数控机床电主轴与进给系统结构设计

__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。

数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。

在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。

然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。

在根据已确定传动比来确定带传动。

通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。

选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。

最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。

然后完成伺服系统的设计。

在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。

设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。

通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。

设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。

关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。

XK5040数控铣床主轴箱进给机构及控制系统设计XK5040数控铣床是一种高精度的数控加工设备，其主轴箱、进给机构及控制系统的设计对整个机床的性能与精度至关重要。

首先，我们来看主轴箱的设计。

主轴箱是整个数控铣床的核心部件，负责转动刀具进行加工。

在设计主轴箱时，需考虑以下几个关键因素：主轴转速范围、刚性和稳定性、换刀系统和冷却系统。

对于主轴转速范围，需要根据实际加工要求和材料特性来确定。

主轴转速的选择要考虑到加工效率和加工质量。

另外，还需考虑主轴的刚性和稳定性，以确保在高速转动时不产生振动和弯曲。

此外，还需设计一个高效的换刀系统，实现自动化的换刀操作，以提高生产效率。

冷却系统的设计也很重要，可通过冷却液使主轴和刀具保持适宜的温度，确保长时间连续运行时不会过热。

接下来是进给机构的设计。

进给机构是用来控制工件在坐标轴方向上的运动，使刀具能够按照预定的路径进行加工。

在设计进给机构时，需考虑以下几个因素：进给速度、精度、刚性和传动方式。

进给速度的确定需要结合加工要求和材料特性，确保在一定的时间内完成加工任务。

精度是指进给机构能够按照预定的路径进行精确的移动，需考虑进给机构的定位精度和反复定位精度。

为了保证加工质量，进给机构的刚性也很重要，可以通过选用合适的材料和结构来提高刚性。

传动方式的选择要考虑到进给的平滑性和稳定性，常见的传动方式有滚珠丝杠和直线导轨等。

最后是控制系统的设计。

控制系统是整个数控铣床的大脑，负责对机床各个部件进行协调和控制。

在控制系统的设计中，需考虑以下几个方面：控制方式、控制精度、编程方式和人机界面。

综上所述，XK5040数控铣床的主轴箱、进给机构及控制系统设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素。

合理的设计将直接影响到机床的性能和加工效率。

因此，在设计过程中需要充分考虑实际需求和技术限制，确保设计出符合要求的数控铣床。

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与高的速度稳定性;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与大的堵转转矩,并具有尽可能小的时间常数与启动电压。

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、制动与反转。

随着微电子技术、计算机技术与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、速度与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与改进伺服性能的措施,使控制精度与品质大大提高。

数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。

这也就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、执行件与检测反馈环节等组成。

驱动控制单元与驱动元件组成伺服驱动系统。

机械传动部件与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与闭环系统。

闭环控制方式通常就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与全闭环系统。

半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头与装在电机轴端两种类型。

数控机床重要部件的设计分析数控机床作为现代制造业中不可或缺的设备之一，其重要部件的设计分析显得尤为关键。

本文将对数控机床的重要部件进行分析，包括主轴、导轨、伺服系统、加工刀具等方面，旨在探讨其设计原理与优化方法，以提高数控机床的性能和工作效率。

一、主轴的设计分析主轴作为数控机床中的核心部件之一，其设计对于机床的加工精度和工作稳定性有着重要影响。

主轴的设计应考虑以下几个方面：1. 材料选择：主轴应选用高强度、高刚性的材料，如合金钢等，以保证其结构牢固、刚性高，避免振动和变形等问题。

2. 结构设计：主轴的结构设计应考虑其承载能力和转动平稳性。

一般采用轴承支撑形式，可以选择角接触球轴承或滚子轴承，以减小摩擦阻力和提高转动精度。

3. 冷却系统：数控机床在高速运转时会产生较多的热量，主轴的设计应考虑冷却系统，以保持主轴的稳定工作温度，避免过热导致的损坏。

二、导轨的设计分析导轨作为数控机床运动部件间的支撑和导向系统，其设计对于机床的定位精度和加工质量至关重要。

导轨的设计应考虑以下几个方面：1. 材料选择：导轨应选用具有良好耐磨性和刚性的材料，如球墨铸铁等，以减小运动部件之间的摩擦和磨损。

2. 加工精度：导轨的加工精度决定了机床的定位精度，因此，设计时需要考虑导轨的平面度、垂直度和直线度等参数，并进行相关的磨削和校准工艺。

3. 润滑系统：导轨的设计还应包括润滑系统，以减小摩擦和磨损，提高导轨的使用寿命和性能。

三、伺服系统的设计分析伺服系统在数控机床中起着重要的作用，用于控制机床各个部件的运动和位置。

伺服系统的设计应考虑以下几个方面：1. 控制算法：伺服系统的控制算法是保证机床运动精度和稳定性的关键，可以选择PID控制或模糊控制等算法，通过对位置、速度和加速度等参数的控制，实现准确的运动控制。

2. 传动系统：伺服系统中的传动系统决定了机床的运动精度和速度响应，可以选择直接驱动或间接驱动方式，以适应不同的应用需求。

本科毕业设计论文题目数控机床电主轴结构设计系别机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级机械002班学号10040103 学生姓名冀璐指导老师王恪典2014年6月摘要数控加工技术将高柔性，高精度，高速加工技术融为一体，可以解决机械产品制造中的诸多难题，如获得特殊的加工精度和表面质量。

因此，高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业，其技术水平的高低和拥有量的多少也是衡量一个国家制造业水平高低的标志。

高速加工技术的迅猛发展和高速数控机床需求量的快速增长，而超高速电主轴是实现高速数控加工技术的重要部件，因此对高速电主轴技术提出了新的要求和挑战。

作为高速数控机床的核心部件，电主轴是高速主轴中的一种理想结构，电主轴是一种智能型功能部件，不但转速高，功率大，还具有控制主轴温升与振动等机床运行参数的功能，因此是承载高速切削技术的主体之一，其性能的好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。

本文以额定转速20000r/min，功率4kw，为设计要求进行相应的结构设计，设计内容包括：（1）电主轴的主轴尺寸设计，根据额定转速20000r/min，功率4kw和基本的机械设计知识。

确定最小轴向尺寸，同时根据相应的计算确定最长外伸端。

并以此确定主轴的整体尺寸。

（2）轴承的选择与冷却系统的设计，轴承的选用混合陶瓷球轴承，其具有高速，高刚度，大功率，长寿命的特点。

冷却系统采用外置水冷。

（3）电主轴壳体尺寸的设计，根据上面的设计完成壳体的相应设计，并使西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）其满足壳体设计的相应要求。

特别是尺寸精度的要求比较高，壳体的尺寸精度直接影响主轴的综合精度。

关键词：电主轴,主轴,轴承,冷却系统,壳体精选资料ABSTRACTThe highly flexible CNC machining technology,high-precision,high-speed machining technology integration can solve mechanical products in the manufacture of many problems,such as access to special machining accuracy and surface quality. Thus , high-speed CNC machine tools is one of the technology infrastructure and the development direction of the equipment manufacturing industry,equipment manufacturing industry is a strategic industry,the technology and the level of ownership is also a measure of how much the level of a country's manufacturing signs. The rapid development of fast-growing and high -speed machining technology CNC machine tools西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）demand,while the ultra high-speed spindle is an important component to achieve high-speed CNC machining technology,so the high-speed spindle technology raised new demands and challenges. As a core component of the high-speed CNC machine tools,spindle structure is an ideal high-speed spindle , the spindle is an intelligent features,not only high speed, high power, but also has control of the spindle vibration,temperature and operating parameters of the machine function,and therefore one of the main bearing high-speed cutting technology, its performance largely determines the machining accuracy and efficiency of the whole machine . In this paper, the rated speed 20000r/min, power 4kw, corresponding to thedesign requirements for structural design , design elements include :(1)Spindle spindle size of the design,according to the rated speed 20000r/min, power 4kw and basic knowledge of mechanical design . Determine the minimum axial dimension , while identifying the longest extended end according to the corresponding period. And thus determine the overall size of the spindle.(2)Selection and design of the cooling system of the bearing , the selection of hybrid ceramic bearing ball bearing , which has the characteristics of high-speed, high stiffness , high power, long life . Cooling system uses an external water cooling.精选资料(3)Spindle housing size design, according to the above design is completed the appropriate design of the housing and make housing designed to meet the corresponding requirements . Especially the dimensional accuracy requirements are relatively high, the dimensional accuracy of the housing directly affects the integrated precision spindle .KEY WORDS:Electric Spindle,Bearing spindle,Cooling system ,Housing select西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）目录摘要............................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................... III 1 绪论.. (1)1.1 论文的研究背景及意义 (1)1.1.1 论文研究的背景 (1)1.1.2 论文研究的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国内研究现状 (2)1.2.2 国外研究现状 (4)精选资料1.3 国内外数控机床电主轴的未来的发展趋势 (5)1.3.1电机的研发 (5)1.3.2轴承的研发 (6)1.4 本论文研究的目的和内容 (8)2 电机驱动形式、控制方式 (9)2.1电主轴的结构图 (9)2.2 电主轴结构设计要求 (10)2.2.1 设计要求; (10)2.3 引言： (10)2.4 电机的控制形式： (11)2.4.1 普通变频驱动和控制 (11)2.4.2 矢量控制驱动器的驱动和控制 (12)2.5 电主轴控制形式和驱动形式的选择 (13)3 主要零部件的设计 (14)3.1 轴承的选择 (14)3.1.1 引言 (14)3.1.2 主轴最小截面的估算： (15)3.1.3 轴承选择： (15)3.1.4 轴承参数的确定： (15)3.1.5 轴承的润滑方式： (16)3.1.6 轴承的排列方式： (16)3.1.7 轴承预载荷的确定： (17)西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）3.2 电主轴主轴的设计 (17)3.2.1 引言 (17)3.2.2 主轴的外伸端及跨距的计算： (17)3.2.3 主轴的径向尺寸： (20)3.2.4 主轴的校核： (20)3.3 转子和定子的设计 (22)3.3.1 引言 (22)3.3.2 动态过盈和静态过盈计算 (22)3.3.3 转子与定子配合的选择 (24)3.3.4 定子与转子配合公差的校核 (24)3.4 轴承寿命的估算 (24)3.4.1 引言 (24)3.4.2 轴承寿命的分析： (24)3.4.3 轴承寿命计算公式 (25)3.4.4 角接触球轴承滚珠的偏心率的计算 (25)3.4.6 陶瓷球的离心力的计算： (26)L的计算： (27)3.4.7103.4.8 R的计算如下所示： (27)L的计算 (28)3.4.9 轴承4 辅助系统的设计 (31)4.1 冷却系统的设计 (31)4.1.1 引言： (31)精选资料4.1.2 电主轴发热分析： (31)4.1.3 机械损失: (32)4.1.4 电损耗： (32)4.1.5 磁损耗： (33)4.1.6 陶瓷球轴承的发热计算： (34)4.2 冷却液流量的及冷却油管直径的确定 (35)4.2.1 引言 (35)4.2.2 冷却液流量的确定： (35)4.2.3 管道的尺寸确定 (36)4.3 润滑系统的选择： (37)4.4 电主轴轴壳的尺寸 (37)4.4.1 引言： (37)4.4.2 轴壳的尺寸 (37)5 结论与展望 (38)致谢 (41)参考文献 (44)可修改编辑1 绪论11 绪论1 绪论1.1 论文的研究背景及意义1.1.1 论文研究的背景随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且要求频繁改型，特别是在宇航，造船，军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。

本科毕业论文题目：数控机床传动与进给机构设计学院: 机械自动化学院专业: 机械电子工程学号:学生姓名:指导教师:日期:摘要本次设计主要包括两部分内容，第一部分是主传动系统的设计，第二部分是进给传动系统的设计，主传动系统的设计目标是使机床主轴能在一定转速范围内实现无级调速，在设计这一部分时，主要进行了一下几项工作：①分级变速箱的设计，②主轴尺寸设计，③支承方式的选择，为了满足主轴的刚度要求，还要对主轴进行校核计算。

进给传动系统设计的主要目标是使机床工作台能在xy方向上自由移动，机床xyz三方向上的传动构件相同，故只需设计x方向传动系统，主要涉及到：①导轨的选型，②滚珠丝杠与支承轴承，③驱动电机的选型与计算，④主要零部件的精度验算，⑤装配图设计，确定各部分零件的主要尺寸后，零件的细节尺寸设计在装配图中完成。

在对零件进行校核时，主要根据零件的刚度和寿命进行校核，本次设计主要的设计方法是理论设计和经验设计。

关键词：数控铣床；主传动；进给传动；伺服电机AbstractThis design mainly includes two parts, the first part is the design of the main drive system, the second part is the design of the feed drive system, the main drive system design goal is to make the machine spindle in a certain speed range to achieve stepless speed , In the design of this part, the main work carried out a few: ①classification gearbox design, ② spindle size design, ③ support the choice of way, in order to meet the stiffness requirements of the spindle, but also the spindle to check the calculation. Feeding drive system design of the main goal is to make the machine table in the xy direction of free movement, the machine xyz three directions of the same transmission components, so only the design of x-direction drive system, mainly related to: ① guide selection, Ball screw and bearing bearing, ③ drive motor selection and calculation, ④the accuracy of the main parts of the calculation, ⑤assembly diagram design to determine the main parts of the various parts of the size of the details of the design of parts in the assembly diagram to complete. In the parts to check, mainly based on the stiffness and life of parts to check, the design of the main design method is the theoretical design and experience design.Key words: CNC milling machine; Main drive；Feed drive；Servo motor目录1 绪论 (5)1.1 选题的背景及意义 (5)1.2 数控机床的发展情况 (5)1.3 设计任务 (6)2 主传动系统设计 (7)2.1 概述 (7)2.2 分级变速箱的设计 (7)2.2.1 分级变速箱的变速级数 (7)2.2.2 传动公比φ的确定 (7)2.2.3 传动齿轮齿数的确定 (7)2.3 主轴组件的基本要求 (8)2.4 采用滚动轴承的主轴组件 (9)2.4.1 支承方式的选择 (9)2.4.2 轴承间隙的调整与预紧 (9)2.5 主轴尺寸设计 (9)2.6 主轴组件的刚度计算 (10)2.7 轴承润滑和主轴密封 (11)2.8 本章小结 (11)3 进给传动系统设计 (13)3.1 导轨轴向负载力计算 (13)3.2 导轨的选型 (13)3.3 滚珠丝杠与支承轴承 (14)3.3.1 滚珠丝杠的计算 (14)3.3.2 支承用轴承的选用 (16)3.3.3 承载能力校验 (16)3.4 驱动电机的选型与计算 (17)3.5 主要零部件的精度验算 (18)3.5.1 伺服刚度KR (18)3.5.2 丝杠的轴向拉压刚度 (18)3.5.3 轴承的轴向刚度 (18)3.5.4 滚珠与滚道的接触刚度Kc (19)3.5.5 进给传动系统的综合拉压刚度K (19)3.6 进给传动系统的动态特性分析 (19)3.7 驱动电动机与滚珠丝杠的连接 (19)3.8 本章小结 (20)4 数控机床控制系统设计 (21)4.1 控制系统硬件的基本组成 (21)4.1.1 概述 (21)。

摘要科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高要求。

机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。

它不仅提高产品的质量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。

大批量的自动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位同时加工，以达到高效率和高自动化。

但这些都属于刚性自动化，在面对小批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产线具有柔性。

而从某种程度上说，数控机床的出现正是很大的满足了这一要求。

数控铣床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。

数控装置的作用是把控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。

也就是通过计算机控制铣削。

数控技术是现代制造技术的基础。

它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。

数控机床替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。

可以预见，高级自动化技术将进一步证明数控机床的价值，并且正在更为广阔的开拓着数控机床的应用领域。

关键词：自动机床，经济型铣床，步进电机，滚珠丝杠副，数控机床ABSTRACTThe continuous development of science and technology, mechanical products, and productivity of the quality of the increasing number of requests. The automation of the process to achieve the above requirements. It not only improves product quality, increase productivity, reduce production costs, but also can greatly improve the working conditions of workers. Large-scale automated production, the widespread use of automatic machines, machine tool and special machine tools and automatic production lines, while the implementation of multi-tool, multi-bit processing in order to achieve high efficiency and degree of automation. These are rigid automation in the face of small batch production, it is not suitable for small batch production, is often necessary to change the type of product, which requires a flexible production line. But to a certain extent, the CNC machine tool is a great meet this requirement. The general control of the media, and numerical control device, the servo system of the CNC milling machine, the body composed of four parts. The numerical control device to control the media, the role of CNC equipment, servo system, four components of the Machine Tool. It is computer-controlled milling machine. CNC technology is the basis of modern manufacturing technology. It combines computer technology, automatic control technology, automatic detection technology, precision machinery and high-tech, it is widely used in machinery manufacturing industry. Instead of general machine tools, CNC machine tools, the manufacturing sector to produce fundamental change, and bring huge economic benefits. It is foreseeable that advanced automation technologies will further demonstrate the value of CNC machine tools, CNC machine tool applications open up a broaderKey words: automatic machine, economic type milling machine, Stepping Motor, Ball Screws目录1 绪论 (1)1.1 选题目的及其意义 (1)1.2 文献综述 (1)1.3 设计任务 (2)2 总体方案的确定 (4)2.1 机械传动部件的选择 (4)2.2 控制系统的设计 (4)3 机械传动部件的计算与选型 (5)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (5)3.2 铣削力的计算 (5)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型 (5)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6)3.5 同步带的计算与选型 (11)3.6 步进电动机的计算与选型 (13)3.7 主轴部件的计算与选型 (16)4 机械标准件的选型与校核 (23)4.1 销连接的选型与校核 (23)4.2 联轴器的选型与校核 (23)4.3 轴承的分类及选用 (25)4.4 键的分类及选用 (28)5 微机控制系统的设计 (29)5.1 微机控制系统组成及特点 (29)5.2 微机控制系统设备介绍 (29)参考文献 (33)致谢 (34)1 绪论1.1 选题目的及其意义本课题来源于基本的工程实际应用，数控机床是机电一体化产品中应用教广泛的一个方向，数控铣床是数控机床中使用最多的机床之一，随着中国工业化进程的推进，数控机床在生产实践中的应用会更加的普及，考虑到数控机床的构造相对复杂，因此以经济型数控机床为入口，对该设备进行研究。

CK数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK数控车床是一种智能化的机床设备，具有高效、精度高、自动化程度高等特点，被广泛应用于机械制造、航空航天、军工等领域。

CK数控车床的主传动系统是其核心部件之一，关系到车床的工作效率和加工精度。

进给伺服系统则是保证车床加工过程稳定性的重要组成部分。

本文主要从CK数控车床主传动系统和进给伺服系统的设计角度进行分析和讨论。

一、CK数控车床主传动系统的设计1. 主轴驱动方式主轴驱动方式通常可以由电机、齿轮传动或皮带传动等方式实现。

在CK数控车床中，常用的主轴驱动方式为交流伺服电机直接驱动主轴，具有驱动力矩大、响应速度快、控制精度高等特点。

2. 齿轮系统设计齿轮系统是实现主轴传动的关键组成部分，其设计应考虑到精度、牢固性、噪声等因素。

通常使用调质淬火的合金钢齿轮，采用齿轮精度等级要求高于齿轮传动的精度等级，以保证齿轮传动的精确性和稳定性。

同时，为了减少噪声和振动，应该选择齿轮结构简单、转速变化范围小和运转平衡的齿轮组合。

3. 主轴轴承设计主轴轴承是支撑主轴的关键组成部分，其设计应考虑到承载能力、耐磨性、轴向刚度以及寿命等因素。

常用的主轴轴承采用滚道式或杯状式结构，具有承载能力大、耐磨性好等优点。

同时，应合理选择轴承的接触角度和精度等级，减小径向力矩、抗疲劳性好，以提高轴向刚度和使用寿命。

4. 润滑系统设计润滑系统是保障主轴正常运转的关键组成部分，其设计应考虑到润滑方式、油品种类和加油方式等因素。

常用的润滑方式包括油脂润滑和油膜润滑，油品种类应选择合适的润滑油，加油方式应考虑到主轴的运转状态，一般采用快速注油式或定期注油式。

二、CK数控车床进给伺服系统的设计1. 进给驱动方式进给驱动方式通常可以由电机、齿轮传动或滑块传动等方式实现。

在CK数控车床中，常用的进给驱动方式为伺服电机驱动滚珠丝杠，具有进给精度高、稳定性好、响应速度快等特点。

2. 滚珠丝杠设计滚珠丝杠是实现进给传动的关键组成部分，其设计应考虑到精度、耐磨性、轴向刚度以及寿命等因素。

前言加工中心集计算机技术、电子技术、自动化控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。

现在的CAD/CAM、FMS、CIMS，都是建立在数控技术之上。

目前数控技术已经广泛运用于制造业，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。

而加工中心的发展最为重要。

随着科学技术的高速发展，市场上对数控的要求也有很大的改变，正要求数控系统朝着高速、高精度、高可靠性发展，为追求加工效率及更通用化迫使数控机床结构模块化、智能化、柔性化、用户界面图形化，科学计算可视化，内置高性能PLC，多媒体技术应用等方面发展。

加工中心的优点有：1）提高加工质量；2）缩短加工准备时间；3）减少在制品；4）减少刀具费；5）最少的直接劳务费；6）最少的间接劳务费；7）设备利用率高。

总的来说，加工中心的发展动向是高速、进一步提高精度和愈发完善的机能。

本设计说明书以大量图例来说明加工中心的主轴箱设计及横向进给机构的设计的思路。

设计中得到颜竟成教授的悉心指导，在此向他表示诚挚的的感谢。

由于编者的水平和经验有限，加之设计时间较短、资料收集较困难，说明书中难免有缺点和错误，在此恳请读者谅解，并衷心希望广大读者提出批评意见，使本设计说明书能有所改进。

编者2009年6月1. 机床总体方案设计1.1机床总体尺寸参数的选定根据设计要求并参考实际情况，初步选定机床主要参数如下：工作台宽度×长度 400×1600mm×mm工作台最大纵向行程 650mm工作台最大横向行程 450mm工作台最大垂直行程 500mmX、Y轴步进电机 a12/3000iZ步进电机 a12/3000i主轴最大输出扭矩 70公斤力×米主轴转速范围 45～2000r/min主电动机的功率 4kw主轴电动机转速 1500r/min机床外行尺寸（长×宽×高） 2488×1200×2710mm×mm×mm机床净重 500kg1.2机床主要部件及其运动方式的选定1.2.1主运动的实现因所设计的卧式加工中心要求能进行车、铣和镗，横向方向的行程比较大，因而采用工作台不动，而主轴箱各轴向摆放为卧式的机构布局；采用交流无级调速电动机实现无级调速，并且串联有级变速箱来扩大变速范围。

摘 要科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高要求。

机械 加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。

它不仅提高产品的质 量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。

大批量的自 动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、 多工位同时加工，以达到高效率和高自动化。

但这些都属于刚性自动化，在面对小 批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产 线具有柔性。

而从某种程度上说，数控机床的出现正是很大的满足了这一要求。

数 控铣床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。

数控装置的 作用是把控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。

也就是通过计算 机控制铣削。

数控技术是现代制造技术的基础。

它综合了计算机技术、自动控制技 术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。

数控机床 替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。

可以预见，高级自动化技术将进一步证明数控机床的价值，并且正在更为广阔的开 拓着数控机床的应用领域。

关键词：自动机床，经济型铣床，步进电机，滚珠丝杠副，数控机床ABSTRACTThe continuous development of science and technology, mechanical products, and productivity of the quality of the increasing number of requests. The automation of the process to achieve the above requirements. It not only improves product quality, increase productivity, reduce production costs, but also can greatly improve the working conditions of workers. Large­scale automated production, the widespread use of automatic machines, machine tool and special machine tools and automatic production lines, while the implementation of multi­tool, multi­bit processing in order to achieve high efficiency and degree of automation. These are rigid automation in the face of small batch production, it is not suitable for small batch production, is often necessary to change the type of product, which requires a flexible production line. But to a certain extent, the CNC machine tool is a great meet this requirement. The general control of the media, and numerical control device, the servo system of the CNC milling machine, the body composed of four parts. The numerical control device to control the media, the role of CNC equipment, servo system, four components of the Machine Tool. It is computer­controlled milling machine. CNC technology is the basis of modern manufacturing technology. It combines computer technology, automatic control technology, automatic detection technology, precision machinery and high­tech, it is widely used in machinery manufacturing industry. Instead of general machine tools, CNC machine tools, the manufacturing sector to produce fundamental change, and bring huge economic benefits. It is foreseeable that advanced automation technologies will further demonstrate the value of CNC machine tools, CNC machine tool applications open up a broaderKey words: automatic machine, economic type milling machine, Stepping Motor, Ball Screws目 录1 绪论 (1)1.1 选题目的及其意义 (1)1.2 文献综述 (1)1.3 设计任务 (2)2 总体方案的确定 (4)2.1 机械传动部件的选择 (4)2.2 控制系统的设计 (4)3 机械传动部件的计算与选型 (5)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (5)3.2 铣削力的计算 (5)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型 (5)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6)3.5 同步带的计算与选型 (11)3.6 步进电动机的计算与选型 (13)3.7 主轴部件的计算与选型 (16)4 机械标准件的选型与校核 (23)4.1 销连接的选型与校核 (23)4.2 联轴器的选型与校核 (23)4.3 轴承的分类及选用 (25)4.4 键的分类及选用 (28)5 微机控制系统的设计 (29)5.1 微机控制系统组成及特点 (29)5.2 微机控制系统设备介绍 (29)参考文献 (33)致 谢 (34)1 绪论1.1 选题目的及其意义本课题来源于基本的工程实际应用，数控机床是机电一体化产品中应用教广泛的一 个方向，数控铣床是数控机床中使用最多的机床之一，随着中国工业化进程的推进，数 控机床在生产实践中的应用会更加的普及，考虑到数控机床的构造相对复杂，因此以经 济型数控机床为入口，对该设备进行研究。

摘要本文阐述了车床电主轴的发展历史、现状以及趋势，并介绍了电主轴的工作原理及关键技术。

然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的电机、编码器、转子、定子和冷却系统等各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。

最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。

关键词：车床；电主轴；主轴；轴承AbstractThis paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the working principle and key technology of electrical spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, encoders, rotor, stator and cooling systems. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. Finally, the detailed analysis and verification of the axis and bearing are made. The calculation result shows that the design of electrical spindle meets the requirements.Key words:lathe；electrical spindle；spindle；bearing目录第1章绪论..................................................... . (1)1.1选题的目的和意义............................................ (1)1.2数控车床电主轴的国内外的研究现状和发展趋势 (1)1.3本课题主要研究内容....................... .. (4)第2章数控车床电主轴的介绍........................................................... (5)2.1车床电主轴的工作原理.................................................. (5)2.2数控车床电主轴的特征...................................... (5)第3章车床电主轴结构设计.............................................................. (7)3.1电主轴结构图 (7)3.2同步带的选择 (7)3.3内置编码器的选择 (11)3.4转子和定子的设计 (12)3.5轴承的选择 (14)3.6冷却系统的设计 (16)3.7主轴的主要结构参数 (18)第4章轴的校核 (25)4.1轴的强度校核计算 (25)4.2轴的刚度校核计算 (28)4.3轴的CAE分析 (29)第5章轴承的校核 (31)5.1角接触球轴承的校核 (31)5.2深沟球轴承的校核 (33)5.3轴承的CA E分析 (34)总结............................................................................... .. (36)参考文献 (37)致谢 (39)附录1 电主轴的装配图 (40)附录2 电主轴的主轴零件图 (41)附录3 电主轴的同步带轮零件图 (42)附录4 电主轴的压盖零件图........................................................ .. (43)附录5 电主轴的刀套零件图..................................................... .. (44)第1章绪论1.1选题的目的和意义我国数控机床的发展历程充分证明，数控机床电主轴发展的滞后，始终是制约我国数控机床发展的瓶颈问题之一。

数控机床主轴总体设计
报告
一、报告概述
数控机床主轴设计涉及机床整体结构及其相关机构的设计，是数控机
床制造过程中的重要步骤，也是控制机床精度和加工质量的关键因素。

本
文将重点介绍数控机床主轴的设计，包括其设计要点、数控机床主轴的结
构设计和参数设计，以及检验和润滑等。

二、主轴的设计要点
1.数控机床主轴的设计应考虑机床的整体结构和控制要求。

2.主轴为定心支承结构，必须考虑受力、应力、热变形等方面的影响，以确保设计符合要求，并能满足用户的实际要求。

3.主轴运行部件应确定所需转速、变速比、功率等参数，以确保设备
具有良好的动力性能。

4.数控机床的主轴应考虑到在高速运行时，动平衡质量及其调整要求。

5.主轴及其附件的安装应考虑其各自的尺寸和形位关系，以确保正确
安装及更换。

三、主轴结构设计
1.主轴材料选择
主轴材料可以根据设计要求选择金属材料或高分子材料。

其中金属材
料包括钢、铝合金、镁合金等，而高分子材料则包括塑料或玻璃钢等，具
体选择要考虑材料的机械性能、抗腐蚀性能和使用寿命等。

2.主轴结构设计。

CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计摘要数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。

它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。

它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。

本次毕业设计课题是CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计。

本设计是为了解决实际生产过程中的生产力低，提高生产率的问题。

通过这次毕业设计，培养了自己理论联系实际的设计思想,综合运用了已修课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力。

巩固、深化和扩展了自己对普通机械独立设计的能力。

通过对通用机械零件、常用机械传动和简单机械的设计，使我掌握了一般机械设计程序和方法，树立了正确的工程设计思想，培养了独立、全面、科学的工程设计能力。

关键词： 1、数控机床 2、开放式数控系统 3、电动机目录一、前言 (1)二、总体方案 (2)（一）CK6140的现状和发展 (2)（二）CK6140数控车床及控制系统的总体方案 (2)三、机械部分设计计算说明 (3)（一）主运动部分计算 (3)（二）横向进给运动设计 (21)四、控制系统设计 (28)（一）数控系统硬件电路设计内容 (28)（二）存储器扩展电路设计 (29)（三）I/O接口电路及辅助电路设计 (33)五、结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)一、前言本次毕业设计课题是CK6140型数控车床主轴箱及进给系统设计。

本设计是为了解决实际生产过程中的生产力低，提高生产率的问题。

本次设计是学完所有大学期间本专业课程相关知识以后所进行的，是我们大学阶段最重要的教学环节，是对我三年半来所学知识的一次大检验。

使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了我对理论知识的理解，强化了实际生产中的感性认识。

二、总体方案（一）CK6140的现状和发展数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围复盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术：(6)软件技术等。

图书分类号：密级：摘要数控车床进给系统是指能分别沿着X 向和Y向做进给运动的系统，是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。

模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。

其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。

导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。

控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

关键词数控车床；传动系统；工作台AbstractCNC lathe feeding system is able to separately along the X and Y to do to feed motion of the system, electromechanical integration equipment, many basic components, such as CNC lathe vertical - horizontal feed body, CNC milling and CNC drilling machineXY table, the table of laser processing equipment, electronic components surface mount equipment.Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts.One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement.Guideways, ball screw and servo motors are Vice standardization of specialized manufacturers, design can be selected only according to work load.Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.Keywords Lathe；CNC Transmission System；Table目录1 绪论 (3)1.1数控车床概述 (3)1.1.1概述 (3)1.1.2数控机床的组成 (2)1.1.3数控车床进给系统的分类 (5)1.2课题题目及背景 (6)1.3传动方案的设计 (6)2交流伺服电动机 (7)2.1交流伺服电机概述 (7)2.1.1交流伺服电机的要求 (7)2.2.2交流伺服电机的分类 (7)2.2交流伺服电动机的选型 (8)3 丝杠的选型及计算 (9)3.1丝杠的介绍 (9)3.1.1丝杠螺母副的分类 (9)3.1.2滚珠丝杠丝杠螺母副的结构形式 (9)3.1.3摩擦力的计算 (11)3.1.4计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (11)3.1.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径计算 (11)3.1.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (12)3.1.7负载惯量的计算 (13)3.1.8电动机惯量与负载惯量的匹配 (14)3.2伺服进给系统的动态响应、误差及精度 (15)3.2.1进给系统的动态分析 (15)3.2.2进给系统的误差计算 (16)3.3.3进给的定位精度 (17)3.3.4进给系统的刚度计算 (17)4 联轴器的选择 (19)4.1联轴器的介绍 (19)4.2选择联轴器 (20)4.3联轴器较核 (21)5 滚珠丝杠的支撑结构及轴承选用 (22)5.1支撑结构的介绍 (22)5.2轴承的选用 (23)5.3轴承的润滑 (24)6导轨的选型 (25)6.1导轨的介绍 (25)6.2导轨的参数选取 (26)6.3导轨的间隙调整 (27)6.4导轨材料与热处理 (28)6.5导轨的润滑 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录................................................ 错误！未定义书签。

数控机床进给系统设计数控机床是一种利用数字控制技术来操作机床进行加工的设备。

其中，进给系统是数控机床的核心部件之一，主要负责实现机床轴向运动的精确控制。

本文将从设计原理、系统构成和性能要求三个方面，对数控机床进给系统进行详细阐述。

一、设计原理数控机床进给系统的设计基于三轴坐标系，即X轴、Y轴和Z轴。

当工件需要在不同方向上进行加工时，可以通过对这三个坐标轴的控制，实现工件在平面和立体方向上的运动。

进给系统的基本原理是将需要控制的轴运动距离和速度转换为数字信号，通过数字控制器产生的脉冲信号驱动伺服电机，实现机床的精确控制。

二、系统构成数控机床进给系统由三个主要组成部分构成：数字控制器、伺服驱动器和伺服电机。

数字控制器是整个系统的大脑，负责生成运动指令、计算速度和位置等参数，并将其转换为脉冲信号。

伺服驱动器接收数字控制器发送的脉冲信号，将其转换为电流信号，并通过电机的转矩控制反馈实现机床运动控制。

伺服电机则是进给系统的执行机构，根据伺服驱动器的控制信号，转化为机床轴向的运动。

三、性能要求数控机床进给系统在设计中需要具备多项重要性能要求，以满足机床加工的精度和效率要求。

首先，系统需要具备高速响应能力，能够快速准确地响应指令并实时控制机床轴向运动。

其次，系统需要具备高精度定位能力，能够实现亚微米级的定位精度，以满足精密加工的要求。

此外，系统还需具备较大的负载能力，能够承受较大的加工力矩，以应对各种加工过程中的需求。

同时，在设计中还需要考虑系统的稳定性和可靠性，以确保系统的长期稳定运行，并减少维护和故障排除的成本。

总结起来，数控机床进给系统是数控机床的核心组成部分之一，其设计原理基于三轴坐标系的控制，通过数字控制器、伺服驱动器和伺服电机的协同工作，实现机床轴向运动的精确控制。

进给系统的设计需要满足高速响应、高精度定位、较大负载和稳定可靠等多项性能要求，以保障机床加工的高效精度。