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1、毕业设计（论文）题目：三坐标数控铣床设计院（系）:机电学院专 业：机械制造与自动化姓 名：学 号:指导教师：二O一三年九月二十三日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。该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电 机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。设计主要对数控铣床的机构进行设 计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计， 主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择 优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉
2、其应用。在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对普通 铣床的数控化改造进行了分析和设计，通过对普通铣床的数控化改造，提高了普通铣 床的加工能力和加工范围，节省了直接购买机床的部分资金，具有很好的经济效益。 关键词：铣床,数控,改造,三坐标AbstractThree Coordinate NC Milling Machine Design Basing on the common milling machine，this thesis reconstructs it and turns it to a NC milling with three coordinate.Thi
3、s reconstructed machine can realize cure line and straight line machining pathway by three axis linkage。The reconstructed milling machine movements along x，y，and Z are drove by step driver，the AC motor is used in principal axis.All above motors are controlled by single chip.This thesis focuses on de
4、signing the mechanism of the and mastering the single chip working principle.Which is including to the drive system design of X,Y,Z workbench,the whole machine construction design and the control system design of single chip.In a NC machine tool system,the precision and reliability of the machine to
5、ol depend on the serve system.Through the reconstructing,analyzing and designing of a common milling machine serve system,the machining ability can be improved,and a big sum money may be saved,the company will benefit from it.Keywords：Milling Machine NC Reconstruct Three Coordinate目录第1章概论21.1数控机床的产生
6、及发展21.2数控机床的组成及分类21.3数控机床的特点及应用范围3第2章设计主要参数及基本思想.,42.1课题要求42.2设计原则2.3总结构设计5第3章立式数控铣床的设计和计算53.1主传动系统的设计53.2主轴系统计算63.3进给伺服系统的设计83.4进给传动的计算10第4章微机控制系统的设计174.1微机控制系统组成及特点174.2微机控制系统设备介绍184.3程序部分20结论24致谢25参考文献26前言随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入自适应控制、模糊系统和神经网络 的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动 生成、三维刀具补
7、偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机截面极为友好，并且有故障诊断专家 系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装 置，能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统以使用化。用数控铣床加工零件时，首先应编制该零件的加工程序，这是数控铣床的工作指令。将加工 程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启动、停止、进给运动的方向、速度 和位移量，以及工件装夹和冷却润滑的开关等动作，使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格 按照加工工序规定的顺序、运动轨迹加工出符合要求的零件。三坐标数控铣床的进给运动是数字控制的直接对象，不论点位控制还是连续控制，被
8、加工工 件的最后坐标精度和轮廓精度都受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，要注 意以下三点进给运动要求：(1) 减少运动件的摩擦力。(2) 提高传动精度和刚度。(3) 减少运动惯量。此设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、 Y、Z 工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分 考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉其应用。第1章概论1.1数控机床的产生及发展最早进行数控机床研制的是美国人。1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联 动，利用脉冲乘法器原理的数控机床。但这台数控
9、机床仅是一台试验性的机床，当时用的电子元 件是电子管。直到1954年11月，第一台工业用的数控机床才生产出来。早期的数控机床控制系统采用电子管，体积大、功耗高，只在军事部门应用。只有在微处理 机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。目前数控技术的主要发展趋势是：实现高速 度，搞可靠性，高精度，大功率，多功能；采用微处理机和微型计算机，向着增强功能、降低造 价、方便使用的目标进展；1.2数控机床的组成及分类控制介质1.2.1数控机床的组成 数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床上讲，它由控制介质、数控装置、伺服 系统和机床本体丝大部分以及辅助设备组成。如图（1）所示。（1）控制介质
10、控制介质是指零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。（2）数控装备数控装置是数控机床的控制中心。它由输入装置、控制装置和输出装置等组成。如图（2） 所示。输入装置受控制介质上的信息，经过识别与译码之后，送到控制运算器。 控制运算器根 据输入装置送来的信息进行运算，并将控制命令输送往输出装置。图1.2 数控装置组成示意图输出装置将控制器发出的控制命令送到伺服系统，经功率放大，驱动机床完成相应的动作。控 制 介 质3）伺服系统伺服系统，亦称随动系统，是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、 速度或力输出的自动控制系统。从自动控制理论的角度来分析，无论多么复杂的伺服系统，都是有一些
11、功能元件组成的。如 图1.3。比较调节_ 2-/ 29执行被控元件元件元件对象输入输出量指令+ 测量、反馈元件图1.3 伺服系统基本结构方框图（4）机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，它是在原有的普通机床 的基础上改进而得到的。除了上述四个主要部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器，液压，气动系 统与冷却、排屑、照明、储运等装置以及编程机、对刀块等。1.2.2数控机床的分类（1）按控制系统的特点分类1）点位控制数控机床2）直线控制数控机床3）廓控制数控机床4）执行机构的控制方式分类 开环控制系统 闭环控制系统 半闭环控制系统 （2）按工艺要求 金属
12、切削类数控机床 金属成型类数控机床 数控特种加工机床 其它类的数控机床（3）按数控机床的性能分类档数控机床 中档数控机床 高档数控机床1.3数控机床的特点及应用范围1.3.1数控机床的特点数控机床是一个装有程序控制系统的机床。它是一种高度机电一体化的产品。特点如下：（1）加工精度高（2）加工生产率高（3）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）良好的经济效益（5）有利于生产管理的现代化1.3.2数控机床的应用范围从最经济的方面出发，数控机床适用于加工：（1）多品种小批量零件；（2）结构较复杂，精度要求较高的零件；（3）需要频繁改型的零 件；(4)价格昂贵，不容许报废的关键零件；(5)需要小生产周期的急
13、需零件。第2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)及技术要求立式升降台数控铣床(1) Z轴的行程分别为300、300、250mm;(2) 进给精度0.01mm；(3) X、Y、Z轴快速进给速度分别为6、6、3m/min；(4) 工作台面尺寸300x500mm;(5) 脉冲当量0.01mm/步；(6) 重复定位精度0.01mm.2.1.2课题内容及工作量(1) 简易数控铣床总图A0一张(2) X-Y工作台部件图A1张(3) 部分零件图折合A1张(4) 轴部件图A0一张(5) 控制原理图设计A0张(6) 设计说明书一份2万字以上(7) 翻译5000汉字(8)
14、上机编程100句以上 注：全部图纸用计算机绘制，说明书由计算机输出。2.2设计原则根据设计要求和铣床的具体情况，课题的基本设计方案如下：(1) 机床采用连续控制系统，定位方式采用增量坐标控制。(2) 考虑到机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系 统驱动。(3) 进给传动的设计是机床设计的重点，数控机床必须有精确的进给传动系，才会有高的 精度和表面质量。(4) 为了保证一定的传动精度和平稳性，又要求机构紧凑，所以选用丝杠螺母副。为提高 传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。(5) 传动系统要加上脉动装置。 以上为基本的设计方案，除了这些，课题应注意机床的几何精度
15、的修正，数控指令的显示和使用等。2.3总结构设计2.3.1数控机床的机构设计要求数控机床的结构设计要求主要有以下方面:（1）有良好的抗振性能和很大的额定切削功率、高的静、动态刚度；（2）有较高的热稳定性和较高的几何精度、传动精度、定位精度；（3）有数控系统及其介质。下面我们详述数控机床结构设计的主要要求 2.3.2提高机床的结构刚度 机床的刚度是指切削力和其它力作用下,抵抗变形的能力。机床在切削过程当中，要承受各 种外力的作用，承受的静态力有运动部件和被加工零件的自重；承受的动态力有：切削力、驱动 力、加减速时引起的惯性力、摩擦阻力等。组成机床的结构部件在这种力作用下将产生变形。如 固定连接表面或啮合运动表面的接触变形；各支撑零件不得弯曲和扭转变形，以及某些支撑件的 局部变形等，这些变形都会直接或间接的引起刀具和工件之间的相对位移，从而导致工件的加工 误差，或者影响机床切削过程的特性。合理的结构布局可以提高刚度，机床的工作头部分由于重力作用将会使机床立柱产生弯曲
