X53K立式铣床的数控化改造毕业设计
X5040(X53K)立式铣床的PLC改造
目录第一章绪论 (1)第二章总体设计 (2)2.1设计流程图 (2)2.2 X5040铣床简介 (2)2.3 FX2N(C)PLC简介 (4)2.4 X5040型铣床电气原理图线路分析 (4)2.5 PLC的I/O分配 (8)2.6 PLC接线图 (11)第三章X5040立式铣床电气系统的软件设计 (13)3.1 PLC程序设计 (13)3.2程序解释及调试 (16)第四章小结 (19)参考文献 (20)任务书............................................................................................. 错误！未定义书签。
摘要X5040铣床是一种应用广泛的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面等多种表面的加工，它原是采用继电接触器电路来实现其电气控制，但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触式控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重的影响生产。
PLC是专为工业应用而设计，其可靠性高，抗干扰能力强。
可将X5040铣床电气控制线路改造为基于FX2N的可编程控制器控制，可以提高铣床的整个电气控制系统的工作性能及参数指标，具有较高的可靠性与灵活性，减少工人维护、维修的工作量。
本文介绍了用PLC取代X5040铣床的继电器控制电路，阐述了PLC的设计方案；根据控制要求，确定PLC的输入输出点数，对I/O地址进行了分配，并画出了I/O接线图；根据控制原理，进行系统的软件设计，画出了T形图。
关键词：X5040铣床；电气控制；PLC控制；梯形图第一章绪论可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
他采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
普通立式铣床的经济型数控改造设计毕业设计
摘要本次设计主要是普通立式铣床的经济型数控改造设计，在本设计中，采用AT89C51、2764、6264、8155等芯片扩展成简单的开环单片机控制系统，通过铣削参数的计算确定步进电机。
软件采用模块式，主要包括主程序模块、键盘显示模块、串行通信模块、凸轮程序处理模块、报警中断模块等。
有键盘输入用户加工程序，存入外部程序存储器（2764），根据加工程序内容控制步进电机驱动工作台的径向（X向）和周向（Y向）联动，从而加工出相应的凸轮轮廓。
同时，设计中也考虑到系统的精确性和稳定性，采用双片齿轮错齿法调整滚珠丝杠的轴向间隙，选用光电隔离电路去除强电干扰，选择大功率场效应晶体管斩波驱动电路实现脉冲的放大。
本设计造价低、适应能力强、应用范围广。
采用本机床加工可大幅度降低工人劳动强度，有效提高加工生产率和提高工件精度。
关键词：数控技术，数控改造，单片机，，机床改造，凸轮加工ABSTRACTThe design is General economic vertical milling machine design of NC, in this design, use of AT89C51, 2764,6264,8155, and other chip expansion into simple open-loop control system microcontroller, through the milling parameters Calculation determine stepper motor. Use of modular software, including the main program modules, keyboard modules, serial communication module, Cam process of the module, the police interrupted module. A keyboard input users processing procedures, into the external program memory (2764), in accordance with procedures for processing the content control of the stepper motor-driven table radial (X to) and the Zhou (Y to) linked to processing the corresponding cam Contour. At the same time, also taking into account the design of the system accuracy and stability of a dual-gear tooth wrong ball screw adjustment of the axial gap, the choice of optoelectronic circuits to remove segregation-interference, select high-power field-effect transistor chopper Driver circuit pulse amplification.The design of low cost, strong adaptability and wide application. Using this machine tool workers can be significantly reduced labor intensity, effectively enhance the productivity and improve processing accuracy of the workpiece.Keywords:NC, NC transformation, SCM, machine transformation, processing Cam目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (2)1.2现实意义 (2)1.3设计任务 (2)1.4总体设计方案分析 (2)1.5总体设计方案确定 (2)1.5.1 伺服系统 (2)1.5.2 控制信号 (2)1.5.3 辅助功能 (2)第2章步进电机的确定 (1)2.1 步进电机的选用 (2)2.1.1 铣削用量 (2)2.1.2切削层参数 (2)2.1.3 铣削力和功率 (2)2.1.4计算 (2)第3章消隙方法与预紧 (2)3.1消隙方法 (2)3.1.1 偏心轴套调整法 (2)3.1.2 锥度齿轮调整法 (2)3.1.3 双片齿轮错齿调整法 (2)3.2预紧 (2)第4章步进电机接口电路及驱动 (1)第5章数控系统设计 (1)5.1 确定机床控制系统方案 (2)5.2主要芯片配置 (2)5.2.1 主要芯片选择 (2)5.2.2 主要管脚功能 (2)5.2.3EPROM的选用 (2)5.2.4 RAM的选用 (2)5.2.5 8031存储器及I/O的扩展 (2)5.2.6 8155工作方式查询 (2)5.2.7 状态查询 (2)5.2.8 8155定时功能 (2)5.2.9 芯片地址分配 (2)5.3键盘设计 (2)5.3.1 键盘定义及功能 (2)5.3.2 键盘程序设计 (2)5.4显示器设计 (2)5.4.1 LED的显示原理 (2)5.4.2 LED显示器与8155的连接 (2)5.4.3 显示缓冲区 (2)5.5光电隔离电路 (2)5.6越界报警电路 (2)5.6.1 主要电子器件 (2)5.7总体程序控制 (2)5.7.1 数据处理程序 (2)5.7.2 串行通信的软件设计 (2)5.7.3 加工程序的设计 (2)5.7.4 流程图 (2)5.7.5 总程序 (2)结论 (1)参考文献 (1)致谢 (1)第1章绪论1.1 课题背景在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。
X53K数控化改造毕业设计论文
内容摘要本文提供了一种X53k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： X53k 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 X53K 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 X53K mill，and the microcomputer is MCS-51.The numerization rebuilding of X53K 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: X53Kmill numerization rebuilding single chip computer目录前言 (5)正文 (9)1.整体改造方案 (9)1.1总体设计方案 (9)1.1.1机床改造的方案比较 (9)1.1.2实现的目标 (11)1.2主传动的系统改造 (12)1.2.1机械部分的数控化改造 (12)1.2.2电气部分的数控化改造 (12)1.3：进给系统的改造 (12)1.3.1进给机构的改造 (12)1.3.2X53K的改造要求 (12)1.4微机系统的硬件与软件设计 (13)1.4.1 系统软件的设计 (13)1.4.2 硬件系统设计 (14)1.5改造后的布局 (15)2.横纵向系统的设计，计算过程 (15)2.1纵向方向（X轴）的设计 (15)F的计算 (16)2.1.1铣削力CF的计算 (17)2.1.2滚珠丝杠所受的平均轴向载荷m2.1.3丝杠副工作负荷计算及丝杠型号的选择 (18)2.1.4传动效率 的计算 (19)2.1.5刚度验算 (20)2.1.6稳定性的验算 (20)2.1.7齿轮传动设计的有关计算 (21)2.1.8齿轮材料的选用及许用应力 (22)2.1.9直齿圆柱齿轮副的计算 (22)2.1.10步进电机型号的计算选择 (24)2.2横向(Y轴)的设计 (30)3数控部分设计 (31)3.1系统硬件设计 (32)3.1.1主控制器（CPU） (32)3.1.2存储器扩展电路 (33)3.1.3扩展I/O接口 (34)3.1.4步进电机驱动电路 (34)3.1.5行程控制 (35)3.1.6键盘与显示 (35)3.1.7复位电路 (36)3.1.8紧急停车 (36)3.2编程时应注意的问题 (36)3.3步进电机系统软件控制 (36)4误差来源及精度分析 (37)4.1误差的来源 (37)4.1.1机械结构原因 (37)4.1.2数控部分原因 (37)4.2：误差补偿措施 (37)4.2.1齿轮副误差补偿分析 (37)4.2.2数控系统误差补偿分析 (38)4.2.3滚珠丝杠副误差补偿分析 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)前言：该课题来源于生产实践的需要，利用大量闲置旧机床，对起进行数控化改造后，成为一钟高效的、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。
(完整版)三坐标铣床的数控化改造机电一体化毕业论文设计
优秀论文审核通过未经允许切勿外传目录摘要 ....................................................................第一章概论 ............................................................1.1数控机床的产生及发展................................................1.2数控机床的组成及分类................................................1.2.1 数控机床的组成.....................................................1.2.2 数控机床的分类.....................................................1.3数控机床的特点及应用范围.............................................1.3.1 数控机床的特点.....................................................1.3.2 数控机床的应用范围.................................................第二章设计主要参数及基本思想...........................................2.1课题要求.............................................................2.1.1 题目名称（包括主要技术参数）及技术要求............................2.1.2 课题内容及工作量..................................................2.2设计原则............................................................2.3总结构设计..........................................................2.3.1 数控机床的机构设计要求.............................................2.3.2 提高机床的结构刚度.................................................2.3.3 提高进给运动的平稳性和精度........................................第三章三坐标数控铣床的设计和计算.......................................3.1主传动系统的设计.....................................................3.1.1 主传动变速系统 (1)3.2主轴系统计算 (1)3.3.1 对进给伺服系统的基本要求 (1)3.3.2 进给伺服系统的设计要求 (1)3.3.3 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 (1)3.4进给传动的计算 (1)3.4.1 X轴滚珠丝杠副 (1)3.4.2 Y轴滚珠丝杠副 (1)3.4.3 Z轴滚珠丝杠副 (1)3.4.4滚珠丝杠的安装与使用 (1)结论 (1)致谢 (1)参考文献 (18)三坐标铣床的数控化改造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。
普通立式铣床的数控改造最新毕业设计
xxxxxxxxxxxxxxxx课程设计（论文）设计(论文)题目：XA5032普通立式铣床的数控改造姓名：学号：系部：本科机电工程系专业: 机电一体化年级：06级11班指导教师：2010年4月20日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FANUC AC 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 of the military strategy and equipment. Green Manufacturing in the global advocacy of the environment, transformation of CNC machine tools to become a 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目录第一章概论 (3)1.2 机床数控化改造的意义 (5)1.3 机床数控化改造的必要性和迫切性 (5)第二章铣床机械结构的改造设计 (6)2.1 介绍 (6)2.1.1 数控铣床机械结构的主要特点 (6)2.1.2 数控铣床对机械结构的基本要求 (7)2.2 铣床主传动系统的数控化改造 (9)2.2.1 主传动系统的基本要求和变速方式 (9)2.2.2 XA5032型铣床数控化改造主轴系统的设计 (9)2.3 XA5032型铣床数控化改造主轴系统计算设计 (11)2.3.1 主传动中同步带传动设计 (11)2.3.2 主轴的设计 (13)2.4 铣床进给传动系统的数控化改造 (17)2.4.1 数控铣床对进给传动系统的基本要求 (18)2.4.2 数控铣床的进给传动系统的基本型式 (19)2.4.3 数控改造铣床进给系统的型式及介绍 (20)2.4.4 数控改造铣床进给传动系统的计算设计 (22)2.5 主轴的驱动元件的选择 (27)第三章铣床的电气改造部分 (28)3.1 计算机数控装置 (28)3.2.1 单片机的介绍 (31)3.2.2 系统的扩展 (32)3.3 键盘 (37)3.4 步进电机控制电路设计 (38)3.4.1 脉冲当量和传动比的确定 (38)3.4.2 步进电机的选择及其驱动方式 (39)3.5 光电隔离电路设计 (42)3.6 控制系统的软件设计 (43)3.6.1 步进电机控制程序设计 (43)3.6.2 LED动态显示接口程序设计 (46)谢辞 (48)参靠文献： (49)第一章概论1.1 数控机床的组成如图1.1所示，数控机床由一下几个部分组成。
X5230普通铣床数控化改造毕业设计论文
摘要本文主要对X5230普通铣床进行改造，首先分析铣床的加工特点和加工要求确定其主参数，运动和动力参数；根据主参数和改造要求进行主运动系统、进给系统和控制系统硬件电路设计。
主要进行主运动系统和进给系统的机械结构改造及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核；对于控制系统由于这里的改造要求是经济型数控铣床，所以采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性价比的MCS-51系列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计。
关键词：数控技术；普通铣床；硬件电路；开环控制AbstractThis article mainly carries on the transformation to the X5230 general milling machine, first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination; Regarding control system because here mainly aims at the economy numerical control milling machine the transformation of requirements, here uses electric stepping motor open-loop control, the computer system uses the high performance price compared to the MCS-51 series monolithic expansion system, mainly carries on the central processing element the choice, the memory expansion and the connection circuit design .Key words: Numerical control technology；General milling machine；Hardware circuit；Open-loop contro l目录1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外研究的现状 (1)1.3本文的选题及主要研究内容 (2)1.3.1本文的选题 (2)1.3.2主要研究内容 (2)2 X5230铣床总体改造方案及机械部分设计 (3)2.1 设计要求 (3)2.1.1设计基本思路 (3)2.1.2设备改造前后性能指标 (4)2.2 改造方案的确定 (5)2.2.1改造目的 (5)2.2.2总体方案设计 (5)2.3 传动系统改造设计与计算 (6)2.3.1纵向进给系统的改造设计与计算 (6)2.3.2横向进给系统的改造设计与计算 (12)2.3.3垂向进给系统的改造设计与计算 (16)2.3.4主轴的改造设计 (21)2.4 步进电机的选择 (21)2.4.1纵向进给系统步进电机的确定 (21)2.4.2横向进给系统步进电机的确定 (22)2.4.3垂向进给系统步进电机的确定 (23)3 X5230数控铣床硬件电路设计 (24)3.1概述 (24)3.2控制系统硬件基本组成 (24)3.3控制系统设计 (25)3.4坐标运动系统 (31)3.5电源 (33)3.6 控制台 (34)3.6.1CNC装置的工作过程 (35)3.6.2 CNC装置的主要功能 (36)3.7其他辅助系统 (39)3.7.1铣床的冷却和温度控制 (39)3.7.2工件切削冷却 (40)4 MCS-51系列单片机简介 (40)4.1单片机的选择 (40)4.2 存储器芯片的选择 (41)4.3 I/O接口芯片选择 (42)5 控制系统选型设计 (43)5.1主控微机8031的性能特点 (44)5.2 键盘和显示器接口 (46)5.3 操作按钮的设置及操纵面板 (48)5.4 固态继电器的控制接口电路 (49)6 X5230数控铣床软件设计 (50)6.1各软件流程图 (50)6.1.1 管理软件的设计 (51)6.1.2控制软件的设计 (52)6.2逐点比较插补法的软件设计 (52)6.2.1逐点比较法直线插补 (53)6.2.2逐点比较法圆弧插补 (54)6.2.3逐点比较法的速度分析 (55)6.2.4逐点比较法的象限处理 (56)6.3 铣刀半径补偿的方法 (57)6.4 棱角过渡处理及尝试 (62)参考文献 (64)结论 (65)外文资料 (66)中文译文 (69)致谢 (71)1绪论1.1引言现在数控机床的应用越来越广泛，与普通机床相比，数控机床采用计算机控制，自动化程度高，加工精度好，对于单件小批量及形状复杂零件的加工尤为合适。
X53K立式铣床数控改造(纵向)
目录
第一章概述
一．设计目的 (3)
二．设计课题 (4)
第二章设计说明
一．微机数控系统总体设计方案的拟定 (5)
二．机床进给伺服系统机械部分设计计算 (6)
三．进给伺服系统机械部分结构设计 (12)
四．微机数控系统硬件部分电路的设计 (14)
五．零件的编程 (19)
第三章设计体会与参考资料
一．设计体会 (21)
二．参考资料 (22)
参考资料
1．《机床设计手册》编写组《机床设计手册》机械工业出版社，1979年
2．郝忠军雷晓玲《综合作业指导书》全国高等教育自考指导委员会
3．陆玉、何在洲、佟延伟主编：《机械设计课程设计》，机械工业出版社，2000年8月第3版
4．华东纺织工学院，哈尔滨工业大学，天津大学主编：《机床设计图册》，上海科学技术出版社，1979年6月5．石光源、周积义、彭福荫主编：《机械制图》，高等教育出版社，1990年5月第3版
6．李广弟主编：《单片机基础》，北京航空航天大学出版社，1994年6月第一版
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8．《机械设计手册》编写组编机床设计手册2 机械工业出版社 1980年8月出版
9．《机械设计手册》编写组编机床设计手册3 机械工业出版社 1986年12月出版
10．东北大学《机械零件设计手册》编写组编机床零件设计手册第三版冶金工业出版社 1994年5月出版
11．华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编机床设计图册上海科学技术出版社 1979年6月出版。
X53K立式铣床毕业设计说明书
摘要通过对数控系统的研究，分析了X53K立式铣床的机械部分、进给伺服系统等的设计计算，进一步对电器控制系统进行数控改造，利用微机对纵向、横向进给系统进行开环控制，要求在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能，且纵向、横向的脉冲当量均为0.01mm/脉冲，控制X向、Y向两个坐标。
驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠。
并针对8031芯片系统的单片机进行了编程设计。
从而使得该机床具有适应性强、较高的加工精度、稳定的加工质量等优点。
关键词：普通机床，数控机床，改造ABSTRACTNumerical control system through research, analysis of the mechanical part of the X53K vertical milling machine, feed servo system design and calculation, and further to the electrical control system for NC transformation, the use of computers to vertica l, horizontal feed system for open-loop control, demand In the vertical and horizontal with straight lines and circular interpolation function, and the vertical, horizontal pulses are equivalent 0.01mm / pulse, control X to, Y coordinates of the two. Drive components with stepper motor drive system with ball screw. And for the 8031 micro controller chip systems for the programming design. Which makes the machine has a strong adaptability, high machining accuracy and stable machining quality and so on.Key words: ordinary machine，Numerically-controller machine tool，transformation目录1 绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1 国内外基本情况--------------------------------------------------------------------------------------------11.2 数控化改造的优缺点-------------------------------------------------------------------------------------41.3 铣床介绍------------------------------------------------------------------------------------------------------51.4 数控铣床的分类--------------------------------------------------------------------------------------------51.5 立式数控铣床的常用布局形式----------------------------------------------------------------------102 基本方案的比较与选择----------------------------------------------------------------------------------112.1 伺服驱动-----------------------------------------------------------------------------------------------------112.2 数控装置-----------------------------------------------------------------------------------------------------122.3 机械传动-----------------------------------------------------------------------------------------------------132.4 消隙齿轮的选用------------------------------------------------------------------------------------------153 机械部分设计计算------------------------------------------------------------------------------------------173.1 数控铣床主要设计参数--------------------------------------------------------------------------------173.2 切削力计算-------------------------------------------------------------------------------------------------173.3 纵向进给系统设计计算--------------------------------------------------------------------------------193.4 横向进给系统设计计算--------------------------------------------------------------------------------263.5轴的校核计算----------------------------------------------------------------------------------------------32 4硬件部分电路的设计--------------------------------------------------------------------------------------354.1控制系统功能----------------------------------------------------------------------------------------------354.2 CPU和储存器----------------------------------------------------------------------------------------------354.3 I/O接口电路-------------------------------------------------------------------------------------------------364.4其它辅助电路----------------------------------------------------------------------------------------------37 总结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------38参考资料--------------------------------------------------------------------------------------------------------------39 致谢----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------401绪论随着可持续技术和社会生产的不断完善发展，机械制造技术有了深刻的变化。
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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103.1工作台重量的估算和切削力的计算103.1.1工作台重量的估算103.1.2切削力的计算10 3.2滚珠丝杠的设计103.2.1滚珠丝杠螺母副结构类型的选择103.2.2滚珠丝杠螺母副型号的选择及校核步骤113.2.2.1 计算最大工作载荷113.2.2.1 计算最大工作载荷113.2.2.3、计算传动效率η123.2.2.4、刚度验算13 3.3脉冲当量和传动比的计算 153.3.1确定系统脉冲当量153.3.2 传动比的选定153.3.3 齿轮传动的确定16 3.4进给伺服系统传动计算173.4.1转动惯量的计算 173.4.1.1齿轮、丝杠等圆柱体惯量的计算 173.4.1.2工作台折算到丝杆的转动惯量 173.4.1.3传动系统折算到电机轴上的转动惯量 183.4.1.4电机的转动惯量的确定 183.4.1.5系统总的转动惯量 183.4.2步进电机的计算和选用 183.4.2.1电机力矩的计算 183.4.2.2摩擦力矩f M 193.4.2.3附加摩擦力矩0M 193.4.2.4折算到电机轴上的切削负载力tM 20 3.4.3步进电机的选择与校核 203.4.3.1根据最大静态转矩max j M 初选电机型号 203.4.3.2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)一、前言数控机床可以较好的解决形状复杂、精密多品种及中小批零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，随着制造技术向自动化、柔性化方向的发展，当前机床的数控化率已经成为衡量一个国家制造工业水平的重要标志。
机床的数控化改造一般是指对现有某台普通车床的某些部位做一定的改装，配上经济型数控装置或标准型数控数控系统，从而使原机床具有数控加工能力。
这种技术工作有其独特的特点。
机床数控化改造的意义：1.节约资金数控机床的价格昂贵，一次性投资大，对中小企业常是心有余而力不足。
机床的数控化改造同购置新的机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。
一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3，即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床的一半2.性能稳定可靠因原机床各基础件经过长期实效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
3.提高生产率机床经出数控改造后即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3到5倍。
对复杂零件而言加工难度越高功效提高得越多。
且只需一次或少数几次安装就能加工完零件的全部。
目前国内数控机床的广泛应用受到一些条件的限制。
现在我国机床数控化率不到5%。
用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益、影响企业德生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
数控铣床用途广泛，不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔。
而且还能加工各种平面曲线和空间曲线等复杂型面。
适用于各种模具、凸轮、板类及箱体类零件的加工。
本设计课题就是立足于实际情况，将普通的X502立式铣床（机械纵向部分）进行数控化改造。
二、设计方案论证目前，在机械加工工业中，绝大多数是旧式机床，如果改用微机控制，实现机电一体化的改造，会使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，不但提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短，适合我国国情。
利用微机实现机床的机电一体化改造的方法有两种：一种是以微机为中心设计控制部件；另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作为主要控制装置。
前者需要新设计控制系统，比较复杂；后者选用国内标准化的微机数控系统，比较简单。
这种标准的微机数控系统通常采用单片机、驱动电源、步进电机及专用的控制程序组成开环控制，如下图所示，其结构简单、价格低廉。
对机床的控制过程大多是由单片机按照输入的加工程序进行插补运算，产生进给，由软件或硬件实现脉冲分配，输出一系列脉冲，经功率放大、驱动刀架、纵横轴运动的步进电机，实现刀具按规定的轮廓轨迹运动。
微机进行插补运算的速度较快，可以让单片机每完成一次插补、进给，就执行一次延时程序，由延时程序控制进给速度。
开环控制系统框图机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。
数控铣床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有相似之处。
然而，现代的数控机床不是简单将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成。
传统机床存在着一些弱点，如刚性不足，抗震性差，热变形大，滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度，表面质量，生产率以及使用寿命等要求。
现代机床的部件结构，整体布局，外部造型都已经形成了数控机床独特的机械部件。
因此，我们在对数控机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能的与数控机床相接近。
机床的改造主要应具备两个条件1.机床基础件必须有足够的刚度2.改装的费用要合适，经济性好。
改装前要对机床的性能指标做出决定，改装后其各项指标能达到数控加工的要求。
将一台X502立式铣床改装成微机数控铣床，要求原机床的改动尽量少，以降低成本，提高性价比。
根据这个要求保留原机床的主轴旋转运动以及纵横向进给的机动部分，改造后的数控铣床要求结构简单、经济实用、易于推广普及。
因此采用步进电机为饲服元件，用来驱动纵横向工作台的进给运动。
拆除机床上原有的纵横向丝杠螺母元件，改用步进电机和减速齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。
并选择合适的数控系统，使其扩大加工范围，适用于现阶段我国的中小型机械加工企业。
机械部分数控化改造需涉及电机的选择、工作台进给结构、传动比分配与计算等方面的内容。
1伺服驱动元件进给电机选用混合式步进电机，其不仅步距角小运行频率高且功耗低,低频率，噪音小等优点。
广泛用于开环控制系统，不需要反馈装置，结构简单可靠，寿命长。
横纵向进给电机均选用同一型号以便于改造和日后维修。
脉冲当量t=0.01mm/脉冲，选用步距角θ=0.6° 。
对原机床的主传动系统均维持不变，以节约资金及缩短改装时间。
2机床导轨的选择由于原机床采用滑动导轨，在低速时容易发生“爬行”现象，直接影响运动部件的定位精度。
较经济的处理方法是采用贴塑滑动导轨。
3进给传动系统数控机床要求进给部分移动元件灵敏度高、精度高、反应快、低速时无爬行。
因此本设计中采用滚珠丝杠可以满足要求。
滚珠丝杠螺母副由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成。
其工作原理为：当丝杠和螺母相对运动时，在螺母上设有滚珠循环返回装置，使得滚珠沿滚道面运动后能通过这个装置自动的返回其入口处，继续参加工作。
滚珠丝杠螺母副安装时需要预紧，通过预紧可消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，提高传动刚度。
本设计中的预紧方法是采用双螺母垫片预紧式结构。
即通过改变两个螺母的轴向相对位置，使每个螺母中滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧来实现预紧。
其特点是预紧结构简单，轴向刚度好，预紧可靠，轴向尺寸适中，工艺性好如图2-1。
为消除传动系统中的反向间隙，提高重复定位精度，传动元件连接采用无键锥环连接。
图2-1 滚珠丝杆的结构4、微机控制系统方案的确定1、微型控制系统的设计内容包括：1）控制系统硬件电路设计计算和参数选择；2）步进电机接口及驱动电路设计。
2、微机控制系统的总体组成数控部分采用MCS-51单片机为核心的控制系统.目前，数控机床中应用最多的是MCS-51单片机，他价格低，功能强，使用灵活等特点.存储芯片的选择依据系统控制程序的大小及CPU的字长，I/0扩展芯片的个数根据整个系统需要的I/0通道的个数来确定。
3、软硬件系统的设计涉及软硬件任务分配的有：控制步进电机的脉冲发生于脉冲分配；数码显示的字符发生；键盘扫描管理。
硬件系统（1）基本组成（最小系统）（2）系统扩展 1）程序存储器扩展2）数据存储器扩展3）输入输出端口扩展 4）综合功能扩展（3）接口技术 1）键盘接口技术2）显示器接口（4）步进电机控制硬件电路。
上述三个任务都可以用专用硬件芯片实现，也可用软件编程实现。
用硬件实现，编程比较简单，但同时硬件成本及故障。
用软件实现，可节省芯片，降低成本，但增加了编程难度。
在决定用何种方法实现时，应统筹兼顾，同时还应根据设计者的软硬件方面的实际经验及能力。
软件系统包括：（1）软件结构与基本组成（2）插补原理及软件程序（3）步进电机控制软件。
三、纵向进给系统的设计在纵向进给系统的改造中，拆掉了原机床的丝杠螺母机构，更换上步进电动机和一对齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。
3.1工作台重量的估算与切削力计算3.1.1工作台重量的估算纵向工作台约重60kg，床鞍和回转盘约重140kg，总重量G=60+180=200kg。
3.1.2切削力计算：切削功率为：N c=KPη（1）式中：P——主电动机功率，7.5kWη——主传动系统总效率，一般为0.6～0.7，取0.65K——进给系统功率系数，取0.96根据式(1)可得：N c=4.3kW。
又因为N c=FcVc×10-3，则F c=N c/V c，V c为切削线速度，取100m/min，所以主切削力F z=2.7kN。
通常：纵向切削分力F纵=(0.6～0.9)Fz，垂直切削分力F垂=(0.45～0.7)Fz，横向切削分力F横=(0.5～0.55)Fz。
取F纵=0.6Fz=1.6kN，F垂=0.45Fz=1.2kN，F横=0.5Fz=1.3kN，3.2滚珠丝杠设计3.2.1滚珠丝杠螺母副结构类型的选择因为所要改装的铣床为普通铣床，精度要求并不是很高，在使用过程中不需要调整，并且加工过程中有轻微冲击运转。
根据上述实际条件，并考虑到经济成本问题，通过查第三章表3－2和表3－3，可以初步选用“外循环插管埋入式法兰直筒组合双螺母垫片预紧（CMD）”这种结构类型的滚珠丝杠螺母副。
它具有结构简单，工艺性优良，承载能力较高；刚度高，预紧可靠，不易松弛等优点。
它主要适用于重载荷、高刚度、高速驱动及较精密的定位系统，是目前应用得较广泛的结构。
3.2.2滚珠丝杠螺母副型号的选择及校核步骤3.2.2.1 计算最大工作载荷1、由题设已知条件，铣床导轨的类型为综合导轨。
再查指导书 P38表3-29得最大工作载荷m F 。
()'m L V F F F G K f =++该式中：K = 1.15；取 f ’ = 0.16（f ’ =0.15～0.18）（摩擦系数）；G 为工作台及夹具总重量的1/2。
由题设已知条件可得G = 400 N 。