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1、 . . . 大学毕业论文论文题目： 数控铣床主传动系统设计学 院：年 级：专 业：姓 名：学 号：指导教师： / 摘要数控技术和数控装备是制造工业现代化的基础，这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到国家的战略地位。数控机床主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统。包括电动机、传动系统和主轴部件。本文通过对XK5025数控铣床主传动系统的各方面设计，以达到低制造成本、简化机构、实现优化。采用变频电机和一级机械调速达到调速和传递功率的要求；用步进电机驱动主轴上下运动达到Z行程的要求；数控装置采用51单片机来实现对电机更加精确的控制和实现机械调速的自动控制。关键词主传动；设
2、计；数控铣床AbstractThe numerical control technology and the numerical control equipment are the factory industry modernization foundations, does this foundation whether reliable immediate influence to a countrys economic development and the comprehensive national strength, relate the country the strategi
3、c position. The numerically-controlled machine tool master drive system is uses for to realize the engine bed main movement transmission system. Including electric motor, transmission system and spindle unit.This article through designs to XK5025 numerical control milling machine master drive system
4、s various aspects, achieves the low production cost, the simplified organization, to realize the optimization. Uses the frequency conversion electrical machinery and the first-level machinery velocity modulation achieves the velocity modulation and the transmission power request; With step-by-steps
5、the motor-driven main axle vertical motion to achieve the Z traveling schedule the request; The numerical control installment uses 51 monolithic integrated circuits to realize to an electrical machinery more precise control and realizes the machinery velocity modulation automatic control.KeywordsMai
6、n drive system; Design; Numerical control milling machine tool目 录摘要IAbstractII第一章绪论11.1数控技术和数控机床国现状11.2课题提出的意义和目的2第二章总体方案的设计42.1设计参数42.2总体方案的确定42.3主传动系统的设计原理72.4运动与动力参数计算82.4.1铣削分力82.4.2铣削圆周力的计算92.4.3选用电机11第三章传动系统的设计143.1主传动系统的设计143.1.1带传动的设计143.1.2齿轮传动的设计153.1.3 轴的设计193.1.4主轴的结构设计243.2步进传动系统设计263.2
7、.1齿型带的设计263.2.2 进给丝杠的设计29第四章控制系统设计314.1控制系统总体设计314.2硬件设计324. 3软件设计334.3.1步进电机的控制原理354.3.2变频电机的相关控制354.3.3译码法寻址354.3.4键盘显示器接口354.3.5程序存储器（EEPROM）芯片354.2.6数据存储器（RAM）芯片35第五章总结36参考文献37附录一38附录二39第一章 绪 论1.1数控技术和数控机床国现状数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自
8、己的数控技术与其产业。 近几年我国数控产品发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。 影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性
9、的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。 另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完
10、善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行
11、这样严格的全面的自我测试考验。很多问题都要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。1.2课题提出的意义和目的与普通铣床的工艺装备相比较，数控铣床工艺装备的制造精度更高、灵活性好、适用性更强，一般采用电动、气动、液压甚至计算机控制，其自动化程度更高。合理使用数控铣床的工艺装备，能提高零件的加工精度。各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽一样外，其主要功能基本一样。其主要功能如下：点位控制功能：此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工；连续轮廓控制功能：此功能可以实现直线、圆弧的插补功能与非圆曲线的加工；刀具
12、半径补偿功能：此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算；刀具长度补偿功能：此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求；比例与镜像加工功能：比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现；旋转功能：该功能可将编好的加工程序在加工平面旋转任意角度来执行；子程序调用功能：有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用
13、，就可以完成对该零件的加工；宏程序功能：该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。这就使我们更加有需要来研究数控铣床的各个方面，而本人则负责对XK5020数控立式升降台铣床主传动部分加以分析和设计，设计出可以实现数控加工经济合理的主传动系统，使纯机械化的机床实现机电一体化的数控机床，获得大的机械效益。因此，我们应在商品化方面切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。第二章 总体方案的设计数控机床是典型机电一体化产品。以数控铣床主传
14、动系统设计为题可以提高学生机械设计制造、自动控制技术、力学、计算机技术等方面的知识综合运用能力。培养和提高学生的结构设计、控制系统设计，为从事机电一体化方面产品设计打下基础。方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以与基本的运动动力参数。而本人的设计题目是XK5025升降台数控铣床主传动系统的设计。2.1设计参数设计任务给出技术要求如下：主轴转速围：100-2500rpm调速方式：变频调速与机械调速Z轴行程：250mm脉冲当量：0.002mm控制方式：开环控制2.2总体方案的确定XK5025升降台数控铣床主传动系统运动设计的总体方案如下：第一种是采用普通电机加变频器来实现变频调速，由于主轴转
15、速围未达100-2500r/min，因此在此基础上在进行机械调速，一般为二级和三级即可实现。如若不行可进行四级五级机械调速。主轴箱和立柱分开，由整个主轴箱的上下移动实现Z向的进给，主轴在主轴箱中不能上下移动，只能进行轴向转动。其结构简图如图2-1铣床的结构简图：图2-1 铣床的结构简图第二种方案是直接使用变频电机调速加机械变速机构来实现围的调速。其中铣床总体结构简图2-2如下：图2-2 铣床总体结简图本方案由于要实现主轴的轴向进给，因而主轴部分设计采用方案二的结构形式。本方案主轴结构采用了典型结构也即：主轴箱固定不动，主轴实现上下进给运动，由于主轴的轴向移动行程短，还采用了升降台来加大整台机器的Z向进给，在工作台上实现X向和Y向的进给，分别由步进电机加以带动实现。因此整机结构不是很复杂，且还可以使主轴箱和立柱结构一体化，从而减少空间和简化机
