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数控车床X轴进给系统结构设计论文.doc

数控车床X轴进给系统结构设计【8张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】

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关键词：: 数控车床 X进给系统结构设计 cad图纸毕业论文开题报告数控车床X轴进给系统结构外文翻译

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数控车床X轴进给系统结构设计

38页 17000字数+论文说明书+开题报告+外文翻译+8张CAD图纸【详情如下】

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摘要：

本课题设计的研究内容是数控车床X轴进给系统的设计。X轴的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。本文采用文献分析法，类比法进行研究设计。滚珠丝杠的精度会影响机床的运动精度和定位精度，所以选用带有双螺母的滚珠丝杠进行调隙。以交流伺服电机为动力源，通过刚性联轴器使电机和预紧滚珠丝杠连接在一起，使用涨套消除间隙，通过涨套的轴向移动和径向膨胀来传递运动和动力。使用背对背和串联的角接触球轴承来固定滚珠丝杠，滚珠丝杠的支撑方式两端采用双推的方式，并且使用垫板防止两端轴承的中心高不一致。采用直线滚动导轨。本设计结构紧凑，传动效率高。最后进行了成本分析。

关键词：进给系统滚珠丝杠结构设计

Title CNC lathe X axis feed system architecture design

Abstract

The subject of the research design is the design of CNC lathe X axis feed system. Directly affect the performance of the X-axis machining quality and productivity of cutting the workpiece, the machine is an important factor in determining the performance and technical and economic indicators. In this paper, literature analysis, research design analogy. Since the accuracy of the ball screw will affect the movement of the machine and positioning accuracy, use a ball screw nut be adjusted with double slot. In AC servo motor as the power source, the motor through rigid coupling and preload ball screw connected together to eliminate the gap using a set up to transmit motion and power rose by axial movement and radial expansion of the sleeve. Use back to back and a series of angular contact ball bearings to fix the ball screw, ball screw support dual-mode push both ends of the way, and using the pad to prevent the bearings at both ends of the center high-inconsistent. Using linear rolling guide. The compact design structure, high transmission efficiency. Finally, a cost analysis.

Keywords Feeding System； ball screw； Structural Design

前言 1

第一章绪论 2

1.1数控机床简介 2

1.2 数控机床的发展趋势 3

1.3 数控机床的国内外发展状况 4

1.3.1国内发展状况 4

1.3.2国外发展状况 5

1.4 数控机床发展中存在的问题 5

第二章总体方案设计 7

2.1 进给系统的传动要求及传动类型的选择 7

2.1.1传动要求 7

2.1.2 传动类型的选择 7

2.2 X向伺服电机类型的选择与确定 9

2.3 电机与丝杠连接方式的确定 10

2.4 X向进给系统的设计方案确定 12

第三章 X向进给系统的结构要求 14

3.1电机型号的选择及要求 14

3.2滚珠丝杠型号的确定 14

3.3滚珠丝杠轴承的确定及支撑方式 15

3.3.1 确定轴承型号 15

3.3.2轴承支撑方式的确定 16

3.4 轴承的安装与预紧 18

3.4.1轴承的安装 18

3.4.2轴承的预紧 18

3.5 导轨的确定 19

第四章 X向系统结构计算 21

4.1 X轴向惯量匹配的计算 21

4.2 X轴向转矩匹配的计算 22

4.3 X向进给力的计算 23

4.4 X向滚珠丝杠预拉伸量的计算 23

第五章润滑、密封与防护 25

5.1 X轴部件的润滑 25

5.1.1滚动轴承的润滑 25

5.1.2滚珠丝杆的润滑 25

5.1.3导轨的润滑 26

5.2轴承的密封 26

5.2.1 滚珠丝杠的防护 26

5.2.2滚动轴承的密封 26

5.3 X轴传动的防护 27

第六章技术经济分析 28

6.1 技术成本分析的目的与意义 28

6.2 成本材料构成 28

6.2.1 非标准件 28

6.2.2 标准件外购费用 29

6.3 成本计算依据 30

第七章总结 32

致谢 33

参考文献 34

前言

制造现代工业化的基础是建立在数控技术以及数控装备上的，无论哪一个国家，它的经济发展和综合国力和这个基础的牢固程度息息相关，对于一些行业的重要发展也是起着愈来愈重要的作用，甚至这个技术的发展会关系到一个国家的战略地位。正是因为如此，以数控技术为核心的先进制造技术要大力发展，这是加强一个国家经济、提高综合国力以及提高一个国家地位的重要途径。

现代工业和科学技术现在都是发展比较迅速的了，同时相关的机床产品都向着“高”的方面发展，通常的说法的就是速度要高、效率要高、并且容易实现自动化，所以对于一台机床的结构性能必须要求很高。

X轴Z轴两轴驱动机构和数控车床部件构成了数控车床的进给系统，是数控车床在加工时带动刀具作两个方向联动的运动执行机构。由两轴驱动的伺服进给系统不仅可以对进给运动的速度快慢实现自动控制，而且刀具相对于工件的位置移动可以实现自动控制。X轴部件的性能是否合格直接影响加工工件的加工质量和切削生产率，X轴的性能是决定机床性能以及经济技术指标的重要因素。

第一章绪论

1.1数控机床简介

数字控制就是通过数字化信号来控制机床的运动方向和加工过程的一种技术方法。

数控技术就是通过数字化信息对机器的运动和工作进行控制的技术[1]。数控技术是现代化工业生产中的一个十分新颖的发展、也是一项发展十分迅速、快捷的高新技术。数控技术在各行各业都有很多的应用。通过数控技术加工零件，生产率有明显的提高，成本也会下降、加工质量还有保障、工人的劳动强度也会降低。

正是因为一台机床具控备了数技术，才有了数控机床这个说法，也可以说是一台装备了数控系统的普通机床。由于数控机床的快速发展，国际信息联盟第五技术委员会对数控机床的定义重新定义了一下：一台机床，若是装备了数控技术和程序控制，就可以称它是数控机床。使用号码或者其他的编码指令数控机床都能逻辑的处理这些程序。

一它数控机床能完成一项操作或者监控，都是要在数控单元中完成，并且它还是数控机床的大脑，是一个不可缺少的部分。数控机床与普通机床相做比较的话，数控机床的特点有如下几个：

1、无论加工对象的材料如何，数控机床都能很好地适应，在模具加工的生产中，可以适应单件生产，促进了模具行业的发展制造。

2、数控机床的加工精度高，加工质量可以得到很好地保障；

3、普通机床一般只有XZ两个坐标联动，但是数控车床能进行三轴联动甚至更多联动，对于一些形状复杂的零件，只要程序准确也可以加工出来；

4、数控加工零件，若是零件形状需要改变，一般是在数控加工工件前更改数控程序，就能完成程序要求的形状，大大减少了生产的准备时间；

5、数控机床本身的精度和刚度和普通车床相比的话都有很大的提高，这样就可以选择有利的加工用量，提高了生产的加工效率（一般为普通机床的3~5倍）；

6、由于数控机床的自动化程度很高，在加工时只需要做好安全工作就好，方便了劳动工人，而且效率还高，大大提高了生产率；

7、数控机床的生产管理要利于现代化发展，由于数控机床是通过数字信息和标准代码来出传递信息，程序又是由计算机控制的，为计算机辅助设计和机械制造以及管理一体化做出了很好的铺垫；

8、数控机床对操作工人的劳动素质要求较高，这样才可以正确的操作数控机床，并且要求对数控维修人员的维修技术要求过硬；

9、数控机床的可靠性比普通车床的可靠性高。

1.2 数控机床的发展趋势

在传统制造业这一领域当中，随着数控技术的不断和创新，也发生了天翻地覆的变化传统制造业也因此一跃而上成了现代工业化的典型代表。近年来，数控技术的发展越来越快速，而且应用领域越来越广泛，现代生活中，一些行业离开数控技术的话生产技术就会后退很多，数控技术在这些行业中起着至关重要的作用，因为这些行业的现代化发展离不开数字化发展，这是一种新的发展趋势。

（1）高速度化、高精度化、高可靠性

高速度化:不仅提升数控机床的进给速度、还要提高数控机床主轴的转速。

高精度化:数控机床的加工精度等级很高。精度不仅可以达到微米级或者亚微米级，甚至连纳米级都可以达到。

高可靠性:由于数控机床具备了成熟的数控技术，所以数控机床的可靠性很高，比普通机床的可靠性高出许多许多，大约有一个数量级的比较。由于一台高可靠性的数控机床要投入很多的人力物力，所以一台数控机床的可靠性不一定是越高越好，只要能满足加工要求就好。

（2）复合化

数控机床方面的复合化的核心内容就是要在一台数控机床上可以完成多种操作，比如车削、铣削、钻孔、攻丝、铰孔等。这样能大大节省加工时间、提高加工效率、提高生产柔性。

（3）智能化、网络化

数控机床对于智能化的要求有以下几个方面：对于加工要求的智能化、加工质量方面的智能化、提高驱动性能方面的智能化、简化编程方面的智能化、操作加工的方面智能化、界面的智能化、监控方面的智能化。

（4）柔性化、集成化

第七章总结

本次设计的题目是数控车床X轴进给系统结构设计，一开始通过了解、熟悉课题，查阅相关资料，完成了开题报告以及外文翻译。然后通过原始数据，完成惯量匹配的计算、转矩匹配的计算、进给力的计算、滚珠丝杠预拉伸量的计算。最后绘制X轴进给系统装配图及零件图，最后完成了毕业设计说明书。相关总结如下。

一、主要工作及结论

1、通过写开题报告、外文翻译提高了自己的收集能力和整理能力。

2、通过设计计算、提高了自己的计算能力和对比能力。

3、通过绘制装配图、零件图提高了自己的绘图能力和对进给系统的了解。

4、通过编写论文提高了自己的语言组织能力和对本次课题的了解。

二、存在问题

对于个人来说，自己的绘图能力和计算能力有待提高。

对于机床来说，数控机床中X轴起着至关重要的作用，所以X轴的性能要稳定，精度高。

三、发展展望

对于自身来说，希望自己在工作和学业上勤勤恳恳、做事认认真真，以及有良好的耐心。

对于数控机床来说，应该向着高速度、高精度、高可靠性发展。

致谢

毕业设计从开始到现在，差不多3个月多点的时间，在这段时间，我完成了开题报告、外文翻译、设计计算、零件图、装配图、论文。尽管每一项看上去都很容易，但是其中的艰辛也着实不易，能完成这些，都离不开刘桂芝老师的细心帮助，没有刘老师，就不会有这些。每个部分刘老师都帮我细心的查看，叮嘱我仔细修改。

设计计算的过程中，一开始的我是难以下手的，查阅资料的时候觉得都和自己的对不上，刘老师看我们计算都有些困惑，把我们叫到办公室指导我们为什么要计算，如何计算，叫我们多多查阅资料并举例给我们看。设计装配图和零件图的时候，刘老师都会悉心帮我们解答问题，我们的问题很多，但是刘老师都是以极大的责任心和耐心帮助我们。不仅授之我们“鱼”，更授之我们以“渔”。

老师在我设计过程中如同指明灯一样，帮助我缕清设计思路，而我同学在设计过程中也如同手中的灯光一样，缺一不可。有时候老师不在的时候，我们几个同学就在一起讨论，每个人的想法都是不一样的，大家集思广益，得出一个让大家都信服的答案。在这次设计中，感谢蒋梦雨、耿成超、珂珂等同学的帮助。

对于本次毕业设计，其中的酸甜苦辣我都会记得，通过这次毕业设计也让我明白了做事要认真、不懂的时候要多多查阅资料、天道酬勤。

最后再次刘老师的悉心教育和耐心帮助以及同学之间的互帮互助。

参考文献

1.王爱玲.现代数控机床.北京：国防工业出版社，2003

2.权秀敏，尹显明.数控技术发展趋势，西南科技大学制造学院.北京：新技术新工艺，2007（6）

3.丁学生.我国数控车床现状和发展.北京.中国机床工具，2006,11

4.陶晓杰.车床进给系统，制造业自动化，2000

5.钱平.伺服系统；北京：机械工业出版社，2011.2

6.吴忠泽.机械零件设计手册；机械工业出版社，2003.11

7.王爱玲、武文革、辛志杰等.现代数控车床.北京：国工业出版社防.2014.2

8.付承云.数控功能部件选用手册.机械工业出版社.2010.12

9.戴曙主编.机床滚动轴承应用手册.北京：机械工业出版社 1992.1

10.吴祖育．数控机床．上海：上海科学技术出版社，1989：20-25

内容简介：: 毕业设计 (论文 )外文资料翻译原文题目： A 文来源： of 009 学生姓名：所在院 (系 )部：专业名称：机械设计及其自动化一种新的可重构逻辑的数控车床控制器作者： , 摘要：可重构器件已发展到在计算机上实现数字控制（统。可重构器件提供而，少数工作是在可重构逻辑数控车床中实现的。本文开发了数控车床螺纹中的同步运动和可重构逻辑的一个新的重采样算法。一个实验系统构建和测试结果验证所提出的架构。关键词：数控车床，可重构逻辑，重采样，车丝一引言计算机数控（广泛应用于现代工业。作为该机的控制中心，制器会影响很多方面，如速度，精度和稳定性的机加工性能。在加工速度和精确度的快速增加，传统的基于软件的重配置硬件的引入解决了这个问题。可重构硬件有助于在许多方面的数控系统。首先，控制算法可以通过硬件具有高执行效能实施。设计者可以采取硬件的并行结构的优点，以加速的算法。此外，时间执行能力的硬件能够理想的实现有效控制。其次，可重配置硬件提供了设计者的灵活性。由于可重构硬件的可编程特性，设计者可以定制品种各界集成到一个单芯片容易和快速。第三，可重配置硬件提供修改或更新在先前版本的硬件设计的可能性。即使控制器已被交付给用户，硬件逻辑仍然可以修改，以满足新的要求。可重构硬件在运动中的研究最近已开发了控制系统。有些工作的重点位置控制器的设计，陈等人。实施使用分布式算法（案 1现场可编程门阵列（制算法，陶等人。一个三级位置前馈追加到硬件制器 2。赵等人。比较了多制器的结构不同机械工程系通道控制 3，王等人。设计了一种基于 4。苏等人。实现的片上的数字差分析器（控制算法 5。在数控控制器等功能也进行了研究。等。实现与数控和机器人应用 6冲击限制了基于多项式的硬件配置文件生成器。尤曾家丽等人。在 7。然而，缺乏对数控车床控制器，这是本文的重点实施可重构器件的工作。本文开发了数控车床螺纹中的同步运动和可重构逻辑的一个新的重采样算法。如下本文将结构 ;在第 2节，一个数控控制器和车丝过程的体系结构将讨论 ;在第 3节，重采样方法的原理将出台 ;在第 4 节，可重构逻辑的硬件设计进行说明 ;在第 5，使用所提出的方法的数控车床控制器的示例将提交。二背景数控控制器的体系结构示于图 1 所示。该架构包括四个控制层 8：智能控制，运动控制，设备控制和物理设备。人机界面（经营者进行交互，并调用智能控制层做加工工作。在智能控制层中，输入器指令是由运动控制层，它由内插器和一个离散事件控制模块的执行。内插器根据所需的运动指令和速度分布生成位置指令。其他指令，如工具选择和冷却剂控制，通过离散事件控制模块处理。设备控制层操作的物理设备来实现加工过程。它集成一个轴控制模块和离散输入 /输出控制模块。在本文的研究中，在设备控制层是通过使用一个重新配置的设备中实现。对于数控车床，运动功能分为两类：正常的运动和主轴同步运动。正常运动在轮廓加工使用，而在主轴同步运动在车丝过程中使用。正常运动的原理类似于在一个铣床的运动，已成功地实现了对由其他研究人员可配置器件。本文着重对主轴同步运动的可重构硬件。控车床维持螺纹精度，进给运动必须与主轴旋转同步，如图（ 1）中。），米）的引线。 F = 1) 增量式旋转编码器安装于主轴以确定其角度。作为主轴旋转时，编码器产生的该偏移90度的相位彼此如图信号的两个通道（）。的相对相位和 B 信道，无论是位置和旋转方向可跟踪。编码器还提供了一个索引信号，其中每转脉冲一次，作为角度位置的参考点。编码器的波形。图 3示出在车丝过程 9刀具路径的一个例子。当主轴旋转时，切割器移动到点 1。然后，控制器等待索引信号来确定的所述主轴的所述绝对位置。一旦主轴旋转到所需的位置，车丝过程将开始与在进料方向上的加速度的移动。在加速，线程是不是精度。当加速度终止于点2，进料速度到达期望的速度和进给运动将与主轴同步。车丝过程结束之前，切割器将开始在点 3减速的螺纹也是不减速时的精度。最后，该车丝过程停止在点 4和刀具从工件移开。丝过程的一个例子。主轴速度可以在车丝过程波动。根据（ 1），进料速度应该遵循主轴速度。车丝过程可能需要多个路程，以限制材料去除率或创建多个线程启动。刀具也可能改变在一个特殊的线程。因此，在车丝过程中，沿进给轴的运动必须与主轴的角位置同步。解决这个问题的传统方法可以被描述为以下步骤： 1）在每个电机控制周期，采样主轴位置。 2）用插补计算新的刀具线轮廓位置。 3）更新各轴的指令位置。 4）返回到步骤 1，如果车丝过程没有完成。上述步骤必须在一个马达控制被执行每一次，因此所有的步骤必须以实时完成循环。然而，如果实时执行由软件执行时，控制算法的开销高，这是很难实现短的控制周期。此外，实时软件执行需要额外的处理器时间，以切换之间的真实时间任务和其他任务。中央处理器时间的比比长，任务的切换将非常大，周期相对较短。三在我们的工作中，提出了重采样方法车丝时，为了避免内插算法的实时执行。此外，可重新配置的硬件被用于电动机控制等实时功能。图 4演示了重采样方法的原理：采样方法原理 1）内插器以恒定的速度假定主轴运行。因此，在每个周期中，主轴旋转是固定的。然后插入刀位置来确定螺纹齿形。由于不需要实际的插补器主轴位置，插补可以在电机控制周期前确定。 2）在电动机控制循环中，通过重采样的位置曲线所生成的位置指令。该位置的曲线是用直线连接每个插位置重建。虽然主轴的角位置的增量可以改变，该命令位置可以通过重新采样来获得。主轴的位置由来自旋转编码器的脉冲计数测量。因此，在各电动机控制周期主轴位置的增量脉冲当量的整数倍。我们可以选择其中是一个正整数。在两个连续的插值倍假设主轴定位 Q） X，和对于进给轴对应的内插位置是一个和中，由于位置曲线由重建线性函数，在时间间隔内的位置的函数可以被写为作为主轴位置由编码器脉冲的计数表示的，在第（ p（ 3）只能取离散值，让代（ 2）和（ 4）代入（ 3），我们得到等式（ 5）可以进一步写成增量形式等式（ 6）是用于重采样方法的算法。该算法涉及加法和除法。在计算中，如果除法操作可以通过变速操作来实现。因此，重采样算法非常简单，它是适合于由硬件来实现。通过假设主轴以一定速度旋转时，相当于插补周期 7可确定为如下其中式（ 8），我们可以看到，插补周期是独立于电机控制周期。选择较大的以可以减少计算量。然而，大的此，计算成本和精度之间的平衡应该选择四可重构逻辑许多的数控任务可以由硬件或由软件来实现。用可编程逻辑器件（如现场可编程门阵列（复杂的发展可编程逻辑器件（越来越多的控制功能可以由硬件来实现。硬件的并行性质允许控制算法在实时运行。此外，可重配置能力，提供了一个可以被开发和修改的快速灵活的硬件平台。在这项工作中的可重构逻辑设计的结构示于图于每一个进给轴，有一个轴缓冲器，重新采样器，指令位置多路复用器和马达控制器。为了简化设计，只有位置的增量被用于位置数据的传输。本方法避免了使用绝对位置，从而节省了在不同模块之间的数据交换的位线。每个轴包含位置数据的两个数据路径。数据路径是由命令位置复用器根据控制模式中选择。在正常模式中，重新采样器旁路和用于运动控制器的命令位置由轴缓冲器提供。在穿带模式中，重新采样施加位置曲线的采样。轴缓冲保持在给定的内插器的下一个位置增量。因此，下一个内插的位置，可以从轴线缓冲器立即加载。然后，新的内插位置可以存储到缓冲一次。重新采样进行重采样算法。在两个通道的重新采样由采样控制模块控制。重采样控制器根据主轴位置控制重采样过程。运动控制器实现了位置控制算法，并提供接口向马达驱动器。几种控制算法可用，如数字微分分析器（模糊控制器。在这项研究中，制器采用两个运动控制器通过从轴同步模块的控制信号同步。一些互补的模块也纳入轴编码器适配器是接口主轴编码器。数字滤波器被集成在适配器以防止噪声的影响。离散 I / 断控制模块用于当特定事件发生时，产生中断信号给时钟控制模块提供时钟信号给其它模块。运动控制器和其他配套模块的硬件实现了文献中已全面讨论，本文的其余部分将在实现重采样算法的讨论。图 6示出了重采样控制器的结构。从主轴编码器适配器的信号被用来确定主轴的位置。为了得到高的分辨率，输入脉冲频率翻了两番。加工开始前，相位被装载到相位偏移偏移寄存器及相位输出比较低。因此，与门的输出为低。当启动信号到达时，相位计数器将等待索引信号。索引信号的到来之后，相位计数器开始计数输入脉冲。当脉冲计数匹配相位偏移，相位输出比较意愿变高。的四倍编码器输入信号将经过与门作为时钟进行加法运算。重新采样将执行加（ 6）当比特计数器。它需要除了次溢出。当溢出发生时，在负荷信号设置和重采样将加载新的内插位置形成轴缓冲。重新采样的结构示于图个加法器和三个寄存器。该移位器用来执行在（ 6）的除法运算。在这项工作中，我们选中 N=5，输入 A 是由一个 8位定点数来表示。重新采样器的输出是一个 8位的定点数。在负荷信号到来时，新的存 13位加法器使用做在（ 6）的加法运算。每次加入果电机控制器需要下一个命令的增量位置，着，再采样位置，位值，被锁定在位。因此，在新采样结构五数控车床控制器的建立是为了测试所提出的控制方法。实验数控系统的示意图示于图。实时的部分和实时一个和非实时部分包括一个 32 位的 20速存储器，信端口和一个调试单元。非实时部运行作系统。控制软件包括用户界面，解释器，内插器，顺序逻辑，通信，时部的硬件包括一个 8位个双端口个个 D / 端口中包括内插位置。将其发送到 /实时重新配置的控制逻辑是在 D / 9示出在在实验系统，主轴编码器的分辨率为 4800脉冲每转（后四人间）。些加工程序都在该控制器上进行测试来检查建议的可重构逻辑。一个分析程序在正常模式下测试直线和圆弧饲料的功能，而其他三个方案验证在线程模式下的重采样算法。螺纹的参数在表丝测试列出，主轴转速被设定为 500，实际速度是据（ 8），在测试的等效插补周期为图 10示出在测试中车丝过程。图 11 表示成品零件。所有的测试程序和预期一样。结果表明，该架构是可行的数控车床控制器。验系统的图制器的硬件设置表一测试线程的参数参数测试一测试二测试三大径（ 20 22 16径（度（ 30 30 30 铅（青（减率 0 0 论单头直螺纹双启动直螺纹单头锥螺纹程值得注意的是，通过利用可重构逻辑，电动机控制任务和重新采样算法，可以由硬件实现。可重配置硬件增强了数控系统的性能。而且，这种结构允许车丝之前要计算的内插点，从而消除了需要在实时运行插值。通过以间歇方式运行的内插，在实时上下文切换开销被降低，和一个更高的数据吞吐量是可能的。在这个实验中，控制软件是一个标准的是一个非实时操作系统上运行。因此，开发人员可以使用标准的编程工具来构建数控系统软件。六本文介绍了可重构硬件体系结构的数控车床控制器的开发。我们提出了一个新的重采样算法数控车床的车丝过程。尽管主轴速度的波动此重新采样算法可以维持螺纹精度。通过利用重新采样算法，内插任务和电机控制任务可以异步运行。从而，内插可以在不久实时的方式来完成。这将简化软件设计和提供了更高的数据吞吐量。从设计者的观点，重新采样算法适用于由硬件执行。再采样逻辑的结构也被本文提出。重新采样，与其他的可重构逻辑结构一起，可以很容易地集成到一个可编程逻辑器件。可重构硬件的应用提高了系统的性能和系统设计提供了灵活性。实验已经成功验证了该重采样算法的可行性和相应的可重构逻辑。参考文献 1 M. . 2004, 48852 H. 32008, 773 W. “ 1282005, 4 B. “ 1575 Hu of 82006. 6 G. . “ 25, 2009, 3797 38, 2006, 11238 S. . J 27, 2006, 788s 2004 9789/2009 835 , 00072, NC to on in a a in a in a An . in NC NC a of of In of is to to of to or in be to on in on of et ID on a A). et a to ID 2. et 3et a ID 4. Su et DA)NC et a NC 6. et a a be as be , of be , 8: It an a In of is by a is in of is to in by on as 1). F is mm/ F=1)An to As A ) of of as of 3 an of in 9. to . is in 1), to or in a in of to be ) In in if is by of is it is a PU as to of PU of (8)4) a (pT to be In by of be of is by of in is =(2)at pn+x,in )g)m=g)n+m= . (4),A = (5)pm+i)=4 4do 6). of If 5 20 22 1630 30 30 0 a 3220T a a a NC of a 8is to VR to to , of 800 on in in . In 00 8), in of is by be to be to in in a in is a of s is in be a of by R& 2007 五五五 2 . 008,3 W. 12005,4 B. 5 /五五 006.6 G. “ 009,7 006,8 S. . / 咐 J 006,9 工业中心本科毕业设计（论文）开题报告题目：数控车床 X 轴进给系统设计专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导教师： 20年 3 月 2 日本科毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名职称研究员级高级工程师所在院系工业中心课题来源课题性质课题名称数控车床 X 轴进给系统设计毕业设计的内容和意义采用文献分析法、类比法等方法进行数控车床 X 轴进给系统的设计，使 X 轴获得更好的稳定性，准确的 X 轴进给系统能提高系统的稳定性，该部件的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率 ,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。毕业设计的具体内容： 1、调研并熟悉课题及有关资料，写出开题报告。 2、设计要求：机械制图、设计计算 3、技术经济分析：各零件成本分析、课题成本计算 4、翻译有关外文资料 5、撰写毕业设计说明书本课题研究的意义：本课题对数控车床 X 轴进给系统进行了设计，其意义如下：高速、高精、高可靠性、环保等方面为基础，制造出更好的数控车床，一台好的数控机床需要一个好的 X 轴进给系统，确保稳定的横向进给。进给系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。进行这一设计主要是为了进一步地提高数控车床横向进给机构的定位精度、重复定位精度。该部件的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率 ,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。过找资料、咨询老师、询问同学等方法，归纳关于数控车床 X 轴进给的资料，提高了自己的查找能力，阅读能力。学习了很多专业课，对于其中的专业知识有些是掌握的不牢靠，通过这次毕业设计，丰富了自己，提高了自己。本次毕业设计的宗旨也是让我自己觉察到自己的不足，遇到问题自己要分析问题，咨询老师。本次设计也综合考查了我运用所学知识进行发现问题、分析问题和解决问题的能力。文献综述一、引言从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。随着计算机技术和现代设计技术的飞速发展以及装备制造业对数控机床的大量需求，数控机床的应用范围在不断扩大并不断发展以更适应生产加工的需要。“十二五”是国产数控机床发展的一个新机遇期，全球已经走出金融危机造成的经济最困难时期，国内需求拉动的效果非常明显。“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项已全面启动和实施。数控车床是在数控机床中占有比例较大、自动化程度较高、结构较复杂的先进加工设备，因此有必要了解数控车床技术发展现状和趋势，为进一步促进我国数控车床的发展、提高我国数控车床技术水平做好准备 1。二、数控机床的发展趋势精度化、高可靠性高速化 :提高进给速度与提高主轴转速。高精度化 :其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级 (高可靠性 :一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束 2。数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。络化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面 :为追求加工效率和加工质量方面的智能化 ;为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化 ;简化编程、简化操作方面的智能化 ;还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。成化当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是 :从点 (数控单机、加工中心和数控复合加工机床 )、线 (面 (工段车间独立制造岛体 (布式网络集成制造系统 )的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。机床复合化程度越来越高，一台复合式机床就相当于一条生产线。范的建立文献综述三、数控机床国内现状及不足我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期 3。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 8000 10000r/上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用技术，很多企业已开始和计划实施应用电子商务。长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了 5高、精、尖技术方面的差距则达到了 10时我国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展 4。国内现状的不足组要体现在以下四个方面我国数控机床产业化低，与国外发达国家数控机床产业相比仍有很大差距。国外技术重引进、轻消化吸收的问题仍很突出。要注重国外先进技术的引进、消化、吸收与自主创新能力提高的有机结合。严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，造成数控机床领域共性关键技术的持续创新能力不足。美、德、日三国是技术最先进、经验最多的国家。美国的特点是网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。数控机床的机械结构设计、制造的配套环节、集成技术和制造工艺等方面比较落后。据统文献综述计，我国大型高性能超精机床每年生产不足千台，不到德国、日本的 1/205。四、数控机床国外发展现状米控制已经成为高速高精加工的潮流。空航天等行业。普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高 3 4 倍，同时效率得到大幅度提升。术为多轴多任务数控机床的加工提供了强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。五关于数控车床的传动精度数控机床的加工精度最终要靠机床本身的精度来保证 ,数控机床精度包括几何精度、定位精度、重复定位精度和切削精度。几何精度 ,又称静态精度 ,是综合反映数控机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。数控机床几何精度检验使用的检验工具和检验方法类似于普通机床 ,但检测要求更高。定位精度 ,是表明所测量的机床各运动部位在数控装置控制下 ,运动所能达到的精度。根据实测的定位精度数值 ,可以判断出机床自动加工过程中能达到的最好的工件加工精度。重复定位精度 ,是指在数控机床上反复运行同一程序代码所得到的位置精度的一致程度。切削精度 ,是对对机床的几何精度和定位精度在切削加工条件下的一项综合检查。上述精度主要由数控系统和机床生产厂家在生产制造过程以及机床安装调试过程中予以保证 ,但数控机床的定位精度和重复定位精度会随着机床的使用而发生较大的变化 ,因此在机床的使用过程中 ,定期或在有必要的时候对定位精度和重复定位精度进行检验是数控从业人员必须掌握的技术。笔者提出了一种在生产实际中应用方便而且能够完全满足检验要求的定位精度和重复定位精度检验方法 6。文献综述六数控车床的进给传动方式用于伺服电动机驱动，通过滚珠丝杠带动刀架完成纵向（ Z 轴）和横向（ X 轴）的进给运动 7。数控机床的直线运动定位精度和分辨率必须达到微米级，回转运动的定位精度和分辨率必须达到角秒级，伺服电动机的驱动转矩，尤其是起动、制动时的转矩也很大。假设传动部件的刚度不强，一定会使传动部件发生弹性变形，影响系统的定位精度、动态稳定性和响应快速性。而加大滚珠丝杠的直径，对滚珠丝杠螺母副、支承部件进行预紧，进行预拉伸等，均为提高传动系统刚度的有效办法 8。驱动电动机，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因。尤其是高速加工的数控机床，因为对进给系统的加速度要求比较高，所以，在满足系统强度和刚度的条件下，要减小零部件的质量、直径，以降低惯量，提高快速性 9。在开环、半闭环进给系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精度；在闭环系统中，它是系统的主要非线性环节，影响系统的稳定性，所以，要采取有效措施消除传动系统的间隙。消除传动部件间隙的措施是对齿轮副、丝杠螺母副、联轴器、蜗轮蜗杆副以及支承部件进行预紧或消除间隙。而采取措施后将可能增加摩擦阻力，降低机械部件的寿命，因此，必须统筹各种因素，使间隙减小到允许范围。进给系统的摩擦阻力会降低传动效率，产生发热；同时，它还直接影响系统的决速性；因为摩擦力的存在，动、静摩擦系数的变化，会导致传动部件的弹性变形，产生非线性的摩擦死区，影响系统的定位精度和闭环系统的动态稳定性。采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、直线滚动导轨、静压导轨和塑料导轨等高效执行部件，能减少系统的摩擦阻力，提高运动精度，避免低速爬行 10。通过提高传动部件的刚性，如加大滚珠丝杠的直径，对滚珠丝杠螺母副、支承部件进行预紧，进行预拉伸等，均为提高传动系统刚度的有效办法，再通过滚珠丝杠预拉伸的计算得出更加精确数值，保证刚性。通过减小传动部件的惯量，传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，这是影响进给系统快速性的主要原因，再通过惯量匹配的计算，得出精确地惯量匹配数值，一般来说，惯量越小越好。通过减小传动部件的间隙增加阻力，降低机械部件的寿命 11。通过减小系统的摩擦阻力，摩擦力会影响系统的定位精度和闭环的动态稳定性，通过转矩匹配的计算，用来克服导轨摩擦、传动摩擦、机械切削力以及重力的作用，提高运动精度。文献综述参考文献 1、罗学科 ,谢富春 M化学工业出版社 , 2004. 2、王爱玲北京：国防工业出版社， 2003 3、权秀敏，尹显明南科技大学制造学院技术新工艺， 2007（ 6） . 4、丁学生北京 2006,11 5、 2020 年的中国制造技术发展研究进制造技术动态， 2004（ 4） 6、李郝林，方键编北京：机械工业出版社， 2003 7、朱正伟中国劳动社会保障出版社， 2005 8、冯琪林中国科技信息， 2005（ 23） 9、胡秋机床与液压， 2004 10、李宏胜北京版社， 2001. 11、 B. to to J. 1997,02 研究内容进给系统设计方案设计通过设计计算得出 a) X 轴向惯量匹配的计算 b) X 轴向转矩匹配的计算 c) X 向进给力的计算 d) X 向滚珠丝杠预拉伸量的计算在机床进给伺服系统设计中，都存在着对滚珠丝杆传动进行设计。对于本次设计选用滚珠丝杆，滚珠丝杠具有摩擦小，传动效率高；传动灵敏、不易产生爬行、定位精度高等。由于丝杆主要承受轴向力，所以大多采用推力轴承作支承。通过计算后得出的结论，拟画图纸，计算机绘制课题装配图、零件、绘制 X 轴传动简图研究计划研究周期与时间安排毕业设计起止日期： 1 周第 15 周）第 1 周 ( 收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习第 2 周 ( 提出完成课题的基本思路和方法，暨完成该课题所采用的技术路线、方案，要设计和完成的任务完成第 3 周 ( 开题报告及外文材料翻译第 4 周 ( 完成装配图草图设计，绘制进给系统运动简图第 5 周 ( 完成 X 轴向惯量 ,转矩 ,匹配的计算和第 6 周 ( 完成装配图设计第 7 周 ( 毕业设计中期检查第 8 周 ( 进行零件图计算机绘图第 9 周 ( 完成零件图计算机绘图第 10 周 ( 完成各零件及课题成本分析，完成各零件成本及课题成本计算第 11 周 (递交论文初稿第 12 (修改论文并定稿第 14 周 (论文评审及答辩资格确定第 15 周 (毕业设计（论文）答辩第 16 周（理资料存档特色与创新本文特色与创新如下：（ 1）通过 X 轴向惯量匹配的计算：所有的机械传动零部件都有质量。对于旋转的物体来说，都具有转动惯量。他们对整个进给驱动的动态特性影响很大。因此，必须使电动机惯量与进给负载惯量有合理的匹配，一般要求负载惯量越小越好。（ 2） X 轴向转矩匹配的计算：用来克服导轨摩擦、传动摩擦、机械切削力以及重力的作用。（ 3） X 向进给力的计算：是校验进给机构强度的主要依据，使 X 轴具有一定的承载能力（ 4） X 向滚珠丝杠预拉伸量的计算：满足数控机床高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求，必须合理选择滚珠丝杠副，并进行必要的校核计算。该设计能提高数控车床的稳定性，提高了机床的速度，提高工件的加工质量。指导教师意见指导教师签名：年月日中心意见分中心主任签名：年月日教学主任签名：年月日工业中心本科毕业设计说明书（论文）题目：数控车床专业：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导教师：起迄日期：设计地点： I 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：本课题设计的研究内容是数控车床 X 轴进给系统的设计。 X 轴的性能直接影响工件的加工质量和切削生产率 ,是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。本文采用文献分析法，类比法进行研究设计。滚珠丝杠的精度会影响机床的运动精度和定位精度，所以选用带有双螺母的滚珠丝杠进行调隙。以交流伺服电机为动力源，通过刚性联轴器使电机和预紧滚珠丝杠连接在一起，使用涨套消除间隙，通过涨套的轴向移动和径向膨胀来传递运动和动力。使用背对背和串联的角接触球轴承来固定滚珠丝杠，滚珠丝杠的支撑方式两端采用双推的方式，并且使用垫板防止两端轴承的中心高不一致。采用直线滚动导轨。本设计结构紧凑，传动效率高。最后进行了成本分析。关键词：进给系统滚珠丝杠结构设计业设计说明书（论文）英文摘要 he of is NC of of is an in In of of a be C as to a up to by of to a of to of to at of a 京工程学院毕业设计说明书（论文） I 目录前言 . 1 第一章绪论 . 2 . 2 控机床的发展趋势 . 3 控机床的国内外发展状况 . 4 . 4 . 5 控机床发展中存在的问题 . 5 第二章总体方案设计 . 7 给系统的传动要求及传动类型的选择 . 7 . 7 动类型的选择 . 7 向伺服电机类型的选择与确定 . 9 机与丝杠连接方式的确定 . 10 向进给系统的设计方案确定 . 12 第三章 . 13 求 . 13 . 13 . 14 定轴承型号 . 14 支撑方式的确定 . 15 承的安装与预紧 . 17 . 17 . 17 轨的确定 . 18 第四章 . 20 轴向惯量匹配的计算 . 20 南京工程学院毕业设计说明书（论文）轴向转矩匹配的计算 . 21 向进给力的计算 . 22 向滚珠丝杠预拉伸量的计算 . 22 第五章润滑、密封与防护 . 24 轴部件的润滑 . 24 . 24 . 24 . 25 . 25 珠丝杠的防护 . 25 . 25 . 26 第六章技术经济分析 . 27 术成本分析的目的与意义 . 27 本材料构成 . 27 标准件 . 27 准件外购费用 . 28 本计算依据 . 28 第七章总结 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 1 前言制造现代工业化的基础是建立在数控技术以及数控装备上的，无论哪一个国家，它的经济发展和综合国力和这个基础的牢固程度息息相关，对于一些行业的重要发展也是起着愈来愈重要的作用，甚至这个技术的发展会关系到一个国家的战略地位。正是因为如此，以数控技术为核心的先进制造技术要大力发展，这是加强一个国家经济、提高综合国力以及提高一个国家地位的重要途径。现代工业和科学技术现在都是发展比较迅速的了，同时相关的机床产品都向着“高”的方面发展，通常的说法的就是速度要高、效率要高、并且容易实现自动化，所以对于一台机床的结构性能必须要求很高。 X 轴 Z 轴两轴驱动机构和数控车床部件构成了数控车床的进给系统，是数控车床在加工时带动刀具作两个方向联动的运动执行机构。由两轴驱动的伺服进给系统不仅可以对进给运动的速度快慢实现自动控制，而且刀具相对于工件的位置移动可以实现自动控制。 X 轴部件的性能是否合格直接影响加工工件的加工质量和切削生产率， X 轴的性能是决定机床性能以及经济技术指标的重要因素。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 2 第一章绪论控机床简介数字控制就是通过数字化信号来控制机床的运动方向和加工过程的一种技术方法。数控技术就是通过数字化信息对机器的运动和工作进行控制的技术 1。数控技术是现代化工业生产中的一个十分新颖的发展、也是一项发展十分迅速、快捷的高新技术。数控技术在各行各业都有很多的应用。通过数控技术加工零件，生产率有明显的提高，成本也会下降、加工质量还有保障、工人的劳动强度也会降低。正是因为一台机床具控备了数技术，才有了数控机床这个说法，也可以说是一台装备了数控系统的普通机床。由于数控机床的快速发展，国际信息联盟第五技术委员会对数控机床的定义重新定义了一下：一台机床，若是装备了数控技术和程序控制，就可以称它是数控机床。使用号码或者其他的编码指令数控机床都能逻辑的处理这些程序。一它数控机床能完成一项操作或者监控，都是要在数控单元中完成，并且它还是数控机床的大脑，是一个不可缺少的部分。数控机床与普通机床相做比较的话，数控机床的特点有如下几个： 1、无论加工对象的材料如何，数控机床都能很好地适应，在模具加工的生产中，可以适应单件生产，促进了模具行业的发展制造。 2、数控机床的加工精度高，加工质量可以得到很好地保障； 3、普通机床一般只有个坐标联动，但是数控车床能进行三轴联动甚至更多联动，对于一些形状复杂的零件，只要程序准确也可以加工出来； 4、数控加工零件，若是零件形状需要改变，一般是在数控加工工件前更改数控程序，就能完成程序要求的形状，大大减少了生产的准备时间； 5、数控机床本身的精度和刚度和普通车床相比的话都有很大的提高，这样就可以选择有利的加工用量，提高了生产的加工效率（一般为普通机床的 35倍）； 6、由于数控机床的自动化程度很高，在加工时只需要做好安全工作就好，方便了劳动工人，而且效率还高，大大提高了生产率；南京工程学院毕业设计说明书（论文） 3 7、数控机床的生产管理要利于现代化发展，由于数控机床是通过数字信息和标准代码来出传递信息，程序又是由计算机控制的，为计算机辅助设计和机械制造以及管理一体化做出了很好的铺垫； 8、数控机床对操作工人的劳动素质要求较高，这样才可以正确的操作数控机床，并且要求对数控维修人员的维修技术要求过硬； 9、数控机床的可靠性比普通车床的可靠性高。控机床的发展趋势在传统制造业这一领域当中，随着数控技术的不断和创新，也发生了天翻地覆的变化传统制造业也因此一跃而上成了现代工业化的典型代表。近年来，数控技术的发展越来越快速，而且应用领域越来越广泛，现代生活中，一些行业离开数控技术的话生产技术就会后退很多，数控技术在这些行业中起着至关重要的作用，因为这些行业的现代化发展离不开数字化发展，这是一种新的发展趋势。（ 1）高速度化、高精度化、高可靠性高速度化 :不仅提升数控机床的进给速度、还要提高数控机床主轴的转速。高精度化 :数控机床的加工精度等级很高。精度不仅可以达到微米级或者亚微米级，甚至连纳米级都可以达到。高可靠性 :由于数控机床具备了成熟的数控技术，所以数控机床的可靠性很高，比普通机床的可靠性高出许多许多，大约有一个数量级的比较。由于一台高可靠性的数控机床要投入很多的人力物力，所以一台数控机床的可靠性不一定是越高越好，只要能满足加工要求就好。（ 2）复合化数控机床方面的复合化的核心内容就是要在一台数控机床上可以完成多种操作，比如车削、铣削、钻孔、攻丝、铰孔等。这样能大大节省加工时间、提高加工效率、提高生产柔性。（ 3）智能化、网络化数控机床对于智能化的要求有以下几个方面：对于加工要求的智能化、加工质量方面的智能化、提高驱动性能方面的智能化、简化编程方面的智能化、操作加工的方面智能化、界面的智能化、监控方面的智能化。（ 4）柔性化、集成化南京工程学院毕业设计说明书（论文） 4 由点到线到面最后到体这种类型的方向发展是当今数控柔性自动化发展的新趋势特点之一，还有一方面是数控机床的应用性和经济性也是要发展的。适应制造业的动态市场要求和产品的更新是柔性自动化技术的手段之一。柔性自动化发展是先进制造领域的基础也是世界各国的发展新趋势。（ 5）复合化随着机床复合化程度的不断提升，目前一台复合式机床就已经相当于一条生产线。（ 6）重视新技术的创新发展、技术规范的建立控机床的国内外发展状况内发展状况尽管我国在机床方面起步额比较缓慢，但是我国数控机床在产品种类方面、技术水平方面、产品质量这些方面上，都取得了灵大家都满意的成绩，在一些关键性技术方面，我国的人才也取得了突破性的成绩 3。据统计，大约有 1500种不同种类数控机床，这些机床可以满足国内市场的需要了，在金属切削机床的品种类别和一些锻压机制方面，都有数控机床出现的身影。这些迹象表明，我国国内关于数控机床的发展，已经进入快速发展的时期。我国可以供应的机床种类很多，比如网络化的数控机床、集成化的数控机床、柔性化的数控机床都已经投入国内市场了。同时，与世界各地相比，在高速度和高精度方面的机床的生产行列中，我国也有一席之地。目前，国内的数控人才已经成功研制了一种新型的数控机床，该机床的主轴转速可高达 800010000r/上。最近几年，对于技术的发展应用我国已经开始大力推广，让大家都深刻了解，很多企业已开始并且计划实施应用及电子商务。长期以来，国产数控机床对于低档的数控机床应用很多，发展中档数控机床的进展比较慢，对于一些高档机床的生产仍然不好独立完成，需要依靠进口技术才好完成，尤其在国家重点工程中，由于一些不可缺少的关键设备没有制成，需要依靠进口的设备才好完成，技术严重受制于人。究其根本，是因为国内本土数控机床企业大多数还处于一种“粗放型”的阶段，不敢勇于创新，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面比较落后，和一些发达国家相比较，南京工程学院毕业设计说明书（论文） 5 国内的这种状况将近落后了 5；中低档的落后已经如此，发达国家在高精、高速、尖端的技术方面已经超出我国水平大约有 5，可以说，在高精度方面我们做的还远远不够。在应用技术能力和技术集成方面来说，发达国家也超越我国很多，相关的技术规范和标准的研究制定相对来说已经滞后发达国家很多了，完整的品牌效应在我国还没体现出来。同时，完善的技术培训机构、服务网络等支撑体系在我国的数控机床产业仍然不足，市场的营销能力和经营管理水平也比较落后。归根结底，是因为缺少自主创新的能力，一台全部依靠国内技术的高精高速数控机床更是少之又少，这些种种出现的问题，严重制约了我国整个数控机床产业的发展。外发展状况（ 1）高速度、高精度已经成了国外数控机床的主流，都已经是纳米控制了。（ 2）多任务和多轴加工的数控机床在航空航天和能源等行业都有涉猎。（ 3）随着数控技术的发展，机器人的集成应用也是越来越普及化，它的结构形式还多样化，范围广泛、运转的高速化，多机器人协同的普及化。（ 4）随着智能化加工与监测功能的不断发展，机床的各类性能可通过监测获得，能过准确的获得相关书库，预测机床的状态，提前做好相关的维护工作，事故的发生次数能减少很多，甚至没有事故，大大降低了机床的故障率，提高了机床的安全性和稳定性。（ 5）新型的机床误差检测以及补偿技术能够在比较短的时间内完成对数控机床的补偿测量，而且准确性还好，数控机床与传统的激光干涉仪相比，对数控机床误差的补偿精度和加工精度都有一个质的飞越。（ 6）由于方面技术的支持，可以大幅度的提高数控机床的加工效率。（ 7）由于刀具技术的发展越来越快，整个加工过程有了更多的刀具设计，数控机床的平稳加工以及抗振性能的要求这些新的刀具都能满足这个条件。控机床发展中存在的问题（ 1）相关政府在引导和指引数控机床方面做得还不够好。发达国家在产业化方面领先我国不少技术。（ 2）先进技术引进却未消化。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 6 对于国外新型技术着重引进，但是却不好好吸收人家的长处。对于国外的先进技术，我们要取其精华，去其糟粕，然后学习、消化人家的技术，还要提高自己的创新能力，两个方面想结合，取得更好的进步。（ 3）我国缺乏高素质专家人才。在专家人才和熟练技术工人这一方面人才中，我国很紧缺这方面人才；对于深入系统的科研工作也很缺乏；没有一个为高层次、高素质的人才提供一个创业创新的环境，最后导致了关键性技术的缺失，在持续创新能力方面也是捉襟见底。在先进技术和制造经验比较丰富和完善的国家主要是美国、日本、德国三个国家。美国的特点是收纳世界各地的人才，在“效率”、“创新”两个方面更是非常重视，而基础的科研方面也是检测人才的一个标准。（ 4）我国的产学研相结合体系未形成以企业为主体、产学研相结合的技术创新为导体，这种新型的体系尚未形成，而这个恰恰是市场的经济的需求。对于一些专业技术、产业、和资源上面无法有效的融合，打造新的创新技术平台。我国数控机床的在机械结构设计方面、制造的配套环节方面、集成技术和制造工艺等方面与发达国家相比，仍然比较落后不少。据统计，我国在超精之类上的机床生产每年都不足千台，严重落后其他国家。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 7 第二章总体方案设计给系统的传动要求及传动类型的选择动要求进给系统在数控加工过程中是一个很重要的部分，由数字控制来控制，主要包括机械传动部件、产生动力矩以及控制器运动的各种驱动设备。进给系统的传动要求不仅准确还要无间隙。因此要求进给传动链的各环节，都必须做消除间隙的措施，尤其在连接方面，比如丝杠和螺母之间的配合要消隙，电机和滚珠丝杠的连接也要做消隙处理，支撑丝杠两端的轴承也要消隙。另外，进给系统的传动要求包括高灵敏度和高传动效率两个方面。最后还要做到如下要求：在数控机床传动部件的刚性方面要提高、传动部件的惯量问题也是越小越好、传动部件的间隙也是要通适当的消隙方法是间隙减小、在数控机床系统的摩擦阻力方面要减少 4。通过提高数控机床传动部件的刚性，如加大滚珠丝杠的直径，对滚珠丝杠螺母副、支承部件进行预紧以及进行预拉伸等，这些办法都是提高系统的传动刚度的稳妥办法，再通过滚珠丝杠预拉伸的计算得出更加精确数值，保证刚性。通过减小传动部件的惯量，影响进给系统快速性的主要原因是因为传动部件的惯量直接决定进给系统的加速度，再通过惯量匹配的计算，得到符合要求的惯量匹配数值，对于大多数机床来说，惯量是越小越好。通过减小传动部件的间隙增加阻力，降低机械部件的寿命。通过减小系统的摩擦阻力，摩擦力会影响系统的定位精度和闭环的动态稳定性，通过转矩匹配的计算，提高机床性能。动类型的选择在数控机床进给驱动系统中有许多传动使工作台运动，常用的有如下几个：使用滚珠丝杠螺母副传动配置、静压蜗杆加载荷双齿轮数控机床进给系统的快速响应性能和运动精度可以通过滚珠丝杠螺母传动来实现，但是运动件的摩擦阻力和动静摩擦力之差要减小，以此来保证数控机床进给系统的快速响应性能和运动精度。因此，在中小型数控机床中是应用的南京工程学院毕业设计说明书（论文） 8 比较普遍的是滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠的特点传动效率高，滚珠丝杠副的传动效率可以提供高至 95%98%，是普通梯形丝杠的 34 倍；由于该摩擦方式采用的是滚动摩擦，所以动摩擦系数和静摩擦系数之间的差值就会极小极小，也，滚珠丝杠螺母副的灵敏度就会这个差值的减小而提高很多，就算数控机床的运行速度比较缓慢，也不会产生爬向现象，在高速传动的时候，运动又比较平稳；滚珠丝杠副在定位精度和传动刚度方面都是比较好的，还可以用特定的方法来消除滚珠丝杠螺母的轴向间隙，反向不会有空行程现象，定位精度高。还可以通过适当的预紧，提高滚珠丝杠的轴向刚度。滚珠丝杠如图示。图滚珠丝杠副常用的循环有内循环和外循环。外循环的滚珠在循环反向过程中，滚珠与丝杠导轨间都会保持一定的距离，不会有接触；而在循环过程中，丝杠中的滚珠始终与丝杠各表面保持稳定的接触循环方式则称之为内循环。静压蜗杆杆杆在这个传动中担任的是一个短丝杠的角色。液体静压蜗杆蜗母条的啮合齿面间注入一定的压力油，压力油会形成一层油膜，两个啮合齿面在这个压力油的作用下，形成液体摩擦，在重型数控机床的进给传动系统很常用。丝杠经常通过联轴器与伺服电机连接在一起，这个传动中，蜗杆也是应用的同样原理，经电机的回转带动蜗杆产生回转运动。运动部件（工作台）则通过螺母条相联，通过这种传动形式来使工作台获得往复直线运动。这种形式在龙门式铣床的工作台进给驱动中很常见。双齿轮过齿轮以获得较长的行程，在一些大型数控机床上通常采用这种传动方式。齿轮齿条传动通常用于一些传动刚性要南京工程学院毕业设计说明书（论文） 9 求比较高，而传动精度低的场合。如果采用齿轮侧间隙的必须要采取消隙的措施。通常采用两个齿轮与一个齿条啮合的方法，施加一定的压力，两个齿轮延相反的方向转过微小的角度，这样齿轮的齿面会与齿条紧紧贴合，达到消隙的目的。双导程蜗杆传动。数控机床不仅有直线进给运动还有圆周进给运动，以此来扩大工艺范围，生产效率也会提高。圆周进给运动可由回转工作台的回转来实现，蜗轮于这种传动，蜗轮蜗杆的制造精度和装配精度要求都比较高，通常通过双导程蜗杆传动来消除蜗轮通过对机床结构的分析，这里采用半闭环的伺服机构，选用大导程内循环滚珠丝杠、，从而保证机床的加工精度和加工效率。通过以上三种传动比较，在本次设计中采用滚珠丝杠传动。滚珠丝杠传动简图如图示。图珠丝杠传动向伺服电机类型的选择与确定速度精度和位置精度两个精度伺服电机都可以很好地控制，通过将输入电压信号转变成运动所需要的输出，比如转矩和转速，这样伺服电机就能很好的控制这些驱动对象。由于伺服电机中的转子转速是通过输入信号的控制来控制快慢的，所以转子能快速的做出反应。在自动控制系统中，执行元件通常用转子，因为它具有的机电时间常数小、而且线性度高等特性，转子可以把它接收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机一般分为直流伺服电机和交流伺服电动机两大类电机，伺服电机的主要有点如下；当信号电压输入为零时，转子的转速不会立即停止，而是转子的转速会随着转矩的增加南京工程学院毕业设计说明书（论文） 10 而匀速下降 5。直流伺服电机 :直流伺服电机有电刷装置，成本高，尽管电机的启动转矩大，调节速度的范围也很广泛，控制也很方便，但是对于电机的维护不方便，而且对环境要求比较高。交流伺服电机 :交流电机中没有电刷装置，因次电机在工作的时候稳定性可靠、定子绕组散热方便、电机的惯量小，所以易于提高系统的快速性、在速度比较高和力矩大的地方应用广泛。通过以上比较选用交流伺服电机符合本课题要求。交流伺服电机如图示。图流伺服电机机与丝杠连接方式的确定电机与丝杠连接方式有很多，主要通过联轴器连接、同步齿形带连接、齿轮连接三种连接方式 6。（ 1）通过同步齿形带联接同步带通过两个齿轮间的啮合来传动，它不仅有带传动的优点，而且链传动的优点也能满足，合二为一。同步齿形带的强力层是钢丝绳，外表用氯丁橡胶或聚氨酯包裹起来。当强力层中的钢丝绳受到外界的负载后，它的变形量比较小，钢丝绳能保持齿形带的周节不变。正是因为如此，带和带轮之间在运转的过程中就不会产生相对位移，传动比也能保证精确，也就是主、从动轮能够做无滑差的同步传动。这种带薄而轻，惯性效应小，因而在高速传动中应用普遍，圆周速度 v 可达 40 米每秒。由于他是靠啮合传动的，因此小带轮包角可以适当减小，传动比 i 不仅达到 10，而且传动效率也高达 98%99%。这种带的主南京工程学院毕业设计说明书（论文） 11 要缺点主要是成本比较高、而且制造复杂。（ 2）通过齿轮联接齿轮传动在伺服进给系统中齿轮的运动方向容易改变，通过齿轮齿数的改变可以降低齿轮的转速，扭矩也可以增大，不管丝杠螺距的不同还是脉冲当量的不同都可以胜任。但是这种齿轮连接的结构相对来说比较复杂，并且没有足够的传动刚度，齿轮连接的轴向体积占用体积比较大，这样就使传动时的平稳性大打折扣。（ 3）联轴器直接联接联轴器连接本身具有很大的扭转刚度，传动时传动精度高，本身也不会产生间隙。组成结构简单，并且方便安装，较之齿轮连接和同步带连接占用体积比较小。通常使用联轴器连接使伺服电机和丝杠连接在一起，传动效率高，可以节省空间，这种连接只对直向空间有一定的要求，一般来说是首选连接方式。如果直向空间不够的话，就要考虑其他的连接方式，齿轮连接相对来说比较紧凑，传动效率比联轴器连接高，但是它的结构复杂，成本也就会相对增高，需要有加、减速比的装备才可以使用。链条和皮带一般用于传动效率和精度要求都不高的的场合，但是此类传动的横向空间必须较大，而直向空间可以不大也可以忽略不计。通过上述比较，结合本课题的空间，选用联轴器来连接电机和滚珠丝杠。常用的联轴器连接可以分为刚性联轴器与挠性联轴器。刚性联轴器：没有减震和缓冲的功能，在结构方面，制做简单；在制造面，制造比较方便；成本方面，投入的资金比较少，装拆方面很方便、在维护方面也很简单，大转矩也可以传递。对两轴的对中精度要求高。通常适用于载荷比较平稳，高速运转或者传动精度要求高的传动轴系当中。挠性联轴器：挠性联轴器在两轴相对偏移和减震的这方面做得比较好、缓冲性能好、结构简单，制造简单、在维修方面比较方便、不过在径向方面的尺寸比较大一点。适用于安装底座的刚性好，而且联轴器的对中精度要求比较高，并且承受的载荷不宜过大，对减震要求不高的轴系传动中，适用于低速轻载的场合。经过对比比较，选用刚性联轴器，适合本课题要求。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 12 向进给系统的设计方案确定传动系统的总体上采用伺服电机作为原动机，从伺服电机输出的动力经过联轴器后传到滚珠丝杠副，在经过滚珠丝杠上的螺母传递给刀架进行切削，整个传动系统结构紧凑、轻巧、传动准确、易于控制、能够达到设计要求 7。传动简图如图示。图给运动简图南京工程学院毕业设计说明书（论文） 13 第三章 X 向进给系统的结构要求机型号的选择及要求根据已知条件，伺服电机采用：该电机功率密度高，节省安装空间、极低的转子惯量，极高的动态响应。电机型号如图示。图机型号由图得知，该电机的转速是每分钟 3000 转，额定转矩是定功率是珠丝杠型号的确定滚珠丝杠螺母副传动作为传动部分，主要就是为了提高系统的反应性能和运动精度。并且滚珠丝杠传动的效率和灵敏度都有一定的要求。根据已知条件，南京工程学院毕业设计说明书（论文） 14 滚珠丝杠选用台湾上银滚珠丝杠型号如图示。图珠丝杠型号由图知该该滚珠丝杠的公称直径是 25程是 6杠螺纹长度是杠总长是 459载荷为是 1272载荷是 2762 珠丝杠轴承的确定及支撑方式定轴承型号根据已知条件，支撑轴承选用角接触球轴承，配和是 20 件 2组 )控机床滚珠丝杠支撑轴承主要有深沟球轴承支承、圆锥滚子轴承支承、角接触球轴承支承、推力球轴承支承、圆柱滚子轴承支承、调心球轴承支承不同的等轴承支撑。深沟球轴承：应用比较多的滚动轴承之一，深沟球轴承的用途非常广泛，无论是径向载荷还是双向的轴向载荷深沟球轴承都可以承受，在高速旋转，噪声低、震动低的场合通常应用的就是深沟球轴承。在轴承的密封圈中放入适量的润滑脂来润滑，轴承的外圈通常带有止动环或者凸缘机构，通过这个设计，轴承在轴向的定位更加方便稳定，外壳的安装也更加容易。角接触球轴承：角接触球轴承中套圈和球之间有一个有一定斜度的接触角，通常这个斜度的角度为 15、 30和 40，轴承的轴向负载随着角度的增大而增大，轴承的旋转速度则是随着角度的降低而加速旋转。在高速和高精度的场合中，一般选用角接触球轴承。南京工程学院毕业设计说明书（论文） 15 圆锥滚子轴承：圆锥管子轴承的内圈和外圈是可以分开的，分离型轴承这个名称也是由此而来，而且在内圈和外圈中都具有锥形管道。根据轴承安装滚子的列数可以分为很多结构形式，比如单列、双列、四列。单列圆锥滚子轴承只好承受某个方向单方向的轴向载荷或者径向载荷。当轴承承受径向负荷的时候，轴承就会需要一个轴向力来保证力的平衡，使其不易损坏，这个时候就需要一个可以承受反向轴向力的轴承，保证平衡性。圆柱滚子轴承：向心滚动轴承是该轴承的滚动体，由于该轴承的滚子和滚道的接触是线接触的，因此负载能力大，一般承受径向载荷。摩擦小，适用于高速的场合。调心球轴承：该轴承的外圈滚道面是球面的形状，因此该轴承具有调心性能，这样对于轴心不正的问题就可以自我调整，该类轴承需要通过一些固定件就好方便的安装在轴上了。推力球轴承：在高速旋转的时候，该轴承还可以承受推力，这是这个轴承一个亮点。球滚动的滚道沟的垫圈装套圈组成了推力球轴承，由于套圈的形状是坐垫形的，因此根绝套圈的形状可以分为平底型和调心球面型。紧紧只有轴向载荷的应用场合推力球轴承才可以使用，而有径向载荷的应用场合就不能使用了。考虑到轴承在机床传动的过程中要承受径向力和轴向力，所以决定采用成对的角接触球轴承来支撑固定。承支撑方式的确定在数控机床进给系统中，为了保证进给系统的传动刚度，滚珠丝杠本身的刚度需要保证，而滚珠丝杠的正确安装和支撑结构的刚度也是至关重要：滚珠丝杠用角接触球轴承支座，以提高轴向刚度，滚珠丝杠在数控机床上的安装支承方式有以下几种 : A、双推一自由方式 :对于这种形式的支撑，一端丝杠是要被固定的而另一端的丝杠则是活动端。在传动的过程中，那个固定端需要承受的力有两个，分别是轴向力和径向力。由于这种支撑是单向固定，所以承载能力相对比较弱，轴的轴向刚度也比较弱，所以只好用于小行程的短丝杠。 B、单推一单推方式：丝杠两端不用承受压力，这也表明这种支撑方式的稳定性没有问题。 C、双推一支承方式：对于这种支撑方式，丝杠的一端是固定端，另一端南京工程学院毕业设计说明书（论文） 16 则是采用支承的方式。固定端的轴承可以同时承受两个力分别是轴向力和径向力；而支撑端的轴承只要承受单个力，径向力。不过，支撑端的轴承可以在轴向做一些微小的浮动，这样就可以很好地防止或者减少滚珠丝杠的自重原因而引起的弯曲现象。这种支撑形式的丝杠的收缩性变好，比如受热时，丝杠可以自由的向一端拉长。这种支撑方式在长丝杠、中速、精度高的场合比较实用。 D、双推一双推方式：对于这种形式的支承，丝杠的两端都是固定端。固定端的轴承可以同时承受两个力，分别是轴向力和径向力。若是采用这种支撑方式，对于丝杠也有好处，丝杠的韧性会有所提高，只要对丝杠施加一定的预压力，丝杠的支承刚度就会有所提高，也可以补偿微量的热变形。这种支撑方式在高速、高精、高刚度的传动系统中应用很广泛。轴承的支撑方式如图示。图承的支撑方式通过以上不同的方式。每个支撑方式都有特色，其中双推双推的特点是两端轴承都可以承受轴向力和径向力，支承强度还高，还有预拉伸，可以修正热膨胀。综合以上考虑，选用双推双推的支承方式。装配图中选用的支撑方式如图示。图推南京工程学院毕业设计说明书（论文） 17 承的安装与预紧承的安装轴承的安装分为背对背排列、面对面排列和串联排列三种。（ 1）背对背：背对背排列的特点是承受载荷的中心处在轴承中心线的外面。采用这种排列方式，轴承两个支点的跨距就会增大，悬臂长度也会因此而减小，但是悬臂端的刚性会因为悬臂长度的减小而增加。一般情况下，当轴受热时，轴就会会伸长，采用这种排列方式，轴承的游隙不会一下增大，而是徐徐的增大，这样会防止轴承被卡死损坏。（ 2）面对面：载荷中心线在轴承的中心线之内时，这种轴承配置方式就被称为面对面排列。采用这种排列方式，排列起来比较简单，而且也方便装拆。不过这种排列方式游隙会随着轴的受热伸长而减小，轴承很容易被卡死。（ 3）串联排列：载荷中心线与轴承的中心线处于同一侧的配置方式成为串联排列。若是采用这种排列，需要多个轴承联合承载，这样能承受更大的载荷。轴承的安装方式如图示。图承的安装方式对于本次设计，采用背对背排列 +串联的形式获得更加稳定的轴向固定和径向固定。承的预紧在安装滚动轴承的时候，使轴承内部的滚动体和套圈之间的初始压力和弹性变形保持在一定的范围之内就是轴的预紧，这样就可以减小轴承在负载的情况下的变形量，对于轴承的支撑刚度和旋转精度有了很大的改善和提高。

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