简易立式钻铣床数控系统改造设计.doc

1、摘要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家 基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、 柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造 业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加 工车间最重要的装备。本文的研究目标是针对机床的特点，在满足生产的前提下，对原机床做尽可 能少的改动，利用数控系统控制钻铣床运动，实现工作台 X、Y、Z 的三坐标控制及任意俩轴的联动控制，提高钻铣床的加工精度和自动化水平，完成机床的数控化改造。根据经济性原则和生产的需要，采用的总体方案为：

2、拆除机床工作台 X、 Y、 Z 轴 原进给系统。将滑动丝杠副更换为滚珠丝杠副，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进电 机。采用步进电机减速齿轮带动滚珠丝杠转动，并通过丝杠螺母副带动工作台转动。首 先进行切削力的计算，然后根据切削力的大小计算丝杠的强度、刚度，再结合效率计算 校核所选丝杠。选择合适的滚珠丝杠安装方式。之后进行齿轮传动机构设计，根据所选 步进电机的步距角、脉冲当量，结合公式计算出减速比，选择合适的齿轮，根据所选齿 轮的参数计算出齿轮的转动惯，再结合丝杠的转动惯量，算出总的转动惯量。最后进行 转距的计算，计算负载和空载时的最大转矩，根据最大转矩选择匹配的步进电机。 关键词： 钻铣床 ；

3、数控； 滚珠丝杠。Abstract NC and NC machine tool technology in todays machinery manufacturing industry an important position and great benefits, display its national infrastructure in the industrial modernization of the strategic role, and has become a traditional mechanical manufacturing industries to tran

4、sform and enhance the implementation of automation, flexible, integrated production and an important means of signs. CNC technology and the widespread application of CNC machine tools, machinery manufacturing to the industrial structure, product variety and quality and production methods brought abo

5、ut a revolutionary change. CNC machine tools are the most important modern processing plant and equipment. The goal of this paper is aimed at the ZXK7532 milling machine characteristic, to meet the production condition, the original milling machine to do as little as possible changes, using the nume

6、rical control system of milling machine working table movement, implementation of X, Y, Z three coordinate control and random three axis linkage control, improving the processing precision and the automation level, finish milling machine numerical control transformation. According to the principle o

7、f economy and production requirements, the overall plan for the demolition of the work table of the machine tool: X, Y, Z axis feed system. The sliding screw replacement for the ball screw deputy, and modified the reduction gear box, gear, stepping motor. The stepping motor deceleration gear drives

8、the ball screw to rotate, and the screw nut pair drives rotation of the table. After the gear drive mechanism design, according to the selected stepper motor step angle, pulse equivalent, combined with the formula to compute the ratio, choosing the right gear, the gear parameters calculated from the

9、 rotation of the gear is used, combined with the screw rotational inertia, work out the total rotational inertia. The final torque calculation, computation load and no-load maximum torque, according to the maximum torque matching selection of step motor.Key words: drilling and milling machine， Numer

10、ically-controller machine ， ball screw目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 机床数控技术概述11.1.1 课题研究的目的、意义11.1.2 国内、外机床数控化改造的现状2第2章 机床总体布局设计42.1机床总体尺寸参数的选定42.2机床改造方案52.2.1 机械部分改造52.2.2 数控系统的改造62.2.3 电气部分改造62.2.4 测试机床精度6第3章 进给系统的设计计算63.1 垂直进给系统的设计计算63.1.1 滚珠丝杠设计计算73.1.2 滚珠丝杆副的预紧方式133.1.3 齿轮传动消隙143.1.4 脉冲当量和传动比的确定143.

11、1.5 减速齿轮副设计153.1.6 步进电机的选择163.2 纵向进给系统的设计计算183.2.1 滚珠丝杠设计计算183.2.2 脉冲当量和传动比的确定213.2.3 减速齿轮副设计223.2.4 步进电机的选择233.3 横向进给系统设计计算243.3.1 滚珠丝杠设计计算243.3.2 脉冲当量和传动比的确定273.3.3 减速齿轮副设计273.3.4 步进电机的选择28第4章 数控系统的设计294.1 数控车床及数控系统的概述294.2 控制系统总体方案的拟定324.3 进给步进电机的驱动器选型334.4 分配器334.5 系统的编程与加工功能344.6 系统报警35第5章 总控制系

12、统硬件电路设计365.1 单片机的设计365.2 系统的扩展395.3 I/O口的扩展405.4 步进电机控制电路设计42第6章 控制系统的软件设计47第7章 机床调试验收47外文文献50中文译文52总结56参考文献57致谢58IV第1章 绪论1.1 机床数控技术概述 机床数控技术是20世纪70年代发展起来的一种机床自动控制技术。30多年来，随着电子器件、计算机、传感与检测、机械制造技术的不断进步，以电子信息技术为基础，集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术，传感测控技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体的数控技术得到迅猛发展和广泛应用，使得普通机械

13、逐渐被高效率、高精度的数控设备所替代，从而形成了巨大的生产力，导致了制造业发生了根本性变化。数控技术已成为现代制造技术的基础，其水平高低和数控机床拥有量多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志12J。数控技术在机械制造业中得到广泛的应用，是因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能适应各种机械产品迅速更新换代的需要，使企业快速响应市场需求的能力大大加强，其经济效益显著，具体表现在以下几个方面： l、生产效率高，比普通机床提高35倍： 2、减少工装，减少人为误差，提高加工精度，具有广泛的适用性和灵活性； 3、缩短新产品的试制和生产周期，易于组织多品种生产，使企业能对市场需求做出快速响

14、应； 4、能加工普通机床不能加工的大型复杂零件； 5、能减轻劳动强度，改善劳动条件，节省人力，能降低劳动成本； 6、可实现软件误差补偿和优化控制。1.1.1 课题研究的目的、意义 众所周知，设备是企业生产技术发展和实现经营目标的物质基础，设备的技术性能和技术状况的好坏，直接影响到企业的产品质量和经济效益。设备的技术改造和更新速度又直接影响企业技术进步、产品开发和市场开拓后劲。因此，加快设备更新和改造，以提高企业在国内、外市场的竞争力，是企业的一项重大战略任务。 更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成一定规模和市场，涌现出了许多专门从事机床改造的公司。国外旧机床改造费用大约

15、为同类型新机床价格的60，尽管费用较高，但由于机床改造后使用效果好，所以仍然受到机床用户的欢迎。国内近几年才有较多的用户使用数控机床，大多数用户当前最关心的还是怎样用好、维护好数控机床，机床改造还处于起步阶段。改造旧机床是一项高新技术，风险大，承担者必须具备比较全面的知识和经验，不仅要熟悉各种类型的机床和不同类型的数控及驱动系统，还要熟悉用户的使用要求和机床的优缺点。因此我们决定对现有设备进行机床数控化改造。1.1.2 国内、外机床数控化改造的现状 随着科学生产力的发展，机床设备数控化率的提高已是衡量一个国家机械制造业现代化水平的重要标志。根据最近有关资料表明，我国机床总量为380余万台，其中数控机床总数只有l 134万台，即我国机床数控化率还不到3，而一些发达国家早己达到20以上。因此，我国机械制造水平与发达国家相比差距很大，设备陈旧，技术水平落后，严重地影响了生产力的发展。对于一个企业要想在竞争激烈的市场中赢得生存，适应当前产品更新日新月异的发展，要求在最短时间生产出优质、高产、低价的新产品。采用先进的工艺设备，包括采用数控机床，已显得越来越重要。因此，逐步提高数控机床的占有比，