X52K铣床的数控化改造设计
X525立式铣床的数控改造-数控装置设计说明书
——数控装置设计
机械设计制造及其自动化07级本科班赵庆念
指导老师：李小平副教授
1 绪论
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。数字控制机床（Numerical Controlled Machine Tool），简称NC机床。数控系统是一种控制系统，它能控制机床的运动和加工过程。计算机数控机床（Computer-ized Numerical Controlled Machine Tool），简称CNC机床，是利用具有专门存储程序输入到数控装置，再由数控装置控制主运动的变数、起停、进给运动的方向、速度和位移大小，以及诸如刀具的选择、交换、工件夹紧、松开和冷却的起、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格按数控程序的要求进行。其对零件的加工相比普通机床有着很多的优点：
垂向（Z轴）350mm
T型槽
槽宽×槽数×槽间距：16mm×3mm×80mm
主轴转速范围：30～1500mm/min
升降台机动升降速度8～394mm/min
主电机功率：7.5 kw
最大工件质量：250 kg
定位精度：
重复定位精度：0.01mm
加工精度
平面度：0.02
平行度：100：0.02
垂直度：100：0.02
数控化改造的优缺主要有：
（1）减少投资额、交货期短
同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。特别大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。
3主轴交流伺服电机设计；
X52K铣床X向进给系统数控改造2
目录1.引言： (3)2.设计任务 (4)3.总体方案的确定................................................. ..5 3.1 机械传动部件的选择3.1.1导轨副的选用3.1.2丝杠螺母副的选用3.1.3减速装置的选用3.1.4伺服电机的选用3.1.5检测装置的选用3.2 控制系统的设计 (7)3.3 绘制总体方案图 (7)4.机械传动部件的计算与选型 (8)4.1 导轨上移动部件的重量估算 (8)4.2 铣削力的计算 (8)4.3 直线滚动导轨副的计算与选型（纵向） (8)F的计算及导轨型号的选取4.3.1 块承受工作载荷max4.3.2 距离额定寿命L的计算4.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)4.4.1 最大工作载荷Fm的计算4.4.2 最大动工作载荷FQ的计算4.4.3 初选型号4.4.4 传动效率η的计算4.4.5 刚度的验算4.4.6 压杆稳定性校核4.5 步进电动机减速箱的选用 (11)4.6 步进电动机的计算与选型 (11)4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq4.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定4.6.4 步进电动机的性能校核5.增量式旋转编码器的选用 (14)6. 绘制进给传动系统示意图 (14)7．工作台控制系统的设计 (14)8．步进电动机的驱动电源选用 (17)9.选择AT89S52单片机的控制系统计 (18)10.致谢 (19)参考文献 (20)1.引言：现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
X52K型立式升降铣床的PLC改造设计
专业综合设计与实践2013 /2014第 2 学期专业电气工程及其自动化班级学号姓名专业综合设计与实践任务书二级学院(直属学部):电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:摘要继电器接触器控制在工业控制领域中曾占有主导地位，该系统采用固定接线的硬件实现逻辑控制。
如生产任务或工艺发生变化，需改变硬件结构，从而造成时间和资金的浪费。
PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其控制功能是通过软件编程来实现的。
当生产工艺和任务发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序，因而该控制系统更具灵活性。
且PLC控制系统体积小、可靠性高、更易于维护。
通过对X52K型立式升降台铣床进行改造,并用MCGS软件仿真，实现了自动化控制,从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。
关键词：PLC；电气控制系统；X52K；立式升降台铣床：MCGS目录1 改造原因 (6)2 工作原理分析 (6)2.1 主电路控制电路分析： (7)2.2 控制电路分析 (8)2.2.1 主轴电动机M1的控制： (8)2.2.2 工作台进给电动机M3的控制 (9)2.2.3 冷却泵电动机M2的控制 (9)3 PLC设计方案的确定 (9)3.1 PLC的选择 (9)3.2 元器件选择： (10)4 输入输出地址分配 (10)4.1 输入地址分配 (10)4.2 输出地址分配 (11)5、PLC接线图 (11)6、梯形图 (13)6.2 流程图 (14)7、调试及存在问题 (14)8、小结 (15)9、参考文献 (15)10、附录 (16)附录1 电气原理图 (16)附录2 硬件接线图 (18)附录3 主电路 (19)1 改造原因传统X52K立式铣床由于采用的是继电器控制，继电器控制存在许多缺点，如电路接线复杂，触点多，噪声大，可靠性差，故障诊断与排除等。
绝大多数控制继电器的触点容易产生电弧，甚至会在融在一起产生误操作，引起严重后果。
普通铣床X52K纵向进给传动机构设计
1 引言随着现代工业的迅猛发展，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求，数控机床已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。
目前中国大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是普通机床，机床数控化率远低于美国、日本等国家。
如果大量添置全新的数控机床，不仅资金投入量大、成本高，而且又会造成原有设备的闲置浪费。
把普通机床改造为数控机床则不失为一条提高数控化率的有效途径。
普通机床的数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。
这种机床改造花费少，改造针对性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题，生产效率高，尤其适合中国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。
经调查显示在实际生产过程中普通铣床主要用于加工平面或成型表面。
若要在普通铣床上加工圆弧、凸轮等特殊类平面时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行整体调整。
加工精度较低，基础调整工作费事[1]。
所以，为提高工件的加工精度，保证产品质量，便于加工圆弧面和凸轮的曲面等，可以利用数控方法对铣床进行数控化改造。
本设计是对普通铣床X52K纵向进给传动机构数控化改造的设计。
由于普通铣床X52K传动机构系统加工零件的效率较低，如若对其纵向数控化改造后不仅可以实现复杂零件的自动铣削，并且大大缩短了加工时间，提高了零件的加工精度及生产效率。
1.1 机床数控化改造的现状及发展趋势数控技术是运用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。
它是当今工业产品自动化发展中处于核心地位的一种高技术。
而数控系统已成为我国机械制造工业和国民经济的重要装备，其发展直接关系到我国的多个领域[2]。
1.1.1 机床数控化改造的现状长期以来，我国的数控系统以传统的封闭式体系结构为主。
在传统的封闭式结构中，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。
X502铣床机械部分数控改造设计
滚珠丝杠受工作负载 Ｐｍ 引起的导程变化量
ΔＬｉ
＝
Ｐｍｌ０ ＥＦ
＝１．２６×１０－ ５＝０．１２６μｍ
ｌ０ 为滚珠丝杠的基本导程， ｍｍ； Ｅ 为弹性模量， 钢的弹性 模量 Ｅ＝２１０ ＧＰａ； Ｆ 为滚珠丝杠截面积； 滚珠丝杠受扭矩
引起的导程变化量 Δｌ２ 很小，可忽略， 因此 Δｌ＝Δｌ１， 所以 导
ＣＡＤ／ＣＡＭ 等领域的教学与科研工作。
收稿日期： ２００６－ ０３－ ２２
７０ 机械工程师 ２００６ 年第 ９ 期
３结语
２．３ 横向减速齿轮的选用
对机床进行了机械部 分 的 改 造 以 后 ， 再配 以 ＪＷＫ－
根 据 前 面 确 定 的 步 距 角 θｂ＝１．５°／ｓｔｅｐ ， 脉 冲 当 量
δｐ＝０．０１ｍｍ／ｓｔｅｐ， 以 及滚 珠 丝 杠 螺 距 ｔ＝５ｍｍ， 得 到 Ｘ 向 减
速 齿 轮 的 传 动 比 ｉ＝ ３６０δｐ ＝ ３６０×０．０１ ＝０．４８。 选 择 齿 数
２．２ 步进电机选用
２．２．１ 确定脉冲当量 δｐ、步距角 θｂ 脉冲当量 δｐ 可选 ０．０１ ｍｍ／ｓｔｅｐ； 初步定步距角 θｂ 为
１．５°／ｓｔｅｐ。
２．２．２ 步进电机转矩上启动力矩的计算
Ｔｑ
＝
３６δ［ｐ
Ｆｓ＋μ（ Ｇ＋Ｆｚ） ２πθｂη
］
＝１５９Ｎｍｍ
式中， Ｆｓ： 运动方向的切削抗力， Ｆｓ＝１．１×２９８８＝３２８６．８ Ｎ；
最大动载荷 Ｑ＝ !３ Ｌｉ ｆｗ ｆＨＰｍ
式中， 取 ｆｗ＝１．２， ｆＨ＝１；
则， Ｑ＝ !３ Ｌｉ
ｆ
ｗ
ｆ
Ｈ
Ｐｍ＝
３
!
９
X52立式升降台铣床数控化改造
技术路线技术路线选用国外数控系统。该技术路线的优 点是技术成熟，风险小，可靠性有保证。可选择的国外 数控系统有SIEMENS810C数控
系统和FANUC-OiMC数控系统。据掌握的资料，这两种数 控系统在技术成熟度和可靠性基本相当。该技术路线的 缺点是设备改造总费用较高。
改造后，一旦设备的使用时间超出保修期，其维修、技 术服务的费用相当昂责。技术路线二：选用华中HNC21M 型数控单元+华中伺服单元+登奇
的基础部件和结构件是否仍然完好；考察各坐标轴的机 械传动结构及导轨副的形式等是否适用；测量机床目前 的各项精度并与出厂精度进行对比，看是
否存在差距；综合总结目前机床存在的故障和历史上出 现过的重大故障。根据分析的结果，对照改造目标和典 型工件，编写改造设计说明书，做到改造
后的机床达到一定的先进性和实用性。下面以X52立式升 降台铣床的数控化改造为例，介绍旧机床改造的技术方 案设计。2铣床数控化改造技术方案
机床的状态及工艺要求来选择数控系统。首先是选择数 控制造厂商，目前世界上性能及信誉较好的有：西门子 （德国）、发那科（曰本）、三菱（曰本
）、NUM（法国）、FAGOR（西班牙）等。用户可在洋 细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标的 基础上，选择一个比较适合的数控
系统。其次是根据机床的功能要求选择相应控制系统的 类型，做到既能满足机床全部功能要求又不提高标准。 在选择数控系统方面，要特别注意以下两
使用方便容易。成本低。总费用较技术路线的总费用低， 且当设备的使用时间超出保修期，其维修、购买配件、 得到技术服务的费用同采用国外系统相
比低得多。综合以上考虑，选择技术方案二。4华中数控 系统结构详析华中数控系统硬件结构如所示，系统由数 控单元、控制电柜和机床三部分组成。
X52K
图 １ 改造后 纵 、 向进给 系统结构示意 图 横
２ 数 控 系统 硬 件设 计
数 控 部分 采 用 ＭＣ 一１ 列 的 ８３ 单 片 机 实 Ｓ５ 系 ０１ 现对 整 个 系统 的主控 制 。它 具有 价 格低 、 功能 强 、 使 用 灵 活 等 优 点 。 用 ８３ ０ １外 接 ３片 ２６ Ｅ ７４（ — Ｐ Ｏ ， 片 ６ ６ （ Ａ 及 一 片 ８ ５ （ 展 ＬＯ） Ｒ Ｍ）一 ２４ Ｒ Ｍ） ２５ 扩 ／ ， 片 ８５ １５芯 片 ， 展成 一 个较 简 单 的微 机 控 制 系 ，扩 统 。２６ 用作 程 序存 储 器 ，２ 用 来 扩展 ８３ 的 ７ ４ ６６ ４ ０１ Ａ Ｒ Ｍ存 储 器 ， １５用 作 键 盘 和 显 示 接 口 ，２ ５用 ８５ ８５
将离合器脱开， 使原来的机动进给停止工作。 工作 台横 向 运 动 原 来 用 手 动 进 给 ， 原 手 轮 在 安装 位 置 ， 装 减速 齿 轮及 步进 电机 ， 微机 数 控 安 用 系统 控 制横 向进 给 运 动 。 图 １为 改 造 后 纵 、 向 横 进 给系 统 结构 示 意 图 。 纵 、 向 步 进 电 机 型 号 均 为 １０ Ｆ０ ， 距 横 ３Ｂ ０３ 步 角 １５； 向 脉 冲 当 量 ００ ｒ 横 向 脉 冲 当 量 ．。纵 ．１ ｍ， ａ
陈 艳 红 （ 开封 大 学机械 工程 系， 南 ４ ５０ ） 河 ７０ ４
摘
问题 。
要 ：本文介 绍了 Ｘ ２ ５ Ｋ型铣 床数控 改造 的方法 、 改造 部位 、 控系 统 的设 计及机 床改 造 时应注 意 的 数 数控改造 单片机
关键 词 ：铣床
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｓ ｔｅ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｃ ａ ｇｎ ａ ｔ ｏ ５ Ｋ ｍｉ ｉ ｇｍａ ｈ ｎ Ｓｎ ｍｅｉ ｔ ｎ ｒｂ ｉ ｉ ｇ ｈｅｄ ｓｇ ｓｒ ｃ ： ｔ ｎｒ ｕ ｅ ｈ ｔ ｏ ｎ ｈ ｎ ｉｇ ｐ ｒ ｆ ２ ｌ ｎ ｃ ｉｅ’ ｕ ｒ ａｉ ｅ ｕ ｌ ｎ ，ｔ ｅ ｉｎ ｏ ｓ Ｘ ｌ ｚ ｏ ｄ ｏ ｕ ｒ ａ ｓ ｓｅ ａｅ ａｓ ｉｃ ｓｅ ｄ ｉ ｉｑ ｉ ｓ ｉｔ ｅ ｒｌｖ ｔ ｕ ｓｉｎ ｆｔｅ ｎ ｅ ｚ ｆ ｎ ｒ ｂ ｉ ｎ ． ｆｎ ｍｅ ｉ ｌ ｙ ｔｍ ｒ ｏ ｄｓ ｕ ｓ ｄ ａ ｔ ｎ ｕ ｒ ｎｏ ｔ ｅｅ ａ ｅ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ａ ｏ ｅ ｕｌ ｇ ｃ ｌ ｎ ｅ ｈ ｎ ｑ ｏ ｈ ｍ ｉ ｉ ｉ ｄ
X502铣床机械部分数控改造设计
ｎ为滚珠丝杠的转速（ ｒ ， ｉ ｒ ｍ） ／ ａ 取为 １ｒ ｉ； ０／ ｎ ｍ
最大 动载荷
Ｑ ／ ｉ ＝、 Ｌ ｆ Ｆ ｘ ９ ×１ ×１ × ． １ １ ． Ｋ ／ ． ． ４ ３＝ １ ７ Ｎ ２ １ ０ ０
ｈ ｏ ｇ ｏ ａｉ ｆ ｔｒ ｕ ｈ ｔ ｅＮＣ ｉｎ ｖ ｔ ｎ ｏ ０ ｌ ｎ ｃ ｉ ｅ ｈ ｎ ｏ Ｘ５ ２ ｍｉ ｉ ｇｍａ ｈ ｎ ． ｌ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｌ ｎ ｃ ｉ ｅ Ｎ ｎ ｖ ｔ ｎ Ｓｅ ｐｎ ｔ ｒ ｙｗ ｒ ｓ Ｍｉ ｉ ｇｍａ ｈ ｎ ， Ｃ ｉ ｏ ａ ｏ ， ｔｐ ｉ ｇｍｏｏ ｌ ｎ ｉ
２ 机械 部分 改装 设计
ｚ ——铣刀齿数 ，取 ｚ ４ ｃ ＝ ；广
ｃｚ ６８２： ｒ＝ ．
工件为碳钢， 取
计算得 ，Ｆ ２８ Ｎ ｚ ９８ 。 ＝
圆 柱 铣 刀 逆 铣 加 工 取 Ｐ＝ ．Ｆ， ０２ Ｆ，ｏ Ｈ１１ｚ Ｐｖ ． ｚＰ＝ ＝ ５
０３ ５ ｚ 则 Ｐ＝ ．７ ９ ８ １ ２ ． Ｐ ， Ｈ — ２ ．７ Ｆ。 ｏＯ３ ５Ｘ２ ８ ＝ ０５ ＝Ｘ — ２ｐ １ Ｎ； ／ ＋ｖ Ｐ
Ｘ０ ５ ２铣床 机械 部分数控 改造设计
戴 向云
（ 山东科技大学 机械 电子工程学院 ， 岛 ２ ６ １ ） 青 ６ ５０
摘
要： 通过对普通铣床 Ｘ ０ ５ ２机械部分进行数控化改造 ， 简述 了普 通铣床机械部分改造的一般方法
数控改造 步进 电机
和步 骤 。
关键词 ： 铣床
ＮＣ ｎｎｏ ａ ｉ ｎ ｓｇ ｏ ｅ ｈａ ｉ ａ ｓｅ ｉ ０ ｉ ｉ ｇ Ｍ ａ ｈ ｎ Ｉ ｖ ｔｏ Ｄｅ ｉ ｎ ｆＭ ｃ ｎ ｃ ｌ Ｓｙ ｔ ｍ ｎ Ｘ５ ２ Ｍ ｌ ｎ ｃ ｉ ｅ ｌ
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X52K铣床的数控化改造设计
1. 引言
随着科技的发展，数控铣床在工业生产中的应用越来越广泛。
X52K 铣床作为一种传统的铣床设备，其在自动化程度和精度方面存在一些不足。
为了提高生产效率和产品质量，本文将对X52K铣床进行数控化改造设计，以实现更高程度的自动化和更精准的加工。
2. 改造目标
•提高生产效率：通过数控化改造，实现自动化操作，减少人力参与，提高生产效率
•提高加工精度：引入数控系统，实现精确的切削和定位，提高加工精度
•提高产品质量：数字化的加工过程可以减少误差和缺陷，提高产品质量
3. 数控化改造的步骤
3.1 检查现有设备
首先，我们需要对X52K铣床进行全面的检查，了解其结构和工作原理。
确定其是否适合进行数控化改造。
3.2 更换控制系统
针对X52K铣床的数控化改造，我们需要选择适合的数控系统。
常见的数控系统有伺服控制系统和步进控制系统。
我们需要根据铣床的具体要求选择合适的控制系统。
3.3 安装电机及传感器
在数控化改造中，我们需要安装适当的电机和传感器。
电机用于驱动铣床的工作台和刀架，传感器用于感知和反馈机床的运动状态，以实现精确的控制。
3.4 编写数控程序
数控铣床的核心是数控程序，通过编写程序，控制机床按照要求进行加工。
在编写程序时，需要考虑加工路径、切削参数以及安全性等因素。
3.5 进行试运行和调试
在数控化改造完成后，需要进行试运行和调试。
通过实际操作和测试，验证改造效果，并进行必要的调整和优化。
4. 数控化改造后的优势
4.1 提高生产效率
数控化改造后，X52K铣床将实现自动化操作，减少人力参与，大幅提高生产效率。
4.2 提高加工精度
数控系统可以精确控制铣床的运动轨迹和切削速度，从而大大提高加工精度。
4.3 提高产品质量
数字化的加工过程可以减少人为误差和缺陷，提高产品质量，降低废品率。
5. 总结
通过对X52K铣床进行数控化改造设计，可以实现自动化操作和精确控制，从而显著提高生产效率和产品质量。
改造后的铣床将具备更广泛的应用前景，适用于各种精密加工领域。