数控车床纵向进给系统传动的方案设计

__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。

数控车床纵向进给伺服传动系统的设计目录摘要 (3)第一章绪论 (3)1.1数控机床的产生和发展 (3)1.2 数控机床的发展趋势 (4)第二章数控车床伺服进给系统概述 (5)2.1 伺服进给系统概述 (5)第三章数控车床纵向进给系统传动的方案设计与电机选择 (8)3．1纵向伺服进给系统设计的基本要求 (10)3.2带有齿轮传动的进给运动 (10)3.3经同步带轮传动的进给运动 (12)3.4电机通过联轴器直接与丝杠联接 (13)3.5 步进电动机的计算与选型 (14)3.5.1 已知技术参数 (14)3.5.2 滚珠丝杠的计算及选择 (15)3.6 校核 (16)3.6.1 临界压缩负荷 (16)3.6.2临界转速 (17)3.6.3 丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 (18)3.6.4 丝杠扭转刚度 (19)3.6.5 传动精度计算 (20)3.6.6 伺服电机计算 (21)3.6.7 电机的选择 (22)第四章纵向进给系统的运动设计与动力计算 (23)4.1降速比计算 (24)4.2减速齿轮的确定 (25)4.3 丝杠螺母机构的选择与计算 (25)4.3.1动载强度计算 (26)4.3.2 静强度计算 (26)4.3.3 临界转速校核 (27)4.3.4 额定寿命的校核 (27)4．4动力计算 (28)4.4.1、传动件转动惯量的计算 (29)4.4.2电动机力矩的计算 (29)第五章滚珠丝杆副的选择与计算 (30)5.1丝杠螺母机构的算 (30)5.1.1确定滚珠丝杠副的导航 (31)5.1.2 强度算 (32)5.2计算最大动载荷C (33)5.3静载强度计算.................................. ..335.3.1 丝杠螺母机构的传动刚度计算 (33)5.4滚珠丝杠的支承 (34)5.5滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 (35)结论致谢文献摘要:本课题为数控车床纵向进给伺服传动系统的设计。

陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。

(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。

(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。

导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。

要求的定位精度为±0.006mm。

设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。

设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。

1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。

C6132纵向进给系统数控改造设计目录1 前言 (4)2 设计的内容及任务 (5)3 总体方案 (5)3.1 数控系统的选型 (5)3.2 伺服系统的改造设计 (6)3.3 机械结构的改造设计 (6)3.4 编码盘的选用和安装 (7)3.5 电气控制系统的改造设计 (7)3.6 液压系统的清洁和维护 (8)4 数控系统的选择 (8)5 机械本体部分的数控化改造与设计计算 (100)5.1 进给系统的传动方式及丝杆类型选择 (100)5.1.1 传动方式 (100)5.1.2 滚珠丝杆的选择 (111)5.2 滚珠丝杠副精度等级确定 (122)5.3 滚珠丝杠的润滑、防护、密封 (122)5.4 机械本体改造和设计计算 (122)5.4.1 纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算 (122)5.4.2 滚珠丝杠设计计算 (133)5.4.3 滚珠丝杠的选型 (14)5.4.4 滚珠丝杠的验算 (14)5.4.5 确定齿轮传动比 (16)5.4.6 齿轮间隙的调整环节 (16)5.5 滚珠丝杠的支撑与轴承选用 (17)5.5.1滚珠丝杠支撑形式的选择 (17)5.5.2 滚珠丝杠轴端的形式 (18)6 伺服系统的改造设计 (20)6.1 控制系统的选择 (20)6.2 纵向步进电机的计算与选择 (21)6.2.1负载转动惯量计算 (21)6.2.2 各种工况下转矩计算 (22)6.2.3 步进电机的选择 (23)6.3 驱动器的选择 (23)7 编码器的选用和安装 (25)7.1观点编码器的选用 (25)7.2 编码器的安装 (26)8 电气控制部分的改造设计 (26)8.1 电气控制系统概述 (26)8.2 C6132车床电气化控制系统的数控化改造设计 (27)9 液压系统的清洁与维护 (28)9.1清洁程度对液压系统的影响 (29)9.2液压系统清洁与维护措施 (29)10 改造小结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 前言目前我国机床主要是卧式车床，与发达国家相比，型号陈旧，技术水平落后，严重影响了生产的发展。

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。

指导教师评定成绩：审定成绩：综合课程设计报告设计题目：纵向进给机构方案设计目录一、设计题目 (2)二、设计任务书 (2)三、总体方案设计 (2)四、机械系统设计 (3)1、计算切削力 (3)2、滚珠丝杠螺母副的选择计算 (3)（1）、最大工作载荷的计算 (3)（2）、最大动载荷F的计算 (5)Q（3）、滚珠丝杆螺母副的选型 (6)（4）、传动效率的计算 (6)（5）、刚度验算 (7)（6）、压杆稳定的校核 (7)（7）纵向滚珠丝杆副几何参数 (8)3、齿轮传动比计算 (9)4、步进电机的计算和选型 (10)（1）、初选步进电机 (10)（2）、校核步进电机转矩 (11)五、心得体会 (15)六、参考文献 (15)一、设计题目综合课程设计之横向传动方案设计二、设计任务书1．掌握机电产品设计的基本方法。

2．掌握根据零件的受力和功能进行结构设计的方法。

3．掌握零件尺寸公差和形位公差的设计方法。

4．选择传动机构实现进给机构的运动。

三、总体方案设计本次设计的总体方案选用前次设计的方案，具体如下：数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。

闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。

但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。

半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。

但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。

开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。

经过以上比较，由于所改造的微型车床的目标加工精度没有特殊要求，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统。

在该系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的，输入装置把信号输给数控装置，经数控装置运算后分配出指令脉冲，通过步进电机驱动工作台移动。

2纵向进给系统的设计计算 (2)2.1主切削力及其切削分力计算 (3)2.2导轨摩擦力的计算 (3)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)2.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 (3)2.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4)2.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (5)2.7计算机械传动的刚度 (6)2.8驱动电机的选型与计算 (7)2.9机械传动系统的动态分析 (9)2.10机械传动系统的误差计算与分析 (10)2.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (10)3进给系统的结构设计 (11)3.1滚珠丝杠螺母副的设计 (11)总结与体会 (12)致谢词 (12)参考文献 (13)1数控技术课程设计的目的通过本课程设计的训练，使学生在完成数控机床及金属切削机床的结构课程学习之后，让学生能够运用所学的知识，独立完成数控机床传动系统的设计，从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握，并提高学生的分析、设计能力，同时巩固《金属切削机床》课程的部分知识。

全套图纸，加1538937061.运用所学理论及知识，进行数控机床部分机械结构设计，培养学生综合设计能力；2.掌握数控机床传动系统的设计方法和步骤；3.掌握设计的基本技能，具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；4.基本掌握编写技术文件的能力。

2纵向进给系统的设计计算设计参数如下：工作台工作台质量 kg m T 600= 最大加工受力N F W 1500= 快进速度s m v f /2.0max =工作台导轨摩擦力 N F R 5.2= 工作行程m s W 7.0=减速机构丝杠螺母机构(图2)，已知数据如下：图2 丝杠螺母机构轴承轴向刚度 800/L K N m µ=丝杠螺母刚度 800/M K N m µ=螺母支座刚度 1000/TMK N mµ=丝杠传动效率 0.9sp η=丝杠长度 0.5sp L m=丝杠轴承、丝杠螺母摩擦力矩, 2.5R sp M N m =g轴承平均间距 1550L mm =导程10sp h mm = 最大转速常数 60000A = 支承方式 双推—双推 伺服电机电机转子惯量320.0510M J kg m −=×g2.1主切削力及其切削分力计算取机床的机械效率0.8η=，/1w z F F =，/0.35c z F F =，/0.2v z F F =则有 1500z w F kF N N ==工作台横向进给方向载荷c F 和工作台垂直进给方向载荷v F 为0.350.351500525c z F F N N ==×= 0.20.21500300v z F F N N ==×=2.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力300v F N =，纵向切削分力c F =525N ，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=600kg ，查表得镶条紧固力2000g f N =，取0.15(3002000300525)=×+++468.75N =计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F µ和0F 0()0.15(3002000)345g F W f N µµ=+=×+= 00()0.2(3002000)460g F W f N µ=+=×+=2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力max a Fmax (300468.75)768.75a y F F F N N µ=+=+= 计算最小轴向负载力min a F min 0345a F F N µ==2.4确定进给传动链的传动比i 和传动级数取步进电动机的步距角 1.5α=°，滚珠丝杠的基本导程010L mm =，进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=，则有0 1.51010.423603600.004p L i αδ×===× 根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为120z =、2208z =，模数m=2，齿宽b=20mm 。

目录摘要 (3)ABSTRACT (3)前言部分 (5)第1章绪论 (6)1.1机床总体方案的设计 (6)1.1.1 课程设计任务书 (6)1.1.2 总体方案设计 (6)1.2开环伺服进给系统机械部分设计 (6)1.2.1 滚珠丝杠螺母副的计算选型 (6)1.2.2 步进电动机的计算和选型 (6)第2章机床机电一体化改造总体方案的设计 (7)2.1课程设计任务书 (7)2.1.1 题目 (7)2.1.2 原始数据： (7)2.1.3 主要技术参数： (7)2.1.4 课程设计的内容及要求： (7)2.2总体方案设计 (7)2.2.1 系统的运动方式的确定 (7)2.2.2 伺服系统的选择 (7)2.2.3 执行机构传动方式的确定 (7)2.2.4 数控系统的选择 (8)第3章开环伺服进给系统机械部分设计 (8)3.2计算切削力 (8)3.3滚珠丝杠螺母副的计算选型（ (9)3.3.1 计算进给牵引力 (9)3.3.2 计算最大动负载 (9)3.3.3 滚珠丝杠螺母副的选型 (10)3.3.4 传动效率计算 (10)3.3.5 刚度计算 (10)3.3.6 稳定性校核 (12)纵向滚珠丝杠副的几何参数 (12)3.4齿轮传动比计算 (12)3.5步进电动机的计算和选型 (13)3.5.1 等效转动惯量计算 (13)3.5.2 电机力矩计算 (14)3.5.3 计算步进电动机空载起动频率和切削时的工作频率 (16)第4章机械传动机构的调整和结构的简要说明 (17)4.1丝杠进给速度的调节 (17)4.2轴向的预紧力的调整及定位 (18)结论部分 (19)设计体会 (20)参考文献 (21)谢词................................................................................................ 错误!未定义书签。

数控机床进给传动系统一．进给传动体系图纵向和横向进给传动体系图二．体系图的重要构造和功用电念头：1. 步进电念头步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。

步进电念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。

当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。

又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。

当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。

是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。

在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。

步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。

与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。

2. 直流伺服电念头因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。

直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。

然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。

起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。

如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。

在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型：（1）小惯量直流电念头。

重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。

毕业设计说明书设计题目：Φ600mm的数控车床总体设计及纵向进给设计学生班级学号指导教师继续教育学院二零一三年十月摘要全面阐述了数控车床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。

详细介绍了数控车床的结构设计及校核，并进行了分析。

另外汇总了有关技术参数。

其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。

包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。

关键词：车床，数控，伺服电机，滚珠丝杠AbstractComprehensively elaborated numerical control lathe structure principle, design features, discusses the use of servo motor and ball screw nut pair advantages. Introduces the NC lathe structure design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters.This paper emphasizes on the ball screw principle and selection principle, system of ball screw production, application etc were introduced. Including the type selection, parameter selection, precision, circulation mode selection, matched with the host machine and the selection principle of manufacturers.Key words: lathe, numerical control, servo motor, the ball screw目录摘要 (II)Abstract (I)目录 (II)第1章数控机床发展概述 (1)1.1数控机床及其特点 (1)1.2数控车床的主要功能及加工对象 (1)1.3 数控机床的经济分析 (2)1.3.1中小企业数控机床选用中存在的问题 (2)1.3.2 数控机床选购的策略 (2)1.4 数控机床的发展趋向 (4)第2章数控机床总体方案的制订及比较 (6)2.1 总体方案设计内容 (6)2.1.1系统运动方式的确定 (7)2.1.2控制方式的选择 (7)2.2 总体方案确定 (7)2.2.1 系统的运动方式伺服系统的选择 (7)2.2.2 数控系统 (7)2.2.3 机械传动方式 (8)2.3 可行性论证 (8)第3章确定切削用量及选择刀具 (9)3.1科学选择数控刀具 (9)3.1.1选择数控刀具的原则 (9)3.1.2选择数控车削用刀具 (10)3.2 设置刀点和换刀点 (10)3.3 确定切削用量 (11)3.3.1确定主轴转速 (11)3.3.2确定进给速度 (11)3.3.3 确定背吃刀量 (11)第4章传动系统图的计算 (12)4.1 参数的确定 (12)4.2 传动设计 (14)4.3转速图的拟定 (16)第5章纵向进给伺服进给结构设计 (20)5.1 确定脉冲当量 (20)5.2 切削力的计算 (20)5.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (21)5.3.1 精度的选择 (21)5.3.2丝杠导程的确定 (21)5.3.3 最大工作载荷的计算 (22)5.3.4 最大动载荷的计算 (22)5.3.5 滚珠丝杠螺母副的选型 (23)5.3.6 滚珠丝杠副的支承方式 (23)5.3.3 传动效率的计算 (23)5.3.8 刚度的验算 (24)5.3.9 稳定性校核 (25)5.3.10 临界转速的验证 (25)5.4 齿轮传动的计算 (26)5.5 步进电动机的选择 (26)5.6导轨的特点 (29)5.7 导轨的设计 (30)第6章单片机控制应用系统电路设计 (33)6.1硬件电路设计 (33)6.1.1 数控系统的硬件结构 (33)6.1.2 数控系统硬件电路的功能 (33)6.2关于各线路元件之间线路连接 (34)6.4 关于电路原理图的一些说明 (35)总结 (39)参考文献 (40)致谢 (41)第1章数控机床发展概述1.1数控机床及其特点数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

1绪论1.1数控系统的发展简史1952年第一代数控系统一一电子管数控系统的诞生。

20世纪50年代末，完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统一一晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。

随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统一一集成电路数控系统。

1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统一一小型计算机数控系统，然后，随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业，1974年，第五代数控系统一一微型计算机数控系统也出现了。

应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。

综上所述，由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统也随着不断更新，发展非常迅速，几乎5年左右时间就更新换代一次⑴。

数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。

欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程，1990年日本机床产值数控化率达75%，美国达70. 1%，德国达57%。

目前世界数控机床年产量超过15万台，品种超过1500多种［2］。

1.2我国数控系统的发展现状及趋势1.2.1数控技术状况目前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭型向开放型过渡的时期。

我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术(包括核心技术)，已达到国际先进水平。

自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。

例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1 J m当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。

尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。

目录1 绪论 ...................................... 错误!未定义书签。

2机械部分设计................................ 错误!未定义书签。

2.1 设计框图及机械结构改进设计 (4)2.2 转动惯贯的计算 (4)2.3负载转动矩计算及最大静转矩选择 (5)2.4 步进电机的选择 (7)2.5 确定系统的脉冲当量 (9)2.6 切削力的计算 (9)2.7滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (10)2.7.1 计算进给牵引力F (10)m2.7.2 计算最大动载荷C (10)2,8 传动效率的计荷 (12)2.9 刚度验算 (14)2.10 齿转传动比的计算 (14)2.11轴的设计与校核 (15)2.11.1 初步估算轴的最小直径，并选择联轴器 (15)2.11.2 轴的结构设计 (15)2.11.3 按弯矩合成强度校核轴的强度 (17)2.11.4 按疲劳强度安全系数校核轴的强度 (19)3机床纵向伺服进给单元电气控制部分设计 (22)3.1 电气控制系统方案的确定 (22)3.1.1 步进电动机与丝杠的联接 (22)3.1.2 8051单片机的选择 (23)3.2 步进电动机开环控制系统设计 (24)3.2.1 脉冲分配器 (24)3.2.2 光隔离电路 (27)3.2.3步进电动机驱动电路 (28)3.3 8255可编程控制芯片的扩展 (29)3.3.1 8255芯片的介绍 (29)3.3.8051单片机与8255接口电路的设计 (29)3.3.3 8255芯片在设计电路中的控制功能 (31)3.4 6264芯片的扩展 (31)3.5 辅助电路的设计 (32)3.5.1 8051单片机的时钟电路 (32)3.5.2 复位电路 (32)3.5.3 越界报警电路 (33)3.6 操作面板设计的简要介绍 (33)3.7 绘制机床电气控制电路原理图 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附电气原理图 (36)1绪论根据社会调查针对C616车床的使用情况，车床产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通车床已不能适应这些要求，数控车床应运而生。

本科毕业设计（论文）通过答辩目录第1章概述 (1)1.1设计目的 (1)1.2进给系统概述 (1)第2章运动设计 (2)2.1传动方案拟定 (2)2.2丝杠螺母副的选择与计算 (2)2.2.1丝杠螺母副的选择 (2)2.2.2丝杠螺母副的计算 (3)2.2.3滚珠丝杠螺母副的验算 (4)第3章动力计算 (8)3.1电动机的验算 (8)3.2齿轮的计算 (10)3.3轴的设计 (13)总结 (19)参考文献 (20)数控车床纵向进给系统设计第1章概述1.1.设计目的机床课程设计是在金属切削机床之后进行的实践性环节，其目的在于通过机床进给运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到结构构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件设计、编写技术文件和查阅技术资料的等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析、结构设计与计算能力。

1.2.进给系统概述进给系统的特点是速度低、消耗功率少、受力小，而速度越低越易出现爬行现象，而一般的捣鬼由于受摩擦力下降特性的影响，很难满足高精度的要求，特别是对于数控而言更不能适应精度要求。

而滚珠丝杠副基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，切摩擦阻力的大小几乎与运动速度完全无关，这样就有效的保证了运动的平稳性，克服了爬行现象的产生。

而且滚珠丝杠摩擦损失小，传动效率高，运动灵敏、低速时无爬行现象、轴向刚度高、寿命长、维护简单且具有传动可逆性并反向精度高等优点故而选用滚珠丝杠螺母副传动。

陕西科技大学课程设计说明书第2章运动设计2.1.传动方案拟定2.1.1.总体传动框图如下图：2.1.2.具体的分析过程：因设计要求系统为开环系统从而使系统简化，若直接将电机与滚珠丝杠联必会引起丝杠温度过高即磨损加剧使其寿命降低。

故在其两者之间加一消隙齿轮箱，一是使丝杠速度降低，而则是消除系统传动中的间隙，提高传动精度，并有效减少反向运动死区现象，消息齿轮箱与丝杠可采用联轴器形式连接，这样便确定了如上图所示的传动方案。

1绪论1.1数控系统的发展简史1952年第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。

20世纪50年代末，完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统——晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。

随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统——集成电路数控系统。

1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统——小型计算机数控系统，然后，随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业，1974年，第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。

应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。

综上所述，由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统也随着不断更新，发展非常迅速，几乎5年左右时间就更新换代一次[1]。

数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。

欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程，1990年日本机床产值数控化率达75％，美国达70．1％，德国达57％。

目前世界数控机床年产量超过15万台，品种超过1500多种[2]。

1.2我国数控系统的发展现状及趋势1.2.1 数控技术状况目前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭型向开放型过渡的时期。

我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术(包括核心技术)，已达到国际先进水平。

自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。

例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加们已不再是难题，0.1m工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。

尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。

0前言一．我国数控产业的现状当前，我国的数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期。

也是由封闭型系统向开放型系统过渡的时期。

我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术），已达到国外先进水平。

目前，已新开发出数控系统80种。

自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。

二．数控产业发展面临的问题当前,我国数控机床产业面临的挑战是国内市场占有率偏低。

据有关资料表明,1999年国产数控机床的市场占有率仅为38.88%。

造成这种严峻的形势,除客观原因外,主要是产品的质量、可靠性不过硬。

“十五”期间,我国机械制造工业正朝着精密化、柔性化、集成化、自动化、智能化方面迅速发展,国内数控机床需求强劲,我国数控机床产业适逢极好的发展机遇。

然而,我国加入ＷＴＯ后,国外生产的数控机床将会更多的进入我国市场,市场竞争更为激烈。

提高国产数控机床市场占有率,关键在于提高质量和可靠性。

几年来,经过对国内外数控机床的机械结构剖析和使用性能的调研,探索和总结了数控机床机械结构设计和制造的新技术。

现时主要存在有以下几个问题：1．缺乏产业规模2．缺乏发展数控产业的政策和技术配套体系3．缺乏技术创新，产品更新和产业调整的内在动力4．面临国外强手竞争的巨大压力三．数控机床简介数控机床是一种高科技的机电一体化产品,是综合应用计算机技术、精密测量及现在机械制造技术等各种先进技术相结合的产物。

数控机床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础已成为现在制造技术中不可缺少的生产手段,是机电一体化技术的重要组成部分。

随着科学技术的迅速发展,数控技术的应用范围日益扩大。

数控机床已成为现在机械制造业中的主要技术装备。

四．经济型数控车床的改造纵横向进给系统原机床挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠,光杠等全部拆除,纵、横向以伺服电机作为驱动元件,经一级齿轮减速转矩增大后,由滚珠丝杠传动。

前言计算机技术和先进制造技术的发展，推动了机械加工在各方面的变革和进步。

典型的数控机床已成为现代加工器械的鲜明代表。

考虑到企业的生产效率和投资成本，普通车床的数控化改造将是一个极为有意义的课题。

在过去的几十年，虽然金属切削的基本原理变化不大，但随着社会生产力的发展，要求制造业向自动化和精密化方向发展，而刀具材料和电子技术的几部，特别是微电子技术、电子计算机技术的进步，运用到控制系统中，技能帮助机床的自动化又能提高加工精度，这些都要求对旧机床进行改造，另外，在经济方面，用机床的数控改造比更新设备节约50%的资金。

再加上市场的原因，由于目前机床市场供给无法满足大量的机床设备的更新要求，因此更显示出机床数控化改造的必要性。

数控改造相对于购置机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多的突出优点。

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，加工出较复杂的曲面和曲线。

而且计算机有很强的记忆和储存能力，可以将输入的程序记忆和储存下来，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”。

改造后的机床不像新购买的机床不了解加工精度，而改造的机床可以精确的计算出加工能力。

另外，数控改造可以充分利用现有地基，还可以根据技术革新发展的速度,及时的提高生产设备的自动化水平。

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，不但技术上还有先进性同时在应用上臂其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性。

而且投入费用低，。

由于自投入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技术制造技术朝机电一体化方向过渡的主要任务之一。

普通车床数控化改造的设计是机电一体化系统课程设计的主要内容，通过综合运用所学的机械、电子、自动控制、计算机等知识，进行一次机电结合的全面训练，已培养学生的独立分析问题、解决问题和进行机电一体化系统初步设计的能力。