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1、X53K 立式铣床数控化改造设计I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X53K 立式铣床数控化改造设计IIABSTRACTNumerical control sys
2、tem 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 vertical, horizontal feed system for open-loop control, demand In the vert
3、ical 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
4、 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， transformationX53K 立式铣床数控化改造设计III目 录1 绪论-11.1 国内外基本情况-1 1.2 数控化改造的优缺点-4 1.3 铣床介绍-5 1.4 数控铣床的分类
5、-5 1.5 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-11 2.2 数控装置-12 2.3 机械传动-13 2.4 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-17 3.2 切削力计算-17 3.3 纵向进给系统设计计算-19 3.4 横向进给系统设计计算-26 3.5 轴的校核计算-324 硬件部分电路的设计-354.1 控制系统功能-35 4.2 CPU 和储存器-35 4.3 I/O 接口电路-36 4.4 其它辅助电路-37总结-38参考资料-39致谢-40X53k 立式铣床数控化改造设计 11 绪论随着可持续技术
6、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。由于社会对产品多样化的需求更加强烈，多品种、中小批量的比重明显增加，采用传统的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多样化的加工要求。机床数控技术的应用，一方面促使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程连为一体；另一方面，促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。数控技术同时也是柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化的重要组成部分。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，目前人们在研究和开发数控
7、系统及自动编程语言的软件时，也一直把铣削加工作为重点。目前国内数控加工机床的总体水平与世界领先国家的差距还较大，几乎所有高档数控机床仍依赖于进口设备。有一方面原因在于设计方法的落后，国内设计多采用二维设计，往往会产生干涉或设计错误而无法及时发现和解决。若采用三维设计软件进行辅助设计，能大大提高设计效率，并及时发现错误。另外用计算机辅助设计能提高CAD/CAM 集成性，可用先进设计分析方法进行设计验证校核。1.1 国内外基本情况1.1.1 国外发展现状 无人化、规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系统具有高响应、免维护(无碳刷、换向器等磨损元部件)、高可靠性等特点，正
8、好适应了这一需求。例如，日本 FANUC 公司、三菱电机公司、安川电机公司、德国Siemens 公司、AEG 公司、力士乐 Indramat 公司、美国 A.B 公司、GE 公司等均先后在1984 年前后将交流伺服系统付诸实用。国内的交流伺服驱动技术起步较晚，到 20 世纪80 年代末才有产品问世。如冶金部自动化研究院华腾公司的 ACS 系列、扬州 5308 厂引进 Siemens 公司的 610 系列，这些产品采用大功率晶体管模块(GTR)，属于模拟伺服，但从技术上填补了国内空白。进入 20 世纪中期，微电子制造工艺的日臻完善，使得 DSP 运算速度呈几何数上升，达到了伺服环路高速实时控制的要求，一些运动控制芯片制造商还将电机控制所必需的外围电路(如 A/D 转换器、位置/速度检测倍频计数器、PWM 发生器等)与 DSP内核集成于一体，使得伺服控制回路采样时间达到 100s 以内，由单一芯片实现自动加、减速控制，电子齿轮同步控制，位置、速度、电流三环的数字化补偿控制。一些新的控制算法如速度前馈、加速度前馈、低通滤波、凹陷滤波等得以实现。另一方面，X53k 立式铣床数
