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：1.床身上最大回转直径?400mm
2.快移速度x轴4m/min
3.定位精度 x 轴0.035mm
4.重复定位精度x轴0.0075mm，刀架 0.010mm
设计要求： 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。
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 FANVC 公司引进了 FANVC3 系列、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：CPU 类型、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
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 JCS-FMC=1，JCS=FMC-2 柔性加工单元，XH715 型立 式加工中心，民明机床古物 THK4680 型全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂 的TK66100卧式铣削加工中心，青海第一机床厂的XH754卧式加工中心等。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。
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 2-3 种插补功能，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0.001mm，重复定位精度为0.005mm，所以加工精 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 6mm 左右时，快速可达 8～9m/min，且不丢步，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。
2.2 选择传动装置
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
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η： 0.92～0.96，
比常规的丝杠螺母副提高了3～4倍（滑动丝杠效率为0.2 ～0.4）,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：
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 Fmax （或平均工作负载 Fm）作用下的使用寿命 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HRC及丝杠的运转情况，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Ca 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Ca的相近 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 d0、导程 L0、 滚珠列数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：
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δ 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：
1.横向进给系统既承受纵向的力，又要承受横向进给力，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。
3.1.2 滚珠丝杠副额定载荷：
（1）额定动载荷Ca
即在一组有相同参数的滚珠死杠副中， 把90%达到10 6 转而不发生疲劳剥伤
所能承受的纯轴向载荷称为额定动载，以Ca 表示。
（2）额定静载荷Cao:
在滚珠丝杠副静止（或转速〈10r/min〉状态下，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0.00001倍时的轴向载荷，称为额定 静载荷，以Cao 表示。
3.1.3 滚珠丝杠幅主要参数的确定：
（1）按预期寿命Ln及轴向载荷 Fa进行选择：
Ln=(Ca/Fa) 3 ×10 6 （转） [1] （3-1）
一般情况下，Fa可以用平均载荷 Fm予以代替：
Fm=
3 min
max
2 F
F+ [1]
（3-2）
式中；Ln为预期设计寿命，
Fmax为最大轴向载荷，
Fmin为最小轴向载荷。
对于机床Ln通常取 Ln=20×10 6 （转）
则：Ca= 3 20 Fm:2.71Fm [1] （3-3）
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：
Fmax=680N（经验值）
Fmin=35%Fmax =238N
所以Fm=
3 238
1375+
=537.7N
故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N
(2)按承受的最大轴向力Fmax确定参数计算静负荷Cmo：
Cmo=K
F K
H
Fmax
即Cmo 其中 Kr=1.2-1.5， K H =1.6-2 Cao>Cmo=1.5×2×680=2062.5N 故；丝杠的额定动载荷Ca ≥644.2N 丝杠的额定静载荷Ca>2062.5N 选择：代号为2005-4型的滚珠丝杠，其基本直径20mm ，大径19.5mm 基本导程5mm 4.对选定的滚珠丝杠幅参数进行核算： （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Fc 由下式计算： Fc= 2 4 ) ( L db dc m - [4] （3-4） 式中：m=20×10 4 （N/mm 2 ） dc 为公称直径（mm ）. d b 为滚珠直径（mm） Ls 为丝杠轴的支撑距离（mm） 则： ] [n F Fc 3 水平安置时[n] y =4 [n]—许用稳定安全系数 N Fc 5 2 4 4 10 3 . 5 550 ) 175 . 3 20 ( 10 20 ′ = - ′ ′ =\F N Fc 5 10 32 . 1 4 ′ = ￡ 即F 为最大载向压缩载荷>Fa (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Nc 表示： Nc=121 min) / ( ) ( 10 2 6 r L k d d b c - ′ [4] （3-5） 式中： c d 为公称直径； d b 为滚珠直径 0 k 为支承结构系数 K=2.5 极限转速n 满足： n < 0.8Nc Nc=121x10 6 (20-3.175) min / 10 05 . 1 550 5 . 2 4 2 r ′ = min / 10 4 . 8 8 . 0 3 r Nc n ′ = < （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Fp ，其预加载荷大小为： Fp ＝Fmax/3＝229N [4] （3-6） （4） 滚珠丝杠副的刚度 滚珠丝杠副的刚度 K ： Kg K K K j 1 1 1 1 1 + + = 式中： K 为滚珠丝杠副的刚度； K j 为滚珠的轴向接触刚度； K1为螺母的安装刚度； Kg 为丝杠轴的安装刚度 ○ 1 当有预加负荷Fp 且为额定动载荷的1/10时，Kj 可近似的以下式表示： ( ) ) / ( * 54 . 0 3 2 m n Z d F Kj b m = [4] （3-7） 式中：F 为轴向工作载荷（N） db 为滚珠直径，（mm） Z＝Z’×圈数×列数 Z’为一圈滚珠数 内循环 Z’=d 0/d b -(3～5)粒 d 0 为公称直径 210为滚子数 ∴Kj＝0.54 3 2 5 210 175 . 3 10 32 . 1 ） （ ′ ′ ′ ＝5.2×10 3 N/μm ○ 2 、螺母支撑刚度K1： K1＝ ) / ( 10 ln * 8 m N E A m [5] （3-8） 其中：A 为螺母横截面积 E＝2.1×10 5 Ln 为螺母支承面至有效滚延间的长度 A＝0.4×10 3 mm 2 故，K1＝（0.4×10 3 ×2.1×10 5 ）/（1000×10 3 ）＝0.85×10 3 （N/μm） ○ 3 、丝杠轴的支承刚性Kg 当采用图示的支承方式： Kg= 8 10 ln *E A =(A*E)/（1546×10 8 ）＝0.7×10 3 （N/μm） [10] （3-9） 滚珠丝杠副的刚度 K ： 因为： Kg K K K j 1 1 1 1 1 + + = 所以 K=1/( Kg K K j 1 1 1 1 + + )=2.3×10 3 （N/μm） （5）驱动力矩及驱动功率 使丝杠旋转运动所需驱动力矩： Ma＝（F×Ph）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10） 公称导程Ph ＝2.5mm η＝0.9 所以Ma ＝0.61N.m 由预紧力所产生的摩擦力矩 Mf ＝K × 8 10 * 2 * p Ph Fp （N.m ） [10] （3-11） Mf=2.3×10 3 × 8 10 2 5 229 ′ ′ v p N.m 总驱动力矩：M ＝Ma ＋Mf M=Ma+Mf=0.63N.m [10] （3-12） 所需功率 W ＝ 95500 h ? M （Kw ） [1] （3-13） W= ) ( 10 . 87 . 5 95500 89 . 0 63 . 0 6 kw - ′ = ′ 式中：F 为轴向载荷 Ph 为公称直径 η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 0.25mm。这种联轴节已由 专门工厂生产，其性能尺寸见《机床设计手册》第3册P496。 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： 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： 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。 3．2. 伺服电机型号选择 ： 3．2.1 进给电机功率的确定 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： Ys Vs Q Ns * 6120 * = (*) [11] （3-14） 式中： Ns------进给电动机功率（KW） Q-------进给抗力（公斤力） Vs------进给速度（米/分） Ys------进给传动的总机械效率（一般可取0.15～0.20） 根据资料显示,CDJK6140 系列车床的最大切削主力 F=2750N 即 Pz=2750N 故进给力 ： Px=0.5Pz =1375N Ys 取0.2 Vs=0.4m/min 代入(*) 式 kw Ns . 46 . 0 2 . 0 6120 4 1375 = ′ ′ = 3．1.2 伺服电机型号 考虑到进给系统的过载现象, 选择的电机功率应该大于选择的电机功率。 （根据参照电机手册. 南京苏强数控机电有限公司） 所以，选择型号为 110SNMA6 I 型 的永磁无刷伺服电机。 额定功率 额定转矩 额定转速 额定电流 转子惯量 机械时间常数 电机时间常数 1. 256kw 6N.m 2000r.Pm 5.0A 0.718 × 10 3 - kg.m 2 0.8ms 6.14ms 3．1.3 同步带轮的选择 为了保证传动精度，本设计采用同步带轮来传动。同步带轮传动不仅能够 保证良好的传动精度， 还能降低传动产生的噪音， 对磨损的要求也同时符合要求。 一般同步带轮有统一生产，本课题设计选用的是慈溪恒力同步带轮有限公司生 产，规格如下： 4、结论 至今为止，基本上完成了本课程的设计要求，课题的主要设计内容包括： 丝杠结构设计，伺服电机与丝杠的连接形式设计、丝杠与床鞍的连接设计、丝杠 的支承方式设计、伺服电机的选择 。 进给系统运转精度、直接将导致整个机床的加工精度。因此，丝杠精度的 选择，丝杠的支承如何保证轴向定位精度等关键性问题是急需解决的。由于自身 的经验有限，面对这些关键性问题只能从理论上去寻求解决的方法。因此，自己 所设计的结构和运用到生产实践中仍相距甚远。 电机的选择也相当重要，对于整个进给系统的来说，要求严格。 5、参考文献 1 张新义.经济型数控机床系统设计. 北京：机械工业出版社，1994.7 2 李 洪.实用机床设计手册. 沈阳：辽宁科学技术出版社 1999.1 3 陈宏钧,马素敏. 金属速查速算手册. 北京：机械工业出版社 ，1994.7 4 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， 1994.7 5 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 1989.10 6 黄祖德. 机械设计. 北京理工大学出版社 1992.6 7 吴宗泽. 机械设计禁忌500例. 北京机械出版社 1996 8 黄鹤订. 国家机械工业局--中国机电产品目录第 10 册. 北京机械出版社 2000.7 9 滚珠丝杠. 上海川浦机械实业公司样本 10 同步带轮. 慈溪恒力同步带轮有限公司 11 电机手册. 南京苏强数控机电有限公司 6、设计工作小结 毕业设计是对我四年来学习和实践的一个综合锻炼和考核， 是踏上社会前 在学校的一次磨练，要充分发挥自己的知识。在设计中，我基本将四年来所学知 识进行了综合运用，并了解了本专业方面最新科技动态和发展趋势，经过这次毕 业设计，进一步加强了对以前学习的把握，增长了见识，也充分展示了自己的专 业基础和设计能力。 在毕业设计过程中，经历了实际考察、资料收集、方案论证、工程图的绘制、 说明书的书写等设计过程，这使我掌握了设计的一般步骤，为以后走上工作岗位 进行其它方面的工作奠定了结实的基础。 从这次设计中体会到：在平时要搞好、搞懂每个知识点； 要虚心并诚心地向老师、同学请教； 做事需要讲团体协作 ； 考虑问题应该多方面、多角度，力争按最严格的工作要求 做事； 培养设计能力与严谨细致的工作作风， 体会到了工程技术 人员所应该具备的基本素质。 由于本人理论及实践水平有限，设计图样、设计说明书定有许多错误和不 妥之处，敬请各位老师和同学指出，提出批评和修改意见。 最后，向在设计期间给予关心指导的沙爱民老师谨以最诚挚的谢意！同时也 谢谢帮助我的同学。 7、附件清单 横向进给系统装配图 CJK40000 A0 1 张 刮削板 CJK40101 A4 1张 把手 CJK40102 A3 1 张 套筒 CJK40103 A3 1 张 丝杠 CJK40104 A3 1 张 横滑板 CJK30105 A1 1 张 螺母座 CJK30106 A3 1 张 压板 CJK30107 A4 1 张 垫板 CJK30108 A4 1 张 外壳护罩 CJK30109 A3 1 张 同步带轮 CJK30111 A4 1 张 轴套 CJK30114 A4 1 张 调整螺钉 CJK30117 A4 1 张 锒条 CJK30118 A3 1 张 挡板 CJK30119 A4 1 张 法兰座 CJK30122 A3 1 张 挡边 CJK30123 A4 1 张 同步带轮 CJK30111 A4 1 张 电缆罩 CJK30156 A3 1 张 压板 CJK30162 A4 1 张 挡块 CJK30169 A4 1 张 横向电机支架 CJK30170 A1 1 张 床鞍 CJK50000 A0 1 张 毕业设计任务书 机电工程系 一、设计课题名称：CA6140车床的数控化改造 二、指导教师： 三、设计要求： 采用数控装置和伺服装置，对CA6140车床进行数控化改造。要求能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选择合理，控制系统设计简单可靠，保护措施完备。 四、设计依据： CA6140车床控制要求、电气原理图及相关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数； 常用低压控制电器型号规格参数。 五、参考资料： 熊光华主编2数控机床2北京：机械工业出版社；2002 廖兆荣主编2机床电气自动控制2北京：化学工业出版社；2003 王爱玲主编2现代数控机床结构与设计2北京：兵器工业出版社；1999 余良英编著2机床数控改造设计与实例2北京：机械工业出版社；1998 白恩远主编2现代数控机床伺服及检测技术2北京：国防工业出版社；2002 袁任光编著2交流变频调速器选用手册2广州：广东科技出版社，2002 曾毅等编著2变频调速控制系统的设计与维护2济南：山东科学技术出版社，2002 编写组编2机床设计手册第5卷上、下册2北京：机械工业出版社，1979 李荣生主编2电气传动控制系统设计指导2北京：机械工业出版社，2004 姜德希编2机床电气线路图册2北京：中国农业出版社， 编写组编著2工厂常用电气设备手册上、下册2北京：中国电力出版社，1997 六、设计内容进度及工作量 (一)设计内容和进度要求 序号进度要求设计内容 1 1周了解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。 经过分析、比较、计算，确定改造总体方案。 2 0．5周 对进给、主轴传动系统进行分析计算，选择拖动电动机并确定传动系统 改造方案。 1周完成进给、主轴传动系统改造图。 3 0．5周选择伺服装置 0．5周完成伺服系统控制设计，并完成伺服系统控制原理图。 4 0．5周选择数控装置。 5 1周完成电气原理图草图和电气安装接线图草图。 0．5周完成电气原理图和电气安装接线图。 6 0．5周伺服系统调试设计。0．5周数控装置调试设计。0．5周机床安装及调试设计。 7 2周编写设计说明书。 8 1周毕业设计答辩准备及答辩。 (二)工作量 设计说明书：数控化改造总体方案设计；机械部分改造设计；伺服装置选型；伺服系统控制设计；数控装置选型；电气控制系统设计；机床安装与调试设计。 图纸：机械改造图；伺服系统控制原理图；电气安装接线图；电气原理图；元器件清单； 七、说明书的格式和装订要求 （一）毕业设计封面（全系统一格式） （二）毕业设计评阅书（全系统一格式） （三）评分标准（全系统一格式） （四）毕业设计任务书（指导教师下发） （五）毕业设计明细表（全系统一格式） 目录 一、设计目的 二、设计要求 三、设计的内容和步骤 （一）总体设计方案 （二）机械部分改装设计 ①设计机构的性能要求 ②待改装钻床型号的确定 ③控制方式的确定 ④伺服系统的确定 ⑤工作台参数的初步选定 ⑥导轨的选型思路 ⑦滚珠丝杠选型思路 ⑧丝杠和电机连接零件的选取思路 ⑨支承座材料的选取 ⑩轴承类型的选取思路 （三）计算部分 ①确定工作台的尺寸及其重量 ②支承座参数设计 ③滚珠丝杠参数设计 ④滚动导轨参数设计 ⑤电机参数设计 ⑥联轴器的选着 （四）设计总结 （五）参考文献 一、设计的目的 通过本次设计，使我们全面地、系统地了解和掌握数控机床的基本内容和基本知识，初步掌握数控机床的设计方法，并学会运用手册标准等技术资料。同时培养我们学生的创新意识、工程意识和动手能力。 二、设计要求 1、改造后的钻床能够加工最大面积为200×2102 mm，最大工件重量为150kg。 2、数控XY工作台要求孔的定位精度在±0.02mm内，工作台快进速度为2.4m/min，加速时间为：0.2秒。 三、设计的内容和步骤 题目：钻床数控改装——数控XY工作台的设计 设计一套简易数控XY工作台，固定在某一钻床的工作台上。XY工作台的位置控制采用步进电机数控系统，通过上述方案将该普通钻床改装成简易的经济型数控钻床。 （一）、总体设计方案 1、机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（即高精度、 快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足以 下几方面： （1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大 会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度 降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。 所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。 （2）刚度大刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度对机械系统而言是有利的：①伺服系统动力 损失随之减小。②机构固有频率高，超出机构的频带宽 度，使之不易产生共振。③增加闭环伺服系统的稳定性。 所以在设计时应选用大的刚度的机构。 （3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的 稳态误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻 尼要选着适当。 此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提 高机构的稳定性）、间隙小（保证机构的传动精度），特 别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特 性相匹配。 2、将普通钻床改装成数控钻床，是一项技术性很强的工作。必 须根据加工对象的要求和加工数量的大小实际情况，确定切 实可行的技术改造方案，搞好机床的改造设计。进行改造的 可行性分析，针对某台钻床或钻床的某一部分的现况确定改 目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要 我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。 数控机床进给系统设计 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反 馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。 目录 0摘要 (3) 1引言 (6) 第一章设计方案的确定 ............................................. - 5 - 一总体设计方案的确定........................................... - 5 - 二机械部分的设计与计算......................................... - 5 - （一）纵向进给系统的设计选型 .................................. - 5 - (二) 横向进给系统的设计与计算 ................... 错误！未定义书签。第二章步进电动机的选择 ................................ 错误！未定义书签。 一步进电动机选用原则................................. 错误！未定义书签。 二步进电机的选型..................................... 错误！未定义书签。 （一）纵向进给系流步进电机的确定 ................. 错误！未定义书签。 （二）横向进给系流步进电机的确定 ................. 错误！未定义书签。 （三）110BF003型直流步进电机主要技术参数......... 错误！未定义书签。 （四）110BF004型直流步进电机主要技术参数......... 错误！未定义书签。第三章经济型数控系统选型 ................................ 错误！未定义书签。第四章电动刀架的选型 ................................. 错误！未定义书签。第五章编制零件工序及数控程序实例 ...................... 错误！未定义书签。 一机床设计参数的选择................................. 错误！未定义书签。 （一）车床纵向运动由Z向步进电动机控制 ........... 错误！未定义书签。 （二）车床横向运动由X向步时电动机控制 ........... 错误！未定义书签。 二程序设计........................................... 错误！未定义书签。 （一）数控机床参数及约定 ......................... 错误！未定义书签。 (二) 编程参数说明 ................................ 错误！未定义书签。参考文献 ............................................................. - 8 - 体会 .................................................... 错误！未定义书签。 数控铣床的进给传动系统 摘要： 在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置。 关键词：数控铣床发展趋势智能化柔性化 英文： In international trade,many centuries view digital lathesare as hi-techvalue-adds and profitable exports.Digital lathesare expensive mechanical and electrical products.The powerful trade nations export hi-texh mechanical snd electrical products to the world market whiledoing such business at home ,Which is now an important strategy of develop-ing their export economy Key words digital lathe ; development tendency; intelligence; tenderness 1.引言： 科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日益完盖，数控技术的应用颔域日益扩大。 数控铣床是在数控加工中心领域中最具代表性的一种典型机床，在数控机床中所占的比率最大，数控加工中心、柔性制造单元等都是数控铣床基础上派生或发展起来的。它具有功能性强、加工范围广、工艺较复杂等点，主要用于各种复习的平面、轮廓、曲面等零件的铣削加工，同时还可以进行钻、扩、镗、攻螺纹等加工，在航空航天、汽车制造、机械加工和模具制造业中应用非常广泛。 2.数控铣床的组成 数控铣床一般由数控系统、机床基础部件、主轴箱、进给伺服系统及辅助装置等几大部分组成。 （1）数控系统 数控系统是机床运动控制的中心，通常数控铣床都配有高性能、高精度、集 新疆工程学院机械工程系毕业设计（论文）任务书 学生姓名专业班级机电一体化09-11（1）班设计(论文)题目数控机床主传动系统及主轴设计 接受任务日期2012年2月29日完成任务日期2012年4月9日指导教师指导教师单位机械工程系 设 计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论，基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练；培养和提高学生分析问题，解决问题能力。通过毕业设计，使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计，使理论与实践结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能。 设计(论文)要求 1．论文格式要正确。 2．题目要求：设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。 3．设计要求学生整个课题由学生独立完成。 4．学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系，以便掌握最新论文的书写情况。 论文指导记录 2012年3月1号早上9：30-12：00在教室和XX老师确定题目。2012年3月6日早上10：00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。2012年3月13日早上10:00-12：00在教室确定论文格式。 2012年3月20日早上9：30-12:00在教室对论文一次修改。 2012年3月27日早上9：30-12:00在教室对论文二次修改。 2012年4月6日早上9：30-12：30在教室对论文三次修改。 2012年4月9日早上9:30-12：00在教室老师对论文进行总评。 参考资料[1]成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1 [2]濮良贵纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5 [3]李晓沛张琳娜赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5 [4]文怀兴夏田.数控机床设计实践指南[M].化学工业出版社 2008.1 [5][日]刚野修一(著). 杨晓辉白彦华(译) .机械公式应用手册[M].科学出版社 2004 1绪论 数控机床与普通机床相比,增加了功能,提高了性能,简化了结构.较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（2）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费；（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。 要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。这一工作早在20世纪60年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，国外已发展成为一个新兴产业部门，从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有26%的机床经过数控化改造，中小企业则达74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务。中国是拥有300多万台机床的国家，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。 机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。 普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。 第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 红字的意思是没找到答案，蓝字的意思是不确定；有错别字不负责啊。。。学渣整理，此资料仅供参考╮(╯▽╰)╭ 一 ⒈数控机床通常由哪几部分组成？各部分的作用和特点是什么？ 控制介质 作用：在数控机床加工时，携带和传输所需的各种控制信息。 特点：是存储数控加工所要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。 数控装置 作用：是数控机床的核心，它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。 特点：可分为普通数控系统NC 和计算机数控系统CNC 两类。 伺服机构 作用：根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。 特点：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，与机床上的执行部件和机械部件组成数控机床的进给系统。 机械部件 作用：包含有主运动部件、进给运动执行部件、拖板和传动部件等。 特点：传动结构要求更为简单，精度、刚度、抗震性等方面要求更高，且其传动和变速系统要便于实现 自动化控制。 ⒉简述数控机床的分类 按运动方式分 点位控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，移动过程不需要切削； 点位直线控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，且运动轨迹为直线，移动部件在移动过程中 进行切削； 轮廓控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，并能控制将零件加工成一定的轮廓形状。 按控制方式分 开环控制系统：不具有反馈装置，系统精度较低； 半闭环控制系统：具有角位移检测装置，定位精度较高，调试方便，稳定性好； 闭环控制系统：具有直线位置检测装置，具有检测、比较和反馈装置，定位精度高，但结构复杂。 按数控系统的功能水平分：低、中、高档次 ⒊什么是开环、半闭环和闭环控制系统？其特点是什么？适用于什么场合？ ①开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统；特点是不能进行误差校正，因此系统精度较低；适用于低精度要求 的数控机床。 ②半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置的控制系统；特点是调试方便，稳定性好精 度较高；目前应用较为广泛。 ③闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置的控制系统；特点是定位精度高，调试维修较 为困难；适用于精度要求高的数控机床。 ⒋脉冲当量、定位精度和重复定位精度的含义是什么？ 脉冲当量：数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床位移部件上的移动量。 定位精度：数控机床工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度。 重复定位精度：在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。⒌数控轴数与联动轴数的区别。 控制轴即机床数控装置能够控制轴的数目，而联动轴即同时控制多个轴的运动。数控轴数越多，功能就越强，机床 的复杂程度和技术含量也越高；联动轴数越多，机床控制和编程难度越大。 ⒎数控车床床身和导轨有几种布局形式？每种布局形式的特点是什么？ 有四种布局形式 ①平床身：工艺性好，便于导轨面的加工； ②斜床身：排屑方便，便于安装自动排屑器，操作方便，易于实现单机自动化和封闭式防护； ③平床身斜滑板：工艺性好，排屑方便； ④立床身：排屑最为方便。二⒈数控机床设计方案的特点是什么？ 设计手段计算机化；设计方法综合化；设计对象系统化；设计问题模型化；设计过程程式化与并行化。 、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。 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：1.床身上最大回转直径?400mm 2.快移速度x轴4m/min 3.定位精度 x 轴0.035mm 4.重复定位精度x轴0.0075mm，刀架 0.010mm 设计要求： 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。 1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。 步进电机具有如下优点 : 数控机床进给模块之机械部件装配一．进给传动系统图 纵向和横向进给传动系统图 二．系统图的主要构造和功用 电动机： 1. 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的驱动元件。步进电动机 是一种特殊的电动机，一般电动机通电后都是连续转动的，而步进电动机则有定位与运转两种状态。当有一个电脉冲输入时，步进电动机就回转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电动机称为步进电动机。又由于它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电动机。当电脉冲连续不断地输入，步进电动机便跟随脉冲一步一步地转动，步进电动机的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时间上与输入脉冲同步。因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组的通电顺序，便可获得所需转角、转速和方向。在无脉冲输入时，步进电动机的转子保持原有位置，处于定位状态。步进电动机的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角能够控制，而且有一定的精度，常用作开环进给伺服系统的驱动元件。与闭坏系统相比，它没有位置速度反馈回路，控制系统简单，成本大大降低，与机床配接容易，使用方便，因而在对精度、速度要求不十分高的中小型数控机床上得到了广泛地应用。 2. 直流伺服电动机 由于数控机床对进给伺服驱动装置的要求较高，而直流电动机具有良好的调速特性，因此在半闭坏、闭坏伺服控制系统中，得到较广泛地使用。直流进给伺服电动机就其工作原理来说，虽然与普通直流电动机相同。然而，由于机械加工的特殊要求，一般的直流电动机是不能满足需要的。首先，一般直流电动机转子的转动惯量过大，而其输出转矩则相对较小。这样，它的动态特性就比较差，尤其在低速运转条件下，这个缺点就更突出。在进给伺服机构中使用的是经过改进结构，提高其特性的大功率直流伺服电动机，主要有以下两种类型：（1）小惯量直流电动机。主要结构特点是其转子的转动惯量尽可能小，因此在结构上与普通电动机的最大不同是转子做成细长形且光滑无槽。以此表现为转子的转动惯量小，仅为普通直流电动机的1/10左右。因此，响应特别快，机电时间常数可以小于10 ms，与普通直流电动机相比，转矩与惯量之比要大出40~50倍。且调速范围大，运转平稳，适用于频繁起动与制动，要求有快速响应（如数控钻床、冲床等点定位）的场合。但由于其过载能力低，并且电动机的自身惯量比机床相应运动部件的惯量小，因此应用时都要经过一对中间齿轮副，才能与丝杠相连接，在某些场合也限制了它广泛地使用。 （2）大惯量直流电动机。又称宽调速直流电动机，是在小惯量电动机的基础上发展起来的。在结构上和常规的直流电动机相似，其工作原理相同。当电枢线圈通过直流电流时，就会在定子磁场的作用下，产生带动负载旋转的电转矩。小惯量电动机是从减小电动机转动转量来提高电动机的快速性，而大惯量电动机则是在维持一般直流电动机转动惯量的前提下，尽量提高转矩的方法来改善其动态特性。它既具有一般直流电动机便于调速、机械特性较好的优点，又具有小惯量直流电动机的快速响应性能。因此，可归纳为以下特点： 1）转子惯量大。这种电动机的转子具有较大的惯量，容易与机床匹配。可以和机床的进给丝杠直接连接，省掉了减速机构，故可使机床结构简单，即避免了齿轮等传动机构产生的噪声和振动，又提高了加工精度。 2）低速性能好。这种电动机低速时输出转矩大，能满足数控机床经常在低速进给时进给量大、转矩输出大的特点，如能在1 r/min甚至0.1 r/min下平稳运转。 3）过载能力强、动态响应好。由于大惯量直流电动机的转子有槽，热容量大，同时采用了冷却措施后，提高了散热能力。因此可以过载运行30分钟。另外，电动机的定子采用矫顽力很高的铁氧体永磁材料，可使电动机过载10倍而不会去磁，这就显著地提高了电动机的瞬间加速力矩，改善了动态响应，加减速特性好。 4）调速范围宽。这种电动机机械特性和调速特性的线性度好，所以调速范围宽而运转平稳。一般调速范围可达1∶10000以上。 数控机床设计说明书 学院：＿＿＿＿＿＿＿＿专业：＿ 班级：＿＿＿＿机自＿＿学号：＿＿＿＿＿ 学生姓名：＿＿＿＿＿＿指导教师：＿＿＿＿＿＿＿ 2011年 1 月5 日 摘要 当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。 关键字：机电一体化的基础基本组成要素特点发展趋势 前言 一、当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状 在我国对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性,并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围覆盖很多领域。 （一）、数控技术的发展趋势。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面: (1)、高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。从EMO2001 展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/ min ,甚至更高,空运行速度可达100m/ min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代 摘要 数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。 购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床数控化改造，不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径，提升企业竞争力，在我国成为制造强国的进程中，占有一席之地。本文的主要内容有： 1．对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通车床数控化改造方案； 2．对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号选择，步进电机选择等进行了详细研究； 3．对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号，提出选择方法； 4.为保持切削螺纹的功能，仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型，脉冲发生器直接与主轴间连接方法，并形成了相应的技术图； 5.拆卸普通机床，甩掉原有进给箱等，对主传动系统的进行大修，滑板贴塑与铲刮调试，对机床相关部件和参数进行测绘、测量； 6.绘出相应的零件图和装备图； 7．给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。 关键词：普通车床、数控、改造 Abstract As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprise s’ equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises’ competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country. The main contents is: 1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle. 2. The ball screw’s t ype, assembling, supporting, bearing type, and stepping motor of feeding system is designed. 3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming. 4. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a technique diagram. 5. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe. 6. Draw out parts diagrams and assemble diagram. 7 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward. Key words: General purpose lathe、Numerical control(NC)、Reform数控机床改造设计
数控机床的设计
CA6140普通车床数控化改造设计
数控机床进给系统设计
数控车床设计毕业设计说明书.doc
文献综述-数控铣床进给传动系统
数控机床主传动系统及主轴设计.
机械机床毕业设计56普通CA6140车床的经济型数控改造
数控机床进给系统设计
数控机床系统设计(1)
经济型数控车床横向进给系统设计
数控车床横向进给系统设计
数控机床进给传动系统
数控机床设计说明书80145585资料
CA6140型车床的经济型数控改造设计(横向)
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