X5040升降台铣床的数控改造-毕业论文
目 录
摘要………………………………………………………………… Ⅰ
Abstract…………………………………………………………… Ⅱ
前言……………………………………………………………………1
1 概述…………………………………………………………………1
1.1设计目的…………………………………………………………1
1.2 X5040升降台铣床资料…………………………………………1
1.3 设计内容…………………………………………………………3
1.4 参考设计参数……………………………………………………4
2设计说明……………………………………………………………4
2.1 总体方案的确定几框图…………………………………………4
2.2 机械部分设计计算………………………………………………5
2.3 进给伺服系统结构设计…………………………………………9
2.4 硬件部分电路设计………………………………………………11
2.5 软件设计…………………………………………………………14
2.6 试机实例…………………………………………………………18
3 设计总结……………………………………………………………20
4 参考文献……………………………………………………………21
致谢语…………………………………………………………………22
1 概 述
1.1 设计目的
数控，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制。
用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，其对零件的加工相比普通机床有着很多的优点：1.自动化程度高；2. 加工精度、加工质量稳定可靠；3. 对零件加工的适应性强灵活性好，能加工形状复杂的零件；4加工生产率高；5. 有利于生产管理的现代化。
而且，目前在机械行业中，随着市场经济的发展，产品更新周期越来越短，中小批量的生产所占有的比例越来越大，对机械产品的精度和质量要求也在不断地提高。所以普通机床越来越难以满足加工的要求；同时，由于技术水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用将越来越普遍，而对原有普通机床的数控化改造也应是越来越广泛，依照设计任务本设计对X5040型升降台铣床进行了数控化改造。
1.2 X5040升降台铣床资料
机床特点：
1、床身采用方导轨，刚性好。
2、主轴热变形小，横向丝杆配置在滑鞍中间位置，加工精度高。
3、主要铸件均采用合金耐磨铸铁，使用寿命长
型号 Model X5040
工作台台面尺寸(宽×长) Working area of table(W×L) mm 400×1700
工作台最大回转角度 Max.swivel angle of table 铣头回转±45°
工作台行程：手动/机动：纵向 Travel of table manual/power:vertical mm 1000/990
工作台行程：手动/机动：横向 Travel of table manual/power:cross mm 375/365
工作台行程：手动/机动：垂向 Travel of table manual/power:vertical mm 450/440
工作台进给速度范围：纵向，横向/垂向 Table feeds speed:longitudinal,cross,vertical mm/mm 12-1000/4-333
工作台进给级数 Table feed step 18
主轴锥孔 Spindle 7:24 No.50
主轴转速范围 Spindle speed r/min 30-1500
主轴转速级数 Spindle speed step 18
主轴中心线至工作台面距离 Distance between spindle center and table surface mm 主轴套筒移动量1200
主轴端面至工作台面距离 Distance between spindle face and working surface of table mm 60-510
机床主电机功率 Motor power of main drive KW 11
机床进给电机功率 Motor power of feed KW 3
机床冷却电机功率 Motor power of cooling pump KW 0.125
机床外型尺寸(长×宽×高) Overall dimensions(L×W×H) mm 2558×2245×2338
机床包装箱外型尺寸(长×宽×高) Packing case overall dimensions(L×W×H) mm 2800×2380×2450
机床净重 Net weight kg 4900
机床毛重 Spindle kg 5600
1.3 设计内容
将X5040升降台铣床改造成用单片机控制的经济型数控铣床，要求具有直线和圆弧插补功能，在总体方案确定之前一定要对原有的机床的操作过程和传动系统，控制系统和伺服系统有详细的了解。
MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片微型计算机，主要有8031、8051、8751三种机型，他们的指令系统与芯片引脚完全兼容。其主要功能为：8位CPU；片内带振荡器，振荡频率范围为1.2-12MHz；程序存储器的寻址范围为64KB；片外数据存储器的寻址范围为64KB；21个字节专用寄存器；4个8位并行I/O接口：P0，P1，P2，P3；1个全双工串行I/O接口，可多机通信；2个16位定时器；中断系统有5个中断源，可编程为两个优先级；111条指令，含乘法指令和除法指令；有强的位寻址，位处理能力；片内采用单总线结构；+5V电源。MCS-51的指令系统简明、整齐。指令系统共有111条指令，按照他们的操作性质可以划分成数据传送，算术操作，逻辑操作，程序转移，位操作等5个大类。单字节指令有49条；双字节指令有46条；最长的是三字节指令，只有16条。指令周期也短：单机器周期指令64条；双周期指令45条；只有乘、除指令需要4个机器周期。这些指令在12MHz晶振的情形下，执行时间分别为1μs，2μs，和4μs。可见，MCS-51指令系统在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编程的程序占用内存单元少，执行也很快捷，与其应用范围的要求很相适应。
综上所述选用MCS-51系列单片机。本次改造主要是对机床工作台在X方向上进行改造。根据设计的内容和要求对机床的机械部分改造如下：保留机床原有的主轴旋转运动。保留原机床纵向进给的机动部分。将离合器脱开， 去掉手轮，将手轮轴通过一队齿轮与步进电机相连，用步进电机数控系统控制纵向工作的移动。工作台的横向运动原来用手动进给，现改为通过一对齿轮与步进电机相连的数控系统控制横向运动。工作台的升降运动仍用手动操作。机械部分要求计算，硬件电路部分要求用8031作CPU，控制系统中要求包括扩展程序存储器、扩展数据存储器、I/O接口芯片、译码电路及键盘、显示等外设、硬件电路要求包括3个坐标系统。
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