X53铣床的经济型数控化改造设计.doc

1、任务书设计题目： x53铣床的经济型数控化改造设计 1设计的主要任务及目标主要任务：（1）利用原机床改装三坐标数控机床（2）完成X Y 轴机械结构改装设计（3）绘制机械结构装配图目标：经过改进的数控机床，加工精度较原机床有较大的提高，提高了生产效率，扩大的加工范围，减轻了劳动体力。2设计的基本要求和内容将普通立式铣床改装成数控铣床，完成X Y轴的机械结构改装设计，并绘制机械结构装配图。机械部分是通过铣床的纵向、横向机构进行改造实现数控的。为了保证铣床能由计算机控制,首先拆去了纵向、横向离合器和纵、横向手轮,将手轮端通过一对齿轮与步进电机相联,利用步进电机控制工作台横、纵向的移动。3主要参考文献

2、1 张新义.经济性数控机床系统设计.J北京:机械工业出版社，19942 林其骏.微机控制机械系统设计. J上海:上海科技技术出版社，19913 余英良.数控改造普通铣床. J北京:新技术新工艺杂志，1992.5期4 陈绍廉主编.数控机床改造技术. J北京:航空工业出版社，19895李善术主编.数控机床及其应用. J北京:机械工业出版社，19956 濮良贵,纪明刚.机械设计.7版. J北京：高等教育出版社，20014进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1进行调查研究，查阅资料，完成开题报告2014年3月29日-2014年4月9日2课题总体方案的确定2014年4月10日-2014年4月17日3根据

3、立式铣床的结构选择改造所需的零件2014年4月18日-2014年4月25日4完成X,Y轴的机械结构改装并绘制装配图2014年4月26日-2014年5月20日5整理、打印设计说明书及答辩等2014年5月21日-2014年6月18日x53铣床的经济型数控化改造设计摘要:本文主要介绍了在X53 铣床上采用了CNC 数控系统和步进电动机作为驱动执行元件的开环控制来实现了X 、Y 、Z三坐标联动，从而将普通的机床改装成简易的数控机床。在原机床的三个进给方向上拆除原有丝杠换成滚珠丝杠，滚珠丝杠的传动效率高，无爬行，预紧后可消除反向间隙，精度高；并在丝杠上尾部加减速齿轮和步进电动机来实现自动进给，此改装结构

4、简单，调试方便，易改装。经过改进的数控机床，加工精度较原机床有较大的提高，提高了生产效率，扩大的加工范围，减轻了劳动体力。关键词： CNC控制系统 铣床 滚珠丝杠 步进电机 减速齿轮Vertical milling machines CNC modification designAbstract:This paper describes the open-loop control that the X53 k using CNC milling machine CNC system and stepper motor-driven actuator，it achieved X, Y, Z co

5、ordinate linkage. Three of the original machine feed direction were changed to remove the screw ball screw, ball screws transmission is efficiency, no crawling, after preload to eliminate backlash, high accuracy; and screw on the rear plus reduction gear and stepper motor to achieve the automatic fe

6、ed. Which will be converted into simple ordinary machine tools CNC machine tools, this modification is simple, convenient debugging, easy to modify. Improved CNC machine tools, precision machine tools have more than the original increase and improve production efficiency, expand the scope of process

7、ing to reduce manual labor. Keywords: CNC control system, milling, ball screws, stepper motor, reduction gear目 录1 绪 论1 2 X53铣床改造的总体设计22.1 总体设计要求22.2 数控铣床运动方式的确定32.3 伺服进给系统的确定32.3.1 伺服驱动控制系统的选择32.4 伺服驱动电机的选择52.5 微机系统的选用52.5.1 方案的确定52.5.2 单片机的选择52.6 伺服进给系统的改造方案设计83 纵向机械部分设计改造93.1 已知条件93.2 确定系统脉冲当量103.

8、3 工作台的质量103.4 切削力的计算103.5 滚珠丝杠副的选择计算113.5.1 滚珠丝杠的特点113.5.2 滚珠丝杠的组成及工作原理113.5.3 工作负载计算123.5.4 滚珠丝杠寿命计算123.5.5 最大动载荷计算及丝杠型号选择123.5.6 刚度计算143.5.7 效率计算143.5.8 轴承的选择153.6 传动齿轮的设计与计算163.6.1 齿轮的选择计163.6.2 齿轮传动间隙的调整173.7 伺服电机的选择计算183.7.1伺服电机的特点183.7.2 步进电机的选择计算194 横向进给系统的改造设计214.1 工作负载计算214.2滚珠丝杠副的选择计算214.2

9、.1 滚珠丝杠寿命计算214.2.2 最大动载荷计算及丝杠型号选择224.2.3 刚度计算234.2.4 效率计算244.3 传动齿轮计算244.4 齿轮传动间隙的调整254.5 丝杠支撑的选择254.6 伺服电动机的选择计算264.6.1步进电机的选择计算26结 论29参考文献30致 谢32 第II页共II页1.绪 论数控机床与普通机床相比,增加了功能,提高了性能,简化了结构.较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（2）

10、目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费；（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。中国现拥有300多万台机床，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水

11、平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。3本次毕业设计的题目是立式铣床的数控改装技术，目的是将普通的立式铣床经过简单的改装后成为简单的数控铣床，普通立式铣床在我国有很大的储备量，有很多技术人员也曾经研究过类似的改造，改造投资少，可

12、充分利用现有资源。但是，普通立式铣床改造后只能加工精度要求不高，形状较简单的零件。对精度要求高，形状复杂的零件还是不能加工的。限于本人的知识水平，设计过程中的不足之处在所难免，望各位老师不吝赐教，给予批评指正。2X53铣床改造的总体设计2.1 总体设计要求普通立式铣床改装成经济型数控铣床，应实现普通立式铣床原有功能，在铣床精度性能方面除保有原有性能和精度外还应有所提高。给定条件及要求：普通立式铣床采用微机组成的经济型数控系统。脉冲当量：0.01mm/脉冲快速移动速度：X轴 1m/minY轴 1m/min 图2.1铣床改造后总体结构图2.2 数控铣床运动方式的确定数控系统的运动方式有点位运动、直

13、线运动、轮廓运动三种运动方式。点位运动控制系统控制机床运动部件的精确位置，即控制刀具与工件的相对位置对运动过程中的运动轨迹没有严格要求。这种运动方式主要用于数控钻床、数控镗床、数控冲床等，其相应的数控装置称为点位控制系统。直线控制系统，不仅控制机床运动部件点与点之间的准确位置还需保证其移动轨迹为一直线，而且对位移速度也必须进行控制，以适应不同刀具及工件材料的加工要求。简单的数控车床、镗铣床都采用这种系统。另外，这类系统应具有刀具长度与半径的补偿功能以及主轴转速控制功能。轮廓控制系统亦称轨迹控制，能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有

14、查补运算的功能，是刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调个坐标方向的运算速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。综上所述，由于改造后的数控铣床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工等功能，所以我选用轮廓控制方式。2.3 伺服进给系统的确定2.3.1 伺服驱动控制系统的选择伺服驱动控制系统按其控制方式可分为开环、半闭环、全闭环控制伺服系统。开环控制伺服系统没有检测反馈装置，其驱动电动机只能采用步进电动机，这种控制系统的精度完全取决于步进电动机的步距精度以及齿轮、丝杠的传动精度。因此，这类系统结构简单，控制方便，价格便宜，维护也比较方便。 图2.2 开环伺服系统框图 半闭环控制伺服系统转角检测元件。直接安装在伺服电机或丝杠的端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此，可获得较稳定的控制特性。 图2.3 半闭环伺服系统框图全闭环控制伺服系统的位置反馈采用直线位移检测元件，安装在机床的床鞍部位上，即直接检测机床坐标的直线位移量，通过反馈可以消除从电机到机床床鞍整个机械传动链中的传动误差，得到很高的机床定位精度。但是，整个闭环系统的设计和调整都相当复杂。因此，这种全闭环控制方式主要用于精度要求很高的机床。 图2.4 全闭环控制系统 由于我们所做的是经济型