CNC数控车床-横向进给系统

济南大学毕业论文PAGE-1前言1.1数控技术的发展概况20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了进60年。它经历60年的2个阶段和6代的发展历程：第1阶段是硬件数控（NC）,第1代1952年的电子管；第2代1959年晶体管分离元件；第3代1965年的小规模集成电路；第2阶段是软件数控（CNC），第4代1970年的小型计算机；第5代1974年的微处理器；第6代1990年基于个人PC机（PC-BASEO）。第6代的系统优点主要有：（1）元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已达到5万小时以上；（2）基于PC平台,技术进步快，升级换代容易；（3）提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄像机等）；（4）对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。1.2数控技术性能发展方向（1）高速、高精、高效化速度、精度和效率是制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统和带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速、高精、高效化已大大提高。（2）柔性化柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的要求;群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。（3）工艺复合性和多轴化多轴化是以减少工序及辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。（4）实时智能化在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。1.3数控技术功能发展方向（1）用户界面图形化用户界面是CNC系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量很大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部件之一。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编辑和快速编辑、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。（2）科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于文字和语言表达，而可以直接使用图示、图像、动画等科室信息。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM,如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。(3)插补和补偿方式的多样化插补方式有多种多样，如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、螺旋插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补、多项式插补等。多种补偿功能，如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、温度补偿等。（4）内装高性能PLC在CNC系统内装高性能PLC控制模块，可直接用提醒图或高级语言编程，具有直观的在线帮助功能。（5）多媒体技术应用在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数检测等方面有着重大的应用价值。1.4数控机床的应用（1）数控机床的适用范围数控机床是一种可编程的通用加工设备，但因设备投资费用较高，还不能用数控机床完全替代其他类型的设备。因此，数控机床选用有其一定的适用范围。数控机床最适用加工结构比较复杂、精度要求高的零件以及产品更新频繁、生产周期要求短的多品种小批量零件的生产。（2）数控机床的特点数控机床与通用机床相比，它具有以下特点：=1\*GB3①提高加工零件的精度，稳定产品的质量。=2\*GB3②能完成普通机床难完成或更本不能加工的复杂零件加工。=3\*GB3③生产率高。=4\*GB3④对产品改型设计的实用性强。=5\*GB3⑤有利于制造技术向综合自动化方向发展，数控机床是机械加工自动化的基本设备，是新一代生产技术柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统的基本工作单元。1.5中国数控机床的发展中国数控机床制造业在20世纪80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型并有许多厂家生产经济型微型数控机床。但总体来说，技术水品不是很高，质量不佳，所以在20世纪90年代初期，面临国家经济由计划经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力下降50%。当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。中国的数控化低，已有数控机床利用率低、开动率低，这是发展中国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。2总体设计方案要设计数控车床，首先要对数控机床进行分类2.1数控机床的分类由于设计的要求，数控机床在本设计中只对伺服系统的类型进行分类。数控装置发出的指令信号（脉冲或电压），通过伺服驱动机床部件运动，按照控制方式不同，伺服系统分为三类：2.1.1开环进给系统为无位置检测系统。如图2.1所示系统的驱动元件主要是步进电机或电液压马达。该系统的特点是，只按照数控系统的指令进行工作，而对执行的结果，即移动部件的实际移动，不进行监测和反馈。开环系统结构简单，调试、维修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。但精度差，低速不平稳，高速扭矩小。一般用于轻载、负载变化不大的或经济型数控车床上。图2.1开环伺服系统2.1.2闭环系统闭环伺服系统是误差控制随动系统。如图2.2所示系统是由位置比较环节、伺服驱动放大器、伺服电动机、机械传动装置和位移监测装置组成。闭环伺服系统的工作原理是，当数控系统发出唯一指令后，经过伺服电机、机械传动装置驱动移动部件移动，直线位置检测装置把检测到的位移量反馈到位置比较环节，与输入信号进行比较，将误差补偿到控制指令中，再去控制伺服电机。图2.2闭环伺服系统2.1.3半闭环系统半闭环伺服系统介于开环伺服系统和闭环伺服系统之间，精度比开环伺服系统高，调试比闭环伺服系统简单、容易、成本也较闭环低是一般数控常用的一种伺服系统，目前这种伺服系统适用于大型数控机床。简化图如图2.3图2.3半闭环系统2.2总体设计的方案本次设计是对C616型普通机床进行数控改造，利用微机改造现在的普通机床，主要解决的问题是：（1）如何把普通车床机械运动中进给和刀架转位的手工控制，改造成由计算机控制刀架的自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。由于是经济型的数控车床改造，所以要考虑的在满足设计的基本要求后，尽可能的少的改动普通车床，以降低改造成本。（2）在一般加工过程中，开环伺服系统控制的精度即可满足经济型数控车床要求。所以，在次改造中，大体可确定为采用开环伺服控制系统。选择了开环伺服控制系统，那就是必须选择步进电动机作为驱动装置。为提高传动系统中的传动精度，本次设计采用滚珠丝杠进行传动；为降低改造难度，改造过程中直接把进给箱中的齿轮拿出来，换上步进电机，把车床X轴用步进电机和滚珠丝杠进行驱动，运用微机对步进电机进行控制。这样数控机床进给系统的改造部分就解决完成。为了完成螺纹加工，首先必须解决两个问题：1、一般螺纹加工经过几次切削才能完成，为了防止乱扣，再次进刀的位置必须相同。2、主轴每转一周螺纹车刀必须在X轴向精确的进给一个螺距。后者，运用步进电机可解，前者可以通过脉冲发生器的同步信号来解决。经济型数控车床如果车螺纹必须按照主轴的旋转而产生进给运动。在车螺纹时，主轴脉冲发生器产生一个同步信号，所以每次切削前，就扫描同步信号，信号到来开始切削，否则等待。这样就保证每次切削的始点位置在工件圆周的某一点的位置上。在设计控制系统时，也要充分考虑耐用性和经济性，计算机虽然功能强大，但由于不经济和抗干扰能力不强，所以不能选用。所以选用功能充足和抗干扰能力强的单片机的扩展来组成控制系统。数控机床的方案简化图如下图2.4图2.4传动方案3横向进给系统3.1横向进给系统的设计经济型数控车床横向进给系统的改造设计过程比较简单，一般是将步进电机经过减速处理后，通过齿轮和滚珠丝杠的驱动，使刀架横向移动，对加工物体进行横向加工。步进电机安装在大托板上，用法兰盘将步进电机和机床大托板连接起来，以保证他们之间的同轴度，从而提高其传动精度。3.2横向进给系统的设计与计算已知条件：工作台重：W=300N时间常数：T=25ms滚珠丝杠基本导程：行程：S=190mm脉冲当量：布距角：快速进给速度：V=1m/min3.2.1横向切削力的计算从《机械设计手册》在可知，在一般外圆车削时：(3.1)切削功：(3.2)式中：N—电机功率，查机床说明书可知。N=4kw；--主传动系统总功率，一般为0.6~0.7取=0.65K--进给系统功率系数，取为K=0.96所以：N=40.65×0.96=2.496(kw)又因为（3.3）式中：v—切削线速度，取v=100m/min；则主切削力：=6120×2.496/100=1527.6(N)取：(N)则横向进给系统的切削力为763.8（N）在切断工作时：(N)3.2.2滚珠丝杠设计与计算(1)强度计算：对于燕尾型导轨：(3.4)取k=1.4=0.2则(N)丝杠寿命值：（3.5）式中--使用寿命，h；--滚珠丝杠的当量转速，r/min。查表（3.6）=1（r/min）则最大动负载：(3.7)式中--动载荷系数；--硬度影响系数；P—滚珠丝杠当量载荷；查表则=5063.97(N)根据最大动载荷的值，查手册取汉江机床厂的产品样本系列，滚珠丝杠公称直径为20mm，型号为*4-5-E,额定功率为5393（N），满足设计强度要求。（2）传动效率计算：螺旋升角，摩擦角（3.8）==0.95（3）滚珠丝杠刚度验算：由公式得：(3.9)式中滚珠丝杠截面积：（3.10）=（2.8031/2）=6.17则(cm)因为滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量很小,可忽略，即：所以导程变形误差为：(3.11)=100=5.88(um/m)查表可知E级精度滚珠丝杠允许的螺距误差为15，因此，刚度足够。（4）稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。3.3步进电机的选择与计算3.3.1步进电机选用的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，仔细分析才能正确的选择。选择步进电机的最基本原则如下：（1）步距角步距角应满足：（3.12）式中：传动比系统对步进电机锁驱动部件的最小转角（2）精度步进电机的精度可用步矩误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用积累误差衡量精度比较实用。所选择的步进电机应该满足：（3.13）式中：——步进电机的积累误差——系统对步进电机的驱动部分允许的角度误差（3）转矩选用步进电机，通常希望步进电机的输出转矩大。因此，要使步进电机工作正常，正常启动并满足转速的要求，必须考虑：=1\*GB3①启动力矩一般启动力矩选取为：（3.14）式中:——电动机启动力矩——电动机静负载力矩根据步进电机的拍数和相数，启动力矩选取如下表3-1所示。步进电机的最大静转矩为，由步进电机的基础数据中所给定的值。=2\*GB3②在满足要求的运行频率范围内，电机运行的力矩应该大于电机的最大静载力矩与电动机转动惯量所引起的惯性矩之和。表3-1启动力矩选取运行方式拍数3648510612相数334455660.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866（4）启动频率因为步进电机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，所以，相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应该满足：（3.15）式中：极限启动频率；步进电机要求的最高启动频率。3.3.2步进电机相关计算（1）步进电机横向进给系统的选用：(3.16)=2.6333=52.67(N.cm)为满足最小步距的要求，电机选用三相六拍工作方式，查表得；所以电动机的最大静转矩：步进电机的最高工作频率为：（3.17）=1000/60=3333.3（r/z）根据以上计算数据，可选用110BF003型直流步进电机。110BF003型伺服电机的参数有：最大静转矩：7.84最大运行频率:7000Hz步距角：0.75/1.5()4数控机床传动设计数控车床传动机构是指将电动机产生的旋转运动转变成车刀在加工过程中的直线运动的整体机械传动链。具体的附属机构有：齿轮减速器、导轨、滚动丝杠副、工作台等。4.1数控车床主传动系统的特点4.1.1数控车床与普通机床传动系统的不同与普通车床比较，数控车床主传动系统具有以下特点：(1)转速高、功率大它能使数控机床进行大功率切屑和高速切削，实现高效率加工。（2）变速范围宽数控车床的主传动系统有较宽的调速范围，一般，以保证加工时嫩能选用合理的切屑进给量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。（3）主轴变换迅速可靠数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电机调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围无极变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。(4)主轴组件的耐磨性高这样就能使传动系统长期保证精度。凡有机械摩檫的部件。如轴承、锥孔等都有足够的硬度，轴承处还有良好的润滑。4.1.2数控机床传动系统的要求（1）为了确保数控机床传动系统的高精度和工作平稳性等，再设计数控车床中，对传动装置的设计要有以下要求=1\*GB3①高传动精度与定位精度；=2\*GB3②宽的进给调速范围；=3\*GB3③响应速度要快；=4\*GB3④无间隙传动；=5\*GB3⑤寿命长、稳定性好；=6\*GB3⑥大的转矩输出；=7\*GB3⑦机床可逆运行；=8\*GB3⑧减小运动惯量；=9\*GB3⑨减小摩檫阻力、高谐振；=10\*GB3⑩使用维护方便；4.2导轨设计4.2.1（1）导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性。无论在空载时好是在切屑加工时，导轨都应有足够的导向精度。影响导向精度的主要因素包括导轨的结构形式，导轨的制造精度装配质量，以及导轨和基础件的刚度等。(2)精度保持性是指导轨在长期使用中保持导向精度的能力。导轨的耐磨性是保持精度的决定性因素，它与导轨的摩檫性质、导轨的材料等有关。除了力求减少磨损量外，还应使导轨面在磨损后能自动补偿和便于调整。(3)低速运动平稳性运动部件在导轨上低速运动或微量移动时，运动应平稳，无爬行现象。这一要求对数控机床尤为重要。他与导轨的结构类型、材料、润滑条件等有关。要求导轨的摩檫系数小，以减少摩檫阻力。而且动、静摩檫系数应该尽量接近，同时还应有良好的阻尼特性。(4)结构简单、工艺性好要便于加工、装配、调整和维修。4.2.2导轨的分类和特点机床上常用的导轨，按其接触间的摩檫性质的不同，可分为三大类：(1)滑动导轨滑动导轨具有结构简单、制动方便、刚度好、抗振性强等优点，因此在一般的机床应用最为广泛。常用的导轨截面形状有三角形、矩形、燕尾型及圆柱型等四种。塑料导轨滑动摩檫特点有：摩檫特性好、耐磨性好、减振性好、工艺性好；还具有良好的经济性、结构简单、成本低。（2）滚动导轨在导轨工作面间放入滚珠、滚柱或滚针等滚动物体，使导轨面间成为滚动摩檫，可以大大降低摩檫系数，提高运动灵敏度。直线滚动导轨是目前最流行的一种形式。直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、滚珠、保持器、端盖等组成使用时，导轨固定在不运动部件上，滑块固定在运动部分上。当滑块沿导轨移动时。滚珠在导轨和滑块之间的圆弧中运动，并通过端盖滚道，从工作负载区到非工作负荷区，然后再到工作负荷去，由此不断循环，从而使导轨体和滑块之间实现滚动运动。滚动运动优点是摩檫系数小，运动轻便灵活，灵敏度高：低速运动平稳性好，不会产生爬行现象，定位精度高；耐磨性好，磨损小，精度保持好：且润滑系统简单，为此滚动导轨在数控机床上得到普遍应用。但是，滚动导轨的抗振性差，结构复杂，对对脏污较敏感，必须有良好的防护措施。（3）静压导轨静压导轨是在导轨工作面间通入具有一定压强的润滑油，使运动件浮动导轨面间充满润滑油形成的油膜，因而始终处于纯液体摩檫状态。静压导轨的摩擦系数极小，功率消耗很少，由于系统液体摩檫，故导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承受能力大、刚度好、吸振性良好、导轨运行平稳，既不爬行，也不产生振动。但静压导轨结构复杂，并需要有一个具有良好过滤效果的液压装置，制制造成本较高。目前，静压导轨较多地用于大型、重型数控机床上。因为本次设计的是经济型数控车床，终合经济型数控车床造价低廉，结构简单，使用性广的要求；我选用的导轨为燕尾型滑动导轨。4.3滚珠丝杠副的设计4.3.1滚珠丝杠副的工作原理：滚珠丝杠是回转运动和直线运动相互装换的新型传动装置，是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体地螺旋传动件。4.3.2滚珠丝杠的特点：（1）传动效率高滚珠丝杠副的传动效率高达0.95~0.98，是普通丝杠的3~4倍，功率消耗减少三分之二到四分之三。（2）灵敏度高、传动平稳由于是滚动摩檫，动摩擦系数相对来说比较小，因此低速不易爬行，高速传动平稳。（3）定位精度高、传动刚度高用多种方法可以消除丝杠螺母的轴向间隙，使反向无空行程，定位精度高，适适当预紧后，还可以提高轴向刚度。(4)不能自锁、有可逆性即能将旋转运动转换成直线运动，也能将直线运动转换成旋转运动。因此滚动丝杠在垂直状态使用时，应增加制动装置或平衡块。(5)磨损小、寿命长、维护简单使用寿命是普通滚珠丝杠的4～10倍。(6)同步型好用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性,有专业厂生产，选用配套方便。（7）制造成本高滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度及表面粗糙度要求高，制造工艺复杂，成本高。4.3.3滚珠丝杠副的参数特点（1) 滚珠丝杠工程直径即滚珠丝杠的外径，滚珠和滚道在理论上的接触角状态时，包括滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。公称直径与负载基本成正比，直径越大的负载越大，推荐滚珠丝杠副的公称直径应大于丝杠工作长度的三分之一，数控机床床上用的进给丝杠，公称直径为30到80mm。（2) 导程L也称螺距，即螺杆每旋转一周螺母直线运动的距离，导程与直线速度有关，再输入转速一定的情况下，导程越大速度越快。（3) 基本导程即螺纹长度，丝杠相对螺母旋转2rad时，螺母上基本点的轴向移动距离。基本导程按承载能力选取，选取后应演算步距，以满足单进给脉冲的步距要求，还要演算螺升角，以满足效率要求。（4) 接触角在螺纹滚道法向刨面内滚珠球心与滚道接触点的连线和螺纹轴线的垂直直线间的夹角，理想接触角为45度。（5) 滚珠直径滚珠直径应根据轴承厂提供的尽量选用。滚珠直径大则承载能力就越大，在一般情况下与公称直径和导程相关，在导程已确定的情况下，滚珠直径受到丝杠相邻两螺纹间过滤部分最小宽度确定限制。（6) 螺母形式螺母按法兰式分大约有圆法兰、单切边法兰、双切边法兰和无边法兰;螺螺母长度分为单螺母和双螺母。（7) 滚珠的工作圈数j即珠卷数，这个参数一般标有型号的导程，珠卷数数值越大表示负载越大螺母长度越长，（8) 滚珠的基本参数：除了上述的若干参数之外，滚珠丝杠副还有丝杠螺纹大径d，丝杠螺纹小径，全长L，螺母螺纹大径D，螺母螺纹小径，滚道圆弧偏心距e，滚道圆弧半径R等参数。滚珠丝杠副的精度与代号，滚珠丝杠副由机械工业标准JB规定，按其适用范围及要求分为六个等级精度，即C、D、E、F、G、H级，C级精度最高，其余依次逐级降低，其精度包括各元件的精度和装配后的综合精度，其中包括导程误差，丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动，丝杠和螺母表面粗糙度，有预加载荷时螺母安装端面对丝杠螺母螺纹轴线的圆跳动，有预加载荷时螺母安装直径对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动以及滚珠丝杠公称直径尺寸变动量等。4.3.4滚珠丝杠的支撑方式和制动方式滚珠丝杠的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强本身的刚度外，滚珠丝杠要正确安装以及支撑结构的刚度也是不可忽视的因素。滚珠丝杠的支撑方式有：（1）一端装推力轴承。这种安装方式适用于行程较小的短丝杠，他的承受能力小，轴向刚度要求低。（2）一端装推力轴承，另一端装向心球轴承。这种方式适用于行程较长的丝杠。（3）两端装推力轴承。把推力轴承装在滚珠丝杠的两端并加预紧力，有助于提高刚度，而且在加工工作时只承受工作拉力。缺点是对热变形较为敏感。（4）两端装止推轴承及向心球轴承。它的两端均采用双重支撑并施加预紧力，使丝杠具有较大的刚度。滚珠丝杠螺母副的传动效率高但不能自锁，需要设置制动装置。最常见的制动方式是电气电磁方式，级采用电磁制动器，且一般按在电动机内部。其他制动方式还有：在传动链中匹配逆转效率低的高速比系统。4.3.5滚珠丝杠副的使用防护滚珠丝杠副和其他滚动摩檫的传动元件一样，如有硬质的灰尘或者切屑等赃物进入滚道，就会妨碍滚珠的正常运转并且会加剧滚珠与滚道的摩檫，加速磨损，因此有效的防护密封和保持润滑油的清洁就十分的有必要了。常用的防尘密封装置有密封圈和防护罩相结合，密封圈系在滚珠螺母的两端，和丝杠直接相接触，其材料有毛毡圈，耐油橡皮或尼龙等，防尘效果好。但有接触压力和摩擦力距增加的现象，所以有时可采用非接触式，由聚氯乙烯等塑料制成的迷宫密封圈。对于暴露在外面的丝杠一般采用伸缩套筒式、折叠式的塑料或人造革等形式的防护罩，以防止空气中粉尘或粘附在丝杠表面。滚珠丝杠副和普通丝杠螺母副一样，要用润滑剂来提高耐磨性及传动效率。润滑剂可分为润滑油或润滑脂两大类。润滑油可采用一般机械有货90~180号透平油或140号主轴油，经过壳体上的油孔注入螺纹的空间内。润滑脂可采用锂基油脂，油脂则加在螺纹滚道和安装螺母上的壳体空间内。4.3.6滚珠丝杠设计步骤在一般情况下，设计滚珠丝杠时，必须知道下列条件：最大工作负载Pmax作用下的使用寿命下丝杠的工作长度1，丝杠的转速，滚道的硬度HRC及丝杠的运转情况，然后按下列步骤进行设计计算。1）由 计算作用在滚珠丝杠上的最大动载荷Q的数值。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Q的相近值，并初选几个型号。3）根据具体工作要求，对于结构尺寸，循环方式，调整方法及传动效率反面的要求，从初选的几个型号中在挑出比较合适的公称直径，导程，滚珠列数K，滚珠圈数等确定某以型号。4）由选出的型号，列出某主要参数的数值，计算传动效率，验算刚度及稳定性系数是否满足要求。若不满足要求，则需另选型号，再做上述的计算和验算直到满足要求为止。5）对于低速运转（n<10r／min）的滚珠丝杠，无需计算最大动载荷Q值，只考虑最大静载荷是否超过了最大工作载荷Pmin=2～3倍。4.4其他传动机构的设计4.4.1轮式传动轮在本次设计中主要起到连接电机和丝杠的作用。一般多采用齿轮副或同步带轮来传动。在满足电机的情况下，考虑到低速性能及加减速惯性匹配的问题，电机要经过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带轮来传动，其动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常有的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等；同步带轮传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。(1)齿轮传动的消除间隙采用齿轮传动时，齿侧间隙会造成开环或半闭环伺服系统的死区误差，影响定位精度。为了消除齿侧间隙并获得强刚性，必须采用各种具有消除间隙或预紧措施的齿轮副。对于直齿圆柱齿轮传动，常采用的方法有双片齿轮错齿法。(2)传动链的级数和各级传动比的选择对于数控机床的齿轮比，应采用设计，结构和工艺均比较简单，而且易获得高精度的平行轴渐开线圆柱齿轮传动，设计时应该先确定传动形式和传动方案，然后根据最佳比原则计算出总的传动比，正确确定传动链的级数和各级传动比。通常齿轮传动链的级数少一点比较好，这样可简化传动链的结构，提高了传动精度，减小了传动中空程的误差。同时一对齿轮的传动比也不能过大，若采用一级传动，传动比大则体积大，反而结构不紧凑。另外，在选取单级传动比时，还应考虑数控机床中，齿轮传动的实际工作条件。如果齿轮受力小且均匀，传动比应该为负值，以求磨损均衡，避免载荷集中在某些齿上。当然，两种情况下，还考虑脉冲当量的要求。如果，齿轮传动的总和传动比过大，则用单级传动不能解决问题，应该采用多级传动。多级传动级数确定和各级传动比的分配原则，通常用以下几个方面的特殊要求:=1\*GB3①按提高转角精度的原则进行分配=2\*GB3②最小等效传动惯量的原则分配传动比=3\*GB3③轻是指齿轮传动链中所有传递运动的准确性工作平稳性，载荷分布的均匀性。以上分别从三个不同特殊要求出发，论述了如何正确合理的确定传动的级数和分配各级传动比。其间有相似之处，也有相互矛盾之处。在实际工程中，特别是特殊要求不是单一的，因此在正式的确定传动级数和分配各级传动时，应从具体条件出发，统筹规划，减少各级之间的种种冲突。4.5步进电动机数控机床伺服系统的性能在很大程度上取决于伺服驱动电动机及其驱动技术的发展。数控技术发展的初期多采用步进电动机加液压扭矩放大器；20世纪70年代初期使用由步进电动机、伺服阀、液压马达组成的电液脉冲马达；70年代中后期，开始了永磁式宽调速直流伺服电动机时代；80年代交流伺服电动机逐渐取代了直流伺服电动机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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量，从而达到准确定位的目的；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。同步带轮制造工艺的发展很大程度上表现在精度等级与生产效率的提高.自七十年代以来各种同步带轮的制造精度，普遍提高一级左右.有的甚至2～3级.一般低速同步带轮精度由过去的8～9级提高到7～8级。机床同步带轮由6～8级提高到4～6级.轧机同步带轮由7～8级提高到5～6级。对于模数不大的中小规格同步带轮，由于高性能滚齿机的开发，加上刀具材料的改善，滚齿效率有了显著提高。采用多头滚刀，在大进给且条件下，可达到的切削速度为90m/s。如用超硬滚刀加工模数3左右的调质钢同步带轮，切削过度可达200m／s.提高插齿效率，要受到插齿机刀具往复运动机构的限制。最近在开发采用刀具卸载，使用静压轴承，增强刀架与立柱刚性等新结构后，效率有明显提高。新型插齿机的冲程数可达到2000次／分。同步带轮用钢的发展趋势；一是含Cr，Ni，Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。由于我国缺乏Ni、Cr，常用20CrMnTi渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢。机床行业食用40Cr，38CrMoAl等钢以及高速同步带轮用25Cr2MoV钢进行氮化。本次我设计用的步进电机为三相六拍直流电动机。5总结经过两个月的艰苦努力，我顺利的完成了我的本次设计，本设计综合了我在大学中所学的许多知识。在本次设计中，我设计是CNC数控车床—横向进给系统，我是将普通车床的手工进给改造成数字化控制的进给系统。在设计中，我学习到了一些新的知识，了解了滚珠丝杠的相关知识以及在数控机床中的作用。掌握了数控机床的基本构造，包括主机，数控装置，驱动装置等。并从本设计过程中，知道了数控机床的制动方式和控制方式，控制方式有开环控制，闭环控制以及半闭环控制。通过本次设计，让我又一次温习了我在过去四年中所学的机械知识，给了我一个将所学的理论知识运用到实践中的过程，它是一次对我大学所学知识的大练兵，是对我们脱离校园前的最后一次检验，为我走向社会增加了实践经验，使我在以后的人生道路上走的更加遥远。总而言之，在本次设计中，我不仅学到了新知识，还温习了老知识；培养了我独立思考，独立设计的能力，使我在以后的工作中能够更加独立。参考文献[1]杨继昌,李金办.数控技术基础[M].北京:化学工业出版社,2005.2:2-6[2]李佳.数控机床及引用[M].北京:清华大学出版社,2001.2:46-47[3]徐灏文.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,1992.5:70-73[4]蔡春源.机械零件设计手册（第三版）下册[M].哈尔冰:冶金工业出版社，1995.10:1098-1099[5]杨有君.数控技术[M].北京:机械工业出版社,2004.12:189-192[6]邹晔.典型数控系统及应用[M].北京:高等教育出版社,2004.9:56-57[7]濮良贵,纪名纲.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2005.12:139-142[8]王强,典型车加工零件的工艺分析与数控加工[J].机电产品开发与创新,2007,20:12-14[9]文怀兴，夏田.数控机床设计[M].北京:化学工业出版社，2008.1:34-35[10]JunxiBiTaoYuQiangLP.SPECIALCNCBASEDONADVANCEDCONTROLLER[J].RobotCenterofShanghaiUniversity，2006,12:6-9[11]Z.D.Zhou,J.M.Xie,Y.P.Chen,B.Chen,Z.M.Qiu,Y.S.Wong,Y.F.Zhang.Thedevelopmentofafieldbus-basedopen-CNCsystem[J].ManufactureTechnological,2004,7:10-11[12]杨祖孝.数控机床进给滚珠丝杠的选择与计算[J].数控制造,1998,41:13-17[13]韩进宏.互换性与技术测量[M].北京:机械工业出版社,2009.6:211-233[14]吴宗泽.机械设计课程设计手册（第3版）[M].北京:高等教育出版社，2006.4:122-129[15]李宏胜.数控原理与系统[M].北京:机械工业出版社,1997.8:80-基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究HYPERLINK"/detai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