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经济型数控车床横向进给系统设计【机电毕业设计含21张CAD图+说明书0.8万字20页】

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外文翻译=浅析步进电机的PLC控制技术与发展趋势=2000字符中英文翻译资料.doc---(点击预览)

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1-总装图-A3.dwg

10-外壳护罩-A3.dwg

11-轴承盖-A4.dwg

12-轴套-A3.dwg

13-把手-A4.dwg

14-套筒-A4.dwg

15-挡环-A4.dwg

16-同步带轮1-A4.dwg

17-同步带轮2-A4.dwg

18-压板1-A4.dwg

19-压板2-A4.dwg

2-横向进给系统装配图-A0.dwg

20-压块1-A4.dwg

21-压块2-A4.dwg

3-床鞍-A0.dwg

4-横向电机支架-A1.dwg

5-法兰座-A3.dwg

6-锒条-A3.dwg

7-螺母座-A3.dwg

8-横向滚珠丝杠副-A4.dwg

9-调整螺钉-A4.dwg

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关键词：: 经济型数控车床横向进给系统设计机电电机毕业设计 21 cad 说明书仿单 20

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!【包含文件如下】【机电毕业设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[8000字，20页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat

1-总装图-A3.dwg

10-外壳护罩-A3.dwg

11-轴承盖-A4.dwg

12-轴套-A3.dwg

13-把手-A4.dwg

14-套筒-A4.dwg

15-挡环-A4.dwg

16-同步带轮1-A4.dwg

17-同步带轮2-A4.dwg

18-压板1-A4.dwg

19-压板2-A4.dwg

2-横向进给系统装配图-A0.dwg

20-压块1-A4.dwg

21-压块2-A4.dwg

3-床鞍-A0.dwg

4-横向电机支架-A1.dwg

5-法兰座-A3.dwg

6-锒条-A3.dwg

7-螺母座-A3.dwg

8-横向滚珠丝杠副-A4.dwg

9-调整螺钉-A4.dwg

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设计说明书.doc[8000字，20页]

摘要

此设计是经济型中档精度数控车床横向进给系统。面对我国目前机床数量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的面貌。而数控车床（及其系统）已经成为现代机器制造业中不可缺少的组成部分。所以，实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床。

进给系统是由伺服电机经滚珠丝杠拖动工作台来完成的所以设计涉及伺服电机的选择，滚珠丝杠设计等。目前绝大部分的机床的横向进给均是采用滚珠丝杠来传递运动的，传动的精确性主要取决于丝杠支承形式，丝杠与伺服电机的联接方式。在设计中充分考虑到这两个问题，并且，设计精度须达原始数据。

关键词：滚珠丝杠伺服电机横向进给

0引言…………………………………………………………………………… 1

1 国内外发展概况及现状介绍………………………………………………… 2

2 总体方案论证 ………………………………………………………………… 4

2.1选择传动系统…………………………………………………………… 4

2.2选择传动装置…………………………………………………………… 5

3具体设计说明……………………………………………………………………6

3.1横向进给滚珠丝杠副的设计选择…………………………………………… 6

3.1.1确定滚珠丝杠的支承方式………………………………………………… 6

3.1.2滚珠丝杠副额定载荷…………………………………………… 7

3.1.3 滚珠丝杠副主要参数的确定…………………………………………… 8

3.1.4滚珠丝杠与伺服电动机的联接……………………………………… 12

3.2伺服电机型号选择…………………………………………………………… 15

3.2.1进给电机功率的确定……………………………………………………… 15

3.2.2伺服电机型号……………………………………………………………… 15

3.2.3同步带轮的选择……………………………………………………………15

4 结论……………………………………………………………………………… 17

5 参考文献………………………………………………………………………… 18

6 设计工作小节………………………………………………………………… 19

7附件清单………………………………………………………………………… 20

1-总装图-A3.jpg

2-横向进给系统装配图-A0.jpg

3-床鞍-A0.jpg

4-横向电机支架-A1.jpg

5-法兰座-A3.jpg

6-锒条-A3.jpg

7-螺母座-A3.jpg

8-横向滚珠丝杠副-A4.jpg

9-调整螺钉-A4.jpg

10-外壳护罩-A3.jpg

11-轴承盖-A4.jpg

12-轴套-A3.jpg

13-把手-A4.jpg

14-套筒-A4.jpg

15-挡环-A4.jpg

16-同步带轮1-A4.jpg

17-同步带轮2-A4.jpg

全部文件 (1).jpg

全部文件 (2).jpg

内容简介：: 1 毕业论文任务书课题：经济型数控机床横向进给设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名李浩班级 B 材机 002 学号指导教师沙爱民教研室主任徐文宽系主任葛友华发放日期 2 毕业论文任务书课题：经济型数控机床横向进给系统设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名李浩班级 B 材机 002 学号指导教师沙爱民教研室主任徐文宽系主任葛友华发放日期一、设计（论文）内容 3 本数控车床为经济型中档精度机床，横向进给运动要求用伺服电机通过柔性联结带动滚珠丝杠螺母副实现，设计精度须达原始数据，丝杠要有安全防护罩。二、设计（论文）依据 1、床身上最大回转直径 400 2、快移速度 X 轴 4/ 3、定位精度 X 轴 4、重复定位精度 X 轴架三、技术要求 1、横向进给运动设计时，电机和丝杠联结采用柔性结构； 2、须对电机大小选择进行验证； 3、对滚珠丝杠直径及支承形式选择，进行强度、刚度校核；四文）物化成果的具体内容及要求 4 (具体内容参照机械工程系毕业设计大纲及实施细则的有关要求填写 ) 设计说明书的字数丝不少于一万字，内容包括总体方案，有关设计依据及数据选择计算及必要的校核计算等。完成的图纸有： 1、经济型数控车床总体图 1 张 2、横向进给系统装配图 1 张 3、床鞍零件图 1 张 4、横滑板零件图 1 张 5、电机支架零件图 1 张 6、横向滚珠丝杠副零件图 1 张 7、其他零件图 3 5 张绘图总量大于 3部计算机绘图。 3、其它要求 5 五 . 毕业设计（论文）进度计划起讫日期工作内容备注实习单位和现场搜集设计课题的第一手资料要有现场记录和草图理毕业实习资料，交实习报告一份成设计方案的论证及结构设计的算书草稿和草图交指导教师初审计算机中绘制所有工程图样总装图、部装图须附草图查和交指导教师审查改图样理计算书，并全部用计算机打印查计算书内容及格式交指导老师审查改计算书，并交全套毕业设计资料备答辩、参加答辩 6 六 . 主要参考文献： 1 张新义北京：机械工业出版社，范云涨 ,陈兆年 . 金属切削机床设计简明手册 . 北京：机械工业出版社， 3 陈宏钧 ,马素敏 . 金属速查速算手册 . 北京：机械工业出版社，李洪沈阳：辽宁科学技术出版社王启义 ,蔡群礼 ,胡宝珍 . 金属切削机床设计 . 东北工学院出版社成大先北京化工出版社 2004 1 7 黄祖德 . 机械设计 . 北京理工大学出版社吴宗泽 . 机械设计禁忌 500 例 . 北京机械出版社 1996 9 黄鹤订 . 国家机械工业局 0 册 . 北京机械出版社 2000 10 滚珠丝杠 . 上海川浦机械实业公司样本 11 同步带轮 12 电机手册南京苏强数控机电有限公司七、其他中文资料浅析步进电机的制技术与发展趋势 1、概述：随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有一了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有一效结合，可进行模拟最控制，具有一远程通信功能等。有即器人，一 ,目前可编程控制器广泛应用于冶金、矿业、机械、轻丁等领域，为工业自动化提供了有一力的工具。制的步进电机开环伺服机构应用于组合机床自动生产线上的数控滑台控制，可省去该单元的数控系统 ,使该单元的控制系统成本降低。 2、步进电机的基本特点 : （ 1）、一般步进电机的精度为步进角的 3不累积。（ 2）、步进电机外表允许的最高温度步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于小同电机磁性材料的退磁点 ;一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有一的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80完全正常（ 3）、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势 ;频率越高，反向电动势越大在它的作用大，电机随频率 (或速度 )的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。（ 4）、步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有一啸叫声步进电机有一个技术参数 :空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值 .，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有一负载的情况下，启动频率应更低如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有一加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频数字化制造时代发挥着重大的用途伴随着小同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 3、步进电机控制系统的组成：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移最，从而达到确定位的目的 ;同时 ,可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的步进电机用其没有累积误差精度为百分百的特点，泛应用于各种开环控制。 4、步进电机的技术 : 应使输入步进电机的输入脉冲总数和脉冲频率受到相应的控制。因此在控制软件上设置一个脉冲总数和脉冲频率可控的脉冲信号发生器 ;对于频率较低的控制脉冲，可以利用定时器构成，脉冲频率可以通过定时器的定时常数控制脉冲周期，脉冲总数控制则可以设置一脉冲计数器脉冲数达到设定值时，计数器作切断脉冲发生器回路，使其停止 ,伺服机构的步进电机无脉冲输入时便停止运转，伺服执行机构定位当伺服执行机构的位移速度要求较高时，可以用高速脉冲发生器 . 不同的高速脉冲的频率可达 4000 6000通过程输出一定数最的方波脉冲，控制步进电机的转角 ,可编程控制器输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。件环行分配器采用软环占用的源较多，特别是步进电机绕组相数大于四时，对于大型生产线应该充分考虑采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用输出输入点数，目前市场有一多种专用芯片可以选用出的控制脉冲放大到几十至上百倍 , 伏特、几安到几十几安的驱动能力 ,一般通常的晶体管内流输出接口的负载能力仅为十几到几十伏特、几十到几百毫安 ,但对于功率步进电机则要求几十到上百伏特 ,几安到几十安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。 5、国内外电机的发展趋势 : （ 1）、继续沿着小型化的方向发展随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在 57, 42 机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向 3 9, 3 5,30, 25 方向向下延伸。（ 2）、对电动机进行综合设计即把转速位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有一更加优越的控制性能。（ 3）、向五相和三相电动机方向发展泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好一些我国的情况有一所小同，直到 20 纪纪八十年代，一直是磁阻式步进电动机占统治地位，混合式步进电动机是 80 年代后期才开始发展，至今仍然是两种结构类型同时并存。尽管新的混合式步进电动机完全磁阻式电动机的整机获得了长期应用，对于它的技术也较为熟悉，特别是典型的混合式步进电动机的步距角与典型的磁阻式电动机的步距角不一样，用户改变这种结构小是很客易的，这就使得两种机型并存的局面难以在较短时问内改变。这种现状对步进电动机的发展是不利的。英文资料 LC . an by of a in he of it an to o to to is it of AM)it a, E in to is of LC of to an to a to go to of to he of 2、 of （ 1）、 of t （ 2）、 of is as a so of be by to 30 C an of be up 00C so 0（ 3）、 to go up to to a to is to in or （ 4）、 if in t a to a at of if is in be t a or up to is be if to to to an is to to of it of to to in of of an in 3、 an to is a of or an a to to to a it a to of to to an to be to be it to a to to of to to in to be a of of it t 00 to 00 of be to in a LC 4、 to be to a of of a a in L in a in in a 10 be it no be of to LC LC it of 000LC is to LC to s to on to by of a LC of go an to LC up to a to to go , is a a an of LC a to to to s of LC of s an of LC to to an to an 00 to to 00 s an an to on 5、 1）、 of is to to 7, 2 9,35,30,25 （ 2 ）、 of on to a to so it be to as a （ 3）、 to Be of in to so of is a of 0 i,80s, is of to to is 0s to is of up to in of of to a of to in to of s to of to be of is is of of is to in of is to 毕业设计说明书经济型中挡精度数控机床横向进给设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名李浩班级 B 材机 002 学号指导教师沙爱民完成日期二 00四年五月二十日毕业设计开题报告课题：经济型数控机床横向进给系统设计专业机械设计制造及自动化学生姓名李浩班级材机 002 学号指导教师沙爱民完成日期 2004 1 课题名称：经济型数控车床横向进给系统设计课题类型：工程设计型工程技术研究型软件开发理论研究（请在对应类型前面打）一、课题简介（课题含义、课题来源、需要解决的问题、已知条件）：本课题是中档数控车床进行纵向进给系统以及润滑系统设计。纵向进给要求用伺服电机通过柔性联接带动滚珠丝杠螺母副实现，设计精度须达原始数据，丝杠要有安全防护罩。课题来源于市场的需要，随着社会发展，生产力的提高，原始的车床已无法满足市场的需要。故产生了本课题。课题要求：横向进给系统设计时电机与丝杠采用柔性结构，电动机选伺服电机对电机的大小选择进行验证。对滚珠丝杠直径及支承形式选择，进行强度校核已知条件： 1. 床身上最大回转直径 400. 快移速度 X 轴 4/ 3. 定位精度 X 轴 4. 重复定位精度 X 轴架 2 二、本课题国内外发展概况：数控技术从二十世纪五十年代开始发展至今，数控装置从最初的电子管元件、晶体管元件、集成电路到目前使用比较普遍的小型计算机和微处理器共经历了五代的发展。目前，国内生产的经济型数控系统有多种类型。经济型数控系统主要包括数控装置、坐标轴驱动 (或伺服 )系统、主轴驱动系统、刀架及辅助功能的强电控制与驱动系统、接口等。经济型数控装置有步进电机驱动的开环数控装置、直流电机驱动的半闭环数控装置和点位式经济型数控装置三种。对于数控车床改造一般选用步电机驱动开环数控装置。选择时主要考虑以下性能：型、用户容量、控制轴或联动轴数、设定单位、插补类型、编程尺寸及编程标准， G、 M、 S、 T、 F 功能、刀补功能、间隙补偿功能及循环功能、显示方式及显示信息的形式。绝对编程、增量编程、程序输入方式以及报警、诊断等。根据需要选择相应的性能。步进电机驱动单元的性能参数：步进电机性能参数及安装尺寸，控制箱与电机的接线型式。系统的快速度给速度、空载起动频率，静态转矩，系统升频降频时间，起动矩频特性、起动惯频特性、运行矩频特性。驱动电路的型式：高低压驱动电路、斩波驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路、电流检测型功率放大电路等。不同的电路型式、其工作性能不同，根据加工需要合理选择。刀架控制与驱动系统主要考虑刀架型式，如四位或八位电动刀架，或转塔六位刀架。定位精度及重复定位精度，换刀时间、刀具选择时刀架的转向、夹紧力。刀杆尺寸及装夹刀具结构型式等性能参数。强电接口及弱电接口、主要根据工作需要选择。如工件自动夹紧。加工螺纹时，主轴的脉冲编码器与数控装置的接线。程序输入接口等。国内生产的经济型数控系统的类型有： 001， 005， 1A / ,20T， 8A， 928， 2385 1T 等系列产品。广泛应在数控改装及老产品改型车床中。在选择时，除性能参数外，还要考虑其外型，安装形式等因素。结合设计计算选择合适的经济型数控系统。，如北京机床研究所开发研制的，性加工单元，立式加工中心，民明机床古物全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的式铣削加工中心，青海第一机床厂的式加工中心等。这一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预计在不远的将来一定会赶上甚至超过世界先进水平。 3 三、完成本课题的总体设计思路（本课题的技术路线简介、总体方案论证、对本课题完成情况的预计）设计思路： 1、进行方案论证： a、横向进给选用滚珠丝杠副结构 b、进给系统采用伺服电机 2、根据滚珠丝杠副所受的力计算确定丝杠副的型号 3、伺服电机的型号进行选择 4、绘制草图并交老师检查 5、绘制零件图草图 6、计算机绘图对本课题完成情况的预计：在四月份完成草图设计绘图，并在计算机里进行画图，在五月份完成所有绘图并整理编写说明书 4 四、课题进度安排起讫日期工作内容备注实习单位和现场搜集设计课题的第一手资料要有现场记录和草图理毕业实习资料，交实习报告一份成设计方案的论证及结构设计的计交指导教师初审算书草稿和草图计算机中绘制所有工程图样部装图须附草图查和交指导教师审查改图样理计算书，并全部用计算机打印查计算书内容及格式改计算书，并交全套毕业设计资料备答辩、参加答辩 5 指导导师意见 : 指导教师（签名） 2004 年月日教研室意见：教研室主任（签字） 2004 年月日系部意见：部门（公章）系主任（签名） 2004 年月日 6 参考文献 1 张新义北京：机械工业出版社，范云涨 ,陈兆年 . 金属切削机床设计简明手册 . 北京：机械工业出版社，陈宏钧 ,马素敏 . 金属速查速算手册 . 北京：机械工业出版社，李洪沈阳：辽宁科学技术出版社王启义 ,蔡群礼 ,胡宝珍 . 金属切削机床设计 . 东北工学院出版社成大先北京化工出版社 2004 1 7 黄祖德 . 机械设计 . 北京理工大学出版社吴宗泽 . 机械设计禁忌 500 例 . 北京机械出版社 1996 9 黄鹤订 . 国家机械工业局 0 册 . 北京机械出版社 0 滚珠丝杠 . 上海川浦机械实业公司样本 11 同步带轮 . 慈溪恒力同步带轮有限公司 12 电机手册南京苏强数控机电有限公司摘要此设计是经济型中档精度数控车床横向进给系统。面对我国目前机床数量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的面貌。而数控车床（及其系统）已经成为现代机器制造业中不可缺少的组成部分。所以，实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床。进给系统是由伺服电机经滚珠丝杠拖动工作台来完成的所以设计涉及伺服电机的选择，滚珠丝杠设计等。目前绝大部分的机床的横向进给均是采用滚珠丝杠来传递运动的，传动的精确性主要取决于丝杠支承形式，丝杠与伺服电机的联接方式。在设计中充分考虑到这两个问题，并且，设计精度须达原始数据。关键词：滚珠丝杠伺服电机横向进给 is of of In to of in is of is at is to in an in to is to of is by up of of so of is by of on of of to be of in 目录 0 引言 1 1 国内外发展概况及现状介绍 2 2 总体方案论证 4 择传动系统 4 择传动装置 5 3 具体设计说明 6 向进给滚珠丝杠副的设计选择 6 定滚珠丝杠的支承方式 6 珠丝杠副额定载荷 7 珠丝杠副主要参数的确定 8 珠丝杠与伺服电动机的联接 12 服电机型号选择 15 给电机功率的确定 15 服电机型号 15 步带轮的选择 15 4 结论 17 5 参考文献 18 6 设计工作小节 19 7 附件清单 20 盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 1 0、绪论本设计课题为：经济型数控车床横向进给系统设计。因为我们没有精良的加工工具或者是自动化系数等各方面远远的不及西欧等国家。所以我国的机械制造业与他们的有着很大的差距的原因，。制造业是关系到国际民生的大事，是富民强国的必要因素，我国要有更好的发展，必须形成我们自己富有特色的现代化制造体系。随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。面对我国目前机床拥有量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。 “横向进给系统”“主传动系统”和“纵向进给系统”被称为车床的三大核心系统，其重要地位是不言而喻了。三大系统的精确性、准确性、必将影响加工产品的性能。而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有的机床进行数控改造。而这就是我们课题的目的。前提条件： 400x 轴 4m/x 轴 x 轴架计要求：设计课题要求：横向进给运动设计时，电机与丝杠采用柔性结构，电机选用伺服电机，对电机的大小选择进行验证，及对滚珠丝杠直径和支承形式选择进行强度较核，设计精度达原始数据。本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的，该系统设计成功一旦应用到生产实践中，将使工厂的生产的数字化水平加强，生产力水平显著提高，劳动强度减轻，经济效益得到提高。根据自己三个多月来的设计过程，编写了这本设计说明书，其中，书中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评，指正。数控机床横向进给设计 . 2 1、国内外发展概况及现状介绍从上世纪五十年代数控技术开始发展到 1965 年，数控装置从最初的电子管元件、晶体管元件、集成电路到目前使用比较普遍的小型计算机和微处理器共经历了五代的发展。世界主要工业国家的数控机床己进入了指生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。我国从 1958 看开始研究数控机械加工技术， 60年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。 70 年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从 1973 年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到 1975 年己研制出了 40 多个品种 300 多台数控机床。经过 30 年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从 1975 年到 1979 年， 7年内累计生产数控机床4108 台（其中约 3/4 以上的数控线切割机床）。进入 80 年代，我国重新重视发展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。 1981 年，我国从日本司引进了列、 5 系列、 7 系列的数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机技术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂。于 1981 年底开始验收投产， 1982 年生产约 40 套系统， 1982 年生产约 100 套系统， 1985 年生产约 400 套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国 70 年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础，使我国的主机品种与技术水平都有圈套的发展与提高。经济型数控装置有步进电机驱动的开环数控装置、直流电机驱动的半闭环数控装置和点位式经济型数控装置三种。对于数控车床改造一般选用步电机驱动开环数控装置。选择时主要考虑以下性能：型、用户容量、控制轴或联动轴数、设定单位、插补类型、编程尺寸及编程标准， G、 M、 S、 T、F 功能、刀补功能、间隙补偿功能及循环功能、显示方式及显示信息的形式。绝对编程、增量编程、程序输入方式以及报警、诊断等。根据需要选择相应的性能。步进电机驱动单元的性能参数：步进电机性能参数及安装尺寸，控制箱与电机的接线型式。系统的快速度给速度、空载起动频率，静态转矩，系统升频降频时间，起动矩频特性、起动惯频特性、运行矩频特性。驱动电路的型式：高低压驱动电路、斩波驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路、电流检测型功率放大电路等。不同的电路型式、其工作性能不同，根据加工需要合理选择。刀架控制与驱动系统主要考虑刀架型式，如四位或八位电动刀架，或转塔六位刀架。定位精度及重复定位精度，换刀时间、刀具选择时刀架的转向、夹紧力。刀杆尺寸及装夹刀具结构型式等性能参数。我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 3 常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的，性加工单元，立式加工中心，民明机床古物全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的式铣削加工中心，青海第一机床厂的式加工中心等。这一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预计在不远的将来会赶上或超过世界先进国家水平。数控机床横向进给设计 . 4 2总体方案论证 2 1 选择动力系统经济型的数控机床动力系统可分为三类 1 步进电机式采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选种速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有 2插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广，普及。 2 交流点位式采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达复定位精度为以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。 3半闭环连续控制式采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进行强力切削。当丝杠螺在 6右时，快速可达 8 9m/不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强电计大大简化。以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机人微言轻执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精大功率应用场合并不很合适，故考虑采用伺服电机控制。择传动装置数控机床半闭环进给系统中伺服电动机经齿轮副（或同步齿形带副），滚珠盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 5 丝杠拖动工作台。反馈装置与电动机相联，发出反馈信号（亦可把反馈装置装在丝杠的端部）；伺服电机可直接与丝杠联接数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术仪式，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙，低磨擦、低惯量、高刚度、高谐振频率心脏有适应阻尼比的要求。设计任务要完成的设计是横向进给系统的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。螺旋传动主要用来把旋转传动变为直线运动，或把直线传动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋，有以传递运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋，还有调节整零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母，滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构之别。在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。选用滚珠丝杠副传动机构，因为此种机构有如下特点： 1. 传动效率高，磨擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率为：常规的丝杠螺母副提高了 3 4 倍（滑动丝杠效率为 ,因此，功率消耗只相当于常规丝杠副的 1/4 1/3。 2. 给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区。定位精度高，刚度好。 3. 有可逆性，可以从旋转运动转化为直线传动，也可以从直线传动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。 4. 磨损小，使用寿命长，精度保持性好。 3 、具体设计说明 3 1 横向进给滚珠丝杠副的设计选择：数控机床横向进给设计 . 6 在一般情况下，设计滚珠丝杠时，必须知道下列条件：最大工作负载平均工作负载用下的使用寿命 T，丝杠的工作长度 L（或螺母的有效行程），丝杠的转速 n（平均转速 n），滚道的硬度丝杠的运转情况，然后按下列步骤进行设计。 1、计算作用在滚珠丝杠上的最大动负载数值。 2、从滚珠丝杠设计标准中，找出相应尺寸系列对应的最大动载荷相近值，并初选型号。 3、根据具体工作要求，对于结果尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑选出比较合适的公称直径程珠列数 k、滚珠圈数 j 等确定某一型号。 4、根据所选出的型号，列出（或算出）其主要参数的数值；验算其刚度及稳定性系数是否满足要求。若不满足要求，则需要另选其它型号，再做上述的计算和验算直至满足要求为止。 3 1 1确定滚珠丝杠的支承方式：一、滚珠丝杠常用的支承方式见下图。图 a 为一端轴向固定一端自由，常用于短丝杠和竖直安装的丝杠。图为一端固定一端简支，常用于较长的卧式安装丝杠。图 c 为两端固定，常用于长丝杠或高转速、要求高速精度、高刚度的地方。这种方式还可以预拉伸。这种安装方式虽优点显著，但工艺比较困难。滚珠丝杠都用滚动轴承支承。可用的滚动轴承种类很多。从目前情况看来，本课题可选用角接触球轴承：盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 7 这种轴承可以组配。 ( a )图为一对背靠背， ( b )图为一以面对面。都承受两个方向的载荷。由于螺母（固定在床鞍上）与丝杠（固定在床鞍上）与丝杠（固定在床身上）的同轴度难免有某些误差，希望轴承有一定的自动调心作用。面对面组配时，两接触线与轴线交点之间的距离比背靠背时小，调心较易。所以丝杠轴承面对面配用得比较多。这种轴承是在预加载荷的条件下组配的。背靠背组配时，内圈端面各磨去装配时压紧内圈。就可施加预加载荷。简支端常用深沟球轴承，不预紧。本课题设计采用的是角接触球轴承，原因在于：要承受横向进给力，考虑到系统受力情况； 2. 为了保证加工精度，横向进给系统的运动轨迹范围决定了采用角接触球轴承。珠丝杠副额定载荷：（ 1）额定动载荷在一组有相同参数的滚珠死杠副中，把 90%达到 106 转而不发生疲劳剥伤数控机床横向进给设计 . 8 所能承受的纯轴向载荷称为额定动载，以示。（ 2）额定静载荷在滚珠丝杠副静止（或转速 10r/态下，承受最大接触应力的滚珠和滚道接触面的塑性变形量只和为滚珠直径时的轴向载荷，称为额定静载荷，以示。珠丝杠幅主要参数的确定：（ 1）按预期寿命轴向载荷行选择： a)3 106 （转） 1 （ 3 一般情况下，以用平均载荷 F 1 （ 3 式中；预期设计寿命，最大轴向载荷，最小轴向载荷。对于机床常取 0 106 （转）则： 20 1 （ 3 本课题设计的要求，系统最大进给力为 2750N，横向进给为一半即1375N，所以得： 80N（经验值） 5%238N 所以 2381375 =： 2)按承受的最大轴向力定参数计算静负荷 F 城工学院本科毕业设计说明书 2004 9 即 2 680=；丝杠的额定动载荷杠的额定静载荷择：代号为 2005的滚珠丝杠，其基本直径 20径本导程 5 （ 1）最大轴向压缩载荷 F 滚珠丝杠受压力作用后，在弹性范围内的临界稳定载荷下式计算： 4)( 4 （ 3 式中： m=20 104 （ N/ 公称直径（ . 则：平安置时 ny=4 n 许用稳定安全系数 244 020 F 即 2). 极限转速的计算为使丝杠副在高速运转时不发生共振现象，应对其极限转速进行核算。当丝杠发生共振时转速称为临界转速，以示： 21 m ()(1026 4 （ 3 数控机床横向进给设计 . 10 式中： 0K=限转速 n 满足： n c=121m 0 2 rm （ 3）滚珠丝杠副的预加副载为了消除螺母间隙，提高滚珠丝杠副的刚性，与定位精度，在丝杠和螺母间施加预加载荷预加载荷大小为： 229N4 （ 3 （ 4）滚珠丝杠副的刚度滚珠丝杠副的刚度 K：式中： K 为滚珠丝杠副的刚度； K j 为滚珠的轴向接触刚度；螺母的安装刚度；丝杠轴的安装刚度 1 当有预加负荷为额定动载荷的 1/10 时，近似的以下式表示： )/(* 2 4 （ 3 式中： N） Z Z 圈数列数 Z 为一圈滚珠数内循环 Z =d0/ 5)粒 210 为滚子数 25 21 017 （ 103 N/ m 盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 11 2 、螺母支撑刚度 )/(10 8 5 （ 3 其中： E 105 A 103 ， 103 105） /（ 1000 103） 103（ N/ m） 3 、丝杠轴的支承刚性采用图示的支承方式： 10A =(A*E)/（ 1546 108） 103（ N/ m） 10 （ 3 滚珠丝杠副的刚度 K：因为：所以 K=1/( )=103 （ N/ m）（ 5）驱动力矩及驱动功率使丝杠旋转运动所需驱动力矩： F （ 2000 ） (10 （ 3 公称导程所以预紧力所产生的摩擦力矩数控机床横向进给设计 . 12 K810*2* （ 10 （ 3 10381025229v 驱动力矩： M =f=0 （ 3 所需功率 W95500M（ 1 （ 3 W= )( 式中： F 为轴向载荷为效率 3 1. 4 滚珠丝杠与伺服电动机的联接滚珠丝可通过齿轮副或步齿形带与伺服电机相接；也可通过联轴节与伺服电动机直接联接。为了消除丝杠与电机轴之间的同轴度和垂直误差，可用挠性联轴节或波纹管联轴节。一般为挠性联轴节。柔性片分别用螺钉和球面垫圈与两边的联轴套相联。通过柔性片传递力矩。柔性片由不锈钢制成，每片厚种联轴节已由专门工厂生产，其性能尺寸见机床设计手册第 3册伺服电动机有直流和交流两类。直流伺服电动机开发较早。交流伺服电动机国外于 70 年代末期开始应用于数控机床。由于交流伺服电动机没有电刷，因此寿命长，允许的转速高，还适当宜于易燃易爆的环境中使用。交流伺服电动机发展得快，在国外已基本上取代了直流伺服电动机。在我国，交流服电动机也已采用，直流伺服电动机仍有应用仍较多。伺服控制系统一般都是闭环或半闭环控制系统：盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 13 图中给出了典型的伺服控制系统的框图。这是一个三环控制系统，外环是位置控制环，是决定系统主要性质的基本控制环，它决定着系统的位置控制精度；速度控制环用于实现速度的调节和速度控制精度；电压控制环可实现对伺服放大器的电压控制。半闭环控制：半闭环控制系统不但有前向的指令控制通道，而且有检测元件输出的反馈控制通道，而检测元件是安装在丝杠轴或电机轴上的，检测同角位移后，推算出工作台的实际位移。以偏差值实现位置控制。此系统由于检测元件检测的反馈信号不包含从旋转轴到工作台之间的传动链的误差，这部分误差将不能被自动补偿。因此这种由等效反馈信号组成的控制系统为半闭环控制系统。闭环控制：数控机床横向进给设计 . 14 闭环控制与半闭环控制其组成原理及控制方法基本相同。在闭环控制系统中，要求以工作台（或刀架）的最终控制输出作为反馈信号，即要求测量元件安装在工作台上，而不是安装在丝杠或电机轴上。但因直接测量工作台的实际位移，需配备如光栅、磁栅或感应同步器等安装和维修要求都比较高的位置检测元件，这使整个系统的价格提高。由于闭环控制能对整个系统误差进行自动补偿，因此，其精度比半闭环控制要高，精度取决于位置检测元件的测量精度。总之，这种控制方式的优点是精度高、速度快，但调试和维修比较复杂，适宜于大型和精密的数控机床。盐城工学院本科毕业设计说明书 2004 15 3 2. 伺服电机型号选择： 3 在进给运动的速度较低的情况下，空载功率很小，计算时可以略去，进给电机的功率可根据进给的有效功率和传动件的机械效率来计算：即： 6120*(*)11 （ 3 式中：斤力） /分）般可取根据资料显示 ,列车床的最大切削主力 F=2750N 即750N 故进给力

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