三坐标铣床的数控化改造设计

摘要

毕业设计是在原有普通铣床的基础上,对其进行改造,成为三坐标数控铣床。该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。

所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉其应用。

在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对普通铣床的数控化改造进行了分析和设计，通过对普通铣床的数控化改造，提高了普通铣床的加工能力和加工范围，节省了直接购买机床的部分资金，具有很好的经济效益。

关键词：铣床, 数控, 三坐标

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

前言 (5)

第一章概论 (6)

1.1数控机床的产生及发展 (6)

1.2数控机床的组成及分类 (6)

1.2.1 数控机床的组成 (6)

1.2.2 数控机床的分类 (8)

1.3数控机床的特点及应用范围 (9)

1.3.1 数控机床的特点 (9)

1.3.2 数控机床的应用范围 (9)

第二章设计主要参数及基本思想 (10)

2.1课题要求 (10)

2.1.1 题目名称（包括主要技术参数）及技术要求 (10)

2.1.2 课题内容及工作量 (10)

2.2设计原则 (10)

2.3总结构设计 (11)

2.3.1 数控机床的机构设计要求 (11)

2.3.2 提高机床的结构刚度 (11)

2.3.3 提高进给运动的平稳性和精度 (12)

第三章三坐标数控铣床的设计和计算 (13)

3.1主传动系统的设计 (13)

3.1.1 主传动变速系统 (14)

3.2主轴系统计算 (17)

3.3.1 对进给伺服系统的基本要求 (19)

3.3.2 进给伺服系统的设计要求 (20)

3.3.3 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性能分析 (20)

3.4进给传动的计算 (21)

3.4.1 X轴滚珠丝杠副 (21)

3.4.2 Y轴滚珠丝杠副 (24)

3.4.3 Z轴滚珠丝杠副 (28)

3.4.4滚珠丝杠的安装与使用 (31)

第四章微机控制系统的设计 (34)

4.1微机控制系统组成及特点 (34)

4.1.1 微机控制系统的组成 (34)

4.1.2微机数控系统的特点 (34)

4.2 微机控制系统设备介绍 (35)

4.2.1 主控制器CPU的选择 (35)

4.2.2 存储器电路的扩展 (36)

4.2.3 I/O口电路的扩展 (38)

4.2.4 步进电机驱动电路 (40)

4.2.5 其它辅助电路设计 (41)

4.3程序部分 (42)

结论 (46)

参考文献 (47)

致谢 (48)

前言

随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入自适应控制﹑模

糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程﹑前馈控制﹑模糊控制﹑学

习控制﹑自适应控制﹑工艺参数自动生成﹑三维刀具补偿﹑运动参数动态补

偿等功能，而且人机截面极为友好，并且有故障诊断专家系统使自诊断和故障

监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。直线电机驱动系统以使用化。

用数控铣床加工零件时，首先应编制该零件的加工程序，这是数控铣床的工作

指令。将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速﹑启动

﹑停止﹑进给运动的方向﹑速度和位移量，以及工件装夹和冷却润滑的开关等

动作，使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工工序规定的顺序﹑

运动轨迹加工出符合要求的零件。

三坐标数控铣床的进给运动是数字控制的直接对象，不论点位控制还是连

续控制，被加工工件的最后坐标精度和轮廓精度都受到进给运动的传动精度﹑

灵敏度和稳定性的影响。为此，要注意以下三点进给运动要求：

(1) 减少运动件的摩擦力。进给系统虽有许多元件，但摩擦阻力主要来自

丝杠和导轨。丝杠和导轨结构的滚动化是减少摩擦的重要措施之一。

(2) 提高传动精度和刚度。在进给系统中滚珠丝杠和支承结构是决定其传

动精度和刚度的主要部件，因此，必须首先保证它们的加工精度。

(3) 减少运动惯量。进给系统中每个元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有直接的影响。尤其是处于高速运转的零件，其惯性的影响更大。

设计是在原有普通铣床的基础上,对其进行改造,成为三坐标数控铣床。该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。

所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。

此设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y、Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉其应用。

第一章概论

1.1 数控机床的产生及发展

随着社会生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。