前言1
第1章概论2
1.1 数控机床的产生及发展2
1.2 数控机床的组成及分类2
1.3 数控机床的特点及应用范围4
第2章设计主要参数及基本思想5
2.1 课题要求5
2.2 设计原则5
2.3 总结构设计5
第3章立式数控铣床的设计和计算8
3.1主传动系统的设计8
3.2 主轴系统计算11
3.3 进给伺服系统的设计13
3.4 进给传动的计算15
第4章微机控制系统的设计25
4.1 微机控制系统组成及特点25
4.2 微机控制系统设备介绍25
4.3 程序部分29
致谢33
参考文献34
毕业设计是在原有普通铣床的基础上,对其进行改造,成为三坐标数控铣床。

该机床能通过三轴联动，实现曲线直线等不同的加工路线。

所设计的三坐标数控铣床，三个坐标方向的移动均由步进电机带动，主轴电机采用交流电机，所有电机均由单片机进行控制。

设计主要对数控铣床的机构进行设计，了解单片机的工作原理，主要有以下几个方面：X、Y,Z工作台的传动机构设计，主要是滚珠丝杠的运用；机床整体结构的设计，了解优缺点，充分考虑主要矛盾，择优选取；单片机控制系统的设计，进一步熟悉其应用。

在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对普通铣床的数控化改造进行了分析和设计，通过对普通铣床的数控化改造，提高了普通铣床的加工能力和加工范围，节省了直接购买机床的部分资金，具有很好的经济效益。

[关键词] 铣床, 数控, 改造, 三坐标数控铣床毕业设计论文
数控立式铣床工作台滑鞍结构设计
第一章概述
•现在，随着社会和科学技术的发展，机械产品的日趋精密复杂，且需频繁改型。

普通机床已不能适应这些需求。

数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，它的机械结构随着电子控制技术在铣床上的普及应用，以及对铣床性能提出的技术要求，而逐步发展变化。

数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要2～5坐标联动的各表面轮廓和立体轮廓。

•数控铣床机械结构的主要特点，
•（1）高刚度和高抗震性铣床刚度反映了铣床结构抵抗变形的能力。

为了满足数控铣床高速度、高精度、
•高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通机床相比，数控铣床应有更高的静、动刚度，更好的抗震性。

•（2）减少铣床热变形的影响铣床热变形是影响铣床加工精度的主要影响因素之一。

由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，在切削过程中产生大量的热，从而发生热变形，严重影响了加工精度。

•（3）传动系统机械结构简化数控铣床的主轴和进给驱动系统主要是用交流、直流电动机和伺服电机驱动，因为他们调速范围大，并可无极调速，这样使传统大为简化，箱体结构简单。

•（4）高传动效率和无间隙传动装置数控铣床在高进给速度下，工作要求平稳，有高定位精度。

因此，对进给系统中的机械传动装置和元件要有高寿明、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。

•（5）低摩擦因数的导轨要求导轨在高速进给时不振动，低速时不爬行，具有很高的灵敏度，耐磨性要高，精度保持性要好。

•数控铣床主要机械部件包括底座、滑鞍、工作台、立柱、主轴箱箱体等,它们的刚度等影响着数控机床的几何精度和加工精度,所以对数控铣床工作台，滑鞍设计对我认识机床有重要的意义。

第二章导轨的选择
第二章导轨的选择
•导轨的截面与组合如下图所示：
矩形三角形燕尾形圆形
矩形三角形燕尾形圆形
•滚动导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚动
体，使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦。

•当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上经过淬硬并精密磨削加工而成的四条滚道滚动；在滑块端部，钢球通过反向器反向，进入回珠孔后再返回到滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。

反向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。

反向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑
末进入滑块内部。

滚珠导轨：
•导轨的选择原则：
•一、求较大刚度和承载能力时，采用矩形导轨；中、小型卧式车床床身是由三角形和矩形导轨的组合；而重型车床上则采用双矩形导轨、以提高承裁能力；
•二、要求导向精度高的机床采用三角形导轨。

能自动补偿间隙、导向性好；•三、矩形导轨和圆形导轨工艺性好；三角形导轨和燕尾形导轨工艺性差；
•四、要求结构紧凑、高度小、调整方便的机床采用燕尾形导轨。

•所以，根据导向精度、刚度、承载能力和制造工艺性等综合考虑，该数控立式铣床采用矩形滚动导轨作为机床的导轨方案一。

•经计算校核GGB45AA型滚动导轨符合要求
第三章滚珠丝杆螺母副的计算和选型
•为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小其摩擦力,选用了，滚珠丝杆螺母副。

滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运
动转换为直线运动常用的传动装置。

它以滚珠的滚动代替丝
杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能
滚珠丝杠螺母副的结构原理图
•组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。

•工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。

而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。

回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。

•珠丝杆螺母副所承受的主要是轴向载荷。

它的径向载荷主要是卧式丝杆的自重。

安装时，要保证螺母座的孔与工作螺母之间的良好配合，并保证孔与端面的垂直度等。

这时主要是根据载荷的大小和方向选择轴承。

第四章滚珠丝杠支承轴承的设计计算
•滚珠丝杆螺母副的支承形式与传动系统的结构、刚度
密切相关。

合理选择支承形式、轴承形式；合理布置
加强筋；加大螺母座的接触面积；保证安装部位加工
精度等都是提高传动系统刚度的重要措施。

•常用的滚珠丝杆螺母副的支承形式有以下几种：
•一端固定、一端自由的支承方式（F-O方式），这种
安装方式仅在一端装可以承受双向轴向载荷与径向载
荷的推力角接触球轴承或滚针／推力圆柱滚子轴承，
并进行轴向预紧；另一端完全自由，不做支撑。

这种
支承方式结构简单，但承载能力较小，总刚度较低，
且随着螺母位置的变化刚度变化较大。

通常适用于丝
杆长度、行程不长的情况。

图a
•一端固定、一端游动的支承方式（F-S方式），这种安装方式在一端装可以承受双向轴向载荷与径向载荷的推力角接触球轴承或推力滚针/圆柱滚子轴承，另一端装深沟球轴承，仅作径向支撑，轴向游动。

与G-Z方式相比，提高了临界转速的抗弯强度，可以防止丝杆高速旋转时的弯曲变形，其他方面与G-Z方式相似。

可以适用丝杆长度，行程较长的情况。

图b
•两端固定的方式（F-F方式），这种安装方式在两端都装可以承受双向轴向载荷和径向载荷的推力角接触球轴承或推力滚针轴承，丝杆两端采用双重支承，并进行预紧，
提高了刚度。

这种结构方式可使丝杆的热变形转化为轴承的预紧力，但设计时要注意提高轴承的承载能力和支承刚度图c
•综合考虑以上滚珠丝杆螺母副的结构特点，本机床选用一端固定、一端自由的支承形式（G-Z方式）
第五章联轴器和伺服电机的选择
•为有效避免了传动中的传动误差，采用了小惯量，高转
速电机直接驱动滚珠丝杠传动的形式。

•根据转动惯量和所需转动力矩的计算选取合适的联轴器.
•伺服电机是根据负载条件来选取的。

加在电机轴上的负
载主要有两种:负载扭矩和负载惯量,其中负载扭矩包括
切削扭矩和摩擦扭矩。

负载扭矩应小于所选择电机的额
定扭矩,负载扭矩与加速扭矩之和应等于所选择电机的
最大扭矩。

加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量的匹配,同时
还应考虑连续过载时间在所选电机的允许范围内,负载
快速运动时所需的电机转速应在电机的最高转速之内
•通过这次毕业设计，加深了我对铣床的认识，让我认识到自己的理论基础和实践经验不足，因此本次设计有不少的不足之处，在以后的工作中，我一定吸取此次的经验。