X52K铣床的数控化改造设计

IX52铣床的数控化改造摘要本文提供了一种X52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，控制系统使系统能够控制进给轴的转速，并实现其正反转控制工作台，实现其纵、横向进给运动，控制冷却和润滑，以MCS-51型单片机为控制处理芯片，通过键盘输入加工程序控制X52K铣床数控化改造后是升降台式的。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。关键词：X52k，数控化，改造，单片机II目录前言..................................................................................................................1第1章整体改造方案......................................................................................31.1设计方案：...........................................................................................31.1.1实现的目标................................................................................31.1.2机床改造的方案........................................................................31.2机构和电气控制的改造：..................................................................51.2.1X52的改造要求.........................................................................51.2.2进给机构的改造........................................................................51.2.3电气控制部分的改造................................................................61.3改造后的布局.......................................................................................7第2章机构部分与控制部分的设计..............................................................82.1纵向方向（X轴）的设计：...............................................................82.1.1纵向步进电机选择计算............................................................82.1.2丝杠设计...................................................................................142.1.3齿轮设计...................................................................................202.3控制部分设计....................................................................................232.3.1主控制器（CPU）....................................................................242.3.2存储器扩展电路......................................................................252.3.3扩展I/O接口..........................................................................25III2.3.4步进电机驱动电路..................................................................262.3.5行程控制...................................................................................272.3.6键盘与显示..............................................................................282.3.7复位电路...................................................................................282.3.8紧急停车...................................................................................28结论................................................................................................................29谢辞................................................................................................................31参考文献....................................................................................................321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。数控未来发展的趋势（1）往高精，高速，高柔性化及高复合化加工方向。（2）集成化、模块化、网络化、通用型开放式闭环控制模块。（3）高效多轴化、实时智能化、用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化。（4）内装高智能PLC，多媒体技术的应用。（5）应用自适应控制技术，引入专家系统指导加工，引入故障诊断专家系统。数控化改造的优缺点（1）减少投资额，交货期短（2）机械性能稳定可靠，结构受限（3）熟悉了解设备，便于操作维修（4）可充分利用现有的条件（5）可更好的因地制宜，合理删选功能（6）可及时采用最新技术，充分利用社会资源机床数控改造的必要性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2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，其必要性还体现在：1.由于数控改造费用低，可充分利用原有的设备和闲置设备，把它们改造成数使它们的原有功能和改造后新增加的功能得到充分的利用，提高了机床的使用价值。2.易于对现有机床实现自动化，而且针对性强，即可针对新加工的零件类型及机床来进行改造，改造后机床没有多余的功能。3.改造后的机床加工精度得到提高，工人的劳动强度得到降低。4.减少了辅助加工时间，可提高机床的生产效率。5数控改造可在企业技术人员参加下开发，所以他们可熟悉，掌握改造后的机床性能，操作等，为以后的生产，维护，修理打下基础。3第1章整体改造方案1.1设计方案：1.1.1实现的目标在论文中主要讨论在对X52立式升降台式铣床进行数控化改造，将X52数控化改造后，通过控制系统使系统能够控制进给轴的转速，并实现其正反转控制工作台，实现其纵、横向进给运动，控制冷却和润滑。通过键盘输入加工程序控制X52K铣床数控化改造后是升降台式的。X52立式铣床是铣削键槽、平面及铣孔的通用机床，它没有准确可靠的定位装置，铣孔与铣键槽的位置精度一般靠模板的精度和人工划线的精度来保证，故其加工精度低于数控机床。由于普通铣床的柔性差，不能满足市场对形状复杂、精度高、小批量、多品种零件需求。而数控化改造后系统采用步进电机为驱动执行元件的开环系统，并且采用CNC数控系统控制X、Y工作台，即采用以MCS-51单片机为控制系统，实现两坐标联动改造,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，且加工精度高、效率高，满足市场的需求，且价格较廉，增加了市场的竞争力。1.1.2机床改造的方案方案：床身的上部内装进给轴传动系统为进给轴变速系统，这部分采用原机床的进给轴传动系统即保留原机床的电动机等等，还有添加的变速箱。床身的底部是可作冷却液箱的底座，数控系统显示器及按键位于操作者的右边，便于调试、和操作观察。床身右侧的电器箱内装有两坐标的进给伺服控制系统，床身左侧的电器箱内装有主控器和强电系统。显示器采用LED，用以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。手动操作时，显示器可作为数字读出装置使用。数控系统采用为两坐标ＣＮＣ开环控制，由步进电机经一级齿轮变速箱后减速驱动。可实现两坐标直线插补和两坐标圆弧插补。采用ＭＣＳ－５１系列单片机组成微机控制系统，它的可靠性高、能在恶劣的环境下工作，适应能力较好，4且功能强，速度高。数控系统还具有刀具长度偏移和半径补偿功能，自诊断功能，可进行自动加、减速，并具有备用电池，停电时可做存储已编程序的电极。采用ＭＣＳ－５１微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出脉冲信号，经光电隔离电路，功率放大再传给步进电机，步进电动机驱动滚珠丝杠转动，从而实现X、Y两个方向的进给运动，加工零件。总体设计如图1.1所示：信号分配及放大电路步进电机工作台（Z轴）控制部分51.2机构和电气控制的改造：1.2.1X52的改造要求进给伺服系统改造后性能的好坏将直接影响到整个系统的性能的好坏。也因此对进给伺服系统提出了改造设计要求：（1）提高传动部件的刚度，减小传动部件的惯量；（2）减小传动部件的间隙，并减小系统的摩擦阻力；（3）高精度就是说伺服系统的输出量能复现输入量的精确程度；（4）稳定性好指系统在给定输入或受外界干扰作用下，能在短暂的调节后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态；（5）快速响应，无超调它是衡量伺服系统动态品质的重要指标，反映了系统的跟踪精度；（6）低速大转矩机床加