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数控毕业论文结束语怎么写？
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数控毕业论文结束语该怎么写
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免费毕业论文--经济型数控卧式铣床电气控制系统(一)
题目：经济型数控卧式铣床电气控制系统
【摘要】本文介绍了经济型数控铣床的功能特性及技术指标，阐述了经济型数控铣床改造的工艺要点， 并对X62W铣宋改造进行了简要的电气系统设计， 提出了经济型数控系统是目前我国机械工业发展的方向。数控铣床是一种自动化铣床，数控技术是数控铣床研究的核心，是制造业
实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控铣床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使铣床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。
关键词：数控技术；X62W万能铣床；SINUMERIC802D数控系统
摘& 要………………………………………………………….(& )
第一章 绪 论
1.1 数控机床的概述………………………………………………………(& )
1.2 设计的目的与要求……………………………………………(& )
&第二章 铣床情况分析及总体方案的选择
2.1 X62W万能铣床情况分析控制说明…………………………………(& )
2.2 存在的问题……………………………………………………………(& )
2.3 电气控制元件的选用…………………………………………………(& )
2.4 铣床的主要改造部位说明……………………………………..(& )
第三章 步进电动机及其控制系统
3.1 概述……………………………………………………………………(& )
3.2 步进电动机的种类及特性……………………………………………(& )
3.3 步进电动机的选用……………………………………………………(& )
3.4 步进电动机的控制系统……………………………………….(& )
第四章 铣床的电气控制设计
4.1 数控装置的选择……………………………………………(& )
4.2 伺服系统的选择……………………………………………(& )
4.3电气系统设计……………………………………………….(& )
第五章 改进意见及总结
5.1改进意见……………………………………………………(& )
5.2本文总结……………………………………………………(& )
第六章 参考文献……………………………………………….(& )
&第一章 绪& 论
1.1 数控机床的概述
&数控机床和数控技术是微电子技术同传统机械技术相结合的产物，是一种技术密集型的产品和技术。它是根据机械加工工艺的要求，使电子计算机对整个加工过程进行信息处理与控制，实现生产过程自动化。较好地解决了复杂、精密、多品种、中小批量机械零件加工问题，是一种通用、灵活、高效能的自动化机床。同时，数控技术又是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化高新科技的重要组成部分。
&1.1.1数控系统发展简史及趋势
&1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。
&6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
&1．数控（NC）阶段（年）
&早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。
&2．计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）
&到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。
&到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。
&到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。
&总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。
&还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。
&1.1.2数控未来发展的趋势
&1继续向开放式、基于PC的第六代方向发展
&基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。
&2向高速化和高精度化发展
&这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。
&3向智能化方向发展
&随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。
&（1）应用自适应控制技术
&数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
&（2）引入专家系统指导加工
&将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。
&（3）引入故障诊断专家系统
&（4）智能化数字伺服驱动装置
&可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。
&1.1.3机床数控化改造的必要性
&1．微观看改造的必要性
&从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出
的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
&1.1可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
&由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
&1.2可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
&由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了"柔性自动化"。
&1.3加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要"修配"。
&1.4可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。
&1.5拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
&1.6由以上五条派生的好处。：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
&以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
&2．宏观看改造的必要性
&从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
1.2 课题的目的、设计要求
&1.2.1设计的目的
&1掌握数控机床的电气控制功能
&2掌握数控机床电气控制原理。
&3掌握机床电气设计方法
&毕业设计是培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到了很大的作用。&&& 它通过对机床数控系统设计总体方案的拟定，机床电气控制框图设计、电气元件的选择及电气控制原理图设计，使我们综合运用所学的机械.电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练。从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。
&1.2.2设计的要求
&&&& 一台普通铣床，利用数控装置进行数控化改造。要求机床采用经济型开环数控装置;
&& 1机床电气控制框图设计。
&& 2选择电气控制元器件。
&& 3电气控制原理图设计
&4安装调试说明。
&第二章& 铣床情况分析
　2.1 X62W万能铣床情况分析及控制说明
&X62W万能铣床是一种通用的多用途机床，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是一种较为精密的加工设备，它采用继电接触器电路实现电气控制。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。
&一、X62W万能铣床的主要结构及运动形式
&X62W型万能铣床的外形结构如图1所示，它主要由床身、主轴、刀杆、悬梁、工作台、回转盘、横溜板、升降台、底座等几部分组成。在床身的前面有垂直导轨，升降台可沿着它上下移动。在升降台上面的水平导轨上，装有可在平行主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可转动的回转盘，工作台就在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。工作台上有T形槽用来固定工件。这样，安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。
　　铣床主轴带动铣刀的旋转运动是主运动；铣床工作台的前后（横向）、左右（纵向）和上下（垂直）6个方向的运动是进给运动；铣床其他的运动，如工作台的旋转运动则属于辅助运动。
&该铣床共用3台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机M1、进给电动机M2和冷却泵电动机M3。X62W万能铣床的电路如图2所示，该线路分为主电路、控制电路和照明电路三部分。
&电气控制线路的工作原理如下：
1.工作分析
&主轴电动机M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，通过组合开关SA3来实现正反转；进给电动机M2通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器KM3、KM4来实现；冷却泵电动机M3供应切削液，且当M1启动后，用手动开关QS2控制；3台电动机共用熔断器FU1作短路保护，3台电动机分别用热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护
控制电路的电源由控制变压器TC输出110V电压供电。
　　⑴主轴电动机M1的控制
　　主轴电动机M1采用两地控制方式，SB1和SB2是两组启动按钮，SB5和SB6是两组停止按钮。KM1是主轴电动机M1的启动接触器，YC1是主轴制动用的电磁离合器，SQ1是主轴变速时瞬时点动的位置开关。
　　1）主轴电动机M1启动前，应首先选择好主轴的转速，然后合上电源开关QS1，再把主轴换向开关SA3扳到所需要的转向。按下启动按钮SB1（或SB2），接触器KM1线圈得电，KM1主触头和自锁触头闭合，主轴电动机M1启动运转，KM1常开辅助触头（9-10）闭合，为工作台进给电路提供了电源。按下停止按钮SB5（或SB6），SB5-1（或SB6-1）常闭触头分断，接触器KM1线圈失电，KM1触头复位，电动机M1断电惯性运转，SB5-2（或SB6-2）常开触头闭合，接通电磁离合器YC1，主轴电动机M1制动停转。
　　2)主轴换铣刀时将转换开关SA1扳向换刀位置，这时常开触头SA1-1闭合，电磁离合器YC1线圈得电，主轴处于制动状态以便换刀；同时常闭触头SA1-2断开，切断了控制电路，保证了人身安全。
　　3)主轴变速时，利用变速手柄与冲动位置开关SQ1，通过M1点动，使齿轮系统产生一次抖动，以便于齿轮顺利啮合，且变速前应先停车。
　　⑵进给电动机M2的控制
　　工作台的进给运动
在主轴启动后方可进行。工作台的进给可在3个坐标的6个方向运动，进给运动是通过两个操作手柄和机械联动机构控制相应的位置开关使进给电动机M2正转或反转来实现的，并且6个方向的运动是联锁的，不能同时接通。
　　1）当需要圆形工作台旋转时，将开关SA2扳到接通位置，这时触头SA2-1和SA2-3断开，触头SA2-2闭合，电流经10―13―14―15―20―19―17―18路径，使接触器KM3得电，电动机M2启动，通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动。转换开关SA2扳到断开位置，这时触头SA2-1和SA2-3闭合，触头SA2-2断开，以保证工作台在6个方向的进给运动，因为圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。
　　2）工作台的左右进给运动由左右进给操作手柄控制。操作手柄与位置开关SQ5和SQ6联动，有左、中、右三个位置，其控制关系见表1。当手柄扳向中间位置时，位置开关SQ5和SQ6均未被压合，进给控制电路处于断开状态；当手柄扳向左或右位置时，手柄压下位置开关SQ5或SQ6，使常闭触头SQ5-2或SQ6-2分断，常开触头SQ5-1或SQ6-1闭合，接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2正转或反转。由于在SQ5或SQ6被压合的同时，通过机械机构已将电动机M2的传动链与工作台下面的左右进给丝杠相搭合，所以电动机M2的正转或反转就拖动工作台向左或向右运动。
&表1&&&&&&&&&&&&&&& 工作台左右进给手柄位置及其控制关系
手柄位置&位置开关动作&接触器动作&电动机M2转向&传动链搭合丝杠&工作台运动方向&
左&SQ5&KＭ３&正转&左右进给丝杠&向左&
中&―&―&停止&―&停止&
右&SQ6&KＭ４&反转&左右进给丝杠&向右&
&工作台的上下和前后进给运动是由一个手柄控制的。该手柄与位置开关SQ3和SQ4联动，有上、下、前、后、中5个位置，其控制关系见表2。当手柄扳至中间位置时，位置开关SQ3和SQ4均未被压合，工作台无任何进给运动；当手柄扳至下或前位置时，手柄压下位置开关SQ3使常闭触头SQ3-2分断，常开触头SQ3-1闭合，接触器KM3得电动作，电动机M2正转，带动着工作台向下或向前运动；当手柄扳向上或后时，手柄压下位置开关SQ4，使常闭触头SQ4-2分断，常开触头SQ4-1闭合，接触器KM4得电动作，电动机M2反转，带动着工作台向上或向后运动。
　　当两个操作手柄被置定于某一进给方向后，只能压下四个位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6中的一个开关，接通电动机M2正转或反转电路，同时通过机械机构将电动机的传动链与三根丝杠（左右丝杠、上下丝杠、前后丝杠）中的一根（只能是一根）丝杠相搭合，拖动工作台沿选定的进给方向运动，而不会沿其他方向运动。
&表2&&&&&&&& 工作台上、下、中、前、后进给手柄位置及其控制关系
手柄位置&位置开关动作&接触器动作&电动机M2转向&传动链搭合丝杠&工作台运动方向&
反转&上下进给丝杠
上下进给丝杠
前后进给丝杠
前后进给丝杠&向上
&左右进给手柄与上下前后手柄实行了联锁控制，如当把左右进给手柄扳向左时，若又将另一个进给手柄扳到向下进给方向，则位置开关SQ5和SQ3均被压下，触头SQ5-2和SQ3-2均分断，断开了接触器KM3和KM4的通路，电动机M2只能停转，保证了操作安全。
&3）６个进给方向的快速移动是通过两个进给操作手柄和快速移动按钮配合实现的。安装好工件后，扳动进给操作手柄选定进给方向，按下快速移动按钮SB3或SB4（两地控制），接触器KM2得电，KM2常闭触头分断，电磁离合器YC2失电，将齿轮传动链与进给丝杠分离；KM2两对常开触头闭合，一对使电磁离合器YC3得电，将电动机M2与进给丝杠直接搭合；另一对使接触器KM3或KM4得电动作，电动机M2得电正转或反转，带动工作台沿选定的方向快速移动。由于工作台的快速移动采用的是点动控制，故松开SB3或SB4，快速移动停止。
&4）进给变速时与主轴变速时相同，利用变速盘与冲动位置开关SQ2使M1产生瞬时点动，齿轮系统顺利啮合。
&2.2．存在的问题&
& X62W型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点,
&这种老式铣床加工效率低、加工精度差已经快被市面淘汰了现在都已经 是自动化时代了这样的铣床影响切割工件的质量，制约着生产。
&2.3电气控制元件的选用
&利用微机对X62W型卧式铣床的纵、横向进给进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采步进电动机。改造后的机床能完成一般铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴等加工工艺，并能控制主轴开停变速、刀架转位及一些辅助功能，使加工实现自动化。在设计的过程中要求掌握数控机床的开环步进系统选用原则，数控改造的方法等。数控系统为经济型数控系统。
&图2-1为经济型数控系统的结构
&图 2-1 经济型数控系统结构
&按数控系统的功能水平,可以把数控系统分为高、中、低三档，低档数控系统即可认为是经济型数控系统。
&经济型数控系统一般分辩力和进给速度较低、联动轴数少、人机接口较简单。
一、开环数控系统的总体结构
&CNC数控系统由以下几个部分构成：
微机，通常包括中央微处理器、存储器、I/O接口等。
进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。
开关量控制及主轴控制，这部分涉及到M、T、S代码的执行。
人机接口和通信接口。
控制软件。
二、数控系统的功能
&802D系统的功能有：1、进给轴/主轴监控；2、连续路径加工，准确停方式；3、速度，设定值―实际值系统，闭环控制；4、手动操作及手轮运行；5、程序运行；6、补偿；7、端面轴；8、回参考点运行；9、主轴控制；10、输出给PLC的辅助功能；11、进给率；12、刀具
补偿；13、急停等功能。
三、元件的选用
&如果机床使用变频器作为主轴驱动单元，在设计电柜时应考虑采取必要的抗干扰的措施。变频器是很强的干扰源（主要是电源干扰和无线干扰）。如果可能，变频器可安装在独立的电柜内。当变频器和CNC必须安装在同一电柜内时，应按下列要求进行电柜布局：
变频器的电源进线和动力出线在电柜内的长度应尽可能短；
变频器的电源线和动力线应单独布线；
CNC的模拟量控制信号应屏蔽，屏蔽应在变频器端接地；
2.4 铣床的主要改造部位说明
&在主电动机端面加一电磁离合器，以便用指令控制主轴停转：把工作台的纵横向进给运动改造成用步进电动机来控制。垂直进给运动仍采用机动和手动方式。下面主要介绍横向进给系统的改造和数控系统的硬件设计。 1 横向进给系统设计&&& 在横向进给系统的改造中，拆掉了原机床的丝杠螺母机构，更换上用步进电动机和一对齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。 工作台重量的估算 纵向工作台约重100kg，床鞍和回转盘约重200kg，总重量G=100+200=300kg。 切削力计算 切削功率为 Nc=NhK (1) 式中：N――主电动机功率，7.5kW h――主传动系统总效率，一般为0. 6～0. 7，取0.6 K――进给系统功率系数，取0.96&&&& 根据式(1)可得：Nc=4.32kW。又因为Nc=FzV/6120，则Fz=6120Nc/V，V为切削线速度，取100mm/min，所以主切削力Fz=2.59kN。通常：纵向切削分力F纵=(0.6～0.9)Fz，垂直切削分力F垂=(0.45～0.7)Fz，横向切削分力F横=(0.5～0.55)Fz。取F纵=0.6Fz=1.55kN，F垂=0.45Fz=1.165kN，F横=0.5Fz=1.295kN。 滚珠丝杠设计&&& 工作台横向进给丝杠的轴向力 F轴=KF横+f'(F垂+W) (2) 式中：K――考虑颠覆力矩影响的实验系数，K=1.1 F横――横向切削分力f'――导轨上的摩擦系数，f'=0.15 W――工作台、床鞍和回转盘重力，W≈10G=3kN& 根据式(2)可得：F轴=2.049kN
&滚珠丝杠的转速：n=Vf/p，其中，进给速度Vf=60mm/min，滚珠丝杠的螺距p=6mm，则得：n=Vf/p=10r/min。取寿命时间T=15000h，则寿命值L1=60nT/106=9。取运转系数fw=1.2，硬度系数fH=1.1，则最大负载Q=(L)⅓1fwfHF轴=5.625kN。根据经验，选取滚珠丝杠的型号ND/E左，即内循环，双螺母垫片调隙式、公称直径为35mm、螺距为6mm、一圈二列、E级精度、左旋、滚珠直径为3.969mm。其额定动负荷为12.847kN&Q，其强度够用。 效率计算&&&& 由于所选滚珠丝杠的螺旋升角a=3°7'，摩擦角f=10'，则滚珠丝杠的传动效率h=tga/tg(a+f)=tg3°7'/tg(3°7'+10')=0.95。 纵向进给系统的设计与横向进给系统的设计类似，计算从略。2 步进电动机的选用& 横向步进电动机的选取 确定步距角取系统的脉冲当量dp=0.01mm/脉冲，选用步距角qb=0.75° 启动力矩的计算 丝杠牵引力 Fs=F横+1.414f当W (3) 式中f当――当量摩擦系数，f当=0.01 代入式(3)得 Fs=1.337kN设步进电动机等效负载力矩为M，负载力为F负，根据能量守恒原理，电动机所作的功与负载所作的功相等，即Mfh=F负L，则 M=F负L/hf (4)
又F负=Fs+&(W+F1)，数控装置发出一个脉冲后，工作台的位移量L为一个脉冲当量0.001cm，这时电动机转过的角度f=2pqb/360°，代入式(4)得 M=F负L/hf=360°dp[Fs+&(G+F1)]/2pqbh=167N?cm式中：&――机床导轨摩擦系数，取&=0.18 F1――与重力方向一致，作用在移动部件上的负载力，F1=F垂=1.165kN&&& 如果不考虑启动时的运动部件惯性的影响，则启动力矩Mq=M/0.3～0.5，取安全系数为0.3，Mq=556N?cm。对于工作方式为四相八拍的步进电动机，Mmax=Mq/0.707=786N?cm。 步进电动机的最高频率&&& 取横向进给速度最大为Vmax=1m/min，则步进电动机的最高频率为fmax=1000Vmax/(60×dp)=1667Hz。根据以上数据和经验，选用110BFG型步进电动机较合适，该电动机步距角为0.75°/1.5°，最大静转距为800N?cm，最高空载启动频率为1800Hz。齿轮设计(横向)&& 据步距角qb、滚珠丝杠螺距p、脉冲当量dp，则在步进电动机与滚珠?杠之间所加的一对齿轮的传动比为：I=Z1/Z2=dp×360°/(qb?p)=0.8，选Z1=48，Z2=60，根据经验，齿轮模数取1.5mm。3 数控系统硬件设计&& 所用数控系统是SINUMERIC802D数控系统是西门子公司推出的一款经济型数控系，主要由主控制系统和显示系统两部分组成。主控制系统用于控制键盘的输入和输出，工作台在X、Y方向上的超程，侧门关闭，查询，X和Y向步进电动机的相位及主轴正反转等。显示系统用于控制H716501液晶显示器。这两部分都采用了新型的单片机 GMS90C32作中央处理器，它可以与MCS-51系列单片机兼容，具有快速脉冲编程算法，采用了CMOS技术，最高工作频率可达40MHz(本设计采用18MHz)，有良好的性能价格比。
第三章& 步进电动机及其控制系统
&开环位置伺服系统亦叫步进式伺服系统，其驱动元件为步进电动机。功率步进电动机盛行于20世纪70年代，且控制系统的结构最简单，控制最容易，维修最方便，控制为全数字化（即数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出），这完全符合数字化控制技术的要求，数控系统与步进电动机的驱动控制电路结为一体。
随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其他硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性。而步进电动机的耗能太多，速度也不高。目前的步进电动机在脉冲当量为1um时，最高移动速度仅有2mm/min，并且功率越大，移动速度越低，故主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造中。
此系统与闭环系统相比，他没位置反馈回路和速度反馈回路，因而不需使用位置、速度测量装置以及复杂的控制调节回路，不仅降低了成本，而且与机床配接容易、控制使用方便。图为采用功率步进电动机的开环系统示意图
&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&& 开环步进伺服系统结构示意图
3.2、步进电动机的种类及特性
1 、步进电动机的种类
步进电动机是一种用电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器。其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成反比，通过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。如果停机后某些相的饶组仍保持通电状态，则还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会积累。
步进电动机的最大缺点在与其容易失步。特别是在大负载和速度叫高的情况下，失步就更容易发生。
但是，最近几年来发展起来的恒流斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动及其它们的综合运用，使得步进见动机的高频出力得到很大的提到，低频震荡得到显著改善，特别是在随着智能微步驱动技术的发展，必将步进电动机的性能提高到一个新的水平。它将以极佳的性能价格比，获得更为广泛的应用，字许多领域将取代直流伺服电动机及相应的伺服系统。
目前，步进电动机主要用于经济型数控机床的进给驱动。一般采用开环的控制结构。也有的采用的是步进电动机驱动的数控机床同时采用了位置检测元件，构成了反馈补偿型的驱动控制结构。
步进电动机按其输出扭距的大小，可分为快速步进电动机和功率步进电动机；按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相；按其工作原理可分为磁电式和反应式两大类。
2、步进电动机的主要特性
1）步距角& a& 每输入一电脉冲信号，步进电动机的转子所转过的角度成为步距角。步进电动机步距角可按下式来 计算
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& a =& 360/mkz
式中&&& m -----步进电动机的相数
&&&&&&& z------步进电动机转子的齿数
&&&&&&& k-------与通电方式有关的系数。当通电方式为单拍时，k =1;& 双拍时， k =2..
2)静态步距角误差Δa&&&& 空载时，以单脉冲输入，步进电动机实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差。它随步进电动机的制造精度而变化。
3）最大静转距Tmax&&&& 当步进电动机不改变通电状态转子不动时，在轴上加一负载转距，定子与转子就有一个角位移，使转子刚刚离开平衡位置的极限转距称为最大静转距，用T max表示。静转距越大，电动机所能承受的外加转距也越大，一般产品技术规格中给出的最大静转距是指在额定电流及规定的通电方式下的静转距。
设有三相步进电动机，其一转距特性如下图。则A相和B相的矩─-角特性交点的纵坐标Tq称为起动转矩。它表示步进电动机单相励磁时所能带动的极限负载转矩。
当电动机所带负载Tl&Tq时，A相通电，工作点在m点。在次点Ta =Tl, 励磁电流从A切换到B相，而转子在m点位置时，B相励磁绕组产生的电磁转矩是TB&TA,转子旋转。前进到n 点时，TB =TL，转子到达新的平衡位置。显然，负载转矩TL不可大于A 、B两相交点的转矩Tq,否则转子无法转动，产生“失步”现象。不同相数的步进电动机的起动转矩不同，通过计算可得下表的结果
&&&&&&&&&&
& A&&&&&&& B&&&&&&&& C
&步进电动机的最大负载能力
4．3 工作原理
& 由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专用设备-步进电机控制驱动器，控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几十千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列。环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输人端，以驱动步进电机的转动。环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环分器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称为硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大.以达到驱动步进电机目的。
3.3 步进电动机的选用
合理的选用步进电动机是相当重要的，通常是希望步进电动机的输出 转距大，起动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转距与快速运行存在一定的矛盾，高兴能与低成本存在矛盾，因此在实际 选用时，必须全面考虑。
首先，应考虑系统的精度和速度的要求。为了提高精度，希望脉冲当量小。但是脉冲当量越小，系统的运行速度就越低。故应兼顾精度与速度的要求来选择系统的脉冲当量。在脉冲当量确定以后，又可以以次为依据来选择步进电动机的步距和传动机构的传动比。
步进电动机的步距角从理论上讲是固定的，但实际上是有误差的。另外，负载转距也将引起步进电动机的定位误差。我们应将步进电动机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全部考虑在内，使总的误差小于数控机床允许的误差。
&步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。&&&&步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。&&&&选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。&&&&选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。&nbsp
;&&&选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。&选择步进电机需要进行以下计算：&（1）计算齿轮的减速比&根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:&i=(φ.S)/(360.Δ)&(1-1)&式中φ&---步进电机的步距角（o/脉冲）&S&---丝杆螺距（mm)&Δ---(mm/脉冲）&（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。&Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]&（1-2）&式中Jt&---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)&J1、J2&---齿轮惯量(Kg.cm.s2)&Js&----丝杆惯量(Kg.cm.s2)&W---工作台重量（N）&S&---丝杆螺距（cm）&（3）计算电机输出的总力矩M&M=Ma+Mf+Mt&（1-3）&Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2&（1-4）&式中Ma&---电机启动加速力矩（N.m)&Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)&n---电机所需达到的转速（r/min）&T---电机升速时间（s）&Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2&（1-5）&Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)&u---摩擦系数&η---传递效率&Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2&（1-6）&Mt---切削力折算至电机力?（N.m)&Pt---最大切削力（N）&（4）负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为&fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)]&1/2&（1-7）&式中fq---带载起动频率（Hz）&fq0---空载起动频率&Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m)&若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.&（5）运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率&时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。&（6）负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大 于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于（0.2&～0.4)Mmax.
3.4步进电动机的控制系统
&步进电动机由于采用脉冲方式工作，并且各项需按一定的规律分配脉冲，因此，在步进电动机控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉冲产生逻辑。而脉冲的多少需要根据控制对象的运行轨迹计算得到，因此还需要插补运算器。数控机床所用的功率步进电动机要求控制驱动系统必须有足够的驱动功率，所以还要求有功率驱动部分。为了保证步进电动机不失步地起停，要求控制系统具有升降控制环节。除了上述各环节之外，还有和键盘、纸带阅读机、显示器等输入、输出设备的接口电路及其他附属环节。在闭环控制系统中，还有检测元件的接口电路。在早期的数控系统中，上述各环节都是由硬件系统完成的。但目前的机床数控系统，由于都采用了小型和微型计算机控制，上述很多的控制环节，如升降速控制、脉冲的分配、脉冲的产生、插补运算等都可以有计算机完成，使步进电动机控制系统的硬件电路大为简化。图3-1为计算机控制步进电动机的控制系统框图
&系统中的键盘用于向计算机输入和编辑控制代码程序，输入的代码由计算机解释。显示器用于显示控制对象的运动坐标值、故障报警、工作状态及编程代码等各种信息。存储器用来存放监控程序、解释程序、插补运算程序、故障诊断程序，脉冲分配程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等。功率放大器用以对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电动机带动负载运行。
计算机控制系统中，除了上述环节以外，还有各种控制按键及其接口电路（如急停控制、手动输入控制、行程开关接口等）和继电器、电磁阀控制接口等。在复杂的CNC系统中，还可能有纸带阅读机接口、纸带穿孔机接口、位置检测元件输入接口、位置编码器及接口等。
CNC系统由于硬件电路大为简化，使其可靠性大大提高，而且使用灵活方便。但由于很多的功能由软件来实现，所以对计算机字长和运算速度有一定的要求。目前，由于微型计算机运算速度的提高（如MCS―51系列单片机主频可达12MH z，执行一条单字节指令只需1us），因此，在机床的简易数控中，采用8位MCS―51单片机以能满足要求。但在多坐标（如4坐标、5坐标等）控制系统及连续轮廓控制系统中，8位MPU 的速度仍显得不够，这时可采用如下方法：
选用高速16位（intei\z8000及MCS-8098系列单片机）和32位微处理器。
适当配置一些如脉冲分配器和细插补运算器等硬件电路，以减轻MPU的负担。
采用多处理器结构。各种任务可分别由不同的微处理器来完成。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图表3-1步进电动机的CNC系统框图
&第四章 铣床的电气控制设计
&电气改造设计前，要进行充分的技术准备，因为新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此设计前应熟悉技术数据，包括数控系统、伺服系统等操作手册、安装调试手册、编程手册等。要对上述数据进行消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。选择较为先进的专用火焰切割数控装置，稳定可靠的伺服系统，开发编写PLC软件控制程序等。
4.1数控装置的选择
1 数控系统的选择
&SINUMERIC802D数控系统是西门子公司推出的一款经济型数控系统，包括面板控制单元（PCU）、键盘、机床控制面板（MCP），SIMODRIVE模块式驱动系统、带编码器的1FK7伺服电机、I/O模块PP72/48、电子手轮等。
&其中具有免维护性能的面板控制单元（PCU）是整个系统的核心，具有CNC，PLC，人机界面、通讯等功能。802D最多可控制4个数字进给轴和一个主轴，其中主轴既有数字接口，也可通过模拟接口控制。
&SIMODRIVE模块式驱动系统由电源馈人模块、功率模块、611UE插件构成，可根据机床的实际情况对各个轴分别进行配置。输入输出模块PP72/48提供72位数字输入和48位数字输出，一个系统中最多可配置两块PP72/48。PCU、SIMODRIVE611UE，PP72/48均有PROFIBUS接口，可通过PROFIBUS电缆将他们连接起来，构成PROFIBUS总线系统，其中PCU为主设备，PP72/48，611UE为从设备，主、从设备均有自己独立的PROFIBUS总线地址。SINUMER-IC802D使用的PLC编程工具STEP7-Micro/WIN32。
　　1.具有免维护性能的SINUMERIK 802D，其核心部件 - PCU（面板控制单元）将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。可靠性高、易于安装。 　　2.SINUMERIK802D可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。通过生产现场总线PROFIBUS将驱动器、输入输出模块连接起来。 　　3.模块化的驱动装置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服电机，为机床提供了全数字化的动力。通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行动态优化。 4.SINUMERIK802D集成了内置PLC系统，对机床进行逻辑控制。采用标准的PLC的编程语言Micro/WIN进行控制逻辑设计。并且随机提供标准的PLC子程序库和实例程序，简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。
　　CNC功能： 　　1.控制车床、钻铣床 　　2.可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴 　　3.三轴联动，具有直线插补、平面圆弧插补、螺旋线插补、空间圆弧（CIP）插补等控制方式 　　4.螺纹加工、变距螺纹加工 　　5.旋转轴控制 　　6.端面和柱面坐标转换（C轴功能） 　　7.前馈控制、加速度突变限制 　　8.程序预读可达35段 　　9.刀具寿命监控 　　10.主轴准停，刚性攻丝、恒线速切削 　　11.FRAME功能（坐标的平移、旋转、镜象、缩放）
　　操作单元： 　　1.单色10.4" TFT显示器，彩色为选件 　　2.全功能数控键盘具有水平安装方式，和垂直安装方式 　　3.标准机床控制面板（选件） 　　4.三个手轮接口 　　5.RS232串行接口 　　6.生产现场总线接口 　　7.标准键盘接口 　　8.PC卡插槽（用于数据备份和批量生产）
　　操作与显示： 　　1.带有8个水平软键和8个垂直软键的直观操作 　　2.对刀及刀具测量，工件坐标系测量，基本坐标偏移 　　3.MDA方式端面加工 　　4.程序段搜索运行 　　5.坐标轴锁定、快速空运行 　　6.后台编程 　　7.加工外部程序（通过串行接口） 　　8.示波器、袖珍计算器、和工件计数器 　　9.两种语言在线切换 　　10.16种语言可选择安装 　　11.在线公英制切换 　　12.机床坐标系、工件坐标系、和相对坐标系显示 　　13.加工轨迹实时显示（可辨认快速和加工轨迹） 　　14.在线帮助 　　15.有效G功能和M功能显示 　　16.坐标位置、余程以及各轴速度显示
　　零件编程： 　　1.标准G代码编程（DIN66025）和西门子高级语言编程 　　2.ISO标准编程 　　3.车削、铣削工艺循环编程 　　4.蓝图编程 　　5.极坐标编程 　　6.程序存储器容量达340K字节
　　PLC： 　　1.采用标准的S7-200编程语言 Micro/WIN 　　2.梯图编程 　　3.梯图在线显示
　4.PLC远程诊断 　　5.完全汉化的PLC编程工具随机提供 　　6.随机提供PLC子程序和用于车床铣床的PLC应用程序实例 　　7.PLC的处理速度是6000步/24毫秒 　　8.40个定时器，32个计数器 　　9.数字输入输出为144 / 96
4.2伺服系统的选择
&伺服驱动系统是西门子802D数控系统和铣床之间的中间环节。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。
&铣床机通过数控系统发出的控制信息，经过伺服驱动系统的放大，驱动伺服电动机，控制割炬运动并完成切割任务。
&1. SIEMENS伺服电动机
SIEMENS伺服电动机有同步伺服电动机1FK6/1FT6系列。&&& 1FK6伺服电动机是标准伺服电动机，无法兰联接的永磁同步电动机。自然冷却，防护等级IP64。 功率0.5~5.2KW转矩0.8~16.5NM&&&& 1FT6伺服电动机是永磁同步电动机。防护等级IP64 自然冷却 0.5~15.5KW，0.8~88NM。 强迫通风 6.9~34.6kW，17~160NM。 水冷却11~27.6kW, 17~78NM.
&1.& 1Fk6/1FT6同步伺服电动机特点: 1FK6/1FT6是三相稀土永磁同步电动机。&& ⑴高静态转矩，大过载能力，可以很快加速。 Mmcx=1.6~3.0Me(额定力矩)。&& ⑵动态响应品质优良。 可以上升时间短,到达预期位置没有超调&& ⑶具有很精确的位置分辨率 一般情况下, 1FK6用于小功率范围(≤5.2kW) 1FT6用于较大功率范围(≤27.6kW)
4.3．电气系统设计
1. IY0接口电路的设计
IYO口的X2003、&[2004、X2005接口电路
图2中，S1～S9为硬件限位和回参考点减速用的接近开关(PNP型常开，即24VDC电平输出)，I 1．1接驱动器的RDY信号。为此，PLC参数应作如下设定：针对10和I1输入使能定义MD14512[0]&[1]=FFF3；针对10和I1口输入逻辑定义MD14512[2]&[3]=0003。输出口使能定义MD14512[4]&[5]=6F00；输出逻辑定义
MD1451216]＆[7]=0000。
2.主控电路的设计
主控电路完成主轴电动机正、反转，制动；冷动泵、润滑泵和液压泵的电动机启停控制。润滑的问隔时问可由MD14510 E3]&[4]设定。图3中，
Yc为主轴制动用的电磁离合器。主轴电动机停止时，接通电磁离合器，机械抱闸。制动时间可通过MD14510[2]参数设定
&第五章&& 改进意见及总结
&5．1、改进意见
&在本次的毕业设计中，通过对普通铣床的数控化改造,我认为普通铣床的数控 化改造应遵循以下步骤：
1．改造方案的确定
&改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括：
&1.1机械修理与电气改造相结合，
&一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。
&1.2先易后难、先局部后全局
&确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏
p;最后，我还要深深地感谢默默支持本人完成学业的父母及亲友，感谢他们为我所做出的无私奉献和巨大支持！
&谨向所有在本文的完成中给予过我关怀和帮助而在此无法一一提及的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意！
第六章 参考文献
（1）机床数控技术基础&&&&&&&&&& 机械工业出版社& 主编&&& 王侃夫
（2）数控技术&&&&&&&&&&&&&&&&&& 机械工业出版社& 主编&&& 彭晓楠
（3）数控机床及其应用&&&&&& 机械工业出版社& 主编&&& 李善术
（4）现代数控机床伺服系统及检测技术& 国防工业出版社&& 主编&& 白恩远
（5）数控机床应用与维修&&&&&&&& 电子工业出版社& 主编&&& 曹琰．
（6）伺服系统与机床电气控制&&&& 机械工业出版社& 主编&&& 李清新
（7）半导体器件手册--博才网
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