【正文】 摘 要 數(shù)控機床即數(shù)字程序控制機床，是一種自動化機床 ，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機床研究的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。 隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機床借助現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。 本設(shè)計是對 XA5032 普通立式銑床進行數(shù)控化改造。為了實現(xiàn)把 XA5032 普通立式銑床改造成經(jīng)濟型數(shù)控銑床， Z 進給系統(tǒng)進行數(shù)控改造，并增加了 CNC 裝置和伺服系統(tǒng)。對主傳動系統(tǒng)，我選用 FANUC 20M DC 電動機通過帶傳動驅(qū)動主軸。對進給 系統(tǒng)，我把原先的滑動絲杠換成滾珠絲杠，以提高精度和效 率 。通過單片機的設(shè)計，構(gòu)成控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控改造，滾珠絲杠，伺服系統(tǒng) 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 1 ABSTRACT CNC machine tools that the digital process control machine tools, is an automated machine tools, CNC numerical control machine tool technology is the core of the study, manufacturing automation, working, flexible, integrated basis. With the development of manufacturing technology, modern CNC machine tools with modern design techniques, process intensification and new features to make machine tools, machining range, dynamic performance, machining accuracy and reliability has improved greatly. 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 Z to the feed system NC transformation, and to increase the CNC servo devices and systems. The main drive system, I choose FANUC DC motor drive through the belt drive spindle. The feed system, I replaced the original sliding screw, 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. 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 2 前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此，對數(shù)控機床的改造也就顯得比較重要，數(shù)控機床的設(shè)計與改造也成為工業(yè)發(fā)展的一個重要方面。 該課題來源于生產(chǎn)實踐的需要，利用大量閑置舊機床，對其進行數(shù)控化改造后，成為一種高效的、多功能的經(jīng)濟型數(shù)控機床，是一種推陳出新、盤活存量資金的有效辦法，是低成本自動化的必由之路。 數(shù)控機床即是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者 說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床?，F(xiàn)代數(shù)控機床都采用計算機（微型機算計）作為控制系統(tǒng)，它由 CNC 系統(tǒng)，機床主機及輔助裝置組成。 數(shù)控機床的發(fā)展及目前的狀況 ： 第一臺數(shù)控機床問世于美國，是為了適應(yīng)航空工業(yè)制造復(fù)雜零件的需要而產(chǎn)生的， 70年代初以前，美國處于領(lǐng)先的地位， 70 年代中期，前蘇聯(lián)生產(chǎn)的數(shù)控機床在數(shù)量上趕超美國成為第一。 1981 年，日本超過了其他國家而成為世界上最大的數(shù)控機床生產(chǎn)國家。 在國外數(shù)控機床的數(shù)量中，最多的是普通數(shù)控機床，特別是數(shù)控車床，但是發(fā)展最快的則是可以自動換刀具的加工中心，目前國際上研制的數(shù)控 設(shè)備則是由加工中心為主體的柔性加工單元及柔性制造系統(tǒng)。 我國的機床數(shù)控行業(yè)起步于 1961 年，到現(xiàn)在已有 45 年多的歷史了， 70 年代中期開始進入實用階段，但直至 80 年代 初 由于引進了國外數(shù)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵器件，數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)中才獲得較好的應(yīng)用，我國目前狀況是：數(shù)控系統(tǒng)已形成年產(chǎn) 500套多功能數(shù)控機床和 3000套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的能力。我國已建立了以中 、 低檔數(shù)控機床為主的產(chǎn)業(yè)體系， 20 世紀(jì)90 年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機床。隨著科學(xué)生產(chǎn)力的發(fā)展，機床設(shè)備數(shù)控化率的提高已是衡量一個國家機械制造業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。據(jù)最近有關(guān)資 料表明，我國機床總有量 380余萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)只有 萬臺，即我國機床數(shù)控化率還不到 3%，而一些發(fā)達國家早已達到 20%以上，因此，我國機械制造水平與發(fā)達國家相比差距很大，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。 數(shù)控未來發(fā)展的趨 勢 ① 往高精，高速，高柔性化及高復(fù)合化加工方向。 ② 集成化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、通用型開放式閉環(huán)控制模塊。 ③ 高效多軸化、實時智能化、用戶界面圖形化、科學(xué)計算可視化、插補和補償方式多山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 3 樣化。 數(shù)控化改造的優(yōu)點 (1)投資額少。同購置新機床相比，可以節(jié)省 20％ ～ 30％ 的費用。 (2)熟悉了解設(shè)備、便于操作維修。購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。 (3)由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。 (4)可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。因此可節(jié)約費用，降低改造成本，同時也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 在數(shù)控改造中應(yīng)注意的問題 ： ⑴ 車床改造的工藝流程 應(yīng)保留的部分：主軸箱，床身，大、中溜板，尾座等等。改造前，應(yīng)將機床大修處理：包括主軸箱傳動，精度調(diào)整，主軸徑向跳動及軸向竄動精度修復(fù)，機床導(dǎo)軌平面度及 直線度，卡盤裝夾精度調(diào)整等。改造部分包括：增加數(shù)控裝置， X，Y， Z 軸驅(qū)動器驅(qū)動電機，換裝 X， Y， Z 軸滾珠絲杠及電動刀架，增加必要的控制電器開關(guān)，冷卻液及潤滑裝置改造等。 ⑵ 滾珠絲杠的選用和安裝 。 ⑶ 應(yīng)盡量消除齒輪副和絲桿副的間隙，齒輪全部采用雙片薄齒輪錯齒法消除嚙合縫隙。也可采用軟件補償進給量的方法消除。 ⑷ 銑床工作 臺重，而且銑削力也較大，垂直絲桿要配備較大功率的驅(qū)動電動機，要在工作臺上加配重或平衡液壓缸來平衡。 改造的主要內(nèi)容 (1)恢復(fù)原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)； (2)CNC 化 ，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC 機床、 CNC 機床； (3)翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部件重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進行更新； (4)技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計 (本科 ) 4 目 錄 前言 ........................................................................ 2 第一章 數(shù)控機床的概述 ....................................................... 6 數(shù)控機床 ................................................................ 6 數(shù)控機床的概念 ...................................................... 6 數(shù)控機床的產(chǎn)生及發(fā)展簡史 ............................................ 6 數(shù)控機床的特點 ...................................................... 7 數(shù)控機床組成 ........................................................ 7 機床數(shù)控化改造的必要性和迫切性 ...................................... 7 第二章 銑床機械機構(gòu)的改造設(shè)計 .............................................. 9 概述 .................................................................... 9 數(shù)控銑床機械結(jié)構(gòu)的主要特點 ......................................... 9 數(shù)控改造的計算設(shè)計 ..................................................... 10 縱向方向（ X 軸）的設(shè)計： ............................................ 10 銑削力 Fc 的計算 .................................................... 10 滾珠絲杠所受的平均軸向載荷 Fm 的計算 ................................ 11 絲杠副工作負荷計算及絲杠型號的選擇 ................................. 12 傳動效率的計算 ..................................................... 14 剛度驗算 ........................................................... 14 穩(wěn)定性的驗算 ....................................................... 15 齒輪傳動設(shè)計的有關(guān)計 算： ........................................... 16 步進電機型號的計算選擇 ............................................. 16 縱向步進電機選擇計 ................................................ 17 步進電機動載荷矩頻特性和運 行矩頻特性 .............................. 21 橫向 (Y軸 )的設(shè)計 ........................................................ 21 第三章 普通銑床的電氣改造部分 .............................................. 23 數(shù)控系統(tǒng) ............................................................... 23 數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ..................................................... 24 鍵盤、顯示器接口設(shè)計 ................................................... 26 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ..................................................... 28 步進電機控制程序設(shè)計 ..