xa5032普通铣床的数控化改造设计

1、江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） XA5032 普通铣床的数控化改造设计普通铣床的数控化改造设计-1 学院名称：机械与汽车工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 08 机电 1W 学号： 姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称：教授 二一二年六月 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） I XA5032 普通铣床的数控化改造设计-1 摘要：数控机床是当今机械制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。 随着先进制造业的发展，对普通机床数控化改造已经成为摆在我们面前迫切而 艰巨的任务。本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对 XA5032 旧机床的分析，结合机床改造的总体思想，提出了数控化改造的技术方 案和新数控系统的选型配置方案。以 MCS-51 型单片机为控制处理芯片，进行 了机械传动系统的改造设计，机床各主要参数的优化和匹配及机床的调试运行， 实现 X、Y 两坐标联动改造,使得改造后的机床能加工除了铣削键槽、平面及孔 等简单的零件外，还能

2、加工形状复杂的零件。改造后的数控机床具有高精、高 效及加工产品范围广等特点。 关键词：数控改造；数控系统；XA5032 铣床；单片机 NC Transformation of XA5032 Milling Machine Abstract: NC(numerical control)machine is the representative of advanced equipmemt in current mechanical manufacture industryWith the developing of modem manufacture industry,to study the ordinary milling-machines retrofitted with NC has becoming more urgent and arduous for usAfter introducing NC machines history and current status and the analysis of old machine XA5032,a novel scheme f

3、or NC machine retrofitted and new NC machine selection is proposed.By using MCS-51 singlechip as the control chip,the design and adjustment for the electric system have been completed. The main parameters of the machine have been confirmed and optimized too.The numerization rebuilding of XA5032 milling machine is used for machining keyway,plane and hole etc,but also,it can manufacturing complicated shap.The accuracy and function of machine in finally 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） II have been improved. Ke

4、ywords: NC transformation,NC system,XA5032 Milling machine,SCM 目录 序言 1 第 1 章绪论 2 1.1 数控系统的发展及趋势2 1.1.1 数控 NC 阶段2 1.1.2 计算机数控2 1.1.3 数控未来发展的趋势3 1.2 数控铣床加工的基本原理3 1.3 数控加工工艺设计5 1.4 机床数控化改造的必要性6 1.4.1 微观看改造的必要性6 1.4.2 宏观看改造的必要性6 第 2 章设计方案的确定 8 2.1 设计任务8 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） III 2.2 总体设计方案的确定8 2.2.1 动力的选定8 2.2.2 控制部分的设计9 第 3 章数控系统硬件电路设计 11 3.1 数控系统基本硬件组成11 3.2 单片机控制系统的设计12 3.3 步进电机控制程序设计13 第 4 章机械部分改造与计算 15 4.1 原始数据分析15 4.2 滚珠丝杠螺母副的选用设计（X 向）16 4.2.1 滚珠丝杠副的传动原理17 4.2.2 滚珠丝杠副的传动特点17 4.2.3 滚珠丝杠副的结构与调整18

5、4.2.3 轴向间隙的调整和加预紧力的方法19 4.2.5 铣削力的计算21 4.2.6 强度计算22 4.2.7 刚度验算22 4.2.8 效率计算23 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） IV 4.2.9 稳定性验算23 4.3 齿轮间隙消除弹簧的计算（X 轴）23 4.4 运动部分转动惯量计算（X 轴）24 4.5 伺服电机的选择（X 向）25 第 5 章零件的设计与计算 26 5.1 齿轮的设计与校核26 5.1.1 Z3、Z4齿轮的强度校核27 5.1.2 其他齿轮对的强度校核31 5.2 轴系零部件的强度校核与寿命计算32 第 6 章经济分析 35 第 7 章数控加工与典型零件加工程序设计 36 7.1 数控加工工艺特点36 7.1.1 数控加工工艺的内容36 7.1.2 数控加工工艺的特点36 7.2 数控加工工艺分析与设计37 7.2.1 数控加工的合理性分析37 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） V 7.2.2 零件的工艺性分析39 7.2.3 确定工艺过程和工艺路线39 7.2.4 选择刀具和切削用量40 7.3 零件加工程序设计列举41 7.3.1 数控

6、铣床的加工对象41 7.3.2 零件加工程序设计举例42 结论 45 参考文献 46 致谢 47 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） VI 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 47 页 序言 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。 数控技术及数控机床是以数控系统为代表的新技术，对传统机械制造产业 的渗透形成的机电一体化产品：数控机床；其技术范围涉及很多领域：机械制 造技术；信息处理技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技 术等。 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

7、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”的技术指标不断的提高，产品的更新和完善的进度不断的加快，产量不断 的提高，故有广阔的前景， 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 47 页 第 1 章 绪论 1.1 数控系统的发展及趋势 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分 代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力 劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6 年后， 即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从 此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和 六代的发展。 1.1.1 数控 NC 阶段（1952 年-1970 年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但 不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭“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（HARD-WIRED NC） ，简称为 数控（NC） 。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即 1952 年的第一

8、代 电子管；1959 年的第二代晶体管；1965 年的第三代小规模集成电路。 1.1.2 计算机数控（CNC）阶段（1970 年-现在） 到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为 数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应 有的“通用”两个字省略了） 。到 1971 年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将 计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成 在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR） ，又可称为中央处理单 元（简称 CPU） 。 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 47 页 到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控 制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控） ，不如采用 微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度 和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计 算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990 年，PC 机（个人计算机，国内习惯称微机）的

9、性能已发展到很 高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC 的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代小型计算机； 1974 年的第五代微处理器和 1990 年的第六代基于 PC（国外称为 PC- BASED） 。 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC）了，而我国仍 习惯称数控（NC） 。所以我们日常讲的“数控“，实质上已是指“计算机数控“了。 1.1.3 数控未来发展的趋势 1.继续向开放式、基于 PC 的第六代方向发展 基于 PC 所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点， 更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 PC 机作为它的前端机， 来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC 机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断 和维修将更加普遍。 2.向高速化和高精度化发展 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 3.向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将 不断提高。 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 47 页 1.2 数控铣床加工的基本原理 数控控制（Numerical Control）是用数字化信号对机床的运动及其加工过程 进行控制的一种控制方法。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是现代化 工业生产中的一门新型的，发展十分迅速的高新技术。数控装备是以数控技术 为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品， 即所谓的数字化装备，其技术范围所覆盖的领域又：机械制造技术；微电子技 术；信息处理加工传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；检验监控技术； 传感技术；软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业 的是能技术和最基本的装备。在提高生产率，降低成本，保证加工质量及改善 工人劳动强度等方面，都有突出的优点；特别是在适应机械产品迅速更新换代， 小批量，多品种生产方面，各类数控装备是实现先进制造技术的关键。 数控机床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。国 际信息处联盟（International Federation of Infor

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