X53K立式铣床数控改造设计【4张CAD图纸+毕业答辩论文】

内容摘要

本文提供了一种X53k铣床的经济型数控化改造方案，改造的主要模块有：机械部分和数字控制电路部分。机械部分主要是对丝杠、驱动元件和减速齿轮的改造。改造后的系统是以步进电机为驱动执行元件的开环控制系统，以MCS-51型单片机为控制处理芯片，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，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）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。最后再对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。

关键词： X53k 数控化 改造 单片机

ABSTRACT

In this paper ,in base of our country’s eco- momic condition and the expensive CNC, in order to extend machining scope, high accuracy , small batch, and has a good condition in excitely complicative market .So,the numerization rebuilding of X53K is so necessary and feasible. This paper provides a way of how to implement the synchronied motion of the two axes in the X and Y plane with CNC system and an open-loop control which use stepping motors as actuators on a X53K mill，and the microcomputer is MCS-51.

The numerization rebuilding of X53K milling machine not only is used for machining keyway,plane and hole etc,but also, it can ma- nufacting complicated shap and the accuracy is high.

  The technology of CNC has became the key and basic technology in the manufacturing industry .

Keywords:  X53Kmill  numerization  rebuilding  single chip computer

目 录

前言    5

正文   10

1.整体改造方案   10

1.1总体设计方案   10

1.1.1机床改造的方案比较   10

       1.1.2实现的目标   12

1.2主传动的系统改造   13

1.2.1机械部分的数控化改造   13

       1.2.2电气部分的数控化改造   13

1.3：进给系统的改造   13

       1.3.1进给机构的改造   13

       1.3.2X53K的改造要求   13

     1.4微机系统的硬件与软件设计   14

       1.4.1 系统软件的设计   14

       1.4.2 硬件系统设计   14

     1.5改造后的布局   15

   2.横纵向系统的设计，计算过程   15

2.1纵向方向（X轴）的设计   15

       2.1.1铣削力的计算   16

       2.1.2滚珠丝杠所受的平均轴向载荷  的计算   18

       2.1.3丝杠副工作负荷计算及丝杠型号的选择   19

       2.1.4传动效率的计算   20

2.1.5刚度验算   20

2.1.6稳定性的验算   21

2.1.7齿轮传动设计的有关计算    22

2.1.8齿轮材料的选用及许用应力    23

2.1.9直齿圆柱齿轮副的计算    23

       2.1.10步进电机型号的计算选择    25

     2.2横向(Y轴)的设计    31

   3数控部分设计    32

3.1系统硬件设计    33

       3.1.1主控制器（CPU）  33

       3.1.2存储器扩展电路    34

       3.1.3扩展I/O接口    35

       3.1.4步进电机驱动电路    35

       3.1.5行程控制    36

       3.1.6键盘与显示    36

       3.1.7复位电路    37

       3.1.8紧急停车    37

     3.2编程时应注意的问题    37

3.3步进电机系统软件控制    37

   4误差来源及精度分析    38

     4.1误差的来源    38

4.1.1机械结构原因    38

       4.1.2数控部分原因    38

     4.2：误差补偿措施    38

       4.2.1齿轮副误差补偿分析    38

         4.2.2数控系统误差补偿分析    39

         4.2.3滚珠丝杠副误差补偿分析    39

 结论    41

 致谢    42

 参考文献    43

前言：

该课题来源于生产实践的需要，利用大量闲置旧机床，对起进行数控化改造后，成为一钟高效的、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。