XA5032普通立式铣床

摘要数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。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，Z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FANUC20MDC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。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ABSTRACTCNCmachinetoolsthatthedigitalprocesscontrolmachinetools,isanautomatedmachinetools,CNCnumericalcontrolmachinetooltechnologyisthecoreofthestudy,manufacturingautomation,networking,flexible,integratedbasis.Withthedevelopmentofmanufacturingtechnology,modernCNCmachinetoolswithmoderndesigntechniques,processintensificationandnewfeaturestomakemachinetools,machiningrange,dynamicperformance,machiningaccuracyandreliabilityhasimprovedgreatly.ThisdesignisXA5032ordinaryverticalmillingmachineNCtransformation.InordertoachievetheXA5032verticalmillingmachineintothegeneraleconomyCNCmillingmachine,IamagainstthismillingthemaindriveZtothefeedsystemNCtransformation,andtoincreasetheCNCservodevicesandsystems.Themaindrivesystem,IchooseFANUCDCmotordrivethroughthebeltdrivespindle.Thefeedsystem,Ireplacedtheoriginalslidingscrew,toimproveaccuracyandefficiency,andtheoriginalmanualcontrol,intothemotorcontrol.ConvertertoachievethroughthemaintransmissionandfeedtheCVT.SCMthroughthedesignofacontrolsystem.KeyWords:NCtransformation,ballscrew,ServoSystem.前言随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，对数控机床的改造也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。该课题来源于生产实践的需要，利用大量闲置旧机床，对其进行数控化改造后，成为一种高效的、多功能的经济型数控机床，是一种推陈出新、盘活存量资金的有效办法，是低成本自动化的必由之路。数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。现代数控机床都采用计算机微型机算计）作为控制系统，它由CNC系统，机床主机及辅助装置组成。数控机床的发展及目前的状况：第一台数控机床问世于美国，是为了适应航空工业制造复杂零件的需要而产生的，70年代初以前，美国处于领先的地位，70年代中期，前苏联生产的数控机床在数量上赶超美国成为第一。1981年，日本超过了其他国家而成为世界上最大的数控机床生产国家。在国外数控机床的数量中，最多的是普通数控机床，特别是数控车床，但是发展最快的则是可以自动换刀具的加工中心，目前国际上研制的数控设备则是由加工中心为主体的柔性加工单元及柔性制造系统。我国的机床数控行业起步于1961年，到现在已有45年多的历史了，70年代中期开始进入实用阶段，但直至80年代初因为引进了国外数控系统及其关键器件，数控技术生产中才获得较好的应用，我国目前状况是：数控系统已形成年产500套多功能数控机床和3000套经济型数控装置的能力。我国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系，20世纪90年代主要发展高档数控机床。随着科学生产力的发展，机床设备数控化率的提高已是衡量一个国家机械制造业现代化水平的重要标志。据最近有关资料表明，我国机床总有量380余万台，其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率还不到3%，而一些发达国家早已达到20%以上，因此，我国机械制造水平与发达国家相比差距很大，设备陈旧，技术水平落后，严重的影响了生产力的发展。数控未来发展的趋势①往高精，高速，高柔性化及高复合化加工方向。②集成化、模块化、网络化、通用型开放式闭环控制模块。③高效多轴化、实时智能化、用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化。数控化改造的优点(1投资额少。同购置新机床相比，可以节省20％～30％的费用。(2熟悉了解设备、便于操作维修。购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。(3因为多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。(4可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。因此可节约费用，降低改造成本，同时也可缩短生产准备周期。在数控改造中应注意的问题：⑴车床改造的工艺流程应保留的部分：主轴箱，床身，大、中溜板，尾座等等。改造前，应将机床大修处理：包括主轴箱传动，精度调整，主轴径向跳动及轴向窜动精度修复，机床导轨平面度及直线度，卡盘装夹精度调整等。改造部分包括：增加数控装置，X，Y，Z轴驱动器驱动电机，换装X，Y，Z轴滚珠丝杠及电动刀架，增加必要的控制电器开关，冷却液及润滑装置改造等。⑵滚珠丝杠的选用和安装。⑶应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙，齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合缝隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。⑷铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。改造的主要内容(1恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；(2CNC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；(3翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部件重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上较大幅度地提高水平和档次的更新改造。目录前言2第一章数控机床的概述61.1数控机床61.1.1数控机床的概念61.1.2数控机床的产生及发展简史61.1.3数控机床的特点71.1.4数控机床组成71.1.5机床数控化改造的必要性和迫切性7第二章铣床机械机构的改造设计92.1概述92.1.1数控铣床机械结构的主要特点92.2数控改造的计算设计102.2.1纵向方向X轴）的设计：102.2.2铣削力Fc的计算102.2.3滚珠丝杠所受的平均轴向载荷Fm的计算112.2.4丝杠副工作负荷计算及丝杠型号的选择122.2.5传动效率的计算142.2.6刚度验算142.2.7稳定性的验算152.2.8齿轮传动设计的有关计算：162.2.9步进电机型号的计算选择162.2.10纵向步进电机选择计172.2.11步进电机动载荷矩频特性和运行矩频特性212.3横向(Y轴的设计21第三章普通铣床的电气改造部分233.1数控系统233.2数控系统的硬件设计243.3键盘、显示器接口设计263.4控制系统的软件设计283.4.1步进电机控制程序设计283.4.2LED动态显示接口程序设计31结论33致谢34参考文献35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，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系统。工作原理是:将数控加项目序输入到数控装置，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、工作夹紧、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，单位与小批量产品占到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。特别是一些有曲线、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位、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。数控机床的发展简史在美国诞生了第一台数控机床后，可划分为两个阶段：第一阶段：数控阶段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，简称为数控。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阶段。1.1.3数控机床的特点与普通机床相比，数控机床有如下特点：1.加工精度高，具有稳定的加工质量；2.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；3.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；4.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高一般为普通机床的3～5倍）；5.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.1.4数控机床组成数控机床一般由下列几个部分组成：1.主机，是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。它是用于完成各种切削加工的机械部件。2.数控装置，是数控机床的核心，包括硬件印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3.驱动装置，是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。4.辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。5.编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。1.1.5机床数控化改造的必要性和迫切性数控机床是一种典型的机电一体化产品，它集精密、柔性和集成与一身，它可以较好的解决形状复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能够稳定加工质量和提高生产效率，是一种高度自动化机床。其造价较低，改造周期短，可靠性高，改造技术也日趋成熟，加之我国特有的经济实用产品“经济型数控装置”的技术指