1、 青岛理工大学 毕 业 设 计 题目： 普通铣床的数控改造设计 学生姓名： 孟祥祥 学生学号： 201382122 院系名称： 机电工程系 专业班级： 数控 135 指导教师： 杨程 2016 年 6 月 15 日 毕业设计 (论文 )任务书 专业 数控技术 班级 5 班 姓名 孟祥祥 下发日期 2016 年 1 月 3 日 题目 普通铣床的数控改造设计 专题 工程设计 主 要 内 容 及 要 求 主要内容： 在纵向机构上将原来机床的丝杠和安装座拆除，换上滚珠丝杠和相应的安装装置。步进电机和减速器安装在机床的床尾。在横向机构上拆除原来机构的丝杠，换上滚珠丝杠和相应的安装装置。步进电机和减速器安
2、装在机床的后侧。 在控制系统上，采用的是步进电机的开环控制系统。 要求： 在尽量不改动原机床的前提下，达到数控铣床的基本要求。对原机床的功能特点、结构特征、运动参数进行仔细分 析计算。 主 要 技 术 参 数 工作台运动时的脉冲当量为： =0.01mm/step，其它数据见机床手册。 进 度 及 完 成 日 期 2016 年： 4.1-4.15 翻译外文资料，到学校实训中心实习参观，对数控机床的改造进行总体布局。 4.16-4.28 拟定数控机床改造的方案，并选出几种可行的方案。 4.29-5.15 选出最佳方案，并绘制数控机床改造的装配图。 5.16-5.30 绘制部分零件图。 5.31-6
3、.05 编写 设计说明书。 系主任签字 日期 教研室主任签 字 日期 指导教师签字 日期 指 导 教 师 评 语 指导教师 : 年 月 日 青岛理工大学毕业设计（论文）评阅意见表 设计（论文）题目 普通铣床的数控改造设计 评价项目 评价标准（ A 级） 满分 评 分 A B C D E 文献资料利用能力 能独 立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规范、设计手册等。 10 10 9 8 7 6 综合运用能力 研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计（论文）；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观
4、真实。 20 1920 1718 1516 1314 12 设计（论文）质量 设计（论文）结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、 图、表规范；有一定的学术水平或实际价值 40 37-40 32-36 28-31 25-27 24 创新能力 有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计（论文）有独到见解 15 15 13-14 11-12 10 9 工作量 工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。 15 15 13-14 11-12 10 9 总分 是否同意将该设计（论文）提交答辩：是（ ） 否（ ) 具体评阅及修改 意见： 评阅人： 年 月 日 注： 1.请按照 A 级标准，评出设
5、计（论文）各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分 60 分，“设计月 （论文）质量” 24 分，建议不能提交论文 评阅乃 da至答辩。该设计（论文）须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。 答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩 周 记 说明书 (或论文 ) 图 纸 答 辩 总 评 答辩委员会主席签字 日 期 （ 5%） （ 65%） （ 30%） 百分制 等级制 青岛理工大学毕业 设计 I 摘 要 本设计说明书主要是介绍数 控机床的改造过程的。随着社会的发展与信息时代的到来，机械产品的性质和质量不断提高，原有的机床已经不能满足生产的需要
6、，因此数控改造就成为必然。本设计实际上就是在原有的基础上，利用计算机来提高机床的精度和生产率。同时作为毕业设计，它有助于提高学生运用所学知识进行工程实践的能力。在这个设计中，对两个坐标轴作了改造，运用计算机对数据进行处理，然后用脉冲控制步进电机，实现两个方向上的进给。 在控制系统上，采用的是步进电机的开环控制系统。 在这种形式的控制方式情况下，步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置，而是按照原 先设定的一个固定的规律发出控制型脉冲，步进电机仅依靠这一系列既定的脉冲而工作。这种控制方式由于步进电机的独特性而比较适合于控制步进电机，适合于我国的国情。这种控制方式的特点是：控制简单、实现容易、价
7、格较低，特别是在开环控制设备当中，负载的位置对其控制电路不存在任何反馈，并且依靠微机，可以实现一些较复杂的步进电机的控制脉冲序列的产生。 关键词 ： 丝杠，精度，坐标轴，脉冲进给 青岛理工大学毕业设计 II Abstract This paple mainly introduced how to reformate numerially contorlled machine. Along with scocietys development and arrival of information ages， feature and the quality of mechanical produc
8、t are constantly raised， so transformateing numerially contorlled machine is necessary. Based on original foudation， and this design uses the computer to come to raise precision and the productivity of machine tool. At the same time as the graduation project， it contributes to raising， and the stude
9、nt use the konwledge learned to carry on the ability of engineering practice， In this design， I did the transformation to two coordinate axes directions， and use the computer to deal with the data， then servo the electrical machinery with the pulse control， and realizes two directional feeds. In thi
10、s form of control, stepper motor control pulse input does not depend on in the position of the rotor, but according to the originally set a fixed rule sends out the control pulse, stepper motor only rely on this a series of established pulse and work. This kind of control method is suitable for the
11、control step motor, which is suitable for the situation of our country because of the uniqueness of stepping motor. The characteristics of this control, control is simple and easy to implement, lower prices, especially in the open loop control equipment which and the position of the load on the cont
12、rol circuit does not exist any feedback, and depends on the PC, can achieve some of the more complex stepping motor control pulse sequence. KEY WORDS: screw, precision, coordinate axes, pulse and feed 青岛理工大学毕业 设计 第 1 页 目录 前 言 . 3 第 1 章 数控改造总体方案的设计 . 6 1.1 系统总体改造方案的确定 . 6 1.1.1 功能与技术参数分析 . 6 1.1.2 传动
13、机构的选择 . 7 1.1.3 拟订总体方案 . 7 1.2 机械传动系统的改造方案的确定 . 7 1.3 微机控制系统方 案的确定 . 8 1.3.1 微型控制系统的设计内容 . 8 1.3.2 微机控制系统的总体组成 . 8 1.3.3 软硬件系统的设计 . 9 第 2 章 机械部分 (纵向 )的设计计算 . 10 2.1 工作载荷分析及计算 . 10 2.1.1 铣削抗力分析 . 10 2.1.2 计算进给工作台工作载荷 . 11 2.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 . 12 2.2.1 滚珠丝杠螺母副的结构类型的选择 . 12 2.2.2 滚珠丝杠螺母副的型号的选择及校核步骤 . 12
14、 2.3 脉冲当量和传 动比的确定 . 19 2.3.1 确定系统脉冲当量 . 19 2.3.2 传动比的选定 . 19 2.3.3 齿轮传动的确定 . 20 第 3 章 进给伺服系统传动计算 . 21 3.1 转动惯量的计算 . 21 3.1.1 齿轮、丝杠等圆柱体惯量的计算 . 21 3.1.2 工作台折算到丝杆的转动惯量 . 21 3.1.3 传动系统折算到电机轴上的转动惯量 . 22 3.1.4 电机的转动惯量的确定 . 22 3.1.5 系统总的转动惯量 . 22 3.2 步进电机的计算和选用 . 22 3.2.1 电机力矩的计算 . 22 3.2.2 步进电机的选择与校核 . 23
15、 第 4 章 微机控制部分的设计 . 26 4.1 微机控制系统概述 . 26 4.1.1 微机控制系统的设计思路 . 26 4.1.2 微机控制系统基本硬件组成 . 27 4.2 系统介绍 . 27 4.2.1 单片机的选择 . 27 4.2.2 存储器的扩展 . 28 4.2.3 I/O 口的扩展 . 31 4.3 步进电机的驱动控制电路 . 32 4.3.1 确定 步进电机运行频率 . 33 青岛理工大学毕业设计 第 2 页 4.3.2 驱动回路的时间常数 . 33 4.3.3 选用线路简单的串联电阻法 . 33 4.3.4 高压电源电压的确定 . 34 4.3.5 元器件型号的确定 .
16、 34 4.4 其他辅助电路的设计 . 37 4.4.1 急停、超程报警电路 . 37 4.4.2 ISP 在线编程接口 . 37 4.4.3 复位电路 . 37 4.4.4 时钟电路 . 38 第 5 章 微机控制系统软件设计 . 39 5.1 模块组成 . 39 5.2 缓冲区设置 . 39 5.2.1 键盘缓冲区 . 39 5.2.2 显示缓冲区 . 39 5.3 中断优先级 . 40 5.4 各模块说明及流程图 . 40 5.4.1 主模块 . 40 5.4.2 暂停键“ STOP”子模块 . 41 5.4.3 中断模块 . 41 5.4.4 实时修改显示缓冲区数据模块 . 41 总结
17、 . 42 致 谢 . 44 参考文献 . 45 附录 1 . 47 英文原文 . 47 中文译文 . 54 附录 2 . 59 英文原文 . 59 中文译文 . 66 青岛理工大学毕业设计 第 3 页 前 言 机械工程领域涉及机械设计、制造、试验、使用、维修等基础理论、技术和方法，并与材料工程、动力工程、电气工程、电子与信息工程、控制工程、计算机技术、工业设计工程等工程领域及力学学科密切相关。 随着社会生产和科学技术的发展，机械、电子产品的性能和质量不断提高，产品更新换代的周期在缩短，因此对铣床的要求也在提高，不仅要有较高的精度和生产率，而且能迅速的适应机械产品的变换。社会的发展 促进了数控
18、机床的诞生和发展。随着电子技术特别是计算机技术的发展，数控技术迅速的发展起来了。 近十几年来，尤其是改革开放以来，本国特别注重数控技术的发展，加快了数控机床的引进与开发，促进了数控机床的普及。各大企业都不断的购进数控机床，来扩大再生产和替换旧设备，数控机床在企业中不再是凤毛麟角，而是不断的普及。但数控机床的成本比较高，在这种情况下，普通机床的改造就成了一种必要 10。 1.数控改造的必要性 数控机床可以较好的解决形状复杂、精密、多变零件的加工问题，可以稳定加工质量，提高生产率，但是数 控机床的应用还是受到其他条件的限制： （ 1） 目前很多企业都有很多普通机床，完全用数控机床代替很不现实，而且替代后闲置下来的机床会造成很大的浪费。 （ 2） 国内定购数控机床的交货期长，往往不能满足急需。 （ 3） 数控机床价格昂贵，对很多企业是一很大障碍。 （ 4） 通用数控机床对很多企业来说，功能剩余。 要解决上述问题，普通机床的数控化改造是必由之路。从欧美等工业化国家的经验来看，机床的数控改造必不可少。因此，普通机床的数控改造不但有必要，而且大有可为尤其对一些中小企业更是如 此 11。 2.数控改造的目的和优点 改造的目的： （ 1）为了提高生产进行数控改造。 （ 2）从提高资本效率出发，改造闲置旧设备，发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。
