目录 绪论1 1.1数控机床的发展史1 1.2数控铣床的功能和特点及组成原理4 1.2.1数控铣床的主要功能4 1.2.2数控铣床的主要特点6 1.2.3数控铣床的组成7 1.2.4数控铣床的工作原理8 第2章X52铣床的简介及改造方案拟定10 2.1 X52铣床10 2.2 X52铣床的主要结构特点12 2.3 X52铣床主要技术参数12 第3章整体改造方案的确定13 3.1总体设计方案13 3.2机构改造方案的提出14 第4章改造设计计算与矫正16 4.1 X52铣床主要技术参数16 4.2纵向方向（X轴）的设计16 4.3横向(Y轴)的设计32 结论34 致谢35 参考文献36 1.国外数控机床的发展 机床的信息化 随着网络技术日益普遍运用，互联网进入车间只是时间问题，这将是数字化制造的主要标志。从另一角度来看，企业资源计划如果仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备数控机床不能够连成网络或信息化，就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心不仅实现了加工过程和刀具交换的自动化，还配备一个称为信息塔(e-Tower)外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信功能。该机床与生产计划调度联网，实时反映机床工作状态和加工进度。操作者需指纹确认权限，在屏幕上观察加工过程、故障报警显示、在线帮助排除。它是独立的、自主管理的制造单元。企业的生产计划调度系统安排一周的加工任务，发送到信息塔。信息塔向操作者发出指令，并在屏幕上显示机床的实时工作状态。操作者按照屏幕指示进行操作。遇到问题时，可随时查阅计算机中的操作手册。正常情况下，机床自动工作，操作者与机床在时间和空间上都是分离的。管理者和操作者皆配备有手机，通过手机可以查询生产工况，预计加工完成时间以及延期报告和故障报警。机床发生故障时，屏幕会显示排除故障的方法，Mazak公司维修中心能同时看到问题所在，远距离及时提供帮助，尽可能减少机床的停机时间。 新一代数控系统 德国A
ndro
n公司的最新产品是新一代基于微机的、在Wi
ndows平台上的开放式数控系统。它采用由两个I
ntel处理器，通过PCI-PCI桥进行相互通信。一个处理器承担数控运算(NC计算机)，另一个作为人机界面计算机。NC计算机中插有NC CPU卡、NC机床卡。NC机床卡与数控驱动装置连接，并通过2块带PCI桥的总线卡与人机界面计算机通信。人机界面计算机的内部总线卡与数控系统操作面板和外部接口连接。人机界面计算机的CPU卡控制触摸式LCD显示屏以及计算机外设和网络通信。传统的数控系统是将编程系统的数字信号转换成为电压模拟信号，再以电压的大小控制驱动电动机的转速，事实上仍是模拟量控制。新一代数控系统的最大特点还在于采用串行实时通信接口SERCOS和皮米级插补技术。它可将位置控制、速度控制、精密插补以及伺服电动机的控制集成在一个集成电路中。数字伺服驱动技术借助SERCOS接口将数控系统与伺服控制器用光纤连接起来，大幅度提高系统的传输率和响应速度，可达到纳秒级。数控系统性能以及数控机床的加工精度和效率的提高与插补精度是分不开的。A
ndro
n公司采用SERCOS接口技术后，开发了皮米级插补技术，将插补精度从1×10-7m提高到0.6×10-12 m。插补精度越高，机床加工零件的尺寸精度也越高，表面粗糙度越小，机床运动越平稳，刀具磨损也越小，可进一步降低加工成本。 2.国内数控机床的发展 我国从1958开始研究数控技术，到20世纪60年代中期处于研制、开发阶段。1965年进入晶体管数控装置的研制。60年代末至70年代初研制成功了数控铣床。 从20世纪70年代开始，数控技术在车、铣、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开。但由于电子元件的质量和制造工艺水平低，致使数空系统的可靠性、稳定性没有得到解决，因此未能广泛推广。 20世纪80年代，中国先后从日本、美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术，并于1981年开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。 在此期间，中国在引进、消化吸收的基础上，跟踪国外先进技术的发展，开发出了一些高档的数控系统，如多轴联动数控系统、数字仿形系统、为柔性单元配套的数控系统等。为了适应机械工业不同层次的需要，还开发出多种经济型数控系统，并得到了广泛应用。现在，中国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。 3.未来数控机床的发展趋势 随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比例明显增加，要求现代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求数控机床向更高水平发展。当前，数控机床技术呈现如下发展趋势。 （1）高精度化 现代科学技术与生产的发展，对机械加工与测量提出了越来越高的精度要求。加工精密化不只是由于发展高、新技术的需要，也是为了提高普通机电产品的性能质量、寿命和可靠性的需要，同时还是为了减少机械产品装配时的修配工作，提高装配效率的需要。故提高机床的加工精度是现代数控机床发展方向之一。其精度已从微米级到亚微米级，乃至纳米级（〈10
nm 〉。提高数控机床的加工精度，一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术实现。近几十年来，普通级数控机床的加工精度已由提高到，精密级加工中心精度则从提高到。 （2）运动高速化 高速是高效的基础，要提高生产率，首先就得提高切削速度。这正是机床技术发展追求的基本目标之一。而实现这个目标的主要、最直接的方法就是提高切削速度、进给速度、减少辅助时间。目前铣削的切削速度已达到5000～8000m/mi
n以上，主轴转速达到30000～100000r/mi
n;工作台的移动速度，当分辨率为时，在100～200m/mi
n以上。自动换刀速度在1s以内，小线段插补进给速度达到12m/mi
n。 （3）高柔性化 实践证明，采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率、缩短生产和供货周期、并能对市场变化作出快速响应和提高竞争能力的有效手段。柔性是指机床适应加工对象变化的能力。传统的自动化设备，由于采用机械或刚性连接和控制，当被加工对象变换时，调整很困难，甚至是不可能的，有时只得全部更新或更换。数控机床的出现，开创了柔性自动化加工的新纪元，对满足加工对象变换有很强的适应能力。而且，在提高单机柔性化的同时，正努力向单元柔性化和系统柔性化方向发展。 （4）高自动化 高自动化是指在全部加工过程中尽量减少人的介入而自动完成规定的任务，包括物流和信息流的自动化。20世纪80年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从“点”（单台数控机床）、“线”的自动化（FMC、FMS、FTL、FML）发展到“面”的自动化。在国外已出现FA（自动化工厂）和CIMS（计算机集成制造）工厂的实体。尽管由于这种高自动化的技术还不完备，投资过大，回收期较长，但数控机床的高自动化以及向FMC、FMS的系统集成方向发展的总趋势仍是机械制造业发展的主流。 （5）高可靠性 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，还要取决于可靠性。 数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化、通用化和系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障。利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复。利用各种测试、监控技术，自动进行相应的保护。 （6）智能化 随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，为适应制造业生产的柔性化、自动化发展的需要，智能化正在成为数控设备包括数控机床研究及发展的热点，目前采取的主要技术手段有以下几个方面。 A、自适应控制技术自适应控制可根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率，达到改进系统运行状态的目的。可通过监控切削过程中的刀具磨损、破损、切屑形态、切削力及零件的加工质量等，向制造系统反馈信息，通过将过程控制、过程监控、过程优化结合在一起，实现自适应调节。 B、专家系统技术将专家的经验和切削加工一般规律与特殊规律存入计算机中，以加工工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统，提供经过优化的切削参数，使加工系统始终处于罪优和最经济的工作状态，从而提高编程效率和降低对操作人员的技术要求，缩短生产准备时间。 C、故障诊断技术系统随时对CNC系统本身以及与其相连的个种设备进行自诊断和检查。出现故障立即采取停机等措施，进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等，并利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工厂工作环境的要求。 D、模式识别技术应用图象识别和声控技术，使机器自己辨认图样，按照自然语音命令进行加工。 1.2数控铣床的功能和特点及组成原理 1.2.1数控铣床的主要功能 数控铣床可以分为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也不尽相同。除各有其特点之外，常具有下列主要功能。 （1）点位控制功能利用这一功能，数控铣床可以进行只需要作点位控制的钻孔、扩孔、锪孔、铰孔和镗孔等加工。 （2）连续轮廓控制功能数控铣床通过直线与圆弧插补，可以实现对刀具运动轨迹的连续轮廓控制，加工出由直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓工件。对非圆曲线（椭圆、抛物线、双曲线等二次曲线及对数螺旋线、阿基米德螺旋线和列表曲线等）构成的平面轮廓，在经过直线或圆弧逼近后也可以加工。除此之外，还可以加工一些空间曲面。 （3）刀具半径自动补偿功能使用这一功能，在编程时可以很方便得按工件实际轮廓形状和尺寸进行编程计算，而加工中心可以使刀具中心自动偏离工件一个刀具半径，加工出符合要求的轮廓表面。也可以利用该功能，通过改变刀具半径补偿量的方法来弥补铣刀制造的尺寸精度误差，扩大刀具直径选用范围及刀具返修刃磨的允许误差。还可以利用改变刀具半径补偿值的方法，以同一加工程序实现分层铣削和粗、精加工或用于提高加工精度。此外，通过改变刀具半径补偿值的正负号，还可以用同一加工程序加工某些需要相互配合的工件。 （4）刀具长度补偿功能利用该功能可以自动改变切削平面高度，同时可以降低在制造与返修时对刀具长度尺寸的精度要求，还可以弥补轴向对刀误差。 （5）镜像加工功能镜像加工也称为轴对称加工。对于一个轴对称形状的工件来说，利用这一功能，只要编出一半形状的加工程序就可以完成全部加工了。 （6）固定循环功能利用数控铣床对孔进行钻、扩、铰、锪和镗加工时，加工的基本动作是：刀具无切削快速到达孔位慢速切削进给快速退回。对于这种典型化动作，可以专门设计一段程序（子程序），在需要的时候进行调用来实现上述加工循环。特别是在加工许多相同的孔时，应用固定循环功能可以大大简化程序。利用数控铣床的连续轮廓控制功能时，也常常遇到一些典型化的动作，如铣整圆、方槽等，也可以实现循环加工。对于大小不等的同类几何形状（圆、矩形、三角形、平行四边形等），也可以用参数方式编制出加工各种几何形状的子程序，在加工中按需要调用，并对子程序中设定的参数随时赋值，就可以加工出大小不同或形状不同的工件轮廓及孔径、孔深不同的孔。目前，已有不少数控铣床的数控系统附带有各种已编好的子程序库，并可以进行多重嵌套，用户可以直接加以调用，使编程更加方便。 （7）特殊功能有些数控铣床在增加了计算机仿加工装置后，可以在数控和靠模两种控制方式任选一种进行加工，从而扩大了机床使用范围。 具备自适应功能的数控铣床可以在加工过程中把感受到的且削状况（如切削力、温度等）的变化，通过适应性控制系统及时控制机床改变切削量，使铣床及刀具始终保持最佳状态，从而可获得较高的切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命。 数控铣床在配置了数据采集系统后，就具备了数据采集功能。目前已出现既能对实物扫描采集数据，又能对采集到的数据进行自动处理并生成数控加工程序的系统。这些未进行设计制造一体化工作提供了有效手段。 1.2.2数控铣床的主要特点 (1)高柔性及工序复合化 数控铣床具有柔性（可变性）高和工序复合化的特点。所谓“柔性”即灵活、通用和万能性，可以适应加工不同形状工件的自动化机床。数控铣床的发展已经模糊了粗、精加工工序的概念，打破了传动的工序界限和分开加工的工艺规程，可最大限度地提高设备利用率。 数控铣床一般都能完成钻孔、镗孔、铰孔、铣平面、铣谢冕、铣槽、铣曲绵（凸轮）、攻螺纹等加工。而且，一般情况下，可以再一次装夹中，完成所需的加工工序。 （2）加工精度高 目前数控装置的脉冲当量（即每发出一个脉冲后滑板的移动量）一般为0.001mm。高精度的数控系统可达0.0001mm。一般情况下，可以保证工件的加工精度。另外，数控加工可避免公认的操作误差，一批加工件的尺寸同一性特别好（包括工件的主要尺寸和倒角等尺寸的同一性），而且还可利用软件进行精度校正和补偿，大大提高了产品质量。 由于数控铣床的高精度和灵活性，能加工很多普通机床难以完成或根本不能加工的复杂型面（如高精度螺旋推进器）。因此，数控铣床首先在航空、航天工业中应用。而加工各种复杂模具更显示优越性。 （3）生产效率高 零件加工所需要的时间包括机动实践与辅助时间两部分。数控能够有效地减少这两部分时间。因而加工生产率比一般铣床高得多。良好的结构性允许数控进行大切削用量的强力切削，有效地节省了机动时间。数控铣床一动部件的快速移动和定位采用了加速与减速措施，因而选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进、快退和定位的时间要比一般铣床少得多。 数控铣床一般很少使用专用夹具和工艺装备，在更换工件时，只需调用储存于计算机中的加工程序，装夹工件和调整刀具数据，可大大缩短生产周期。更主要的是数控铣床的万用性带来的高效率，如一般的数控铣床都具有铣床、镗床和钻床的功能。使工序高度集中，大大提高了生产效率并减少了工件的装夹误差。 另外，数控铣床得主轴转速和进给量都是无级变速的。因此，有利于选择最佳切削用量。数控铣床都有快进、快退、快速定位功能，可大大减少机动时间。 据统计，采用数控铣床比普通铣床可提高生产率3～5倍。对于复杂的成型棉加工可提高十几倍，甚至几十倍。 （4）减轻操作者的劳动强度 数控铣床对零件加工是按事先编好的程序自动完成的。操作者除了操作键盘、装卸工件和中间测量及观察机床运行外，不需要进行繁重的重复性操作，可大大减轻劳动强度。 由于数控铣床具有以上独特的优点，因此数控铣床已成为机械制造业的主要装备。 但是，数控铣床的编程操作比较复杂，对编程人员的素质要求较高。否则，很难发挥数控铣床的作用。另外，数控铣床的价格昂贵，如编程操作不慎，万一发生碰撞，其后果不勘设想。为此，必须重视编程操作人员的培训。