X53K立式铣床毕业设计说明书.doc

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蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄芁蚇袁羀芁莆蚃袆芀葿衿袂艿蚁螂膀芈莁羇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇莅莇薁肃莄葿螇罿莃蚂蕿羅莂莁袅袁莁蒄蚈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂荿莈袂袈蒈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆螅蚃肈蒅蒅羈羄肂薇螁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁膈薃螈袇膇蚆薀膅膆莅螆膁膆薈蕿肇膅蚀袄羃膄莀蚇衿 x53k立式铣床数控化改造设计 i 摘要通过对数控系统的研究，分析了x53k立式铣床的机械部分、进给伺服系统等的设计计算，进一步对电器控制系统进行数控改造，利用微机对纵向、横向进给系统进行开环控制，要求在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能，且纵向、横向的脉冲当量均为0.01mm/脉冲，控制x向、y向两个坐标。驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠。并针对8031芯片系统的单片机进行了编程设计。从而使得该机床具有适应性强、较高的加工精度、稳定的加工质量等优点。关键词：普通机床，数控机床，改造 x53k立式铣床数控化改造设计 ii abstractnumerical control system through research, analysis of the mechanical part of the x53k vertical milling machine, feed servo system design and calculation, and further to the electrical control system for nc transformation, the use of computers to vertical, horizontal feed system for open-loop control, demand in the vertical and horizontal with straight lines and circular interpolation function, and the vertical, horizontal pulses are equivalent 0.01mm / pulse, control x to, y coordinates of the two. drive components with stepper motor drive system with ball screw. and for the 8031 micro controller chip systems for the programming design. which makes the machine has a strong adaptability, high machining accuracy and stable machining quality and so on.key words: ordinary machine， numerically-controller machine tool， transformation x53k立式铣床数控化改造设计 iii目 录1 绪论-11.1 国内外基本情况-11.2 数控化改造的优缺点-41.3 铣床介绍-51.4 数控铣床的分类-51.5 立式数控铣床的常用布局形式-10 2 基本方案的比较与选择-112.1 伺服驱动-112.2 数控装置-122.3 机械传动-132.4 消隙齿轮的选用-15 3 机械部分设计计算-173.1 数控铣床主要设计参数-173.2 切削力计算-173.3 纵向进给系统设计计算-193.4 横向进给系统设计计算-263.5 轴的校核计算-32 4 硬件部分电路的设计-354.1 控制系统功能-354.2 cpu和储存器-354.3 i/o接口电路-364.4 其它辅助电路-37 总结-38 参考资料-39 致谢-40x53k立式铣床数控化改造设计 11绪论随着可持续技术和社会生产的不断完善发展，机械制造技术有了深刻的变化。由于社会对产品多样化的需求更加强烈，多品种、中小批量的比重明显增加，采用传统的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多样化的加工要求。机床数控技术的应用，一方面促使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程连为一体；另一方面，促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。数控技术同时也是柔性制造系统（fms）、计算机集成制造系统（cims）的技术基础之一，是机电一体化的重要组成部分。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，目前人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件时，也一直把铣削加工作为重点。目前国内数控加工机床的总体水平与世界领先国家的差距还较大，几乎所有高档数控机床仍依赖于进口设备。有一方面原因在于设计方法的落后，国内设计多采用二维设计，往往会产生干涉或设计错误而无法及时发现和解决。若采用三维设计软件进行辅助设计，能大大提高设计效率，并及时发现错误。另外用计算机辅助设计能提高cad/cam集成性，可用先进设计分析方法进行设计验证校核。1.1 国内外基本情况 1.1.1国外发展现状无人化、规模化生产对加工设备提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系统具有高响应、免维护(无碳刷、换向器等磨损元部件)、高可靠性等特点，正好适应了这一需求。例如，日本fanuc公司、三菱电机公司、安川电机公司、德国siemens公司、aeg公司、力士乐indramat公司、美国a.b公司、ge公司等均先后在1984年前后将交流伺服系统付诸实用。国内的交流伺服驱动技术起步较晚，到20世纪80年代末才有产品问世。如冶金部自动化研究院华腾公司的acs系列、扬州5308厂引进siemens公司的610系列，这些产品采用大功率晶体管模块(gtr)，属于模拟伺服，但从技术上填补了国内空白。进入20世纪中期，微电子制造工艺的日臻完善，使得dsp运算速度呈几何数上升，达到了伺服环路高速实时控制的要求，一些运动控制芯片制造商还将电机控制所必需的外围电路(如a/d转换器、位置/速度检测倍频计数器、pwm发生器等)与dsp内核集成于一体，使得伺服控制回路采样时间达到100s以内，由单一芯片实现自动加、减速控制，电子齿轮同步控制，位置、速度、电流三环的数字化补偿控制。一些新的控制算法如速度前馈、加速度前馈、低通滤波、凹陷滤波等得以实现。另一方面，电力电子技x53k立式铣床数控化改造设计 2 术的发展，使得伺服系统主电路功率元件的开关频率由25khz提升到1520khz，1gbt(绝缘栅门双极性晶体管)及ipm(智能型功率模块)均是这一时代的产物，从而提高了系统的平稳性，降低了系统的噪音。以上两个方面不仅是交流伺服实现数字化的基础，而且使得交流伺服趋于小型化。目前一些工业发达国家的伺服系统生产厂家基本上均能够提供全数字交流伺服系统或者可以与自己的cnc系统相配套，如日本fanuc公司、三菱电机公司、安川电机公司、松下公司、山洋电机公司、德国siemens公司等。全数字交流伺服技术的飞速发展，使得用户根据负载状况(如惯量、间隙、摩擦力等)调整参数更为方便，也省去了一些模拟回路所产生的漂移等不稳定因素，但在发展初期，伺服接口缺乏统一标准，各个厂家均设计自己的接口电路，相互之间无可互换性，用户适配较为麻烦。在网络技术及pc-based cnc技术快速发展的情况下，这一问题尤为突出。1.1.2国外发展趋势在1987年，由德国机床协会和德国电力电子协会联合提出数字驱动接口国际标准，即sercos(serialreal-timecommunicationsystem串行实时通信系统)接口作为高性能运动控制系统闭环数据串行实时通信接口，这两个协会将电机、驱动系统、cnc系统的主要制造商组成一个联合工作组。最初加入sercos工作组的公司有aec、abb、amk、banmuller、bosch、indramat、siemens、pacific scientific等几家公司。到了1994年，sercos成为控制器与数字伺服驱动系统接口的国际标准并作为iec61491标准获得通过，因此具有开放性，迄今成员已增加到70多个公司。与此同时，开发了相应的asic芯片、sercon816，传输速度为2/4/8/16mbit/s，sercos与其它串行现场总线相比，有效数据传输率高，例如ethement以100mbit/s速度传输数据时，有效数据传输率为510mbit/s;sercos以16mbit/s速度传输数据时，有效数据传输率为11mbit/scan(controller area network)用于运动控制时，必须提供额外的存储缓冲器及信号管理资源，其成本大约是sercos接口的2倍，另一个特点是它的光纤噪声抑制能力强、传输可靠性高。虽然sercos接口初终是为cnc与数字伺服接口而开发，迄今已被广泛应用于通用运动控制器与数字伺服之间的接口。目前已能满足在2ms内，使一台控制器与多达32个伺服系统实现数据通信。sercos为数字伺服网络化铺就了一条宽阔大道，可以预见，在不远的将来，带有sercos接口的伺服系统将会进入家庭、办公室、工厂车间乃至各个与伺服应用相关的领域。力士乐indramat公司在1999年之所以占据北美伺服驱动市场10.5%的份额、位居第一位，一方面是该公司在应用工程、销售、服务及用户支持方面的加强，另一个主要因素是承诺开放结构sercos。轻质(如铜、木材、铝合金等)、复合材料在汽车、家电、af业中的大量使用，对高速、高效加工提出了新的要求。为了适应这一需求，一些工业发达国家相继推出直线电机、高速主轴电机，而且付诸实用。对于直线电机而言，其控制技术与传统的交流伺服电机相差不多，但由于直线电机本身没有转子等转动体，因而本身惯量小，所以具有x53k立式铣床数控化改造设计 3 高动态响应性，而检测元件直接安装于机械一侧，从而检测工作台的位移，也避免了旋转电机在方向改变时所存在的换向间隙，满足了高速、高精密加工对伺服驱动系统的要求。从各种展览会来看，一些工业发达国家在高速加工技术方面处于领先水平，ibag公司已向业界提供0.125185kw，最高转速为14,000r/min的系列化高速内装式主轴系统，径向、轴向重复精度小于1m，电机轴承有混合陶瓷轴承、液静压轴承、磁浮轴承三种，采用水管冷却，且内置位置传感器供加工中心atc之用。主轴驱动采用矢量变频技术，已在模具加工、高精密电极加工、铝质零件加工、高精度磨削加工等领域广泛应用，fisher公司也有类似产品。1.1.3国内发展现状国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统(普及型)也达到了10。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟产品走向市场。同时，我国也已进人世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。我国现有数控机床生产厂家100多家，生产数控产品几千种以上。产品主要分为经济型、普及型和高档型三种类型。在cimt2003上，中国内地共展出机床700多台，在600多台金属切削机床和近100台金属成形机床展品中，数控机床分别占75和54。这既体现了中国机床市场的需求趋势，也反映了中国在数控机床产业化方面取得了突破性进展。虽然我国在数控产品的研究开发生产各方面有了较大的进步，但目前我国占据市场的产品主要集中在经济型产品上，而在中档、高档产品上市场比例仍然很小，与国外一些先进产品相比，在可靠性、稳定性、速度和精度等方面均存在较大差距。与发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。其主要表现在以下三个方面：（1）信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。（2）产品成熟度较低，可靠性不高。（3）创新能力低，市场竞争力不强。1.1.4国内发展趋势(1) 高速高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标, 它直接关系到效率和产品质量。(2) 多功能化。 配有自动换刀机构(刀库容量可达100把以上)的各类加工中心,能在同一台机床上同时实现铣、镗、钻、车、铰、扩孔、攻螺纹等多种工序加工, 现代数控机床还采用了多主轴多面体切削, 即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。(3) 智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术, 根据切削条件的变化,自动调节工作参数, 使加工过程中能保持最佳工作状态, 从而得到较高的加工精度和较小的x53k立式铣床数控化改造设计 4 表面粗糙度。(4) 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展,目前cad/cam 图形交互式自动编程已得到较多的应用。(5) 可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标, 数控系统将采用更高集成度的电路芯片, 利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路,以减少元器件的数量来提高可靠性。(6) 控制系统小型化。 数控系统小型化便于将机电装置结合为一体。目前主要超大规模集成元件多层印刷电路板采用三维安装方法,使电子元器件得以高密度安装,大规模缩小系统的占有空间。随着微电子技术、人工智能技术、计算机信息技术、先进材料技术、自动检测、自动控制等技术的发展, 数控机床的性能将越来越可靠、智能化水平越来越高、加工效率越来越高、操作越来越简单和方便。1.2 数控化改造的优缺点1.2.1 减少投资额、交货期短同购置新机床相比，一般可以节省6080的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高23倍，与购置新机床相比，只能节省投资50左右。1.2.2 机械性能稳定可靠，结构受限所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。1.2.3 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。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，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。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。1.2.4 可充分利用现有的条件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。1.2.5 可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。 x53k立式铣床数控化改造设计 51.3 铣床介绍铣床是一种用途广泛的机床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽（键槽、t型槽、燕尾槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。随着科学技术的进步，数控铣床得到了越来越广泛的应用，它一般分为立式和卧式两种，一般数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床，例如工作台宽度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即x、y、z三个坐标轴中，任意两个都可以联动。一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。对于有特殊要求的数控铣床，还可以加进一个回转的a坐标或c坐标，即增加一个数控分度头或数控回转工作台，这是机床的数控系统为四坐标的数控系统，它可用来加工旋转槽、叶片等立体曲面零件。1.4 数控铣床的分类目前，数控铣床已发展成为品种齐全、规格繁多的大系统，可以从不同的角度进行分类。1.4.1 按运动方式分类(1) 点位控制系统1点位控制系统是指数控系统只控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动的轨迹不需要严格控制的系统。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般先以快速移动到终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定位位置，以保证良好的定位精度。移动过程中刀具不进行切削。(2) 直线控制系统直线控制系统是指数控系统不仅控制刀具或工作台从一个点准确地移动到另一个点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。移动部件在移动过程中进行切削。(3) 轮廓控制系统 x53k立式铣床数控化改造设计 6轮廓控制系统也称连续控制系统，是指数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。它不仅能控制移动部件从一个点准确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。1.4.2 按控制方式分类(1)开环控制系统2开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统。它是根据穿孔带上的数据指令，经过控制运算发出脉冲信号，输送到伺服驱动装置(如步进电动机)使伺服驱动装置转过相应的角度，然后经过减速齿轮和丝杠螺母机构，转换为移动部件的直线位移。图1-1所示为开环控制系统框图。由于开环控制系统不具有反馈装置，不能进行误差校正，因此系统精度较低。 虽然开环控制系统具有结构简单、工作稳定、使用维修方便及成本低的优点，但它已不能满足数控铣床日益提高的精度要求。 图1-1 开环控制系统框图(2) 半闭环控制系统半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角，间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母机构不包括在闭环之内，所以