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单位代码学号分类号密级设计说明书MJ—50型数控车床进给传动系统设计院（系）名称专业名称学生姓名指导教师2012年 5 月15 日MJ—50型数控车床进给传动系统设计摘要伺服进给系统是数控机床的重要组成部分，对机床整体性能有着决定性的影响。
越来越多的研究人员在进给伺服系统的研究中投入大量精力。
研究设计进给系统的结构，并进行误差计算和精度分析，有利于深入了解进给系统的原理和设计方法，进而探求可能的优化设计。
本次设计了以滚珠丝杠为核心元件的MJ-50数控车床工作台进给传动系统。
MJ-50数控车床进给传动系统主要由电动机、滚珠丝杠、工作台、联轴器、导轨组成。
通过对数控车床进给传动系统的设计理论，首先进行了伺服进给传动系统的总体方案设计以及机床精度的选择；其次是沿Z轴（纵向）进给和沿X轴（横向）进给传动系统设计的滚珠丝杠的计算与选择、滚珠丝杠支承轴承的选择、通过计算选择进给传动系统的其他相关元器件、对传动系统的刚度、惯量匹配等进行了校核验算；再次通过计算来选择进给传动系统的伺服电动机以及联轴器，最后进行导轨的选择。
证明计算得出的结果较好得满足了提出的设计要求，利用Auto CAD软件绘制了相关的装配图。
关键词：数控车床, 进给伺服系统, 滚珠丝杠The Design drives System of CNC LathesAbstractServo system is an important part of NC machine tools, having adecisive influence on the overall performance of machine tool. More and more researchers devote a great deal of energy in the study of servo system. Studying on design of feeding system structure, error calculation and precision analysis are helpful for understanding the feed system principle and design method, then exploring possible optimization design.This design of a ball screw pair for the MJ-50 CNC lathe cross slide table of the core components of the feed drive system. MJ-50 CNC lathe feed drive system motors, ball screws, cross table, couplings, rail. CNC lathe feed drive system design theory, the overall program design and the choice of machine precision servo feed drive system; followed along the Z axis (vertical) to feed along the X axis (horizontal) feed drive calculation and selection of the system design of the ball screw nut, ball screw support bearings choice, selected by calculating the other components of the feed drive system, the stiffness of the drive system inertia matching checking checking; again calculation to select the feed drive system, servo motor coupling, the final choice of rail. Better prove that the calculated results must meet the requirements of the proposed design. Using the Auto CAD software rendering the related parts graph and assembly drawing. paper .Key words: CNC lathes, Servo System, Ball screw pair目录1 绪论 (1)1.1数控机床的概念 (2)1.2数控机床的组成分类及特点 (2)1.2.1数控机床的组成 (2)1.2.2 数控机床的分类 (2)1.2.3数控机床的特点 (3)1.3数控系统的发展简史及国外发展现状 (3)1.4我国数控系统的发展现状及趋势 (4)1.4.1我国数控技术状况 (4)1.4.2 数控系统的发展趋势 (5)1.5伺服系统对伺服电机的要求 (5)1.6设计的内容和目的 (5)2 进给传动系统的总体设计 (6)2.1机床的主要性能参数 (6)2.2进给传动系统的精度要求 (7)2.3进给传动伺服系统的选择 (7)2.4进给传动系统的传动要求及传动类型的选择 (8)2.4.1进给传动系统的传动要求 (8)2.4.2进给传动类型的选择 (8)2.5电机与丝杠联接方式的选择 (9)2.6支撑形式方案选择 (10)3 总体方案设计 (12)3.1方案设计及总体布局 (12)3.2主切削力的计算 (12)4 横向进给传动系统设计 (15)4.1已知技术参数 (15)4.2X轴滚珠丝杠的计算及选择 (15)4.3滚珠丝杠支承轴承的选择 (19)4.4X轴滚珠丝杠的校核 (20)4.4.1临界压缩负荷 (20)4.4.2 临界转速 (21)4.4.3滚珠丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 (22)4.4.4滚珠丝杠扭转刚度 (23)4.4.5滚珠丝杠传动精度计算 (24)4.5X轴滚珠丝杠进给传动系统变形计算 (25)4.5.1滚珠丝杠精度计算 (25)4.6X轴进给伺服电机的选择计算 (28)4.6.1X轴进给伺服电机的校核 (30)4.7联轴器的选择 (31)5 纵向进给传动系统设计 (32)5.1已知技术参数 (32)5.2Z轴滚珠丝杠的计算及选择 (32)5.3Z轴滚珠丝杠支承轴承的选择 (34)5.4Z轴滚珠丝杠的校核 (35)5.4.1 临界压缩负荷 (35)5.4.2临界转速 (35)5.4.3滚珠丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 (35)5.4.4 滚珠丝杠扭转刚度 (36)5.4.5滚珠丝杠传动精度计算 (37)5.5Z轴滚珠丝杠进给传动系统变形计算 (37)5.5.1Z轴精度计算 (38)5.6Z轴进给伺服电机的选择与计算 (38)5.6.1伺服电机的校核 (40)5.7联轴器的选择 (41)6 床身及导轨的选择 (42)6.1床身的选择 (42)6.2导轨的选择 (43)结论 (46)致谢 (47)参考文献 (48)、1 绪论1.1数控机床的概念数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
安徽机电职业技术学院毕业论文基于MJ-50数控车床进行数控旋压机的改造系别数控工程系专业数控设备应用与维护班级数设3082姓名刘欢学号1403083068指导教师马进中2010 ～ 2011 学年第一学期开题报告目录第一章概论 (4)第二章 MJ-50数控车床简介第一节 MJ-50数控车床概述 (8)第二节 MJ-50数控车床的加工范围及特点 (11)第三节 MJ-50数控车床的传动系统及主轴箱结构 (12)第四节 MJ-50数控车床的进给传动系统及传动装置 (15)第三章总体改造方案 (18)第四章改造的实施第一节主轴脉冲编码器的运用 (20)第二节滚珠丝杠副的设计及选型 (21)第三节旋轮头的设计 (26)第四节旋轮座的设计 (28)第五节旋压机主轴装置设计与驱动功率计算 (31)第五章改造效果 (35)致谢与心得 (36)参考文献 (37)第一章概论1.国产旋压机床的回顾20世纪60年代初，为了解决某些产品成形问题，部分军工部门（例如航空部）开始应用旋压技术加工诸如飞机副油箱、发动机燃烧室等产品，开始采用自制的非常简单的旋压设备来加工成形制品。
这些设备大多为机械、手动和简单液压装置。
这是国内自制的旋压机初型。
70年代初，冶金部门为了满足国内军工、化工等部门对大型、高精度薄壁管件以及异型件（锥形件、封头、曲母形件等）的需求，开始研制大型的卧式、立式旋压机床。
随后，机械部、兵总、航天、航空等部门先后研制了多台中、小型筒形件和异形件的旋压机床。
这些设备绝大部分为简单的机械或液压仿形旋压机床。
由于受当时国内机械制造业水平所限，机床性能较低。
表现在可靠性差，机床故障多；液压等系统的原器件（泵、阀、密封件）质量不过关，各种机床普遍存在着跑冒滴漏现象；由于电子工业发展滞后，机床的操作系统落后，使旋压工艺不连贯，旋压制品质量低下；加之研制机床的技术人员对工艺不熟，设计的机床有功能不完善的缺陷。
针对80年代旋压机床在实际使用过程中暴露的问题，在1987年于桂林召开的“第四届旋压技术交流会”上，笔者再三强调，旋压机床的发展和进步是制约国内旋压技术发展的关键，要想赶上世界旋压技术发展水平，必须下大力气解决国内设备研制问题。
纵、横向进给运动传动链：
纵向进给系统由功率为1.8KW的交流伺服电动机驱动，经一级速比为1：1.25弧齿同步齿形带轮传动，带动导程P=10mm的滚珠丝杠旋转，将电动机的回转运动转化成床鞍的直线纵向运动。
横向进给系统由功率为0.9KW的交流伺服电动机驱动，经一级速比为1：1.2的弧齿同步齿形带轮带传动，带动导程P=6mm的滚珠丝杠旋转，将电动机的回转运动转化成滑板的直线横向运动。
回转刀架传动链：
数控车床换刀时，需要刀架作回转分度运动，刀架回转的角度取决于装刀数目。
MJ-50共有10把刀具，分度角以36°为单位。
回转刀架的动力源为液压马达，通过起分度作用的平板共轭分度凸轮，将分度运动传递给一对齿轮副，进而带动刀架回转。
本科毕业设计说明书（论文）题目：MJ50数控车床X轴进给系统结构设计专业：机械设计制造及其自动化毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：本课题对MJ50型数控车床X轴进给系统结构进行了设计，数控车床的进给系统负责接收数控系统发出的脉冲指令，经放大和转换后驱动机床，执行预期的运动。
它的灵敏度和传动精度高，响应速度快且工作稳定，构件刚度高及使用寿命长，故进给系统结构有较高的研究意义。
MJ50是一种经济性数控车床，其X轴的主要结构零件包括伺服电机、滚珠丝杠、同步带、滚珠丝杠支承轴承、滚动导轨和限位挡块。
采用交流伺服电机，能在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡；采用低摩擦传动副，如滚动导轨和滚珠丝杠副，传动效率高，定位精度和重复定位精度高且传动有可逆性；采用同步带联接丝杠和电机，结构简单、传动平稳，能缓冲吸振，可以在大的轴间距和多轴间传递动力，结构紧凑，传动效率高。
关键词：进给系统滚珠丝杠导轨毕业设计说明书（论文）英文摘要Title Economical CNC latheAbstractThe subject of MJ50 numerical control lathe X axis feed system structure design, CNC lathe feed system is responsible for receiving CNC system a pulse instruction, after amplification and conversion drive machine, movement is expected to perform. Its sensitivity and transmission accuracy are high, the speed of response and the stability of the work, the stiffness of the component and the long service life, so the structure of the feed system has a higher research significance. MJ50 is a kind of economical numerical control lathe, its main structure parts of X axis include servo motor, ball screw, synchronous belt, ball screw bearing, rolling guide and limit stop block.. By AC servo motor, can realize the smooth control in the whole speed region, almost no oscillation; the low friction transmission pair, such as rolling guideway and ball screw pair, with high transmission efficiency, positioning accuracy and repeatability of positioning accuracy and high transmission is reversible;; low-friction transmission pair, such as rolling guide and ball screw, high transmission efficiency, high positioning accuracy and repeatability of positioning accuracy and reversible drive sex; with belt coupling screw and motor, simple structure, smooth transmission, can buffer the vibration absorption can transfer power between the major axis and multi-axis spacing, compact structure, high transmission efficiency. by synchronous belt connected with the screw rod and the motor, has the advantages of simple structure, stable transmission, buffering, vibration absorption, can be in large shaft distance and multiple shaft to transmit power, compact structure, transmission efficiency is high.Keywords axis feed drive system;ball screw; the guide way目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 引言 (2)1.2 选题背景与意义 (3)1.3 研究现状 (3)1.3.1国内数控技术发展的现状 (3)1.3.2国外的数控车床发展 (4)第二章总体方案设计 (5)2.1 传动类型的选择 (5)2.2 伺服电机的选择 (6)2.3 电动机与丝杠连接方式的选择 (6)2.4 同步带的选择 (7)2.5 支撑方式及支撑轴承的选择 (7)2.5.1 丝杠有以下四种支撑方式 (7)2.5.2 支承轴承的选择 (8)第三章 X 向进给系统结构设计 (9)3.1 已知技术参数 (9)3.2 滚珠丝杠的设计计算及其选型 (9)3.2.1 主切削力的确定 (9)3.2.2 滚珠丝杠导程的确定 (10)3.2.2.1 确定丝杠的等效转速 (10)3.2.2.2 估算工作台质量以及工作台的承重 (10)3.2.2.3 确定丝杠的等效负载 (10)3.2.2.4 确定最大动载荷 (11)3.2.2.5 丝杠轴向压力选取丝杠底径 (12)3.2.2.6 最大转速限制 (12)3.2.2.7 选择丝杠直径 (12)3.2.2.8 选择滚珠丝杠型号 (12)3.3 伺服电机的计算 (13)3.3.1 电动机转速的确定 (13)3.3.2 理论动态预紧转矩 (13)3.3.3 最大动态摩擦力矩 (13)3.3.4 驱动最大负载所耗转矩 (13)3.3.5 支承轴承所需启动扭矩 (13)3.3.6 驱动滚珠丝杠副所需扭矩 (13)3.3.7 电机的额定转矩 (14)3.4 同步带的设计与计算 (14)3.4.1 确定计算功率 (14)3.4.2 确定带型，节距 (14)3.4.3 小带轮齿数 (15)3.4.4 带轮直径d1，d2的确定 (15)3.4.5 验算带速v (15)3.4.6 确定中心距a及带长Lp (15)3.4.7 计算小带轮的啮合齿数Zm (16)3.4.8计算基本额定功率P0 (16)3.4.9 确定带宽 (17)3.4.10 计算作用在轴上的载荷 (17)3.4.11 带的工作验算 (17)3.5. 轴承及轴承座选型 (17) (18)3.6. 校核 (19)3.6.1 临界压缩负荷 (19)3.6.2 临界转速3.6.3 丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 (20)3.6.4 丝杠扭转刚度 (21)3.6.5 传动精度计算 (21)第四章床身及导轨 (23)4.1 床身的选择 (23)4.2 导轨的选择 (23)4.2.1 导轨的分类 (23)4.2.2 导轨的选择 (24)4.2.3 导轨的间隙调整机构 (26)4.2.4 导轨的润滑 (27)4.2.5 导轨的防护 (27)第五章结论 (29)致谢 (31)参考文献 (33)前言计算机已经普遍成为现代数控技术中最基本的通讯工具，因为计算机具有很强高精密性，操作起来灵活简便，所以在最近这段时间已经越来越赢得广大用户的欢迎[1]，数字控制机床简称CNC，每台数控机床上都会装有程序监控装置。
本科毕业设计（论文）通过答辩摘要数控车床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。
是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。
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。
数控车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，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。
因此了解数控车床的结构与工作原理是操作、维修、改进数控车床的前提，也是设计一款数控车床的基本。
基于此本文介绍了数控车床的主轴系统、伺服进给系统、刀架系统等的特点、设计要求及结构特点，对于系统部件也作了介绍。
关键词：数控车床主轴系统伺服进给系统刀架系统本科毕业设计（论文）通过答辩第 页2AbstractNumerical-controlled Lathe is a electromechanical integration product,which is multinomial technology for one-piece. Numerical- -controlled Lathe is multituded by mechanism 、 electric 、hydraulic 、 pressure,pneumatic 、 electrino 、information and so on. It is main working machine and possesses high precision 、 high efficiency 、high automation and high flexibility in the mechanical manufacturing equipment.The technology capability of Numerical-controlled Lathe and percentage of machine output and in possession of amount is one of the important signal weighting the whole level of one state national economy extend and commercial manufacture Numerical-controlled Lathe is one of main variety of Numerical-controlled Machine,it take a important place in the Numerical-controlled Machine,and for decade years,it is given the prevalence regard from all the world and get the prompt develop.Therefore study the structure and working principle is the premise of operate 、maintain 、improve Numerical-controlled Lathe, also it is the basic of designing Numerical-controlled Lathe.Introduced the characteristics, the design request and the structure characteristicsesof Principal axis system 、Servo system and Tools system of Numerical-controlled Lathe according to this text, also made a introduction for the system parts.Keywords: NCLathe Principal axis system Servo system Tools system本科毕业设计（论文）通过答辩第 页2目录第一章 概述 (1)一 数控机床的产生与发展 (1)二 数控机床的组成与适用范围 (1)三 数控机床的特点与分类 (3)四 数控技术的发展趋势 (4)第二章 设计基本思想和主要参数 (5)一 课题要求 (5)二 设计思想 (5)第三章 主轴系统设计与结构 (7)一 主传动系统概述 (7)二 主轴驱动装置、工作特性及速度控制 (8)三 主轴部件 (9)四 主传动系统设计与结构说明 (13)第四章 进给系统设计与结构 (15)一 进给传动系统概述 (15)二 交流伺服驱动装置及调速 (17)三 位置检测装置 (18)四 进给传动机构 (20)五 进给传动系统结构说明 (22)总结...........................................................................26 参考文献 (27)本科毕业设计（论文）通过答辩第 页1第一章 概述一 数控机床的产生及发展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的要求。
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、多工位多面同时加工，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地满足了这一要求。
1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的试验性数控系统，并把它装在一台立式铣床上。
当时用的电子元件是电子管，这就是第一代世界上的第一台数控机床。
我国是从1958年开始研究数控技术，一直到60年代中期处于研制、开发时期。
当时，一些高等院校、科研单位研制出试验样机，开发也是从电子管开始的。
1965年国内开始研制晶体管数控系统。
从70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。
在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。
80年代，我国从日本发那科公司引进了5、7、3等系列的数控系统和交流伺服电机、交流主轴电机技术，以及从美国、德国引进一些新技术。
这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。
1985年，我国数控机床品种有了新的发展。
90年代以及接下来主要是向高档数控机床发展。
二 数控机床的组成与适用范围（一）数控机床的组成如图所示，数控机床由以下几个不分组成。
本科毕业设计（论文）通过答辩第 页21、程序介质根据零件的几何和工艺要求，确定零件加工的工艺过程和工艺参数，然后按规定的代码和格式编制数控加工程序。
编制程序的工作可由人工完成，也可以用计算机自动编程系统来完成。
比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。
编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储介质上，称为程序介质，可以是穿孔纸带、磁带、磁盘等。
2、输入输出装置输入输出装置主要用于零件数控程序的编制、存储、打印和显示等。
简单的输入输出装置只包括键盘和发光二极管显示器。
一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT 外，还包括纸带、磁带和磁盘输入机、穿孔机等。
高级的数控系统还使用自动编程机或CAD/CAM 系统。
3、数控装置数控装置是数控机床的核心。
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。
4、伺服驱动系统、位置检测装置及辅助控制装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并于机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它根据数控装置发出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。
每个进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。
伺服驱动系统由开环、半闭环和闭环之分。
在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。
5、机床的机械部件数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件如工作台、拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。
对于加工中心车床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。
(二) 数控机床的使用范围数控机床适用于加工：（1）生产批量小的零件（100件以下）；本科毕业设计（论文）通过答辩第 页3 （2）加工精度高、结构形状复杂的零件，如箱体类，曲线、曲面类的零件；（3）需要进行多次改型设计的零件；（4）需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件；（5）价格昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果加工中因出现错而报废，将产生巨大的经济损失。
三 数控机床的特点与分类（一）数控机床的特点数控机床是一种高效能自动化加工机床。
与普通机床相比，数控机床具有如下特点。
1、适应性强数控机床是按照被加工零件数控程序来进行自动加工的，当改变加工零件时,只要改变数控程序软件，而不需要改变机械部分和控制部分的硬件，就能适应加工。
因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。
2、精度高，质量稳定数控机床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿，加工零件按数控程序自动进行，可以避免人为的误差。
因此，数控机床可以获得比普通机床更高的加工精度。
尤其提高了同批零件生产的一致性，产品质量稳定。
3、生产率高数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机加工时。
还有自动换刀转速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能，而且无需工序间的检验与测量，故使辅助时间大为减缩。
4、能完成复杂型面的加工许多复杂曲线和曲面的加工，普通机床无法实现，而数控机床完全可以完成。
5、减轻劳动轻度，改善劳动条件。
由于数控机床是自动完成对零件的加工的，许多动作不需要操作者进行，因此劳动条件和劳动强度大为改善。
6、有利于生产管理采用数控机床，有利于向计算机控制和管理生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。
(二) 数控机床的分类1、按工艺用途分类：（1）普通数控机床（2）数控加工中心（带有刀库和自动换刀装置的数控机床）2、按控制运动的方式分类：（1）点位控制数控机床本科毕业设计（论文）通过答辩第 页4 （2）点位直线控制数控机床（3）轮廓控制数控机床3、按伺服系统的控制方式分类：（1）开环数控机床（2）半闭环控制数控机床（3）闭环控制数控机床4、按所用数控系统的档次分类（1）低档数控机床(主要用于车床、线切割机床及旧机床改造)（2) 中档数控机床(伺服进给采用半闭环及直、交流伺服控制,三至四轴联动制）（3) 高档数控机床(伺服进给采用闭环及直、交流伺服控制，五轴或以上联动制） 以上中、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。
