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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 MillingMachine X6132AbstractAs 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目录1 绪论 (1)1.1数控机床的发展 (1)1.1.1 数控机床的历史和现状 (1)1.1.2 数控机床的发展趋势 (2)1.2 机床数控技术的概述 (4)1.2.1 数控技术在机械制造业的应用 (4)1.2.2 数控技术优越性 (6)1.2.3数控机床分类 (7)2 总体方案设计 (8)2.1 铣床改造方案的确定 (8)2.1.1 计算机系统的选择 (8)2.1.2系统运动方式的确定 (8)2.1.3伺服系统的选择 (8)2.1.4 执行机构传动方式的确定 (9)2.2 进给机构传动方案拟订 (9)3 进给系统机械部分设计计算 (10)3.1设计要求 (10)3.2确定系统脉冲当量 (10)3.3 纵向进给系统的确定 (10)3.3.1 切削力的计算 (10)3.3.2纵向丝杠的选择 (11)3.3.3齿轮传动比计算 (14)3.3.4 纵向步进电机的计算和选择 (14)3.4 横向进给系统确定 (17)3.4.1横向丝杠的选择 (17)3.4.2齿轮传动比计算 (19)3.4.3横向步进电机的计算和选择 (19)3.5垂向进给系统的确定 (22)3.5.1垂向丝杠的选择 (22)3.5.2 同步带及带轮的选择 (23)4 机械结构三维造型 (27)4.1 SolidWorks软件介绍 (27)4.2 绘制草图 (28)4.3装配体设计 (30)4.4 三维造型 (32)5 经济环保性分析 (32)5.1 经济性分析 (33)5.2 环保性分析 (33)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)1 绪论1.1数控机床的发展1.1.1 数控机床的历史和现状采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早是40年代初提出的。
x6132轴课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解x6132轴的基本结构及其在机床中的应用。
2. 学生能够掌握x6132轴的运动原理和主要技术参数。
3. 学生能够描述x6132轴在不同工况下的工作特点及其优缺点。
技能目标：1. 学生能够通过图示识别x6132轴的主要部件，并解释其功能。
2. 学生能够运用相关公式计算x6132轴的运动速度和加工精度。
3. 学生能够运用模拟软件对x6132轴进行简单的操作和编程。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机床轴类部件的兴趣，激发其学习热情和探究欲望。
2. 培养学生团队合作意识，使其在小组讨论中主动分享观点，倾听他人意见。
3. 增强学生对我国机床产业的认知，培养其民族自豪感和责任心。
课程性质：本课程为机械加工技术课程的一部分，侧重于机床轴类部件的理论与实践应用。
学生特点：初三学生，具备一定的机械基础知识和动手能力，对机床有一定了解。
教学要求：结合理论与实践，提高学生对x6132轴的认知和应用能力，注重培养学生的实践操作技能和团队协作能力。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在课程结束后能够独立操作x6132轴并进行简单编程。
二、教学内容1. x6132轴的结构组成- 介绍x6132轴的各个主要部件，包括轴、轴承、联轴器、传动带等。
- 分析各部件的作用及其相互关系。
2. x6132轴的运动原理- 阐述x6132轴的运动方式，包括直线运动和旋转运动。
- 讲解运动原理在实际加工中的应用。
3. x6132轴的技术参数- 介绍x6132轴的主要技术参数，如转速、进给速度、加工精度等。
- 解释技术参数对加工质量和效率的影响。
4. x6132轴的操作与编程- 指导学生使用模拟软件进行x6132轴的简单操作。
- 讲解编程语言和编程方法，使学生能够进行基本的编程操作。
5. x6132轴在实际应用中的优缺点分析- 分析x6132轴在不同工况下的工作特点。
- 探讨x6132轴在机床应用中的优势和局限性。
摘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。
关键字:电气，微机ABSTRACTAccording to the requirements of the graduation design, will be a XA6132 ordinary lift platform horizontal milling machine transformed into three coordinates CNC milling machine. Due to the time limit for the graduation design, the design of the task requirement as follows: the mechanical parts of the main anatomy a coordinate transformation, complete mechanical structure design, spare parts and the selection of parameters, finish part calculation process: electrical and mechanical structure of microcomputer with the design characteristics of main complete numerical control system of the whole scheme of argumentation and choose, make the whole system can be a perfect combination of, and complete the wiring diagram of the system hardware design and. Finally, summarizes the graduation design, complete the graduation thesis.Keywords :Electrical，Microcomputer目录摘要 (2)第一章绪论 (4)1.1 数控机床的发展 (4)1.2 数控改造给企业带来的好处 (4)第二章设计参数的选择 (6)2.1 设计内容 (6)2.2 资料准备 (6)第三章方案比较和选择 (8)3.1 伺服驱动 (8)3.2 CNC数控系统 (9)3.3 机械部分 (11)第四章机械部分的设计与计算 (12)4.1 滚珠丝杠螺母副的选用设计 (12)4.2 选择螺纹轴直径\导程及螺母 (12)4.3 精度的选择 (15)4.4 热变形的对策 (15)4.5 支承轴承的选择 (16)4.6 驱动电机的选择 (16)4.7 锥形夹紧环结构的设计计算 (17)4.8 齿轮和同步齿型带的工况比较 (19)第五章 CNC系统硬件电路的设计 (20)第六章设计体会 (37)总结 (39)致谢 (40)参考文献 (40)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。
毕业设计题目:X6132普通铣床数控改造姓名；学号：专业：年级：指导教师：完成时间：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；11.4、主要零件的零件图X6132普通铣床数控改造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随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通铣床已不能适应这些要求，数控铣床应运而生。
摘要:目前加快数控机床技术研发越来越成为机床企业的发展重点。
企业纷纷采用加快技术创新，优化生产管理等方式，不断提升其加工效率和质量，有效地推动了机床制造业的健康有序发展。
本文主要研究了X6132纵向垂直数控改造技术，并提出了具体的设计方案，进行了经济技术性与环保分析。
关键词:铣床丝杠数控改造设计方案伺服驱动1普通铣床改造的意义随着市场竞争的日趋激烈，企业要想在激烈的竞争环境下保证竞争优势，实现可持续发展，就必须加快科技创新，优化内部管理，构建良好的产品和服务能力领先策略，不断提升其知名度和影响力。
目前，普通铣床技术已无法适应小批量、多品种、高质量的生产要求。
普通铣床改造已成为必然趋势。
而数控铣床技术的出现则解决了这一问题，它不仅能够适应现代化生产需求，生产出高质量的机械部件，而且还能很好地满足产品变化频繁的加工要求，提升加工质量和效率。
与普通铣床相比，数控铣床技术具有适应性好、灵活度高、加工精度高、加工质量稳定可靠等优势。
数控铣床是在普通铣床的基础上发展起来的，它继承和发展了普通铣床的生产工艺与技术特点，并针对传统生产方式中存在的问题进行了处理和分析，极大地提高了产品品质和劳动效率。
随着数控铣床的不断发展，其逐渐呈现出以下两方面发展趋势：一是全功能与高性能；二是低成本，简便耐用。
经济型数控铣床的自动化加工水平较高，同时其维修与保养难度较小，符合企业的具体发展要求。
同时，经济型数控铣床的系统定位精度更高，误差率小，能够满足加工的精度需要。
经过技术改造后，普通铣床的加工效率显著上升。
但总体来看，其故障发生率仍居高不下。
为解决这一问题，技术人员依据传统修理方案进行了修整与改造，但效果不理想。
传统的修理方案不仅成本高，而且难以满足大修验收标准。
因此，为提高普通铣床改造质量，保证机床的稳定性和安全性，技术人员合理选择数控系统改造普通铣床，并将微机控制技术应用至改造当中，有效地提高了产品质量和工艺水平，减轻了操作人员的工作量。
摘要本设计说明书包括：概论、总体设计和结论三大部分。
通过对我校教学实习基地的一台X6132铣床结构和性能的研究，针对盘式凸轮加工的特点，并结合现有条件，确定了铣床的数控化改造方案，介绍了滚珠丝杠、步进电动机的计算和选型设计及铣床数控改造的方法、改造部位、数控系统设计及机床改造时应注意的问题。
改造后的铣床，进给传动实现自动变速，纵向、横向、垂直进给系统进行数控控制，并要求达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，垂直方向最小运动单位0.005 /脉冲并且可以提高生产效率，保证产品质量和减轻工人的劳动强度。
关键词：铣床；数控改造；滚珠丝杠；步进电动机ABSTRACTThis introduction of the design included three main parts: The draw-up of the general outline, the decision and the conclusion. After studying the construction and capability of X6132 milling machine in our college’S teaching practice basement，the rebuilding method of X6132 milling machine was introduced，including the selection and design of ball screw and step electromotor. It also introduces the method and changing parts of milling machine’S numerization rebuilding，the design of numerical system are also discussed and it inquires into the relevant questions of the numerization rebuilding. After the transformation of the milling, feed speed automatic transmission, vertical, horizontal, vertical feed CNC control systems and requirements to achieve the minimum vertical movement of 0.01 units / pulse, the minimum lateral movement 0.005 units / pulse, vertical movement smallest unit 0.005 / pulse and can increase productivity and ensure product quality and reduce labor intensity of workers.Keywords：Milling machine ；Numerization rebuilding; Ball screw; Step electromotor目录序言 (4)第1章绪论 (6)1、1数控系统发展史 (6)1、2国内数控机床的状况分析 (7)1、3数控机床的改造的必要性 (11)1、4数控机床改造的经济性技术分析 (12)1、5数控机床改造的可行性分析 (15)第2章、数控铣床总体方案的拟定 (16)2、1设计目的和意义 (16)2、2设计任务与要求 (17)2、3设计应注意的问题 (19)2、4总体设计方案的拟订 (19)第3章、伺服进给系统机械部分的设计计算和选型 (20)3、1工作台总质量的估算 (20)3、2确定系统的脉冲当量 (20)3、3切削力的计算 (21)3、4机床导轨的选择 (23)3、5滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (23)3、6齿轮传动比计算 (33)3、7步进电动机的计算和选型 (34)3、8控铣床加工程序的编制 (49)第4章、滚珠丝杠副间隙的调整 (52)4、1滚珠丝杠副的调整方法 (52)4、2滚珠丝杠螺母副在数控机床上的使用 (55)第5章数控操作系统 (55)5、1“世纪星”HNC-21/22数控系统简介 (56)5、2“世纪星”HNC-21/22数控系统使用技巧 (58)5、3“世纪星”HNC-21/22数控系统编程指令特点 (59)第6章设计总结 (61)第7章参考文献 (62)第8章致谢辞 (63)第9章附录 (64)序言经济型数控是我国80年代科技发展的产物。
X6132铣床的数控改装与设计 许吉庆(济南机械职工大学 250100) 谭 颖(济南第一机床厂)X6132(X62W)是万能卧式升降台铣床。
它主要由底座、床身、主轴、工作台、回转盘、床鞍、升降台组成。
工作台可以单独左右移动,称为纵向进给运动,另外工作台和回转盘又随从滑鞍前后移动,称为横向进给运动,工作台还同升降台一起上下运动,称为垂直进给运动。
工作台台面宽度为320mm,长度为1250mm,主电机功率为7 5kW,进给电机功率为1 5kW,主轴转速级数为18级,转速范围为30r/min~1500r/min。
把X6132铣床改造成数控铣铣床,主要改造的部位是:在主电机端面加一电磁式离合器,以便用M05指令控制主轴停转;把工作台的纵横向进给运动改造成分别用步进电机来控制;垂直进给运动仍采用机动和手动方式。
下面主要介绍横向进给系统的改造和数控系统的硬件设计。
1 横向进给系统设计横向进给系统的改造:拆掉原机床的丝杠螺母机构,更换上用步进电机和一对齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。
1 1 工作台质量的估算纵向工作台约为100kg,床鞍和回转盘约为206.12kg,总质量m=100+206.12=306.12kg。
1 2 切削力计算切削功率:Pc=P K(1)式中:P 主电机功率(7.5kW);主传动系统总效率,取0.6;K 进给系统功率系数,取0.96。
根据公式(1)可得:Pc=7.5 0.6 0.96=4.32kW=4320W又因为P c=F z vFz=P c/v式中:v 切削线速度,取1.667m/s。
所以主切削力:Fz=4320/1.667=2591N=2.59kN通常: F H=(0.6~0.9)F zFV=(0.45~0.7)F zFO=(0.5~0.55)F z则取纵向切削分力:F纵=F H=0.6F z=0.6 2.59=1.55kN垂直切削分力:F垂=F V=0.45F z=0.45 2.59=1.165kN横向切削分力:F横=F O=0.5F z=0.5 2.59=1.295kN1 3 滚珠丝杠设计工作台横向进给丝杠的轴向力F轴:F轴=K F横+f (F垂+G)(2)式中:K 考虑颠复力矩影响的实验系数,K=1.1;F横 横向切削分力;f 导轨上的摩擦系数,f =0.15;G 工作台作用在导轨上的重力。
毕业设计(论文)Ｘ6132万能升降台铣床数控化改造总体及垂直进给伺服系统设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日毕业设计任务书题目：Ｘ6132万能升降台铣床数控化改造总体及垂直进给伺服系统设计学生姓名：王俊杰班级：学号：题目序号：指导教师：胡世军一、设计参数1、工作台尺寸(长×宽)： 1100mm×300mm2、工作台最大行程：纵向 680mm 横向 270mm 垂直 380mm3、快速移动速度： 10m/min4、工作台定位精度 x、y、z ±0.03mm；5、工作台重复定位精度 x、y、z ±0.02mm；6、纵向、横向及垂直进给为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，脉冲当量0.010mm/脉冲。
7、实现功能：铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等。
8、操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止二、设计内容及及要求(一)设计说明书1、数控机床发展概述（1）数控机床及其特点。
（2）数控机床的工艺范围及加工精度。
（3）数控机床的经济分析。
（4）数控机床的发展趋向。
II2、数控机床总体方案的制订及比较3、确定切削用量及选择刀具4、传动系统图的设计计算5、机床硬件电路图的设计（二）、图纸部分1、机床尺寸联系图 A0一张2、机床传动系统图 A0一张3、垂直进给伺服系统装配图 A0一张（三）基本要求：能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所学理论和提供的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。
三、各阶段时间安排（2012年月日——月日共15周）序号主要任务时间1 查阅文献，收集资料0.5周2 工厂调研、参观1周——2周3 机床总体方案图1周——2周4 机床传动系统图1周——2周5 主要部件装配图1周——2周6 机床硬件电路图1周7设计说明书1周III摘要针对现有常规X6132万能升降台铣床的缺点提出数控改造方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。
摘要此次毕业设计中，设计任务是将一台XA6132普通升降台卧式铣床，改造成三坐标数控铣床。
采用滚珠丝杠作为传动装置。
共有三根丝杠分别在纵向，横向工作台和垂直向升降台上。
驱动元件为步进电机。
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。
结合毕业设计的的工作和时间的限制，机械部分主要解剖三个坐标轴，完成机械结构设计，零件和参数的选择，部分计算过程；电气和微机部分主要有硬件原理图和程序框图，以及部分程序段，共计五张A0图。
此次毕业设计中，我熟悉了机电一体化设计的基本过程，并把各门所学的知识融会贯通形成一个有机的整体，为以后的设计工作打下了良好的基础，同时我也深深的体会到了不足之处，准备在今后的工作中不断学习，不断实践。
关键词：XA6132普通升降台卧式铣床，数控，改造AbstractIn this time graduation design, the design mission is to reform a set of XA6132 common working panel lifter lying type miller into the three coordinate number controlling miller，adopting the ball guide screw as the transmission device .There are three silk bar different totally at lengthways, horizontal work pedestal and perpendicularity to ascend and descend on the stage. The driving component is the stepping electrical engineering. The tiny machine number controls the system from the CPU, save to expand the electric circuit and I/ O connects a people's electric circuit, servo electrical engineering to drive the electric circuit etc. several parts constitute. The number controls the core of the system is a tiny machine, the other equips to all carry on the work under the control of the tiny machine. The tiny machine use is directly related in the function and systems of the system. The number controls the request of system to tiny machine is various, but the main index sign is a word to grow and speed, the word is long not only affect the system biggest to process the size, and the accuracy that influence process and operation accuracy. What this design adoption is machines MCS-51s, and expand 2 slices of 2764 chips, a slice of 6264 chips, 3 slices of 8155 programmable proceed together to constitute the control system .Because the work of graduation project and restriction of time, the mechanical part dissects three coordinate axes mainly, finishes mechanical structural design, the choices of the part and parameter, some computational processes; Electric and the computer part have principle pictures of hardware and procedure block diagram , and some procedure sections mainly, it is five A0 picture altogether.In this time graduation design, I acquainted with the machine electricity integral whole to turn the basic process of design, and integrate the knowledge that each one learn to become an organic whole, is a later design work to beat to descend the good foundation, I also realized the place of the shortage deeply at the same time, preparing to study continuously in the work of the aftertime, practicing continuously.Keywords: The XA6132 universal knee-type milling machine, the number control, reform.目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1 数控机床改造的意义 (1)1.2 国内外的数控机床的比较 (1)1.3 数控未来发展的趋势 (2)1.3.1 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展 (2)1.3.2 向高速化和高精度化发展 (2)1.3.3 向智能化方向发展 (2)第二章设计任务和总体方案的确定 (4)2.1 设计任务 (4)2.2 总体方案设计的内容 (4)2.2.1伺服驱动 (4)2.2.2数控装置 (5)2.2.3系统功能 (5)2.2.4采用环形分配器 (5)2.2.5采用滚珠丝杠螺母副 (5)第三章伺服系统机械部分设计计算 (6)3.1 确定系统脉冲当量 (6)3.2 滚珠丝杠螺母副的设计，计算和选型 (6)3.2.1纵向丝杠的选择 (7)3.2.2横向丝杠的选择 (9)3.2.3垂直向丝杠的选择 (12)3.3传动效率计算 (14)3.4 齿轮传动比计算 (15)3.4.1纵向丝杠传动比 (15)3.4.2 横向丝杠的传动比 (15)3.4.3垂直丝杠的传动比 (16)3.5 步进电机的计算和选用 (16)3.5.1 纵向丝杠步进电机的计算 (16)3.5.2 横向丝杠步进电机计算 (19)3.5.3 垂直向丝杠步进电机的计算 (21)第四章数控系统各部件的结构及其工作原理 (24)4.1主控器 (24)4.2选择芯片 (26)4.3地址分配器及译码 (26)4.4接口电路及辅助电路具体设计 (27)专题部分：控制系统软件程序设计 (32)第五章绿色设计及环保分析 (40)致谢 (41)参考文献 (42)外文资料翻译 (43)第一章绪论1.1 数控机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。
目录一、设计任务书 (1)二、数据准备 (2)三、总体方案的拟定 (3)四、步进电机和滚珠丝杠副的选取计算 (6)五、改造后传动机构的性能分析 (14)六、双片齿轮错齿法 (16)七、部分控制软件的框图 (17)八、工艺程序段 (18)九、设计体会 (20)参考资料 (21)一、毕业设计任务书1、毕业设计的目的通过毕业设计，学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识，使认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养了调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通毕设计，不但提高了解决具体问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且建立了正确的设计和科研思想，加强了科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。
2、毕业设计的课题１、卧式升降台铣床的数控改造（１）、拟定方案：根据加工零件的精度、生产率、批量，分析应采用的数控系统、伺服系统实施方案的合理性。
（２）、设计内容：①铣床Ｘ（或Ｙ或Ｚ）坐标机械伺服机构的设计计算，绘制装配图。
②数控系统框图及硬件电路接线图的设计与绘制。
③用软件实现串行数据通讯程序的设计。
绘图工作量不少于Ａ0图示２张，设计计算书一份。
２、设计时间安排设计阶段的任务包括方案设计、图纸设计和编写技术文件等。
总设计时间为６周。
其中：方案设计时间约１周（包括查资料）计算及图纸设计时间约４周编写技术文件约１周二、数据准备１、机床数据：进给电机1.5KW 工作台最大拖力1500kgf 工作台最大承载重量500kg 工作台快速进给量Ｖ垂=766.6mm/min Ｖ横=Ｖ纵=2300mm/min 工作台行程：Ｌ纵≤800mmＬ横≤300mm Ｌ垂≤400mm.。
最大回转角度（±45。
）工作进给量：纵横向10～1000mm/min 垂向3.3～333mm/min——《机床设计图册》２、工艺数据：通用机床由于工艺范围广，在同一台机床上常用不同材料刀具对不同材料和尺寸的工件进行多种加工，故取具有代表性的典型加工条件为计算依据。
通常以加工量最大的钢料或铸件为工件材料，硬质合金或高速钢为刀具材料，选取用该机床上用得最多的常用工序或极限加工工序及与此相应的切削用量。
结合本次改造，选取加工材料为HT200的平板凸轮的加工工艺。
刀具：粗齿圆柱铣刀：孔径27mm，直径Ｄ为63mmＬ取63前角α。
为15。
，后角α。
为12。
，螺旋角β为45。
，齿数Ｚ为6切削用量：铣削铸铁铣前深度t＝５～７mm 取t＝６mm。
进给量：粗齿圆柱铣刀，在加工铸铁装夹系统刚性一般，机床功率7.5kw的条件下，取每齿进给量f z＝0.01～0.15毫米／齿，取f z＝0.15毫米／齿——《金属切削手册》(第二版，上海市金属切削技术协会编)三、总体改造方案采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出泳冲，经光电隔离电路，功率放大到步进电机，再齿轮减速，带动滚珠丝杠转动。
从而实现X、Y、Z方向的进给运动。
总体设计示意图如下所示：结合实际工作量，本次数控改造只涉及进给系统的数控改造，对于主轴部分不予考虑。
数改过程中，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小，调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。
滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构，以其寿命长、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用，成为各类数控机床的重要配套部件，并已实现了标准化、通用化和商品化。
为了满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。
（１）、伺服驱动：在我国设备数控改造的一段时间里，较多采用步进电机作为伺服驱动元件，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机电执行元件。
当激磁绕组每产生一定规律获得分配脉冲时，步进电机的转子就转动。
转了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。
由于步进电机容易丢步，启动频率低，工作频率也不够高，低频时振动大，有时还自激振荡，且没有过载能力，当工作条件变动时，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。
开环伺服是由步进电机和机械传动装置组成的开环式控制系统。
由于没有位置检测及反馈装置，就必须使其机械传动装置在任何时刻、任何情况下均能严格跟随步进电机的运动而运动。
然而实际上，在机械传动装置的输入与输出之间总会有误差存在的。
这误差的产生，除了有一部分是由传动链的传误差（如丝杠螺距累积误差）引起的之外，还有一部分是由于传动系统的动力参数（如传动刚度、移动件惯量、导轨摩擦力、间隙、速度阻尼等）产生的。
这部分误差在设计开环伺服进给系统中必须予以注意。
它包括三部分：１、启动或反向时的死区误差：２、由于传动刚度的变化引起的定位误差：３、运动时的动态误差。
（２）、数控装置：数控装置的选择也有多种方案，可以全部自行设计制作，可以来用单板机或ＳＴＤ模块改制等，工厂中一般多采用以下两种方法：一种情况是所需的功能和要求有现成的数控装置可以满足，这时绝大多数都采取买现成产品的方案，因为自行设计制作不但费时间，投资也不一定能省，往往是投资更多，而且质量也不容易保证的，另一种情况是买不到现成产品来实现有些特殊功能，这时大多采取买性价比尽量高的性能接近的装置，然后自行补充或改造，至少也是买ＳＴＤ模块或工控机，单板机来制作，很少全部自行设计制作，对于我们所需的数控装置，除了直接能进行渐开线插补这一条功能外，其它没有特殊的功能要求，市场上可以有很多种型号的铣床数控装置供选择，因此直接选用市场上现成的装置切合实际，可以加快改造步伐，适合生产需要，但是作为毕业设计，也需对其结构、原理。
控制方式等有新了解。
能提出自己的处理办法，即设计方案。
根据所选方案确定选用国产的经济数控系统ＪＷＫ—２０Ｍ，控制轴数X、Ｙ、Ｚ，联动轴数任意二轴，生产厂家：南京微分电机厂江南机床数控工程公司。
经济型数控装置选用步进电机驱动的开环数控装置。
（３）、其它电气装置在经济型数控改造中，还需要结合数控装置和伺服驱动的特点配其它电气装置，包括强弱电信号的变换，传输或必要的处理，其中对输入输出接口部分还要考虑是否有隔离，屏蔽的要求，此外，还要配置所需要的电源，各种保护电路等辅助电路。
步进电机性能参数和安装尺寸要符合GBn||3或JB/DQ3302的规定。
连接方式：控制柜（箱）与机床，柜（箱）与电机之间的电气连接应采用插头插座或接线盒型，连接线应有金属软管保护，并应按符合GB5226—85，JB/GQ0580—85，JB/GQ0576—85有关章节规定和JB/DQ3002—80中1.3规定（４）、机械部分：在设备的数控化改造中，虽然中心工作是数控部分，涉及较多的是微机但如果忽视了机械方面的要求而只是按数控方面的要求来进行相应的改动，或者在改造设计中制造不合理的装运，结果会给数控化改造带来意想不到的不良后果，甚至是失败。
五、步进电机和滚珠丝杠的选取计算1．切削力的计算F z =(a p a e a f z 。
d 。
n 。
)k式中：a p — 切削深度（mm ）a e — 切削宽度（mm ）a f — 每齿进给量 （mm/z ） z 。
— 刀齿数 d 。
— 刀具公称直径n 。
— 刀具每分钟转数k 。
— 与刀具材料，切速，工件材料，刀具几何参数，刀具磨损状态等有关的综合修正系数。
结合本次改造：F z =C Ｆc·a p ·f z 0.65. ·a e 0.83·d o -0.83·z ·k Fc式中：C Ｆc— 铣削力系数 取282a p — 铣削深度（即被加工表面的宽度，同时加工５个工件,每个工件厚度为10mm,故深度为50mm ）f z — 每齿进给量 取0.15mm/z.a e— 铣削宽度（即被切削金属层的深度） 取6mmd o — 铣刀公称直径 取63mm z — 刀齿数 取６ k Fc— 铣削力修正系数且：k F c= k mFc· k γF ck mF c—工件材料系数 取(HB/190)0.55k γFc— 前角系数 取0.92故F z =282×50×0.150.65×200.83×63-0.83×6×(200/190)0.55×0.92故可求出: Fz=9000N《金属切削刀具》表4—8 . 4—9 P692．滚珠丝杠副的计算垂向切削分力Fy:按经验公式：Fy/Fz=0.80 Fy=7200N 故：Fy=0.8Fz纵向切削分力Fx:按经验公式：Fx/Fz=0.9 Fx=8100N首先确定传动级数为3。
考虑到垂向进给机构中采用锥齿传动，在机床中的锥齿轮传动齿数 比通常在1～2.5之间，尤其是传动比为１的正交等比传动用得最多。
结合本次改造选这级 传动比也为１。
横向切削分力F z ’：按经验公式：F z ’/Fz=0.4 (2)丝杠工作时轴向压力F轴的计算：铣削条件下：在插补平面内合力Fr ：Fr=(Fx+Fy)1/2铣削一周平均铣削力F av 取2Fr/3 ，铣削时丝杠轴向压力F 轴： F轴=βF av+μ’(mg +Fy)式中： β— 考虑到颠覆力矩的影响系数 一般取1.1μ’ — 导轨当量摩擦系数。
取0.18m — 移动部件的质量 估计为1000Kgg — 重力加速度 取9.8m/s 2 F z’=3600NFr=123.69NF av =82.46N F轴=3151N——《机床设计手册》第3 分册P 177——《机床与液压》2000年第5期—机床数控改造中进给系统滚珠丝杠副的选择（3）滚珠丝杠副工作负荷的计算：1． 丝杠的转速：数控改造多半采用开环步进式伺服驱动系统，本次改造也采用步进电机驱动丝杠。
开环步进伺服进给系统的设计计算步骤：A ． 脉冲当量取0.01mm.初选步进电机的步距角φ为1.5ºB ． 计算降速比。
由于步进电机工作的特点是一个脉冲走一步，每一步均有一个加速过程，因而对负载惯量很敏感。
为满足负载惯量尽可能小的要求 ，同时也为满足要求的脉冲当量，常采用齿轮降速传动。
传动比： ¡=φS/360Δ式中：φ—步距角S —丝杠螺距 初取12mmΔ—脉冲当量各级传动比的确定：根据相关资料确定不同啮合对数时的最佳降速比：ｉ１＝２ , ｉ２＝2.5 , ｉ３＝１今选齿轮Z1=27, Z1’=54 ,Z2=24,Z2’=60,(机床上常用的锥齿轮齿数比为１时有Z1＝ Z2≥22) 取Z3 =Z3’=40 。
