改造的主要图纸 11.1．X6132普通数控化的接口电路图、控制电路图、主电路图 11.2．X轴进给系统的机械装配图； 11.3．Z轴进给系统的机械装配图；
X6132型普通铣床经济型数控化改造 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改造设计更显得重要。 本文是对X6132铣床进行数控改造，主要分五个部分进行了介绍。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，第四部分是经济与环保性能的简要分析，第五部分是机械结构三维造型。基于步进电机的机械改装减少了人的工作量，把手动转变为电动。本次改造用了三个步进电机，分别控制机床的三个方向（纵向、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。用滚珠丝杠螺母副传动结构代替原有传动结构，在综合性能上得到了较好的改善。 关键词：铣床,丝杠,步进电机,数控
The Economic Digital Control Retransformation of the Milling Machine X6132 Abstract As the development of computer technology, producing the modern computer numerical control(CNC) machine becomes the trend of technique transformation and reformation in the manufacturing industry and the foundation of automation factories in the future. Therefore, the project of automating the machine is important to the prospective study and work. The paper describes the digital control retransformation of X6132 miller and the introduction has been mainly underway by five branches. The introduction on computer numerical control (CNC) machine will be presented in Section 1. The overall designing scheme will be proposed in Section 2. The calculation and data of mechanical parts is in Section 3 and in Section 4 the economy is analyzed against the environmental protection performance profile. In section 5 is mechanical three-dimensional modeling. The reformation of the machine based on the stepping motor decreases the workload by turning the hand operation to electric control. Three motor controlling three directions respectively move the ball screws by gears and strap wheels. Replacing original drive composition with the ball leading screw nut pair drive composition can make the overall performance better improved. Key words: milling machine, ball screw, stepping motor, computer numerical control
普通铣床数控化改造设计 摘要 我所设计的毕业课题为“普通铣床数控化改造设计”。对于机床的设计来说，我首先对所要设计的机床进行技术调查，查阅了国内外有关文献资料，在此基础上，对其用途范围、性能指标、方案对比等进行论证分析。对于通用机床我更是查阅了大量的国内外有关铣床的资料后，拟定了此机床的总体方案为立式铣床。然后根据总体方案的布局形式，规格参数，精度性能等要求，对此机床的进给传动系统进行了专题设计。首先是对进给传动的运动设计。此设计主要功能和主要参数以及各系统的基本工作原理及其数控化。数控化的铣床的定位精度和重复定位精度明显提高，获得了明显的经济效益。 关键词：数控化改造；定位精度；重复定位精度；无级变速；伺服传动系统。 第一章三坐标数控铣床的设计和计算 1.1 主传动系统的设计 主传动系统一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源为执行元件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向,变速装置传递动力以及变换运动速度，执行元件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。 现代切削加工正向着高速、高效和高精度方向发展，对机床的性能提出越来越高的要求，如转速高，调速范围大，恒扭矩调速范围达1：100～1：1000，恒功率调速范围达1：10以上；更大的功率范围达2.2～250kW，能在切削加工中自动变换速度；机床结构简单，噪声小，动态性能好，可靠性高等。数控机床主传动设计应满足的特点：主传动采用直流或交流电动机无级调速；数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计；数控机床高速主传动设计；数控机床采用部件标准、模块化结构设计；数控机床的柔性化、复合化；虚拟轴机床设计。 为了适应数控机床加工范围广、工艺适应性强、加工精度高和自动化程度高等特点，要求主传动装置应具有以下特点： （1）具有较大的调速范围，并实现无级调速。无级变速传动在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的切削速度；能在运转中变速，便于实现变速自动化；能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。 （2）具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低。数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。 （3）良好的抗震性和热稳定性。数控机床一般既要进行粗加工，又要精加工；加工时可能由于断续切削、
目录 设计任务2目录3 一、前言5 二、设计方案论6 三、纵向进给系统的设计10 3.1工作台重量的估算和切削力的计算10 3.1.1工作台重量的估算10 3.1.2切削力的计算10 3.2滚珠丝杠的设计10 3.2.1滚珠丝杠螺母副结构类型的选择10 3.2.2滚珠丝杠螺母副型号的选择及校核步骤11 3.2.2.1 计算最大工作载荷11 3.2.2.1 计算最大工作载荷11 3.2.2.3、计算传动效率η12 3.2.2.4、刚度验算13 3.3脉冲当量和传动比的计算 15 3.3.1确定系统脉冲当量15 3.3.2 传动比的选定15 3.3.3 齿轮传动的确定16 3.4进给伺服系统传动计算17 3.4.1转动惯量的计算 17 3.4.1.1齿轮、丝杠等圆柱体惯量的计算 17 3.4.1.2工作台折算到丝杆的转动惯量 17 3.4.1.3传动系统折算到电机轴上的转动惯量 18 3.4.1.4电机的转动惯量的确定 18 3.4.1.5系统总的转动惯量 18
3.4.2步进电机的计算和选用 18 3.4.2.1电机力矩的计算 18 3.4.2.2摩擦力矩f M 19 3.4.2.3附加摩擦力矩0M 19 3.4.2.4折算到电机轴上的切削负载力t M 20 3.4.3步进电机的选择与校核 20 3.4.3.1根据最大静态转矩max j M 初选电机型号 20 3.4.3.2计算电机工作频率 21 四、 微机控制硬件设计 4.1微机控制系统的概述 4.2系统的介绍 4.3步进电机驱动控制电路 五 结束语 (21) 六 致谢 (22) 七 参考文献 (22)
XA5032普通铣床的数控化改造设计-1 摘要：数控机床是当今机械制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。随着先进制造业的发展，对普通机床数控化改造已经成为摆在我们面前迫切而艰巨的任务。本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对XA5032旧机床的分析，结合机床改造的总体思想，提出了数控化改造的技术方案和新数控系统的选型配置方案。以MCS-51型单片机为控制处理芯片，进行了机械传动系统的改造设计，机床各主要参数的优化和匹配及机床的调试运行，实现X、Y两坐标联动改造,使得改造后的机床能加工除了铣削键槽、平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂的零件。改造后的数控机床具有高精、高效及加工产品范围广等特点。 关键词：数控改造；数控系统；XA5032铣床；单片机
NC Transformation of XA5032 Milling Machine Abstract: NC(numerical control)machine is the representative of advanced equipmemt in current mechanical manufacture industry．With the developing of modem manufacture industry,to study the ordinary milling-machine’s retrofitted with NC has becoming more urgent and arduous for us．After introducing NC machine’s history and current status and the analysis of old machine XA5032,a novel scheme for NC machine retrofitted and new NC machine selection is proposed.By using MCS-51 singlechip as the control chip,the design and adjustment for the electric system have been completed. The main parameters of the machine have been confirmed and optimized too.The numerization rebuilding of XA5032 milling machine is used for machining keyway,plane and hole etc,but also,it can manufacturing complicated shap.The accuracy and function of machine in finally have been improved. Keywords: NC transformation,NC system,XA5032 Milling machine,SCM
西安理工大学继续教育学院毕业设计 题目铣床的数控化改造 系别机电系 专业机电一体化 班级机电二班 姓名苏显 指导教师代俊伟
毕业设计任务书 设计课题：铣床的数控化改造（机械部 分） 毕业设计的主要内容: A. 机床数控化的概况。 B. 要有设计方案的论证。 C. X502铣床横、纵向进给的设计。 D. 电动机及传动齿轮的选择。 E. 说明书不少于1万字，设计图纸不少于3张。 院校：安徽冶金科技职业学院班级：07模具设计与制造 学生：胡祥强指导老师：李皖
目录 设计任务书 (2) 目录 (3) 一前言 (5) 二设计方案论证 (6) 三横向进给系统的设计 (8) 3.1工作台重量的估算与切削力的计算 (8) 3.1.1工作台重量的估算 (8) 3.1.2切削力的计算 (8) 3.2滚珠丝杠的设计 (8) 3.2.1工作台横向进给丝杆的轴向力 (8) 3.2.2额定动载荷的计算 (9) 3.2.3滚珠丝杠规格的初步选择 (9) 3.2.4效率计算 (10) 3.2.5刚度计算 (11) 3.2.6稳定性计算 (11) 3.2.7确定滚珠丝杠的规格 (12) 3.3滚珠丝杠支承轴承的选择 (12) 3.4横向步进电机及齿轮的选用 (13) 3.4.1启动力矩的计算 (13) 3.4.2最高频率计算及型号选择 (14) 3.4.3齿轮设计 (15) 四纵向进给系统的设计 (16) 4.1工作台重量的估算和切削力的计算 (16) 4.2滚珠丝杠的设计 (16) 4.2.1计算载荷的计算 (16) 4.2.2额定动载荷的计算 (16) 4.2.3滚珠丝杠螺母副的初步选择 (17) 4.2.4效率计算 (17) 4.2.5刚度计算 (17) 4.2.6稳定性计算 (18)
优秀设计 目录 设计任务2目录3 一、前言5 二、设计方案论6 三、纵向进给系统的设计10 3.1工作台重量的估算和切削力的计算10 3.1.1工作台重量的估算10 3.1.2切削力的计算10 3.2滚珠丝杠的设计10 3.2.1滚珠丝杠螺母副结构类型的选择10 3.2.2滚珠丝杠螺母副型号的选择及校核步骤11 3.2.2.1 计算最大工作载荷11 3.2.2.1 计算最大工作载荷11 3.2.2.3、计算传动效率η12 3.2.2.4、刚度验算13 3.3脉冲当量和传动比的计算 15 3.3.1确定系统脉冲当量15 3.3.2 传动比的选定15 3.3.3 齿轮传动的确定16 3.4进给伺服系统传动计算17 3.4.1转动惯量的计算 17 3.4.1.1齿轮、丝杠等圆柱体惯量的计算 17 3.4.1.2工作台折算到丝杆的转动惯量 17 3.4.1.3传动系统折算到电机轴上的转动惯量 18 3.4.1.4电机的转动惯量的确定 18
3.4.1.5系统总的转动惯量 18 3.4.2步进电机的计算和选用 18 3.4.2.1电机力矩的计算 18 3.4.2.2摩擦力矩f M 19 3.4.2.3附加摩擦力矩0M 19 3.4.2.4折算到电机轴上的切削负载力t M 20 3.4.3步进电机的选择与校核 20 3.4.3.1根据最大静态转矩max j M 初选电机型号 20 3.4.3.2计算电机工作频率 21 四、 微机控制硬件设计 4.1微机控制系统的概述 4.2系统的介绍 4.3步进电机驱动控制电路 五 结束语 (21) 六 致谢 (22) 七 参考文献 (22)
前言 2005年，我国数控金属切削机床生产59639台，进口30746台。除部分出口外，总消费数量约85000台。在生产的数控金属切削机床中，经济型数控机床占60%以上（生产的数控机床中经济型数控机床占89%到90%），中档以上的数控金属切削机床不足40%。2006年，我国机床工业的产值和销售收入保持较高的增长速度，其中数控金属切削机床产量快速增长，全年生产85756台，同比增长32.8%，增幅高于金属切削机床产量增幅的18.4%。2007年1月至10月我国进口金属加工机床57.06亿美元，其中金属切削机床进口达41.98亿美元，同比减少8.18%，所占比例为73.57%；成形机床进口达15.08亿美元，同比增长5.68%，所占比例为26.43%。 专家认为，目前我国机床市场的需求结构已经发生了很大的变化，数控机床，特别是普及型数控机床将逐步成为市场主体。国内的机床制造企业在努力开拓高档机床的同时，一定要加速普及型数控机床产业化步伐。通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的制造业需求，而淘汰大型企业原有的大量普通金属切削机床不但会造成很大的浪费，而且会因为缺乏资金购买大量的数控机床来填补淘汰普通金属切削机床后的机床空缺，造成停产。所以，目前数控化改造是适应我国制造也迅猛发展，资金短缺，旧有机床所占比例大的国情所需。据调查，现有的与机床数控化改造有关的书籍不多，在网上有关机床数控化改造的问题很多，但是多偏向于一些基本的改造常识和高级的改造技巧方面的问题。由于机床数控化改造涉及的知识面广，若没有专业知识的支持，改造后的机床在使用中会出现很多问题，进而造成事故；而且数控化改造的市场也会因此变得不规范。因此，数控化改造的规范化设计改造是非常迎合目前数控化改造市场的需要的。 机床数控化改造主要是针对数控系统，伺服系统，辅助控制系统和液压系统的改造。由于数控机床本身是机，电，液一体化，结构复杂的产品，因此在改造中是否按照准确的计算方法计算，是否按照规则，要求选择改造方案和元器件类型，是决定改造后机床性能，运行精度，加工质量和可靠性的关键因素。 本书着眼于数控机床改造的具体实例，通过提供详细的计算公式，选择原则和选择方案，进一步说明了数控机床的改造方法。同时根据已有的改造案例总结改造中出现的问题，并说明相应的改造方法。 第一章机床数控化改造概述 1.1 机床数空化改造的必要性
X6132经济型数控化改造 内容摘要: 利用数控系统改造铣床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的数控铣床，不仅适合加工椭圆弧面和凸轮曲面，而且大大地减轻了工人的劳动强度。 本文介绍了一种用单片机控制伺服电机的X6132万能升降台铣床的工作台的数控改造的半闭环控制系统设计方案。改造后的机床能利用微型计算机来控制直流伺服电机，驱动工作台进行X、Y、Z三个方向的进给运动，从而实现二轴联动，该半闭环控制数控系统由测速发电机来反馈伺服电机的速度，同时由感应同步器来反馈滚珠丝杠的角位移量，具有机床自动进给的功能。该系统可实现直线插补和圆弧插补，数控加工按轮廓编程，能自动适应刀具尺寸的变化。 关键词：数控改造 X6132 半闭环控制
X6132 Economic Transformation NC Abstract: It is implement the rebuilding of general machines to NC machines,it could increase work efficiency of old equipment. Rebuilt NC machines,not only process the oval of Arc-shaped face and the oval curved face,but also meanwhile alleviated the worker’s labor strength consumedly. This text introduced a kind of all-powerful working panel lifter in X6132 miller that use the half that the number of the work set of the single servo electrical engineering in control in a machine control reforms to shut the wreath control system design project. Rebuilt NC machines making use of the microcomputer controls servomotors, the three axes in the X、Y、Z plane enters to reforms to sport mutually control with the servo electrical engineering in direct current, realize the two stalks contacting move, this half closed-loop control system makes the tachogenerator to feed back th e servomotors’ speed and the respond synchronous machine feed back the ball screw-bar’s angular displacement, and designed to realize the machine bed enters automatically to of the number controls the device, the numeral control system adopts the half closed-loop control .The servo electrical engineering drives, can realize the straight line put to repair and put to repair with the arc. The number controls to process to press outline plait distance procedure but can adapt to the variety that knife have size. Key Word: numerization rebuilding X6132 the half closed-loop control
目录 内容提要 (2) 第一章绪论 (3) 1.1 数控机床的发展 (3) 1.2 数控改造给企业带来的好处 (3) 第二章设计参数的选择 (4) 2.1 设计内容 (4) 2.2 资料准备 (4) 第三章方案比较和选择 (5) 3.1 伺服驱动 (5) 3.2 CNC数控系统 (6) 3.3机械部分 (7) 第四章机械部分的设计与计算 (7) 4.1 滚珠丝杠螺母副的选用设计 (7) 4.2 选择螺纹轴直径\导程及螺母 (8) 4.3精度的选择 (11) 4.4 热变形的对策 (11) 4.5支承轴承的选择 (11) 4.6驱动电机的选择 (11) 4.7锥形夹紧环结构的设计计算 (13) 4.8 齿轮和同步齿型带的工况比较 (14) 第五章 CNC系统硬件电路的设计 (14) 一、CPU及存储器模板设计 (14) 二、键盘、显示器接口模板的设计： (20) 三、I/0接口模板 (23) 四、直流伺服电机接口模板 (27) 第六章设计体会 (32) 参考文献 (33)
内容提要 按照毕业设计的要求，将一台XA6132普通升降台卧式铣床改造成三坐标数控铣床。由于毕业设计的时间限制，本次设计任务的要求如下：机械部分主要解剖一个坐标轴，完成机械结构设计，零部件及参数的选择，完成部分计算过程：电气和微机部分结合机械结构的设计特点主要完成数控系统控制部分整体方案的论证和选择，使整个系统能够较完美地结合，并完成硬件接线设计以及系统框图。最后，总结本次毕业设计，完成毕业论文撰写。
第一章绪论 1.1 数控机床的发展 在社会生产和科学技术迅猛发展的今天，机械产品的性能和质量不断提高，产品更新换代的周期也不断缩短，因此，对机械加工设备的要求也不断地在提高。使它不仅具有较高的生产效率和加工精度，而且能迅速地适应加工零件的变更。数控机庆就是在这种情况下产生和发展。电子技术、特别是计算机技术的发展又促进了数控机床的迅速发展。 数控岂庆在当今世界已进入了批量生产，它的机械加工中所占的比重也愈来愈大，在航天、航空和汽车行业已经成为不可缺少的机械加工设备。机床的数控比率不断提高。它集计算机技术、传感技术、自动控制技术、机床的数控化率不断提高。它集计算机技术、传感技术、自动控制技术、自动检测技术为一体，能自动、高效、高精度、高质量地从事单位小批及复杂形面的加工，使机械制造业的发展进入了一个崭新的阶段。 数控机床代表着现代制造业科技发展的方向和水平，目前已由单台机床数控发展到FMS（柔性制造系统），CAMS（计算机集成制造系统），从而使数控机床成为组成现代生产系统，实现设计（CAD）、制造（CAM）、检验（CAT）与生产管理等全部生产过程自动化的基本设备。我国从1958年开始研制数控机床，在研制与推广数控机床方面取得了一定的成绩。近年来，由于收进了国外的数控系统与伺服系统的制造技术，我国数控机床在品种数量和质量方面得到了迅速发展。目前，我国数控机床的发展不仅从技术水平上已研制出五坐标数控铣床；加工中心：CNC系统和自动编程系统等，同时也拥有了一定数量的数控机床。但我国目前数控机床的开发、生产、使用及拥有量仍与先进国家有较大差距，要达到世界先进水平，还需迅速发展我国数控机床行业。 随着工厂、企业技术改造的深入发展、各行各业对数控机床的需要量将会有大幅度的增长，这将有力地促进数控机床的发展。毫无疑问，数控机床必然会在我国现代化建设中发挥越来越大的作用。 1.2 数控改造给企业带来的好处 数控改造是对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工的能力。提高了机床的性能价值比用较低的价格，得到较高的机床性能。 数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，因为它具有以下特点： （1）能适应不同零件的自动加工：数控机床按照被加工零件的程序自动加工，要改变零件只需改变程序，而不必改变有关工装。 （2）生产效率和加工精度高，质量稳定。 （3）工序集中，一机多用：采用自动换刀装置，可以在一次装夹下几乎完成零件的全部加工。 （4）能完成复杂形面的加工。 （5）数控机床是高技术产品，价格较高，而且要求有较高技术水平的人员
XXXX大学 毕业设计说明书 设计Q扣1：1459919609Q扣2：1969043202 学院： 专业： 题目：X62W普通铣床的数控化改造设计 指导教师：职称: 职称: 20**年**月**日
毕业设计（论文）开题报告 课题名称普通X62W铣床数控化改造设计 课题来源教师拟定课题类型AY指导教师 学生姓名学号专业 一、设计的目的; 数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。 本毕业设计是以机床改造为主线，通过对数控系统总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路设计，使学生能够综合应用所学的机械，电子和数控方面的知识，从而培养学生具备初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程所遇到的问题能力。通过此次毕业设计使学生树立正确的设计思想，学会运用手册，标准，规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际的能力。本毕业设计的内容是要实现以下几部分的设计，精密执行机构的设计计算，单片机设计，驱动电路以及数控电器原理设计。并编制机械传动设计计算以及系统程序的编制说明等。 二、设计的要求 采用单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能 三、设计的思路 普通机床的数控化改造是一项综合性的设计内容，包含有机械部分的改造，设计计算，电器部分的再造并绘制原理图，系统控制部分设计。为了使改造顺利进行，并最终达到改造的用要求。现设计先后顺序如下 1.首先要考虑改造那些机械部分 为配合电气改造而需进行的机械改造，机械部分的改造要进行大量的测量，设计计算，并绘制改造部件图纸，零件制作等应先期完成。 2.其次电器部分改造 在改造之前，只有对旧系统电气资料进行充分的消化，才能了解以前的设计思想，才
基于普通铣床的数控化改造 目录 摘要????????????????????????????????????????（2） 一．普通铣床数控化改造的条件???????????????????（2） 二．普通铣床数控化改造的一般步骤??????????????（3） 三．结束语??????????????????????????????????????（4） 四．参考文献??????????????????????????????????????（5）
摘要： 随着现代工业的迅猛发展，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求，数控机床已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。把普通铣床改造为数控铣床则不失为一条提高数控化率的有效途径。这种机铣床改造花费少，改造针对性强，时问短，改造后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题，生产效率高，尤其适合中国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。 关键字：普通铣床改造数控 随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快，因此，对数控机床的改造也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。铣床的应用十分广泛，主要用于加工面或成型表面。若要在立式铣床上加工圆弧、凸轮等特殊类平面时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行整体调整，加工精度较低，基础调整工作费事。所以，为提高工件的加工精度，保证产品质量，便于加工圆弧面和凸轮的曲面等，可以利用数控方法对铣床进行数控化改造。 一．普通铣床数控化改造的条件 并不是所有的普通机床都适合于数控改造。改造的机床应具备如下几个条件: (一)机床基础件必须有足够的刚度 数控机床属于高精密机床，要求有很高的移动精度。通常闭环系统的脉冲当量为0.001mm,开环系统的脉冲当量为0.005mm或0.01mm。高的定位精度和轮廓加工精度要求机床的基础件具有很高的动、静刚度,基础件刚性不好则受力后容易变形，且这种变形具有很大的不确定性，无法用数控系统中的补偿功能进行补偿。因此，基础件刚