动力矩可以满足本设计要求。

因此，最后确定使用型号为发影视步进电机为本设计所用纵向步进电机。

横向步进电机的计算与选择轴铣削的圆周力则有向丝杠牵引力则有电机轴负载力矩东北林业大学本科设计导轨摩擦系数，取步进电机步矩角为向丝杠牵引力当量摩擦系数取若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩为可取安全系数极限值，则有对于工作方式为相拍的相步进电机最大启动力矩综上所述本设计选用的横向步进电机型号依然为步进电机的外型尺寸如图型号图外形尺寸图数控部分的设计数控部分的设计本设计的控制核心是单片机，用外围器件作为扩展设备，这种数控系统比较经济可靠，并且能够满足数控加工能力。

能够实施手动控制暂停与快速返回能够在六个方向都能实施点动传给并且能够手动快速进给。

能够具备间隙补偿和刀具补偿功能。

能够进行程序的暂停与延时部分程序循环整体自动循环功能等。

用户能够进行指令的编辑修改删除与清零能够进行操作诊断与显示。

能够自动进行直线斜线圆弧等的加工数控系统硬件的设计本系统的硬件组成如图所示。

包括主控制器存储器键盘显示器接口与驱动电路等单片机存储器行程控制接口译码锁存键盘显示驱动电路步进电机图数控系统硬件图主控制器本系统的主控制器选用功能强大价格较低的单片机。

该单片机的核心芯片不容易受外界干扰，可以实现屏蔽，有较高的可靠性，并且可以在恶劣的条件下工作，功能强，速度快。

有较短的指令执行时间。

存储器我们需要扩展芯片存储器，因为其只有的。

这里选用片容量为χ的芯片作为程序存储器扩展芯片东北林业大学本科设计扩展接口在接口的选用上选择可编程并行接口芯片来满足改进数控系统的条件，端口的功能定义和地址分配如表所示。

将芯片的片选端与译码器的相连。

地址空间。

表口功能定义和地址分配端口工作方式功能地址输出提供步进电机的控制信号及知识信号输入键盘和行程控制输出显示和键盘管理图步进电机驱动电路步进电机的驱动电路由三部分构成，环形分配器，光电耦合器，功率放大器。

行程控制为了免工作台产生越界，本设计设置了个限位开关，的为工作台四个方向的行程控制信号，计算机随时巡回检测的电平，当个为低电位时，立即停止步进电机的运行。

紧急停车本系统中设计了个紧急按纽。

如果在工作过程中出现危险情况，可以按下此按钮紧急停车，整个系统就会马上停下来。

该按钮利用可以利用的外部中断数控部分的设计结论根据我国现有的机械水平和机床发展历史，大量买进全新的数控机床的难度较大，而对现有普通机床的数控改进是比较合理的。

对历史铣床的数控改造扩大了原有机床的产品加工范围，并且提高了原有的加工效率，精度与质量，使其能够满足更多变的市场要求。

对该机床进行数控改造后，机床不仅能够完成原有的功能，还能加工原来不能加工的复杂的零件。

本次改进设计的总体思路就是在立式铣床的原有基础上，将其改造成为，坐标轴可以联动的经济型数控铣床，并且可以由软件控制其加工。

本文从总体方案设计开始，确定了改造的目标经济型数控铣床，全文进行了机械部分和数控部分的改造设计，使得改造后的机床有如下特点未进行升降台方向即轴的改造已节约成本，轴依然采用手动的进给方式。

设计保留了机床原有的手动功能手柄，仅仅把原机床的梯形丝杠改进成滚珠丝杠以提高精确性，且基本未改变原有的机械机构。

但是，这在整个设计过程中，还出现了许多问题域不足之处，例如因为缺乏对该机床的实际认识，改进仅仅体现在理论高度，是否能够实现还不得而知。

对电气系统和数控系统的理解不够全面，多数设计靠查阅资料来获得，在设计中只提出了部分构想，未能给出详细的设计。

没有对系统的各个部分进行误差分析。

参考文献范希营的数控改造江苏，扬州大学，马雪峰铣床的数控化改造黑龙江，哈尔滨工程大学，，周宏文普通车床的数控改造东北大学，张金玲普通机床数控改造效益分析黑龙江科技信息罗明超普通机床数控化再制造效益分析与制造业信息化袁顺建浅析普通机床的数控改造职业隋秀凛高安邦实用机床设计手册机械工业出版社闻邦椿机械设计手册机械工业出版社苏静等数控机床中步进电动机的选用木工机床，黄靖龙等轮齿压力角对齿轮强度的影响分析机械制造谢彪电子制作，赵瑞林计算机技术与自动化，邹竹青数控铣削加工中刀具补偿的应用装备制造技术，曹庆静通用控制器，软件系统的分析与设计天津工业大学周伯荣等数控加工模拟中刀具半径补偿的分析与设计南京工程学院学报自然科学版刘芝豹普通车床的经济型数控改造硬件电路部分组合机床与自动化加工技术，韩明型零件超声检测运动控制系统的研究天津工业大学高精度增加稳定性提高响应速度，无超调在低速能够输出大转矩有很宽的调速范围导轨副的改造将聚四乙炔软带涂层粘贴在原导轨上，使摩擦系数系数减小且增加了耐磨性。

并且拥有更好的抗震性和自润滑性。

这种方法改造较为容易且费用较低。

东北林业大学本科设计横纵向轴进给系统的设计及计算过程纵向轴的设计机床的技术规格如图所示主轴端面到工作台的距离主轴轴线到床身垂直导轨面的距离面积最大纵向行程手动机动最大横向行程手动机动最大升降行程手动机动进给级数级进级量范围纵向横向垂直孔径主轴孔锥度刀杆公称直径转速级数级转速范围轴向调整距离主轴电动机功率工作台进给电动机功率最大工件质量机床进给部件重量横向纵向图基本参数纵向工作台及夹具重量纵向进给力滚珠丝杠的基本导程螺纹升角行程快速进给速度取立式铣床机械结构设计铣削力的计算为了确保在正常工作状态下的安全性与可靠性，用工作寿命与实际加工过程中的最大铣削力进行设计计算工件材料钢锻件并调质铣削宽度铣削深度刀具直径每齿切厚刃齿数刀具材料为高速刚立铣刀根据机床设计手册滚珠丝杠所受平均轴向载荷计算对合金钢进行高速逆铣时，切削力查金属切削手册得纵向进给力取中间值横向进给力此时取中间值垂直进给力此时取中间值所以在插补平面内的合力为丝杠所受的平均工作载荷为东北林业大学本科设计丝杠轴向所受载荷其中横向分力为纵向工作台和夹具重量为颠覆力矩影响系数取当量摩擦系数取所以计算丝杠副工作的负荷和选择丝杠型号估计丝杠的导程为依据动载荷最大当量的计算公式上式中为运转系数，取为精度系数，取为丝杠所受的轴向载荷，为寿命值，依据公式为丝杠平均转速上式中进给速度在最大切削力下，因为最高进给速度为的则为使用寿命，根据机床设计手册，小时立式铣床机械结构设计根据机床设计手册，适用型滚珠丝杠。

的基本尺寸为公称直径，螺距刚球直径，螺纹升角，丝杠外径，螺纹底径，动载荷所以该选择符合要求，此型号丝杠可用做本设计的滚珠丝杠计算传动效率根据滚珠丝杠的传动效率η的计算公式为上式中螺旋升角，由参数表可知，摩擦角，该摩擦角取所以验算刚度滚珠丝杠在工作负荷的作用下所产生的导程的变量为钢的弹性模量ⅹ滚珠丝杠的横截面积所以东北林业大学本科设计式中为小齿轮的转速也是步进电机的输出转速。

可以根据初定的型步进电机的运行频率，和步距角计算。

所以采用级精度是能够满足系统要求步进电机型号的计算与选择步进电机是本设计为实现机电体化的关键部件，做为执行元件，其精度较高。

它能将脉冲信号转变成角位移，也就是给个脉冲，步进电机将转过个角度，所以使控制精度能达到很高。

它具有低价格，易实现调速，系统简单，能快速启动和停止，易定位准确，功率小等优点。

步进电机的主要缺点有效率较低，不能有力的拖动负载，对脉冲当量的要求较高，调整的范围较小，输入的脉冲频率最高通常不得超过。

伺服电机在数控系统中有如下基本要求伺服电机需要满足调速的范围要求有较硬的负载特性，有足够的驱动力矩和快速的响应时间，且电机的最大静转矩应大于电机的实际启动转矩的最大值来满足步进电机的正常工作所选择的电机的运行频率要大于电机实际工作频率的最大值。

根据铣床的工作状态，选择脉冲当量为的步进电机，步矩角。

依据以往同类型机床的改进经验，并且要满足轻重量小功耗的特点，外形尺寸要与步距角相配合，初步选择的电动机型号为反应式步进电动机。

纵向步进电机的计算与选择丝杠和齿轮以及工作台折算到电机轴上的惯量的计算根据计算公式上式中折算到电机轴的惯量，小，大齿轮的惯量丝杠惯量横向工作台及夹具重量，丝杠螺距，立式铣床机械结构设计齿轮及丝杠转动惯量的计算因为不能精确计算些传动件比如齿轮丝杠等的转动惯量，只能用等效圆柱体来代替进行近似计算。

计算圆柱体的转动惯量的公式式中为材料密度，钢取圆柱体直径作为齿轮和丝杠等的等效直径圆柱体长度，作为齿轮和丝杠等的等效齿宽或长度则计算得匹配验算惯量本设计选用的型步进电机的转子的转动惯量东北林业大学本科设计而所以惯量是匹配的。

计算负载转矩以及最大静转矩快速空载起动时所需力矩的计算起根据公式起上式中又式中惯量和，电机最大角加速度又其中电机最大转速运动部件从静止到最大快进速度所用时间取又所以则所以立式铣床机械结构设计又因为上式中导轨的摩擦力传动链总效率，通常取，本设计取又式中为垂直切削力，为导轨的摩擦系数，此处采用贴塑导轨横向工作台及夹具重量，则所以又故起快速进给时所需力矩快的所以我们可以忽略滚珠丝杠因受扭所产生的导程变化量，所以所以导程的变形误差为级精度丝杠所允许产生的螺纹误差长为，所以刚度满足要求验算稳定性验算临界压缩载荷因为纵向轴滚珠丝杠螺纹副固定在滚珠丝杠的两端，丝杠不会产生受压，又因为机床原有梯形丝杠的直径大于改进所采用的滚珠丝杠的直径，所以稳定性能够满足设计所用的要求验算临界转速丝杠的平均工作