XK5040数控立式铣床及控制系统设计外文翻译Word格式文档下载.docx
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与不同铣床相较数控铣床用三个数控伺服系统替代了传统的机械进给系统，其外形和结构与普通铣床类似。
数控铣床的设计主如果进行主运动系统与进给系统的机械结构设计和控制系统设计。
下面别离作简单介绍。
一、整体方案设计
本文主如果针对经济型数控立式铣床进行设计，为了锻炼自己的机床设计的能力，这里主运动系统采用常规机床设计的方式，即采用齿轮变速系统来实现主轴的变速。
进给系统采用步进电机开环控制，通过齿轮传动带动滚珠丝杠传动，通过滚珠丝杠螺母副时刻进给运动。
控制系统采用MCS-51系列单片机为中央处置器的计算控制系统。
二、主运动系统设计
由于这里采用齿轮变速系统来实现主轴的变速，选定公比，肯定各级传送机床常常利用的公比为或，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为=，按照给出的条件：
主运动部份Z=18级，按照标准数列表，肯定各级转速为：
（30，，，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）。
按照“前多后少”、“前密后疏”的原则肯定其结构式为18=
x
，
一、传动比的分派
由于齿轮传动比的限制，机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：
a,升速传动中，最大传动比
2，过大，容易引发振动的噪音。
b,降速传动中，最小传动比
1/4。
过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将致使结构庞大。
分派最小传动比
a,决定轴V-VI和VI-
的传动比，按照台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为1，
b,决定各变速组的传动比；
由前面2轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的此刻，按照“前缓后急”的原则，取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4，
=，
=4，轴III-IV和轴II-III均取
=1/
二、主运动系统的机械结构设计
这里采用齿轮变速系统,这是大、种型数控机床采用较多的一种方式。
通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以知足主轴对输出扭矩特性的要求。
一部份小型数控机床业采用此种传动方式，以取得强力切屑时所需要的扭矩。
滑移齿轮的移位拨叉实现。
着与普通机床的设计一样。
数控机床主轴部件的精度、刚度和热变形对加工质量有直接影响。
由于加工进程中不对数控机床进行人工调整，因此这些影响就更为严峻。
机床主轴采用双列和单列圆锥滚子轴承，这种轴承径向和轴向刚度高，能经受重载荷，尤其能经受较强的动载荷，安装与调整性能也好。
可是，这种轴承限制了主轴的最高转速和精度，因此利用中等精度、低速与重载的数控机床。
在主轴的机构上，要处置好卡盘和刀架的装夹、主轴的卸荷、主轴轴承的定位和间隙调整、主轴部件的润滑和密封和工艺上的其他一系列问题。
为了尽可能减少主轴部件温升热变形对机床工作精度的影响，通常利用润滑油的循环系统把主轴部件的热量带走，使主轴部件与箱体维持恒定的温度。
在某些数控镗、铣床上采用专用的制冷装置，比较理想的实现了温度控制。
最近几年来，某些数控机床的主轴轴承采用高级油脂，用封入方式进行润滑，每加一次油脂能够利用7年至10年。
为了使润滑油和油脂不致混合，通常采用迷宫密封方式。
三、进给系统设计
通常，一个典型的数控机床进给系统，由位置比较，放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部份组成。
其中，机械传动装置是位置控制中的一个重要环节。
这里所说的机械传动装置，是指将驱动源的旋转运动变成工作台的直线运动的整个机械传动链，包括齿轮装置、丝杠螺母副等中间传动机构。
齿轮传动是应用超级普遍的一种机械传动，各类机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。
在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个。
一是将高转速的转矩的伺服电机（如步进电机、直流和交流伺服电机等）的输出改变成低转速大转矩的执行件的输入；
另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中专有较小的比重。
另外，对于开环系统还能够保证所要求的运动精度。
为了尽可能减小齿侧间隙对数控机床加工精度的影响，常常在结构上采取办法，以减小或消除齿轮副的空程误差。
如采用双片齿轮错齿法、利用偏心套调整齿轮副中心距或采用轴向垫片调整法消除齿轮侧隙。
这里进给系统采用步进电机开环控制，由滚珠丝杠螺母副来实现，纵向和横向进给采用130BF001型步进电机驱动，经圆柱齿轮传动带动滚珠丝杠传动，通过丝杠螺母机构来实现；
垂直方向进给运动由150BF003型步进电机驱动，经圆锥齿轮带动滚珠丝杠传动。
纵向和横向齿轮可采用斜齿轮弹簧调整法来消除齿轮间隙；
垂直方向的齿轮间隙可采用圆锥齿轮周向弹簧调整法来消除。
为了提高进给系统的灵敏度、定位精度和避免爬行，必需降低数控机床进给系统的摩擦并减少静、动摩擦系数之差。
因此，形成不太长的直线运动机构常常利用滚珠丝杠副。
滚珠丝杠副的传动效率高达85%-98%，是普通滑动丝杠副的2-4倍。
滚珠丝杠副的摩擦角小于1°
，因此不自锁。
若是滚珠丝杠副驱动起落运动（如主轴箱或起落台的起落），则必需有制动装置。
滚珠丝杠的静、动摩擦系数实际上几乎没有什么不同。
它能够消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。
滚珠丝杠由专门工厂制造。
咱们按照载荷选用即可。
四、控制系统硬件设计
按照经济性和机械结构的控制要求，XK5040立式铣床控制系统选用MCS-51系列单片机组成，纵向、横向及垂直方向均采用步进电机控制，三个坐标均采用硬件环形分派器，控制系统的功能包括X向、Y向、Z给伺服运动；
键盘显示；
面板管理；
行程控制和其他功能、例如光隔离电路、功率放大电路、红绿灯显示等。
这里咱们选用8031芯片作为CPU。
由于8031芯片内部无程序存储器，需要扩展外部程序存储器支持，同时8031内部只有128B的数据存储器供用户利用，也不能知足控制系统的要求，故需要扩展程序存储器2764和数据存储器6264各两片。
8031单片机共有四个８位并行
I/O，但可供用户利用的只有
口和部份
口，不能知足输入输出口的需要，因此系统必需扩展输入输出接口电路。
这里按照系统功能及需要,扩展一片8155和一片8255可编程接
I/O口芯片。
另外还需设计一些辅助电路如越界报警和急停处置电路、复位电路、光电隔离电路、脉冲分派器（环形分派器）等。
整个设计进程中，都是按照数控立式铣床的实际情形，以高效、经济为目的，使咱们设计的铣床应用于实际，具有实际利用价值。
TheopensystemmeritofComputerNumericalControl
Theopensystemmeritisthesystemsimple,thecostlow,buttheshortcomingistheprecisionislow.Thereversegap,theguidescrewpitcherror,stopinferiorlycanaffectthepointingaccuracybymistake.Followingseveralkindofimprovementsmeasuremaycausethepointingaccuracydistinctimprovement.
1.reversegaperrorcompensates
Thenumericalcontrolenginebedprocessingcuttingtoolandtheworkpiecerelativemotionisdependsuponthedriveimpetusgear,theguidescrewrotation,thustheimpetusworkfloorandsoonmovestheparttoproducemovesrealizes.Astraditionalpartgear,guidescrewalthoughthemanufactureprecisionisveryhigh,butalwaysunavoidablyhasthegap.Asaresultofthiskindofgapexistence,whenmovementdirectionchange,startsthesectiontimetobeabletocauseinevitablyactuatesthepartwastingtime,appearstheinstructionpulsetopushthemotionlessfunctionalelementtheaspect.Thishasaffectedtheenginebedprocessingprecision,namelytheinstructionpulseandactualentersforthestepdoesnottally,hastheprocessingerrortherefore,thesplit-ringnumericalcontrolsystemallestablishesgenerallyhasthereversegaperrorcompensatoryfunction,withbymakesupwhichwastestimethestepreversegapdifferencecompensatesisfirstactualreverseentersfortheerror,convertsthepulseequivalentnumberit,compensatesthesubroutineasthegaptheoutput,whenthecomputerjudgmentappearswheninstructionforcountermotion,transfersthegaptocompensatethesubroutineimmediately,compensatesthepulseaftertheoutputtoeliminatethereversegaptocarryonagainnormallyinsertsmakesupthemovement.
2.oftenthevaluesystematiccharacteristicpositionerrorcompensates
Akindofstorehousebytransfersforthedesigner.Likethisinthecomponentsdesignstage,thedesigneronlymustinputthecharacteristictheparameter,thesystemdirectproductioncharacteristicexamplemodel:
Wemustsavetherelatedcharacteristicclassinthedatabasethestructureinformation,thedatabasetablecollectionareuseinsavingthispartofrelatedinformation.Accordingtothecharacteristictypedefinitionneed,wedefinedthecharacteristicclasscodetable,thecharacteristicclasseditioninformationhaveoutstandingshownthecharacteristictype;
Definedthecharacteristicclassstructureoutstandingtoreachthecharacteristicclassthestructure;
Andrelatesthroughthecomponentscharacteristicdispositiontableandthecomponentscharacteristiclevelinformation.Thecharacteristicleveldatasheetcollectionisthiscomponentsmodeldatabasedesigncore,hasrecordedcharacteristicexampleinformationandsoonmodeldesign,craft.Thecharacteristicstructuretablehasrecordedthecharacteristicgeometrystructure;
Thecharacteristicsizetable,thecharacteristicshapepositiontableoflimits,thecharacteristicsurfaceroughnesstablehasrecordedthecharacteristicprojectsemanticsquotation;
Thesizetable,theshapepositiontableoflimits,thesurfaceroughnesstablesavedallcomponentscharacteristicdatamessage.Inthecharacteristiclevel,usingcharacteristicID,geometryprincipallinkageandsoonessentialfactorID,sizeID,commondifferenceID,roughnessIDcarriesonthedataretrieval.WeapplythiscomponentsinformationmodeldatabaseunderthefactoryenvironmentsomemoduleCADintheAMintegrativesystem,hasrealizedCADandtheCAPPcharacteristicinformationsharingwell.Mainuseready-madeCAD/theCAMsoftware（Unigraphics1I）carriesontheproductdesignandtheNCprogramminginthissystem,andthroughcarriesontwotimesofdevelopmentsgainscomponentstothissoftwarethesizeinformation;
Atthesametimeusesthedialoguewindowwhichdevelopsvoluntarily,letsdesignthepersonneltoinputothercharacteristicinformationalternately,realizesthissoftwareandthesystemsharingdatabaseconnection.Whenassistancetechnologicaldesign,thetechnologicaldesignpersonnelthroughtheprocedureinquiryfunction,inquiresthecomponentsinformationfromthesharingdatabasewhichneeds,carriesontheinteractivetechnologicaldesign.ThushasfacilitatedtheCAPPcomponentsinformationacquisition,enhancedthetechnologicaldesignefficiency.WhencarriesontheNCprogrammingusingUG,mayfromthesharingdatabasegainthecraftandthemanufactureinformationwhichneeds,carriesonvariousworkingprocedurestheknifeaxledesignandtheprocessingsimulationestablishesanabsolutezerospotonthenumericalcontrolenginebed,theactualvariouscoordinateaxessyzygycompletelypositionerror,makesthecurveinordertodeterminedcompensatesthespot.Attemptsltoshowisanactualpositionerrorcurve,（error）carriesonthiscurvey-coordinatetakethepulseequivalentastheunitthedivision,makesthehorizontalline,eachhorizontallineandthecurvepointofintersectionnamelycompensatesthespotforthegoal.Chart1thecenter1to6o'
clockplacepositionerrorsfor,needstodoreducesthepulsetocompensate;
Butneedstocarryon6to9addsthepulsetocompensateinthecharttheshadowpartiallyfortocompensatethearea.Compensatestherangeofpointsthesetobecometheerror
Thecalibrationcorrectionsstoresthecomputer,whenworktablebyzerodisplacementinposition,installssendsouttheabsolutezeropointlocalizationsignalintheabsolutezeropointmicroswitch,latercomputerasnecessarywillsendoutthegoaltocompensatetocompensatethesignal,willcarryonthepositionerrortotheenginebedtocompensate.Thecosinegeneratorassignsslideguageinitiationsignalaelectricityandbystepoftransmission.
3.feedbackscompensatestheopen-loopcontrol
Chart2hasproducedthiskindofsystemschematicdiagram.Thissystemsurveystwopartsbytheopen-loopcontrolandtheinductionsynchromeshdirectpositiontobecomposed.Herepositionexaminationdoesnotserveasthepositionthefeedback,butiscompensatesthefeedbackasthepositionerror.Itscardinalprincipleis:
InstallstheinstructionpulsebytheenginebednumericalcontrolwhichCNCsendsout,ontheonehandthesuppliesopensystem,thecontrolstep-by-stepstheelectricalmachineryaccordingtotheinstructionrevolution,andthedirectdriveplatenmoves,constitutestheopen-loopcontrol;
Ontheotherhandthisinstructionpulsesuppliestheinductionsynchromeshthemeasurementsystem（namelydigitally,cosinegenerator）,aspositiondemandsignalaby.Theworkinthewarningwayinductionsynchromeshthistimenotonlyisthepositionsensor,alsoisthecomparator,itby,Thecosinegeneratorassignsslideguageinitiationsignalaelectricityandbystepoftransmission.
4.
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