数控部分采用MCS-51系列的8031单片机实现对整个系统的主控制。用8031外接3片2764（E-PROM）,一片6264（RAM）及一片8255（扩展IO），一片8155芯片，扩展成一个较简单的微机控制系统。2764用作程序存储器，6264用来扩展8031的RAM存储器， 8155用作键盘和显示接口，8255用于接收控制面板上多路转换开关的控制信号。图2为控制系统硬件结构原理图。

当单片机系统控制X、Y轴某一台步进电机单动时，可实现铣床横向、纵向的直线进给；当控制X-Y轴配合联动时，可实现水平面内直线、斜线、圆弧及复合轨迹的加工，可以近似地复合出水平面内非圆曲线。在铣床原有加工功能的基础上，其控制精度和加工精度远高于普通铣床。

4.2 铣床改造中应注意的问题

（1）应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。 （2）改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。

（3）应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙，齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。

（4）铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。

（5）滚动丝杆没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台会自动下降，可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到自锁。

普通铣床数控化改造，实质就是在普通铣床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标，其目的是使原机床具有一定的柔性，提高生产效率和质量，解决复杂零件的加工问题。用单片机扩展系统将普通铣床改造为经济型铣床，简便易行，能保证零件的加工精度，对复杂零件尤其是对弧面和凸面的加工效果显著。

5 数控铣床的主轴设计

内容摘要:杭州铣床厂 李晓华 高速加工不但可以成倍地提高生产效率，还可进一步改善零件的加工精度和表面质量，解决一些常规加工中难以解决的某些特殊材料的高效加工问题，因此，高速加工在世界上引起了高度重视。高速加工不但可以成倍地提高生产效率，还可进一步改善零件的加工精度和表面质量，解决一些常规加工中难以解决的某些特殊材料的高效加工问题，因此，高速加工在世界上引起了高度重视。

5.1 高速加工对机床主轴的要求

高速加工对机床主轴系统不仅要求转速高，输出的扭矩和功率要大，还要求具有较高的主轴回转精度和在高速运转中保持具有良好的刚度、抗震性及热稳定性。国内中小型加工中心、数控铣床的主轴最高转速也达4000～6000rmin。实际应用中主要有两类高速主轴：一类是具有零传动的高速电主轴，这类主轴因采用电机和机床主轴一体化的结构，并经过精确的动平衡校正，因此具有良好的回转精度和稳定性，但对输出的扭矩和功率有所限制；另一类是以变频主轴电机与机械变速机构相结合的主轴，这类主轴输出的扭矩和功率要大得多，但相对来说回转精度和平稳性要差一点，因此对于这类主轴来说，如何正确地设计机床主轴及其组件对机床加工精度的影响是至关重要的。

5.2 主轴组件的结构设计

主轴单元式结构 高速加工中心和数控铣床大多采用单元式主轴结构，将主轴前后轴承在恒温环境下进行配磨，配磨好后装入一个圆套筒内，然后在总装时

以一个完整的单元装入机床主轴箱内，这样不仅保证了机床主轴组件的装配精度，而且又易于安装和维修调整，如图5.2.1所示。

图5.2.1主轴单元式结构

6 分进电机步细的设计

6.1细分电流波形的选择及量化

步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。因此，要想实现对步进电机的恒转矩均匀细分控制，必须合理控制电机绕组中的电流，使步进电机内 步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置,它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在当今工业上得到广泛的应用，但其步矩角较大，一般为1.5o~3o，往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加电机运行平稳性的一种行之有效的方法。本文在选择了合理的电流波形的基础上部合成磁场的幅值恒定，而且每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化也要均匀。我们知道在空间彼此相差2pm的m相绕组，分别通以相位上相差2pm而幅值相同的正弦电流，合成的电流矢量便在空间作旋转运动，且幅值保持不变。这—点对于反应式步进电机来说比较困难，因为反应式步进电机的旋转磁场只与绕组电流的绝对值有关，而与电流的正反流向无关。以比较经济合理的方式对三相反

应式步进电机实现步距角的任意细分，绕组电流波形宜采用如图6.1.1所示的形式。

图中，a为电机转子偏离参考点的角度。ib滞后于ia，ic超前于ia。此时，合成电流矢量在所有区间b＝Ime-ja，从而保证合成磁场幅值恒定，实现电机的恒转矩运行。且步进电机在这种情况下也最为平稳。将绕组电流根据细分倍数均匀量化后，所得细分步距角也是均匀的。为了进一步得到更加均匀的细分步距角，可通过实验测取一组在通入量化电流波形时的步进电机细分步距的数据，然后对其误差进行差值补偿，求得实际的补偿电流曲线。这些工作大部分由计算机来完成。

步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置,它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在当今工业上得到广泛的应用，但其步矩角较大，一般为1.5o~3o，往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加电机运行平稳性的一种行之有效的方法。本文在选择了合理的电流波形的基础上，提出了基于Intel 80C196MC单片机控制的步进电机恒转矩细分驱动方案，其运行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很强的实用性。此主题相关图片如下：

图6.1.1