XA5032普通立式铣床经济型数控化铣床设计[毕业论文+CAD图纸]

机械设计毕业论文：XA5032普通立式铣床经济型数控化铣床设计含论文，CAD图纸

XA5032普通立式铣床经济型数控化铣床设计[毕业论文+CAD图纸]

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

ABSTRACT

NC 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 数控改造铣床的数控系统设计………………………………………64
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。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（Computerized Numerecal Controlled Machine Tool），简称CNC机床，是利用具有专门存储程序的计算机来实现对机床的全部或部分控制功能。工作原理是：将数控加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制主运动的变速、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工作。

1.1.2 数控机床的产生及发展简史

1. 数控机床的产生

随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品零部件的生产设备——机床也相应地提出了高性能、高精度与高自动化的要求。
在机械产品中，单件与小批量产品占到70% ~ 80%，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上需要人工操作，难以提高生产效率和保证生产质量。特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
数字控制机床就是为了解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化，并保证质量要求而产生的。

2. 数控机床的发展简史

1964年诞生了世界上第一台电子计算机。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

第一阶段：数控（NC）阶段（1952~1970年）。早期采用数字逻辑电路组合成一台机床，专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARDWIREDNC）,简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代——电子管时代；1959年的第二代——晶体管时代；1965年的第三代——小规模集成电路时代。

第二阶段：计算机数控（CNC）阶段（1970年~现在）。到1970年，通用小型计算机作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。到1971年，美国INTEL公司第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称为微处理器（MICROPRPCESSOR）,又称为中央处理单元（简称CPU）.

到1974年，微处理器被应用于微控系统。到了1990年，PC的性能已发展到较高的水平，从8位、16位，发展到32位，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控的发展也经历了三代。即1970的第四代——小型计算机；1974的第五代——微处理器和1990年的第六代——基于PC（国外称为PC—BASED）。必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。因此，数控技术经过了近30年的发展才走向普及应用。

1.1.3控机床的特点

数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：

1） 能适应不同零件的自动加工。数控机床是按照被加工零件的数控程序来进行加的，当改变加工零件是，只要改变数控程序，不必用凸轮、靠模、样板或钻镗模等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。

2） 工序集中。数控机床在结构和功能设计是，就充分考虑了工序集中，使机床在粗加工是有足够的刚度，在精加工是又有可靠的精度。因此，一次装夹可实现粗加工到精加工的不同工序，减少了机床，夹具的数量，也减少了因重新装夹的误差，同时能够缩短等待和装夹等辅助时间。

3） 生产效率和加工精度高、加工质量稳定。在数控机床上，可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工是。还有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，是辅助时间打为缩短，而且无需工序间的检测与测量。所以，比普通机床的生产率高3~4倍，甚至更高。同时，由于数控机床的精度较高，可以利用软件进行精度校正和补偿，有因为它是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差。因此，不但加工精度高，而且质量稳定。

4） 能完成复杂型面的加工。数控机床几乎可以实现任何轨迹的运动和任何形状的空间曲面的加工，如用普通机床难以加工的螺旋桨、汽轮机的叶片等空间曲面，采用数控机床则能较好地完成这些曲面的加工。能实现复杂型面加工是数控机床较突出的优点。

5） 减轻工人的劳动强度。由于数控机床实现自动化或半自动化加工，许多辅助动作均由机床完成，因此工人的劳动量减少。

1.1.4 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。

1、程序编制及程序载体

数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线或加工顺序；主运动的起、停、换向、变速；进给运动的速度、位移大小等工艺参数，以及辅助装置的动作。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。

编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。

2、输入装置

输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。

零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。