x5036立式铣床的数控化改造(附件)
摘 要现代化生产要求我们必须提高机械的生产效率，以便节约对资源的浪费，经过考察研究，决定通过设计对X5036这一种普通立式铣床进行数控化改造来完成这项工作。重点对这种普通立式铣床的机械系统和控制系统进行局部的改造。根据机械部分改造要求，不改变铣床原有的机械结构，通过改变传动系统，把普通丝杠换成滚珠丝杠来提高传动精度，驱动部分该换成使用步进电机，为了配合滚珠丝杠还必须安装减速齿轮。控制部分必须要达到精准控制机械部分和断电保护机床的要求，控制系统本身的稳定性也不容忽视。PLC控制系统具有可靠性高、容易操作、灵活性高、功能完善、体积较小、能耗低等优点，所以选择可编程控制器PLC作为控制电气部分的元件。经过改造后的铣床既具备了良好的可靠性和精度，可以为各企业大大降低人工成本和提高生产效率，达到对各种资源的节约。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 机床数控技术概述 1
1.2 数控化改造现状和意义 1
1.3 课题研究的内容 2
第二章 X5036铣床数控化改造方案设计 3
2.1 X5036铣床改造的内容 3
2.2 总体方案设计的确定 3
第三章 机械结构的改造设计 6
3.1传动改造 6
3.2 主传动系统的参数计算 7
3.3 滚珠丝杠螺母副的设计 8
3.4 伺服驱动系统设计 10
第四章 控制系统的改造设计 14
4.1 铣床改造前电路分析 14
4.2 PLC简介和选择 16
4.3 低压电器的选择 17
4.4 输入输出口的确定 18
4.5 PLC硬接线图 19
4.6 PLC梯形图设计 20
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 机床数控技术概述
数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。在现代机械制造领域中，数控技术已成为核心技术之一，是实现柔性制造、计算机集成制造、工厂自动化的重要基
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础技术之一。其水平的高低和数控机床拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。自从数控技术出现以来，随着电子器件、计算机、传感与检测、机械制造等各方面技术的不断进步，以电子信息技术为基础，集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代化控制技术、传感检测技术、信息处理技术、液压气动技术、光电技术于一体的控制技术得到迅速的发展和广泛应用。
一般数控技术通常是应用于数控车床、数控铣床、数控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系统是非常重要的。
柔性高
自动化程度高
加工精度高、质量稳定
生产效率较高
具有刀具寿命管理功能
具有通信功能
1.2 数控化改造现状和意义
随着科学技术的不断发展，社会对各种产品的质量和生产效率提出了更高要求。产品加工过程的自动化是实现高质量、高效率的重要措施。各类生产企业大多采用自动机床、组合机床和自动生产线，从而保证产品质量，提高生产效率和减轻操作者的劳动强度。但是，在产品加工中，小批量生产的零件约占机加工总量的80％以上。对这些多品种、小批量、形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度高的自动机床和自动生产线就很不合适。传统的自动化生产线难以适应小批量、多品种生产要求。因此，我们需要一种可以改变现状的加工生产方式。
改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成了一定规模和市场。由于机床技术的不断进步，机床改造就变成了一个很热门的课题。国内近几年才有较多的用户使用数控机床，机床改造在中国还处于起步阶段。在改造过程中我们也必须要根据我国的生产现状做出适应我们自己国家的数控机床。
从长远来看，在全球实现真正全机械化之前，机床改造这门行业是很有潜力的，前途也是十分广阔的。
1.3 课题研究的内容
考虑到经济成本和技术难度，决定对X5036立式铣床的机械系统和控制系统进行局部改造。要求在了解铣床工作原理的基础上，对铣床进行数控化改造，使其能实现自动控制：
1、不改变原有铣床的机械结构；
2、具备原功能，对机床和生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；
3、在普通机床上加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；
让改造后的铣床能够实行工作台开环控制的急停和点动以及限位报警，可及时并准确的控制主轴正反转；提高该铣床的自动化程度，提高加工精度和准确度，减少人工成本和维修成本。
1．对铣床运行工作情况进行调查，确定该普通铣床的精度和损坏情况，来确定改造流程和进行成本的分析，还需要分析改造前后机床性能的差异。
2．对机械部件测绘设计，用合适的交流电动机精确对主轴进行控制。
3．控制系统的分析选用，步进电机的选用。
第二章 X5036铣床数控化改造方案设计
2.1 X5036铣床改造的内容
在此次机床数控化改造过程中，最重要的工作就是对机械系统和控制系统的改造方案设计。数控机床的机械传动系统各项性能在传送精度、定位精度、稳定性、响应速度等都明显优于普通机床。控制系统部分设计则要求可以准确的控制机床主轴和传动方面的启停，必须要达到相应迅速、稳定、最好可以实现顺序控制和急停功能以应付突发状况。大体上不改变原有铣床的机械结构，改变机床的进给系统，将进给驱动系统的交流电机换成步进电机。
机械系统一般由传动丝杠、齿轮、皮带、等传动部件和主轴箱以及各种辅助部件组成。控制系统一般由PLC控制连接机床控制按钮的继电器、转换开关等组成。
2.2 总体方案设计的确定
通过查阅资料，对X5036立式铣床有了一定的了解，按照铣床改造的要求，来确定总体改造的方案。着重从机械部分和数控系统部分方面进行论述，其中包括机床技术规格、机床主轴系统、机床进给系统、机床冷却、润滑系统等，选择和设计合理的方法。
铣床的基本规格
铣床技术规则见下表所示
表 21 X5036铣床技术规格
主轴孔锥度
7；24ISO50
主轴端面至工作台距离（mm）
60440
主轴中心线到床身垂直导轨面距离（mm）
360
主轴转速范围（r.p.m）
601700
工作台工作面尺寸（mm）
1500×360
工作台行程（mm）（纵向/横向/垂向）
1000/320/400
工作台纵、横向机动进给速度（mm/min）
目 录
第一章 绪论 1
1.1 机床数控技术概述 1
1.2 数控化改造现状和意义 1
1.3 课题研究的内容 2
第二章 X5036铣床数控化改造方案设计 3
2.1 X5036铣床改造的内容 3
2.2 总体方案设计的确定 3
第三章 机械结构的改造设计 6
3.1传动改造 6
3.2 主传动系统的参数计算 7
3.3 滚珠丝杠螺母副的设计 8
3.4 伺服驱动系统设计 10
第四章 控制系统的改造设计 14
4.1 铣床改造前电路分析 14
4.2 PLC简介和选择 16
4.3 低压电器的选择 17
4.4 输入输出口的确定 18
4.5 PLC硬接线图 19
4.6 PLC梯形图设计 20
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 机床数控技术概述
数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。在现代机械制造领域中，数控技术已成为核心技术之一，是实现柔性制造、计算机集成制造、工厂自动化的重要基
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础技术之一。其水平的高低和数控机床拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。自从数控技术出现以来，随着电子器件、计算机、传感与检测、机械制造等各方面技术的不断进步，以电子信息技术为基础，集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代化控制技术、传感检测技术、信息处理技术、液压气动技术、光电技术于一体的控制技术得到迅速的发展和广泛应用。
一般数控技术通常是应用于数控车床、数控铣床、数控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系统是非常重要的。
柔性高
自动化程度高
加工精度高、质量稳定
生产效率较高
具有刀具寿命管理功能
具有通信功能
1.2 数控化改造现状和意义
随着科学技术的不断发展，社会对各种产品的质量和生产效率提出了更高要求。产品加工过程的自动化是实现高质量、高效率的重要措施。各类生产企业大多采用自动机床、组合机床和自动生产线，从而保证产品质量，提高生产效率和减轻操作者的劳动强度。但是，在产品加工中，小批量生产的零件约占机加工总量的80％以上。对这些多品种、小批量、形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度高的自动机床和自动生产线就很不合适。传统的自动化生产线难以适应小批量、多品种生产要求。因此，我们需要一种可以改变现状的加工生产方式。
改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成了一定规模和市场。由于机床技术的不断进步，机床改造就变成了一个很热门的课题。国内近几年才有较多的用户使用数控机床，机床改造在中国还处于起步阶段。在改造过程中我们也必须要根据我国的生产现状做出适应我们自己国家的数控机床。
从长远来看，在全球实现真正全机械化之前，机床改造这门行业是很有潜力的，前途也是十分广阔的。
1.3 课题研究的内容
考虑到经济成本和技术难度，决定对X5036立式铣床的机械系统和控制系统进行局部改造。要求在了解铣床工作原理的基础上，对铣床进行数控化改造，使其能实现自动控制：
1、不改变原有铣床的机械结构；
2、具备原功能，对机床和生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；
3、在普通机床上加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；
让改造后的铣床能够实行工作台开环控制的急停和点动以及限位报警，可及时并准确的控制主轴正反转；提高该铣床的自动化程度，提高加工精度和准确度，减少人工成本和维修成本。
1．对铣床运行工作情况进行调查，确定该普通铣床的精度和损坏情况，来确定改造流程和进行成本的分析，还需要分析改造前后机床性能的差异。
2．对机械部件测绘设计，用合适的交流电动机精确对主轴进行控制。
3．控制系统的分析选用，步进电机的选用。
第二章 X5036铣床数控化改造方案设计
2.1 X5036铣床改造的内容
在此次机床数控化改造过程中，最重要的工作就是对机械系统和控制系统的改造方案设计。数控机床的机械传动系统各项性能在传送精度、定位精度、稳定性、响应速度等都明显优于普通机床。控制系统部分设计则要求可以准确的控制机床主轴和传动方面的启停，必须要达到相应迅速、稳定、最好可以实现顺序控制和急停功能以应付突发状况。大体上不改变原有铣床的机械结构，改变机床的进给系统，将进给驱动系统的交流电机换成步进电机。
机械系统一般由传动丝杠、齿轮、皮带、等传动部件和主轴箱以及各种辅助部件组成。控制系统一般由PLC控制连接机床控制按钮的继电器、转换开关等组成。
2.2 总体方案设计的确定
通过查阅资料，对X5036立式铣床有了一定的了解，按照铣床改造的要求，来确定总体改造的方案。着重从机械部分和数控系统部分方面进行论述，其中包括机床技术规格、机床主轴系统、机床进给系统、机床冷却、润滑系统等，选择和设计合理的方法。
铣床的基本规格
铣床技术规则见下表所示
表 21 X5036铣床技术规格
主轴孔锥度
7；24ISO50
主轴端面至工作台距离（mm）
60440
主轴中心线到床身垂直导轨面距离（mm）
360
主轴转速范围（r.p.m）
601700
工作台工作面尺寸（mm）
1500×360
工作台行程（mm）（纵向/横向/垂向）
1000/320/400
工作台纵、横向机动进给速度（mm/min）
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