XA5032普通铣床的数控化改造设计

摘要数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。

在全球倡导绿色制造的大环境下，机床数控化改造成为了热点。

它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级本设计是对XA5032普通立式铣床进行数控化改造。

为了实现把XA5032普通立式铣床改造成经济型数控铣床，我针对此铣床的主传动系统，X,Y,Z向进给系统进行数控改造，并增加了CNC装置和伺服系统。

对主传动系统，我选用FANUCAC 电动机通过带传动驱动主轴。

对进给系统，我把原先的滑动丝杠换成滚珠8丝杠，以提高精度和效率，并由原先的手动控制，改造成由电动机控制。

通过变频器实现主轴传动和进给机构的无级变速。

通过单片机的设计，构成控制系统。

关键词：数控改造，滚珠丝杠，伺服系统ABSTRACTNC machine tools is the Machine Tools and equipment manufacturing, is to achieve manufacturing technology and the cornerstone of modern equipment is to ensure that high-tech industry development and national defense modernization of the military strategy and equipment. Green Manufacturing in the global advocacy of the environment, transformation of CNC machine tools to become a hot spot. It includes general of the CNC machine tools to transform and upgrade the CNC machine tools This design is XA5032 ordinary vertical milling machine NC transformation. In order to achieve the XA5032 vertical milling machine into the general economy CNC milling machine, I am against this milling the main drive system, X, Y, Z to the feed system NC transformation, and to increase the CNC servo devices and systems. The main drive system, I choose FANUC AC motor drive through the belt drive spindle. The feed system, I replaced the original sliding screw ball screws, to improve accuracy and efficiency, and the original manual control, into the motor control. Converter to achieve through the main transmission and feed the CVT. SCM through the design of a control system.Key words: NC transformation, ball screw, Servo System目录第1章数控机床的概述 (1)1.1 数控机床 (1)1.1.1 数控机床的概念 (1)1.1.2 数控机床的产生及发展简史 (1)1.1.3 数控机床的特点 (3)1.1.4 数控机床的组成 (4)1.1.5 数控机床的分类 (6)1.2 机床数控化改造 (10)1.3 机床数控化改造的意义 (10)1.4 机床数控化改造的必要性和迫切性 (11)第2章铣床机械结构的改造设计 (13)2.1 概述 (13)2.1.1 数控铣床机械结构的主要特点 (13)2.1.2 数控铣床对机械结构的基本要求 (14)2.2 数控化改造铣床的总体布局 (15)2.2.1 XA5032型立式升降台铣床的布局及简介 (16)2.2.2 立式数控改造铣床的布局型式及简介 (17)2.3 数控化改造铣床的主传动系统 (19)2.3.1 主传动系统的基本要求和变速方式 (19)2.3.2 XA5032型铣床数控化改造主轴系统的设计 (20)2.3.3 XA5032型铣床数控化改造主轴系统技术设计 (21)2.4 数控化改造铣床的进给传动系统 (29)2.4.1 数控铣床对进给传动系统基本要求 (29)2.4.2 数控铣床的进给传动系统的基本型式 (30)2.4.3 数控改造铣床进给系统的型式及介绍 (33)2.4.4 数控改造铣床进给传动系统的计算设计 (34)第3章普通铣床的电气改造部分 (45)3.1 计算机数控装置 (45)3.1.1 CNC系统的组成 (45)3.1.2 CNC装置的主要功能和特点 (48)3.1.3 CNC装置的硬件结构 (52)3.1.4 CNC装置的软件结构 (57)3.2.1 8031应用系统 (65)3.2.2 8031的数据存储器的扩展 (65)3.2.3 8031输入/输出口的扩展 (66)3.2.4 数字显示器及键盘的接口电路 (66)3.3 数控改造的伺服系统 (68)3.3.1对数控伺服系统的要求 (68)3.3.2伺服系统的分类 (69)3.3.3 数控改造伺服系统的驱动元件 (71)3.3.4 数控改造伺服系统驱动元件的连接电路 (82)结论 (84)参考文献 (85)翻译部分 (87)致谢 (95)第一章数控机床的概述1.1 数控机床1.1.1数控机床的概念数控机床是装备了数控系统的机床，既包括NC机床，也包括CNC机床。

学号2011040191037密级武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) X5032立式铣床进给传动系统改造院(系)名称：专业名称：学生姓名：指导教师：二〇一六年五月八日郑重声明我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。

除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。

论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。

本人签名：日期：摘要数控机床是当代机械制造业中实现机电一体化先进设备的代表。

伴随着先进制造业的发展，旧机床的数控化改造，尤其是普通机床数控化改造早已成为摆在我们面前迫切而艰巨的任务。

本课题是对X5032铣床进给系统的数控改造方案，在数控技术的历史、现状和发展的基础之上，通过对X5032旧机床的分析，结合机床改造的思路，提出了数控化改造的方案。

主要是针对机械部分进行改造，即对丝杠、驱动元件步进电机和减速齿轮的改造。

改造后的铣床不仅能加工平面、铣削键槽、等简单的零件外，还能加工形状复杂（如圆弧面加工、斜面及凸轮等）的零件，具有精度高、效率高及加工产品范围广等特点。

机床经过改造后，可以凸显机床强大的工作能力和深度的可靠性，加工精度和生产率同时有较大的提高，给企业提供一条切实可行的路径。

[关键词]数控改造；进给传动；X5032铣床目录第一章引言 (1)1.1数控机床的发展简史 (1)1.2数控机床发展趋势 (1)1.2.1高速性、高效性、高精度、高可靠性 (1)1.2.3开放性 (3)1.3课题背景、意义 (3)1.4研究目标 (4)第二章机械传动系统的改造设计 (5)2.1机械传动系统改造设计方案 (5)2.1.1改造设计任务 (5)2.1.2总体方案设计的确定 (5)2.2机械传动系统改造设计与计算 (6)2.2.1已知条件 (6)2.2.2进给系统计算，设计 (8)2.2.2.1纵向（X向）设计计算 (8)2.2.2.2横向（Y向）设计计算 (20)2.3数控铣床的导轨 (28)第三章数控机床控制方式选择 (31)3.1步进电机的开环控制 (31)3.1.1步进电机的工作原理 (31)3.1.2开环控制系统构成 (31)3.2数控机床开环系统速度计算 (32)第四章结论与展望 (32)第五章致谢 (33)参考文献 (35)第一章引言1.1数控机床的发展简史从第一台电子计算机诞生开始，美国北密执安的小型飞机承包商帕尔森斯公为了制造飞机机翼轮廓的板状样板，提出了采用数字控制技术进行加工的思路，1949年由帕尔森斯企业与美国麻省理工学院伺服机构研究院合作开始从事数控机床的研制工作，1952年，研究出第一台实验性数控系统，并把它安装在一台立式铣床上，成为全球第一台数控机床，完美实现了同时控制三轴的运动。

普通铣床数控化改造设计概述普通铣床是机械加工中常见的一种设备，但传统的普通铣床通常需要手动控制操作，对生产效率和加工精度均有一定程度的限制。

因此，将普通铣床进行数控化改造，成为数控铣床，可以有效提高生产效率，提高加工精度，提高整体加工质量。

本文将就普通铣床数控化改造设计进行概述，包括数控化改造的原理，设计要点及其实施过程等方面展开。

一、普通铣床数控化改造的原理普通铣床数控化改造的原理在于利用计算机控制装置对铣床机床的轴向运动、进给运动和加工程序进行控制，从而实现自动化加工控制和管控。

通过将普通铣床进行数控化改造，从而可以消灭人工操作过程中不可避免的误差和变化，极大地提高工作效率和加工质量。

二、普通铣床数控化改造的设计要点普通铣床数控化改造时，应确定其基本构造和主要性能参数。

其中，基本构造包括机床工作台、机床基础、工作头等；主要性能参数包括绝对/相对进给精度，测量系统精度，加工数据控制系统处理速度等。

基于此，就应根据机床原始状态分析确定执行方式，再由完成数控化改造的过程阐述数控化改造的步骤，最后再进行系统联调、机床调试和使用培训等工作。

三、普通铣床数控化改造设计实施过程普通铣床数控化改造设计实施过程如下：1、分析机床状况和性能参数根据机床原始状况和性能参数，制定数控化改造方案。

2、确定执行方式根据机床的原始驱动方式和处理方式，确定采取不同的控制驱动方式，并选择合适的处理系统。

3、阐述数控化改造步骤阐述数控化改造的步骤，根据机床原理和性能参数，逐步进行系统联调、机床调试。

4、设置测试数据和测试方法根据不同机床特点，设置测试数据和测试方法，精心收集测试结果和分析。

5、完善设计方案分析测试数据，完善设计方案，提高数控化改造的可靠性和性能。

6、培训操作人员完成数控化改造后，进行培训操作人员，使他们熟悉操作工艺流程，了解机床特点并掌握维修保养方法。

四、普通铣床数控化改造设计的应用普通铣床数控化改造设计的应用十分广泛，特别是在模具加工等高精度和高效率加工领域。

X5032立式铣床的数控化改造摘要数控铣床是当今制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。

本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对国内外数控系统的比较，遵从性价比高、综合成本低的原则，最后确定采用SIEMENS 802S数控系统。

针对SIEMENS 802S系统的特点和旧机床的要求，进行了电气系统的数控化改造设计、数控系统、电气伺服驱动系统的设计。

电气部分分别对强电和弱电进行了改造，应用变频器对主轴电机进行控制，实现宽的调速范围，进给部分增加步进驱动器及步进驱动电机，实现数控化控制。

通过对机床数控伺服驱动系统的接口匹配与连接，各项参数的设定和PLC程序编写，实现机床电气控制。

并且，对所编写的PLC程序进行了仿真。

最后阐述了改造后机床的精度和性能以及今后尚需完善之处。

机床改造后，显示了机床强大的工作能力和高度的可靠性，加工精度和生产率有较大提高，是提高企业数控化率的一条切实可行的途径。

关键词：数控机床，步进电机，电气系统，数控系统CNC VERTICAL MILLING MACHINE X5032TRANSFORMATIONABSTRACTCNC milling machine is currently manufacturing the representation of mechanical and electrical integration of advanced equipment. This paper describes the numerical control technology, history, current situation and development, based on the numerical control system through the comparison of domestic and foreign, to comply with cost-effective, integrated the principles of low cost, and finally determined by SIEMENS 802S CNC system. SIEMENS 802S system for the characteristics and requirements of the old machine to carry out the transformation of the NC electrical system design, numerical control systems, electrical servo drive system. Electrical part of the strong and weak electricity respectively were made, the drive for the spindle motor control applications, to achieve wide speed range, the feed part of the increase stepper driver and stepper drive motor, the NC Control. By the parameter setting and the PLC program, completed the CNC servo drive system interface matching and connection, the electrical control machine tool.Moreover, the PLC program for the preparation of a st modified machine described the accuracy and performance, and the future still need improvement.After the transformation machine, showing a strong ability to work the machine tool and high reliability, precision and productivity has improved greatly, is to improve the corporate rate of NC a practical way.KEY WORDS:CNC machine tools，motor，electrical system，CNC system目录前言 (1)第1章机床数控改造及数控系统分析选用 (4)1.1数控(CNC)系统的组成 (4)1.1.1微机 (4)1.1.2 I/O接口电路 (5)1.1.3机床I/O控制 (5)1.2 数控(CNC)系统的分析选用 (5)1.2.1数控系统选用方案确定 (5)1.2.2数控系统的品牌选用 (6)第2章电气控制系统的设计 (8)2.1 SINUMERIK 802S base 1ine数控系统特点 (8)2.2数控系统各部分的连接及接口设计 (9)2.2.1系统的接线 (9)2.2.2接口布置 (9)2.2.3 PLC输入输出接口定义 (9)2.2.4接口连接 (10)第3章可编程控制器（PLC） (17)3.1数控机床上的两类控制信息 (17)3.2SINUMERIK 802S base line数控系统的PLC控制技术 (17)3.2.1 CNC, PLC及MT之间的信息交换 (17)3.2.2 SINUMERIK 802S base line系统内装型PLC的特点 (18)3.2.3 PLC电气原理设计 (18)结论 (23)谢辞 (25)参考文献 (26)附录 (27)前言由于运用普通机床加工出来的产品大多存在着质量差、品种少、供货期长等原因，所以普通机床的数控化改造相当有意义。

结论本次对X5032型铣床机械部分的经济型数控化改造,确定了横向、纵向与垂直方向的传动机构，分别为：纵向滚珠丝杠型号5-BNF4006型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为KN C a 7.27=，纵向步进电机的型号为110BC380D 型步进电机的空载起动频率为1400Hz ，运行频率为15000Hz 。

一级减速齿轮分别为：241=Z ，302=Z ，2=m 横向滚珠丝杠型号5-BNF3606型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为KN C a 4.19=，横向步进电机的型号为110BC380D 型步进电机的空载起动频率为1400Hz ，运行频率为15000Hz 。

一级减速齿轮分别为：241=Z ，302=Z ，2=m 垂直向滚珠丝杠型号5-BNF3606型弯管式单螺母滚珠丝杠副，额定动载荷为KN C a 4.19=，垂直向步进电机的型号为110BC380D 型步进电机的空载起动频率为1400Hz ，运行频率为15000Hz 。

同步带及带轮传动比 1.25i =，则齿数取201=Z ,252=Z 型号分别为：小轮型号为L 20，节径mm D p 63.601=，外径mm D e 88.591=，大轮型号为L 25，外径mm D p 80.752=，外径mm D e 04.752=，同步带型号为L 382，节线长mm 55.971，齿数102。

本次毕业设计，是我对大学四年所学知识的一次综合运用，是我的一次再学习和再提高的过程。

通过本次设计，我不但复习了以前学过的知识，而且还学习了许多新的东西，让我的知识更加丰富，同时也是我在踏入社会前一次意义重大的演习。

致谢本次毕业设计顺利完成了，在这里我首先感谢我的指导老师—**老师，他在我完成毕业设计的过程中给予了我很大的帮助，每次遇到不会的问题或者难题是，老师都会悉心的给我讲解，给我提出建议，让我能顺利的完成这次毕业设计。

老师严谨的工作态度对我的学习和生活也有很大的影响，所以我由衷的对老师说一句：老师，谢谢您！在我设计过程中，机械教研室的诸多老师也给予了我帮助，不会的问题向他们请教，老师们也会认真耐心的帮助我，所以我对机械教研室的老师们说一句：谢谢您们！在开始的一个月的时间里，我去参观了本溪世恒机床厂、本溪冶金轴承厂、本溪一机修和本溪钻具厂，各个单位的领导和工人师傅们都很热心，给予了我很大的方便，在此，我对他们表示感谢。

XA5032普通铣床的数控化改造设计数控化改造设计是将传统的普通铣床升级为数控铣床的过程。

数控化改造可以提高普通铣床的加工精度和生产效率，降低操作难度，提高产品质量。

本文将从以下几个方面进行数控化改造设计的介绍。

一、系统构成设计数控铣床的系统主要由硬件和软件两部分构成。

硬件主要包括数控设备、传感器和执行器等。

软件主要包括运动控制系统、编程系统和监控系统等。

硬件方面，数控化改造需要安装数控操作面板、数控系统和伺服电机等设备。

数控操作面板用来进行编程和操作，数控系统用来控制加工过程，伺服电机用来驱动工作台和刀具。

软件方面，数控化改造需要开发相应的数控系统软件。

数控系统软件主要包括运动控制系统、编程系统和监控系统。

运动控制系统用来控制伺服电机的运动，编程系统用来进行编程，监控系统用来监控加工过程。

数控系统软件可以根据实际需求进行定制开发或使用市场上已有的数控系统软件。

二、传感器和执行器设计数控化改造需要安装传感器和执行器来实现数据采集和自动控制。

传感器主要用于检测工件位置、刀具位置和切削力等参数，执行器主要用来控制工作台和刀具的运动。

对于工件位置的检测，可以使用光电开关或接触式传感器等，实时监测工件位置信息。

对于刀具位置的检测，可以使用光电开关或线性位移传感器等，实时监测刀具位置信息。

对于切削力的检测，可以使用力传感器等，实时监测切削力大小。

对于工作台和刀具的运动控制，可以使用伺服电机和驱动器等。

伺服电机可以根据接收到的信号进行精确定位和控制，驱动器可以将控制信号转化为电流和电压输出给伺服电机，实现运动控制。

三、编程系统设计编程系统是数控铣床的一个关键部分，它决定了数控铣床加工的路径和速度。

编程系统可以采用G代码编程或CAM编程。

G代码编程是基于数学坐标系和轴向刀具运动的方式，通过给出刀具在工件上的运动路径和速度等参数来控制加工过程。

CAM编程是基于CAD 模型和刀具路径生成算法的方式，通过将CAD模型转化为刀具的运动路径和速度等参数来控制加工过程。

毕业设计（论文）课题名称X5032普通铣床的数控化改造姓名学号系(分院)专业班级指导教师企业指导教师2014年5月10日目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1国内外数控化改造的现状 (1)1.2项目的来源及研究意义 (2)1.3改造方案的可行性分析 (2)1.4本文研究的主要内容 (3)第二章 X5032立式铣床总体设计 (4)2.1X5032立式铣床数控化改造的调查研究与方案设计 (4)2.1.1 国内立式铣床数控改造的成功案例调查 (4)2.1.2 数控系统及进给伺服驱动系统的选择 (5)2.1.3 主传动轴系统改造方案 (6)2.2X5032立式铣床数控改造的总体方案 (7)2.3本章小结 (8)第三章 X5032立式铣床主传动系统的改造 (9)3.1交流主轴驱动装置的特性 (9)3.1.1 交流变频主轴驱动装置的特性 (9)3.1.2 交流伺服主轴装置的特性 (10)3.2主轴驱动装置的接口 (10)3.3主轴驱动装置的选型 (13)3.3.1 主轴系统的特点和适用范围 (13)3.3.2 功率选择 (15)3.4数控机床的主轴系统 (15)3.4.1 数控机床主传动系统的要求 (16)3.4.2 主轴的传动方式 (16)3.4.3 主轴换挡 (17)3.4.4 主轴定向功能 (18)3.4.5 主轴进给功能 (21)3.5本章小结 (22)第四章 X5032立式铣床伺服进给系统的改造 (23)4.1伺服进给系统基础 (23)4.2滚珠丝杠螺母副 (24)4.3X5032立式铣床进给系统的改造思路 (25)4.4进给部件的配置计算与选配 (26)4.4.1 X、Y轴滚珠丝杠和伺服电机的选择与计算 (26)4.4.2 Y、Z轴丝杠和伺服电机选择与计算[4] (35)4.5本章小节 (35)第五章 X5032立式铣床数控系统设计 (37)5.1华中世纪星21M数控系统简介 (37)5.2数控电气系统的组成及连接 (37)5.3主控电路的设计 (39)5.4数控系统中的PLC程序设计 (41)5.4.1 数控系统中PLC的作用 (41)5.4.2 X5032铣床数控系统PLC控制框架设计 (42)5.5系统调试与误差补偿 (43)5.5.1 HNC-21M系统调试步骤 (43)5.5.2 改造后数控系统的初上电 (44)5.5.3 PLC编制程序的调试 (44)5.5.4 华中HNC-21M参数设定 (44)5.6本章小结 (48)第六章结论和展望 (49)6.1结论 (49)6.1.1 操控性与机床精度方面 (49)6.1.2 加工范围与经济性方面 (49)6.2工作展望 (50)参考文献 (52)致谢 (53)吉林工业职业技术学院摘要本文从经济实用、稳定可靠性等方面考虑对X5032普通立式铣床进行数控改造立项研究时，结合X5032型立式铣床进行主运动、进给运动传动系统、电路改造设计、PLC设计与编程、数控装置分析、计算以及选型匹配。

摘要本文在X5032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X5032型铣床进行了数控铣床主传动机械系统设计。

使改造后的机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度；运动副之问的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。

改造后的数控铣床可以实现主传动系统电机正、反转，转速分为两档，并在各档内可以实现无级调速；可以在平面或空问范围内按设定曲线(直线、圆弧等)恒速或变速运行；可以实现数值的任意设定并显示；可以实现辅助控制系统的任意起停和故障报警；可以实现与上位机的通讯。

X5032数控铣床机械系统设计包括伺服驱动系统的设计计算，丝杠螺母副的设计计算，主传动系统的参数计算，主传动系统结构设计。

进给传动系统设计中，全部拆除纵向、横向、垂向进给箱齿轮，拆除纵向、横向、垂向进给手柄，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。

丝杠拆去，换上滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚珠丝杠连接，改造后的X5032铣床的定位精度为±0.01mm，重复定位精度为±0.005mm。

X、Y电机能够拖动工作台以6-3200r／min的切削进给速度进行X向、Y向运动，Z相电机能使主轴箱获得3-1600r／min的进给速度。

主传动系统设计拆除机床主轴，重新设计主轴。

为了保证主轴在运动时有准确的定位，安装主传动的定位检测装置。

采用电气式主轴准停装置，利用磁力传感器检测定位。

只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确的定位。

将主传动改为采用变频交流电动机无级调速。

低档转速为270-1500r/min，高档转速为1500-4500r/min，在各档内可以实现无级调速。

与原立式铣床的机械结构相比比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，主传动系统是一个开环控制的交流变频调速系统，通过软件来实现它的调速。

数控系统是一个基于单片机的采用模块化设计的数字型控制系统。

山东英才学院毕业设计题目 XA5032普通立式铣床的数控改造专业机电一体化姓名张永春指导教师二O 年月日摘要本文提供了一种XA5032铣床的经济型数控化改造方案，改造的主要模块有：机械部分和数字控制电路部分。

机械部分主要是对丝杠、驱动元件和减速齿轮的改造。

改造后的系统是以步进电机为驱动执行元件的开环控制系统，以MCS-51型单片机为控制处理芯片，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（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）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。

最后再对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。

关键词：XA5032数控化改造单片机ABSTRACTIn this paper ,in base of our country’s eco- momic condition and the expensive CNC, in order to extend machining scope, high accuracy , small batch, and has a good condition in excitely complicative market .So,the numerization rebuilding of XA5032 is so necessary and feasible. This paper provides a way of how to implement the synchronied motion of the two axes in the X and Y plane with CNC system and an open-loop control which use stepping motors as actuators on a XA5032 mill，and the microcomputer is MCS-51.The numerization rebuilding of XA5032 milling machine not only is used for machining keyway,plane and hole etc,but also, it can ma- nufacting complicated shap and the accuracy is high.The technology of CNC has became the key and basic technology in the manufacturing industry .Keywords: XA5032mill numerization rebuilding single chip computer目录摘要 (2)ABSTRACT (3)绪论 (6)第一章整体改造方案 (8)1.1总体设计方案： (8)1.1.1 机床改造的方案比较 (8)1.1.2实现的目标 (10)1.2主传动的系统改造： (10)1.2.1机械部分的数控化改造： (10)1.2.2电气部分的数控化改造 (11)1.3进给系统的改造 (11)1.3.1 进给机构的改造 (11)1.3.2 XA5032的改造要求 (11)1.3.3导轨副的改造 (12)1.4微机系统的硬件与软件设计 (12)1.4.1 系统软件的设计 (12)1.4.2 硬件系统设计 (12)第二章横纵向系统的设计和计算过程 (13)2.1纵向方向（X轴）的设计： (13)2.1.1铣削力F的计算 (14)C2.1.2滚珠丝杠所受的平均轴向载荷F的计算 (15)m2.1.3丝杠副工作负荷计算及丝杠型号的选择 (16)2.1.4传动效率 的计算 (17)2.1.5刚度验算 (18)2.1.6稳定性的验算 (18)2.1.7齿轮传动设计的有关计算： (19)2.1.8齿轮材料的选用及许用应力： (20)2.1.9 直齿圆柱齿轮副的计算 (20)2.1.10步进电机型号的计算选择 (22)2.1.11纵向步进电机选择计算 (23)2.1.12步进电机动载荷矩频特性和运行矩频特性 (27)2.2横向(Y轴)的设计 (28)第三章数控部分设计 (30)3.1系统硬件设计 (30)3.1.1主控制器（CPU） (31)3.1.2存储器扩展电路 (31)3.1.3扩展I/O接口 (32)3.1.4步进电机驱动电路 (32)3.1.5行程控制 (34)3.1.6键盘与显示 (34)3.1.7复位电路 (34)3.1.8紧急停车 (34)3.2编程时应注意的问题 (35)3.3步进电机系统软件控制 (35)第四章误差来源及精度分析 (36)4.1误差的来源 (36)4.1.1机械结构原因 (36)4.1.2数控部分原因 (36)4.2误差补偿措施 (36)4.2.1齿轮副误差补偿分析 (36)4.2.2数控系统误差补偿分析 (37)4.2.3滚珠丝杠副误差补偿分析 (37)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)绪论该课题来源于生产实践的需要，利用大量闲置旧机床，对其进行数控化改造后，成为一种高效的、多功能的经济型数控机床，是一种推陈出新、盘活存量资金的有效办法，是低成本自动化的必由之路。

3机械结构设计3.1基本参数基本参数：工作台宽：mm 320工作台及床鞍重量：纵向 N 800 横向 N 1200; 工作台的快移速度：纵向 m /m i n 2 横向 m /m i n 1 最大的快进速度：纵向 m /m i n 6.0 横向 m /m i n 3.0 主电机功率：kw 2.2 转速：450r/min 1工艺数据：主轴转速：5r/min 26走刀速度：m/min 55 刀具直径：mm 35 铣削宽度：7mm 铣削深度：2mm 3最小分辨率：纵向01mm .0 横向01mm .03.2确定系统脉冲当量经查阅资料，一般普通机床的经济型数控改造铣床常用的脉冲当量在0.005mm/-0.01脉冲的范围内，最后初步选定脉冲当量为0.01mm/脉冲。

3.3纵向进给系统的计算 3.3.1切削力的计算主切削力的大小与刀具的材料，工件的进给量、刀具进给量都有一定的关系。

铣刀一般选择高速钢立铣刀，铣削的材料一般选择碳钢。

86.0072.086.081.9-=Zd a a a C P p f e FZ Z (3.1) 式中：Z P —主铣削力；FZ C —刀具系数，68.2=FZ C ；e a —铣削接触弧深度，7=e a ； Z —铣刀系数，4=Z ；f a —每齿进给量，10.a f =； 0d —铣刀直径, 340=d ； 代入数据可得：N P Z 5540344401.072.6881.986.072.086.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-选用不对称切削的逆铣NP P N P P N P P Z Z V Z H 22164.0138525.055400====== 式中：H P ——沿铣刀半径方向上的分力V P ——在铣刀端面上垂直于进给方向上的垂直分力 0P ——沿进给方向上的轴向分力平面内合力为：N P P P VH 8.5685138555402222=+=+= (3.2) 在切削一周过程中的平均力为：N P P X 5.37908.56853232=⨯== (3.3) 3.3.2纵向丝杠的选择（1）计算进给牵引力m F切削阻力、运动结构的重力和切削力作用在导轨的摩擦力组成了滚珠丝杠进给的牵引力。

引言数控机床对进给传动系统的要求：数控机床进给传动系统承担了数控机床各直线坐标轴、回转坐标轴的定位和切削进给。

无论是点位控制、直线控制还是轮廓控制，进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性直接影响被加工件的最后轮廓精度和加工精度。

为此，对进给系统中的传动装置和元件要求具有长寿命、高刚度、无传动间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须摩擦力比较小、耐磨性要高，通常采用滚动导轨、静压导轨等。

为了提高转换效率，保证运动精度，当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。

为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙。

虽在进给传动系统中采用各种措施消除间隙，但仍然可能留有微量间隙。

此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反方向运动时仍由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。

数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造.一、总体方案的确定1.1 设计的基本参数：原始数据：工作台宽：320mm;工作台及床鞍重量：纵向 800N 横向 1200N;工作台快移速度：纵向 2m/min 横向 1m/min;最大快进速度：纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min;主电机功率：2.2kw；转速：1450rpm工艺数据：主轴转速：265rpm 走刀速度：55m/min刀具直径：35mm铣削宽度：7mm 铣削深度：32mm最小分辨率：纵、横向0.01mm其余数据按实际情况确定1.2 设计内容：（1）总体方案确定及可行性论证。

摘要机床是机械制造业的重要基础设备，它的发展一直引起人们的高度关注，由于计算机技术的发展，促使机床的控制信息出现了很大的突破。

现代数控机床是应用数字化计算机技术进行柔性自动化控制的新一代机床，是未来工厂自动化的基础。

旧机床数控化改造范围大、潜力大、投资少、见效快，已经成为适合我国国情，促进制造业技术进步的重要手段。

因此，数控系统改造车床的研究具有重要意义。

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臵方案;针对旧机床的要求，进行了传动系统的重新设计，提高了传动的精度，重新设计机床的控制逻辑，通过对伺服系统的分析，完成了机床各主要参数的优化和匹配。

本机床改造后将会展示出强大的功能、稳定的性能，在投资比较少的情况下，既能满足生产加工的需求，又能提高机床的自动化程度。

是一次有益的尝试。

关键词：XA5032;机床;改造;数控系统。

AbstractThe modern Computer Numerical Control （CNC）machine is the foundation of the modern manufactory. The remaking of old machine for CNC is an efficient means to promote the progress of the manufactory, which is adapted to the circumstance for our country. Its range is wide, its cost is low and its period is short. Therefore, it is very important to study a remarking the lathe machine by using CNC system.This paper introduces the history and the development of CNC system. Based on its theory, through the analysis about the components of the old machine, presents the remaking transmission system to raise the precision of the lathe。

普通铣床数控化改造设计学生姓名：李颖学号：01320131X01 所在系部：机械系专业班级：13gz数控1班指导教师：谢卫蓉日期： 2016年5月附一：毕业设计（论文）任务书系部机械工程系指导教师谢卫容职称讲师学生姓名李颖专业班级13gz数控1 学号设计题目普通铣床数控化改造设计设计内容目标和要求（设计内容目标和要求、设计进度等）本课题改造设计经济型数控铣床，应满足实用和加工精度的要求。

1. 调研：了解各种数控铣床进给伺服系统中二维工作台的工作性能和加工要求情况，了解开环伺服传动系统的组成和特点，提出应满足的技术要求和条件，分析、比较各种可能的方案并提出初步设计方案；2. 研究和确定数控铣床进给伺服系统的总体设计方案，要求有必要的分析和计算过程；3. 结构设计，要求画出总体结构图、关键零部件图并对关键零部件进行校核和验算；4. 控制系统设计，画出控制系统原理图；5. 撰写设计说明书（30-40页左右）；6. 基本技术要求：结构尺寸：普通铣床数控车床的设计参数：规格工作台行程(mm)工作台、夹具及工作重力(N)工作台快移速度(m/min)最大进给速度(m/min)走刀方向最大切削分力/垂向最大切削分力x,y向相同(N)启动加速时间ms定位精度mm X纵向Y横向X纵向Y横向X纵向Y横向X纵向Y横向1250×320680240 3300 5500 16 16 0.6 0.6 2750/2200 40±0.01根据数控机床要求，由调研确定工作台定位精度和重复定位精度、脉冲当量等参数；7. 绘制主要零部件图不少于2张，装配图1张；8. 自选其中某个零件用PRO/E绘制三维零件图。

9. 设计进度：1)、1—5 周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案；2)、6—10周，设计计算，绘图；3)、11—13周，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。