数控铣床伺服进给系统设计

设计题目：立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计摘要制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统技术是振兴制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。

而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。

我国数控技术及产业尽管在改革开放后取得了显著的成就，开发出了具有自主知识产权的数控平台，即以PC为基础的总线式、模块化、开放型的单处理器平台，开发出了具有自主知识产权的基本系统，也研制成功了并联运动机床，但是我过的数控技术及产业与发达国家相比仍然有比较大的差距，其原因是多方面的，但是最重要的是数控人才匮乏。

关键词：数控技术AbstractManufacturing industry is the foundation of the national economy and national defense industry, advanced manufacturing technology is the revitalization of traditional technology is the revitalization of technical support and development trend of the manufacturing industry, is the main means to create social wealth, who master the advanced manufacturing technology, who will be able to occupy the market. Numerical control technology is the basic technology and common technology of advanced manufacturing technology, which has become one of the important signs to measure the level of a country's manufacturing industry.China's CNC technology and industry even after the reform and opening up has made remarkable achievements, the development of the NC platform with independent intellectual property rights, which is based on PC bus modular open type single processor platform, developed the basic system with independent intellectual property rights, also developed a parallel motion but I have the machine tool, numerical control technology and industry compared with the developed countries is still a relatively large gap, its reason is iKey words: numerical control technology目录第1章概述 (3)1.2 总体方案设计 (3)第二章设计计算 (3)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 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (3)第3章工作台部件的装配图设计 (3)第4章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (3)4.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (3)4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速c n的校验 (3)4.3. 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (3)第5章计算机械传动系统的刚度 (3)5.1 机械传动系统的刚度计算 (3)5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (3)第6章. 驱动电动机的选型与计算 (3)6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (3)6.2 计算折算到电机轴上的负载力矩 (3)6.3 计算坐标轴折算到电机轴上的各种所需的力矩 (3)6.4. 选择驱动电机的型号 (3)参考文献 (3)第1章概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总重量m=1500kg （所受的重力W=14700N ），其中，工作台的质量0m =510kg （所受的重力0W =5000N ）；工作台的最大行程p L =600mm ；工作台快速移动速度m ax V =15000mm/min ；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数u=0.15,静摩擦系数µ0=0.2；工作台的定位精度为30um ，重复定位精度为20um ；机床的工作寿命为20000h 。

目录1.概述 (1)1.1技术要求 (1)1.2总体设计方案 (1)2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 (1)2.1主切削力及其切削分力计算 (1)2.2导轨摩擦力的计算 (2)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (2)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (3)3.工作台部件的装配图设计 (7)4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (7)4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 (7)4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 (7)4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 (8)5.计算机械传动系统的刚度 (8)5.1机械传动系统的刚度计算 (8)5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算 (9)6.驱动电动机的选型与计算 (9)6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。

(9)6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (10)6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 (11)6.4选择驱动电动机的型号 (12)7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (12)7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (12)7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号 (13)8. 课程设计总结 (13)9.参考文献 (13)1.概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。

机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。

切削状况如下：数控铣床的切削状况1.2总体设计方案为了满足以上技术要求，采取以下技术方案：（1）工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。

中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化题目：数控技术课程设计——立式数控铣床进给传动系统设计4 指导教师：职称:职称:2009年12月23日中北大学课程设计任务书2008/2009 学年第 1 学期学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：课程设计题目：数控技术课程设计——立式数控铣床进给传动系统设计起迄日期：12月23日～12月31日课程设计地点：指导教师：系主任：下达任务书日期: 2009年12月 23日课程设计任务书目录1.概述 (3)1.1技术要求 (3)1.2总体设计方案 (4)2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 (4)2.1主切削力及其切削分力计算 (4)2.2导轨摩擦力的计算 (5)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (5)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (5)3.工作台部件的装配图设计 (8)4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (8)4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 (8)4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 (8)4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 (8)5.计算机械传动系统的刚度 (9)5.1机械传动系统的刚度计算 (9)5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算 (10)6.驱动电动机的选型与计算 (10)6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。

(10)6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (11)6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 (11)6.4选择驱动电动机的型号 (12)7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (13)7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (13)7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号 (13)8. 课程设计总结 (13)9.参考文献 (13)1.概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。

立式数控铣床进给系统设计
立式数控铣床的进给系统是数控铣床中至关重要的一个系统，
其主要作用是控制刀具的进给量和进给速度，以确保加工效率和精度。

以下是立式数控铣床进给系统的设计要点：
1. 选择适当的进给机构：进给机构是实现进给运动的关键部分，应该选择高精度、高刚性的进给机构，如球螺丝、滚珠丝杠等。

2. 设计合适的静态刚度：立式数控铣床在加工过程中会产生较
大的载荷和切削力，因此进给系统需要足够的静态刚度以保证加工
精度和稳定性。

3. 设计合理的动态响应：进给系统的设计应考虑动态响应，以
确保切削过程中刀具可以及时响应，保证加工质量。

4. 控制进给速度：进给速度的控制是进给系统的核心，通常通
过数控系统实现，可以根据加工件的不同要求选择不同的进给速度。

5. 添加自动调整功能：为了提高加工效率和精度，进给系统应
具有自动调整功能，例如动态补偿、自适应控制等。

6. 考虑安全和可靠性：进给系统的设计应考虑到安全和可靠性，例如添加保护装置、检测设备等，以避免意外事故的发生。

第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。

所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。

在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。

所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。

一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。

这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。

2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。

例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。

进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。

3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。

当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。

所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。

因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。

这就是进给传动恒转矩工作的特点。

4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。

因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。

因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。

这就是“传动比递降原则”。

应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。

二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。

（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。

数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证【摘要】本文阐述了半闭环伺服进给系统设计计算的一般方法，着重介绍了伺服电机选型，主要技术参数的计算，转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化，定位精度的计算和校验，并附以实例设计计算及试验验证。

【关键词】伺服进给；设计计算；电机选型；参数匹配；定位精度计算及校验高速化、高精度是当今数控机床、加工中心发展方向，对机床定位精度、重复定位精度、快速响应特性提出了更为严格的要求。

合理设计伺服进给系统各项技术参数，是确保机床高可靠性、高稳定性、高精度、高品质必要条件。

1.伺服进给系统设计计算目前，一般数控机床多为半闭环控制，其进给系统设计计算，主要是在确保定位精度前提下，合理设计各项技术参数,主要包括：1、伺服电机的选型；2、转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化；3、定位精度的验算；4、最大死区误差是否符合定位精度的指标。

1.1伺服电机的选型⑴伺服电机最高转速nmax，其计算式为：nmax=k·(r/min) (1)式中：Vm—快进速度，m/mini—传动减速比，ｉ＝ｎ电机／ｎ丝杆S—丝杆螺距，mk—裕度系数（取1～1.5）⑵额定输出转矩Ｍｄ，其计算式为：Ｍｄ≥ＭＬＭＬ=ＭＶ+ＭＲ(2)式中：ＭＬ—伺服系统的静态转矩ＭＶ—切削负载转矩ＭＲ—整个系统的摩擦转矩①由切削力引起的折算到电机轴的切削负载转矩估算(a)X、Y轴向进给力的计算：最大圆周铣削力Ｆｃ,计算公式（不对称逆铣时为最大）：Ｆｃ式中：Ｍｍａｘ—主轴最大切削扭矩，D—刀具直径不对称铣削分力的计算公式：进给方向上的分力FH FH=0.9FC垂直于进给方向上的分力FV FV=0.7FC轴向分力Fa Fa=0.55FCX向进给力计算：Ｑｘ＝ＫＰＸ+μ０（ＰＺ+Ｐｙ＋ＧＸ）(3)Y向进给力计算：Ｑｙ＝ＫＰｙ+μ０（ＰＺ+Ｐｘ＋Ｇｙ）(4)式中：Px、Py、Pz分别为沿导轨运动方向、法向和铅垂方向的切削分力：ＰＸ＝ＦＨ;Ｐｙ＝ＦＶ;ＰＺ＝ＦａＧＸ、Ｇｙ—分别为x轴和y轴移动部件的重量μ０—当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４K—颠覆力矩影响系数，矩形导轨K=1.1，燕尾导轨Ｋ＝1.4(b) Z向进给力的估算(以钻孔时为最大):其计算式为：FZ=CPDXpSYpＫσ式中：系数项CP=831 ；XP= 1 ；YP=0.7D—刀具直径，mmS—每转进给量，mm/rＫσ—工件材料的修正系数，Ｋσ=（）0.75；σb—工件强度极限Z轴采用矩形贴塑导轨时，轴向进给力ＱＺ估算：ＱＺ=KFZ+μ０P (5)式中：K—颠覆力矩影响系数,取值同前FZ—Ｚ向进给力μ０—导轨当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４P—铣头压板对导轨面的正压力(c)进给力引起折算至电机轴的切削负载转矩ＭＶ：ＭＶ= (6)式中：Q—轴向进给力，N（Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ为别为X、Y、Z轴向进给力）S—丝杆导程，mη—机械传动效率ｉ—传动减速比②系统的摩擦转矩ＭＲ由以下几部分组成：ＭＲ=ＭＲｆ+Ｍ０+ＭＲＳＬ(7)(a)由导轨摩擦阻力所产生的阻转矩ＭＲｆＭＲｆ=μ０·［（ｍｗ＋ｍｔ）·ｇ＋Ｆｖｔ］式中：μ０—导轨摩擦系数，贴塑导轨取0.02～0.06，滚动导轨取0.003～0.01ｍｗ—最大工件重量，kgｍｔ—移动部件重量，kgg—重力加速度，ｍ／ｓ２Ｆｖｔ—切削力在工作台垂直方向分量，NS—丝杆螺距，m(b)滚珠丝杆预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦转矩Ｍ０Ｍ０＝（１－η）式中：Ｐ０—滚珠丝杆预加载荷，NS—丝杆螺距，mη—传动链总效率ｉ—齿轮降速比η０—滚珠丝杆未预紧时的效率，一般η０≥０．９(c)滚珠丝杆支承轴承采用向心推力球轴承，其磨擦转矩ＭＲＳＬＭＲＳＬ=·μＳＬ·ｄｍ·Ｆａｖｌ式中：μｓｌ—轴承摩擦系数，取0.002～0.005ｄｍ—轴承内径，mＦａｖｌ—轴承轴向载荷，N对于径向轴承其摩擦阻转矩很小可忽略⑶按计算所得电机最大转速ｎｍａｘ和最大静态转矩ＭＬ，初选相应的伺服电机。

摘要为了适应机械行业的发展趋势，简化一般工厂中工人的劳动量，在本设计中应用简单的数控系统设计。

就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。

然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。

随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围应用的普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。

本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。

所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调速电机。

在设计过程中，我得到了老师的精心指导，帮我收集了很多我无法找到的资料。

袁老师在完成繁重的教学任务之余，经常拖着疲惫的身体，对我们的工作进行仔细地审查，针对我们的情况，进行了耐心的讲解，从设计的原理到结构功能，做出了大量的指导性工作，使我们对所要设计的课题有了更深的了解，在这里也要感谢同组同学的热心帮助，同学们总是微笑着面对我的提问，耐心讲解，使我对有些问题有更加清楚的认识。

关键词：总体结构布局铣床传动方式主传动系统进给系统AbstractIn order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in full.The processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping processing. Therefore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range DC servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the - Speed Motor.In the design process, I was given the careful guidance of teachers Hsu, To help me collect a lot I can not find the information. Yuan teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to A lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling faceof my question, patiently explained to me for some The problem is more clear understanding.Keywords：The overall structure layout Transmission Feed system Main drive system目录1绪论 (2)1.1数控机床的产生及发展 (2)1.2数控机床的组成及分类 (3)1.3数控机床的特点 (3)2设计的主要参数及基本思想 (4)2.1 课题要求 (4)2.2 总结构设计 (4)2.3 铣床总布局的确定 (5)3数铣床的设计和计算 (6)3.1 主传动系统的设计 (6)3.2 进给系统的设计 (9)3.3 进给系统的计算 (10)4 数控系统的介绍及选择 (10)4.1数控及计算机数控 (10)4.2 计算机数控系统的内部工作过程 (10)4.3数控系统的特点 (11)5 夹具的选择及介绍 (11)5.1 数控铣床夹具介绍 (11)5.2 技术要求 (12)5.3 对夹具零部件的要求 (13)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论机械制造业是国民经济的支柱产业。

摘要本次毕业设计主要研究了X5032铣床进给系统数控改造,首先是在图书馆和网上查阅了大量的资料,对X5032铣床有了一个大概的了解,记录了相关的数据,也对要改造的部分改造后的尺寸数据有了一个大致的评估。

再是在改造设计的过程中，通过大量的资料，初定了部分参数，然后根据这些参数计算选用滚珠丝杠副和步进电机，而减速机构只进行了简单的设计。

最后在画图时，借助了CAD等软件工具，并且手绘了一张齿轮零件图。

X5032铣床进给系统改造前与改造后差别不是很大，主要改造的部分就是替换滚珠丝杠和步进电机。

滚珠丝杠部分根据动载荷选取，然后再进行校核，包括刚度和压杆稳定性校核；步进电机是根据初步计算的转矩选取，然后在进行转矩校核，解决频率问题。

至于减速齿轮，考虑到步进电机传动的转矩较小，故可以不进行减速齿轮和轴的校核。

通过进行进给系统的数控改造，使我较深入的了解了铣床进给系统的结构，以及数控方面的相关知识，也确实感受到了对普通机床进行数控改造带来的巨大经济效益。

AbstractThe graduation design mainly studies numerical control reform about feeding system of milling machine X5032.At first，I look up a large amount of material from the library and the Internet and it let me jeneral understanding to milling machine X5032. I write down some data of the machine and also take a rough evaluation of the size and data about the part which will be reformed to.At second,I Preliminarily determine some parameters in the reconstruction design process,then choose the ball screw assembly and stepping motor according to these parameters. And the reduction gear institutions made only simple design.At last,I not noly drawing some figure by the software tools such as CAD,but also hand draw a A1 drawings about reduction gear.There is not a very big difference between transformation of the former and after the transformation of the X5032 milling machine feeding system,and the main part of the reform is to replace the ball screw and stepping motor. The selection of ball screw according to the dynamic load, and then check out, including stiffness and push rod stability checking. Stepping motor is according to the torque of preliminary calculation selection, then check the torque and solving the problem about frequency. As for the reduction gear, considering drive torque of stepping motor is small, so checking for the reduction gear and axis is unnecessary.T hrough CNC transform of feeding system, make me a deep understanding of the structure about milling machine feeding system, also the knowledge about numerical control aspects.I indeed feel that numerical control transform to general-purpose machine tool take us great economic benefits.绪论 (5)1.课题目的与意义 (5)2.研究范围与主要解决问题 (7)1.X5032铣床基本介绍 (8)1.1 定义： (8)1.2 应用范围： (8)1.3 X5032立式铣床主要结构特点： (8)1.4 X5032立式铣床主要技术参数： (9)1.5 应用行业： (9)2.铣削力的计算 (10)2.1 改造后的相关参数 (10)F： (10)2.2计算铣削力c3.滚珠丝杠副设计 (11)3.1 概述 (11)3.1.1 简介 (11)3.1.2 滚珠丝杠副的特点及应用 (11)3.1.3 滚珠丝杠副的结构形式 (12)3.1.4 滚珠丝杠副的精度和性能 (13)3.1.5 滚珠丝杠副计算、选用的基本原则 (14)3.2 X向滚珠丝杠副的设计 (14)F的计算： (14)3.2.1 进给牵引力m3.2.2 最大动负载C的计算 (15)3.2.3 选取滚珠丝杠副 (16)3.2.4 滚珠丝杠副压杆稳定性校核 (16)3.2.5 滚珠丝杠副的临界转速校核 (17)3.2.6 滚珠丝杠副的刚度校核 (18)3.3 Y向滚珠丝杠副的设计 (19)3.3.1进给牵引力*mF的计算： (19)3.3.2 最大动负载*C的计算 (20)3.3.3 选取滚珠丝杠副 (21)3.3.4 滚珠丝杠副压杆稳定性校核 (21)3.3.5 滚珠丝杠副的临界转速校核 (22)3.3.6 滚珠丝杠副的刚度校核 (23)4. 齿轮减速器设计 (25)4.1 概述 (25)4.1.1 齿轮传动优缺点 (25)4.1.2 齿轮传动的分类 (25)4.1.3 齿轮失效形式的介绍 (26)4.1.4 齿轮设计准则 (28)4.1.5 齿轮的材料及其选择原则 (29)4.2 齿轮减速器传动比计算 (31)4.2.1 传动比设计的注意事项 (31)4.2.2 X向齿轮减速器传动比计算 (33)4.2.3 Y向齿轮减速器传动比计算 (36)5 步进电机的计算与选择 (38)5.1 概述 (38)5.1.1 步进电机的特点与种类介绍 (38)5.1.2 步进电机的工作原理 (39)5.1.3应用步进电机时应注意的事项： (41)5.2 X向步进电机的计算与选择 (42)5.2.1 初选步进电机 (42)5.2.2 校核步进电机转矩 (43)5.3 Y向步进电机的计算与选择 (48)5.3.1 初选步进电机 (48)5.3.2 校核步进电机转矩 (50)结论 (56)谢辞 (57)绪论1.课题目的与意义制造业是国民经济和国防建设的基础性产业,先进制造技术是振兴传统制造业的技术支撑和发展趋势,而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术。

立式数控铣床工作台进给传动系统的设计数控铣床是一种通过控制系统对工具进行运动控制并对工件进行加工的机床。

在数控铣床中，工作台的进给传动系统起着关键的作用，影响着工作台的移动速度、精度和稳定性。

因此，对于立式数控铣床工作台（X 轴）进给传动系统的设计至关重要。

一、选用合适的传动方式在传动系统的设计中，首先需要选择合适的传动方式。

常见的传动方式有蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动和直线导轨传动等。

这些传动方式各有优缺点，需要根据具体的工作要求和预算来选择。

例如，蜗轮蜗杆传动可以提供较大的传动比，适用于高速和高精度的加工，但成本较高。

滚珠丝杠传动具有高速、高精度和较低的摩擦损耗，是一种常用的传动方式。

直线导轨传动具有高刚性和稳定性，适用于大型铣床。

二、优化传动结构为了提高传动效率和减少传动误差，传动结构的设计也非常重要。

例如，在滚珠丝杠传动系统中，应根据实际需求选择合适的导程和螺旋角，以确保工作台的移动速度和加工精度。

同时，应优化螺杆的预紧力和润滑方式，以减少传动误差和磨损。

另外，还可以采用双螺杆传动或多点支撑的方式，提高传动刚性和稳定性。

三、加强系统的刚性和稳定性立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统必须具有足够的刚性和稳定性，以保证加工精度和表面质量。

可以通过增加横梁的强度、加大导轨和导轨座的尺寸、合理布置压板和紧固件等方式来增强系统的刚性。

同时，还可以通过使用高精度的轴承和精密的配合来减小系统的摩擦和间隙，提高系统的稳定性。

四、选择适当的驱动和控制系统立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的驱动和控制系统也需要根据实际需求来选择。

可以选择伺服电机驱动系统，通过与编码器和控制器的配合，实现精确的位置控制和速度调节。

另外，还可以选择闭环步进电机驱动系统，具有简单、易用和成本低的优势。

需要根据加工要求和预算来选择适当的驱动和控制系统。

总之，立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计对于加工质量和效率至关重要。

引言数控机床是一种高技术设备,它可以通过改变数控程序,适应不同零件的自动加工,而且可以采用较大的切削用量,利用软件进行精度校正和补偿,从而提高生产效率、加工精度和加工质量,可以实现工序集中、一机多用,能完成复杂型面的加工。

数控机床是现代制造业的关键设备,一个国家的数控机床的产量和技术水平在某种程度上反映了这个国家的制造业水平和竞争力。

因此数控机床是将来机床研制的重点。

本文针对经济型数控立式铣床及其控制系统的设计作简要的讨论。

数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，，它的机械结构随着电子控制技术的在铣床上的饿应用，以及铣床性能提出的新要求，而逐步变化。

与不同铣床相比数控铣床用三个数控伺服系统替代了传统的机械进给系统，其外形和结构与普通铣床类似。

数控铣床的设计主要是进行主运动系统与进给系统的机械结构设计和控制系统设计第一章总体设计1.1、铣床简介铣床是一种用途广泛的机床。

它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。

此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。

由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。

铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。

随着科学技术的进步，数控铣床得到了越来越广泛的应用，它一般分为立式和卧式两种，一般数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床，例如工作台宽度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。

数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即X、Y、Z三个坐标轴中，任意两个都可以联动。

立式数控铣床工作台进给传动系统的设计首先，立式数控铣床的工作台（X轴）进给传动系统需要具备高精度、高刚性和高可靠性的特点。

因此，在设计中需要选择合适的传动方式和传动元件，并进行系统的优化设计。

传动方式有很多种，如直线导轨传动、滚珠丝杠传动、齿轮传动等。

根据立式数控铣床的特点和要求，一般采用滚珠丝杠传动。

滚珠丝杠传动具有传动精度高、刚性好、反应灵敏等特点，适用于高精度的数控铣床。

滚珠丝杠的选择需要考虑工作台（X轴）的负载、速度和精度要求。

一般来说，工作台负载越大，所需密封循环滚珠丝杠的精度越高；而速度越高，所需螺帽的刚性越大。

因此，在设计中需要根据具体要求选择合适的滚珠丝杠规格。

在滚珠丝杠传动系统中，螺帽是受力最大的部件，因此螺帽的设计也是很关键。

螺帽需要具备良好的刚性和耐磨性，以保证传动的稳定性和寿命。

一般来说，尽量选择存在预紧力的预紧螺帽，以减小螺母的游隙，提高传动的精度。

除了滚珠丝杠传动外，还可以考虑结合其他传动方式，如伺服电机等。

伺服电机作为传动设备的一种，能够实现精确的位置控制和高速运动。

在设计中，可以选择合适的伺服电机，并进行精确的校准和调试，以实现更高的工作精度和效率。

此外，还需要考虑工作台（X轴）进给传动系统的润滑方式。

对于滚珠丝杠传动系统，需要进行润滑和维护，以减小运动阻力和摩擦损失。

一般来说，采用中空滑道和滚珠滚道的润滑方式，可以提高传动的平稳性和寿命。

总之，立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计需要根据具体要求选择合适的传动方式和传动元件，并进行系统的优化设计。

通过合理的设计和选择，可以提高机械性能和工作精度，满足不同加工要求。

同时，对传动系统的润滑和维护也需要重视，以保证系统的可靠性和寿命。

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。

数控铣床向进给系统设计引言数控铣床是一种利用数控技术控制铣刀在工件表面上进行铣削加工的机床。

向进给系统是数控铣床的重要组成部分，其设计的好坏直接影响到数控铣床的加工精度和效率。

本文将介绍数控铣床向进给系统的设计要点，包括进给方式、进给传动、进给伺服系统等。

进给方式数控铣床的进给方式通常有手动进给和自动进给两种。

手动进给主要是通过手轮控制机械进给，适用于较简单的加工任务。

而自动进给则是通过数控系统控制电机进给，具有高精度和高效率的特点。

进给传动进给传动是将电机的旋转运动转换为工作台的线性运动，常用的进给传动方式有螺旋副传动和齿轮传动。

螺旋副传动螺旋副传动是通过螺旋副将电机的旋转运动转换为工作台的线性运动。

螺旋副由丝杠和蜗轮组成，丝杠与蜗轮的啮合形式决定了传动的精度和刚性。

常见的螺旋副传动方式有普通螺旋副、滚珠螺旋副和滚筒螺旋副。

齿轮传动齿轮传动是通过齿轮将电机的旋转运动转换为工作台的线性运动。

齿轮传动具有传动稳定、传动效率高等优点，但对于工作台的定位精度和可靠性要求较高。

进给伺服系统进给伺服系统是数控铣床向进给系统的核心部分，主要由伺服电机、编码器、伺服控制器和驱动器等组成。

伺服电机伺服电机是将电能转换为机械运动的装置，常用的伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机。

伺服电机的选择应根据数控铣床的加工需求和性能指标进行。

编码器编码器是用于测量电机转动角度和速度的装置，常用的编码器有增量式编码器和绝对式编码器。

编码器的精度和分辨率直接影响到数控铣床的定位精度。

伺服控制器伺服控制器是控制伺服电机运行的主要设备，主要功能包括速度闭环控制、位置闭环控制、加速度控制等。

伺服控制器的性能决定了数控铣床的动态响应和运动平稳性。

驱动器驱动器是用于将控制信号转换为电机运动的装置，常用的驱动器有脉冲方向式驱动器和模拟伺服驱动器。

驱动器的稳定性和响应速度会直接影响到数控铣床的动态性能。

总结数控铣床向进给系统的设计对机床的加工精度和效率起着至关重要的作用。

引言数控机床对进给传动系统的要求：数控机床进给传动系统承担了数控机床各直线坐标轴、回转坐标轴的定位和切削进给。

无论是点位控制、直线控制还是轮廓控制，进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性直接影响被加工件的最后轮廓精度和加工精度。

为此，对进给系统中的传动装置和元件要求具有长寿命、高刚度、无传动间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须摩擦力比较小、耐磨性要高，通常采用滚动导轨、静压导轨等。

为了提高转换效率，保证运动精度，当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。

为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙。

虽在进给传动系统中采用各种措施消除间隙，但仍然可能留有微量间隙。

此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反方向运动时仍由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。

数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造.一、总体方案的确定1.1 设计的基本参数：原始数据：工作台宽：320mm;工作台及床鞍重量：纵向 800N 横向 1200N;工作台快移速度：纵向 2m/min 横向 1m/min;最大快进速度：纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min;主电机功率：2.2kw；转速：1450rpm工艺数据：主轴转速：265rpm 走刀速度：55m/min刀具直径：35mm铣削宽度：7mm 铣削深度：32mm最小分辨率：纵、横向0.01mm其余数据按实际情况确定1.2 设计内容：（1）总体方案确定及可行性论证。

优秀设计摘要数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。

随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。

本文主要对XK5040数控立式铣床及控制系统进行设计，首先分析立式铣床的加工特点和加工要求确定其主参数，包括运动和动力参数；根据主参数和设计要求进行主运动系统、进给系统和控制系统硬件电路设计。

主要进行主运动系统和进给系统的机械结构设计及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核；对于控制系统由于这里主要针对经济型数控铣床的设计，这里采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性能价格比的MCS-51系列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计。

由于本文采用8031单片机控制系统，因此，设计出的立式铣床性能价格比高，满足经济性要求。

可实用于加工精度较高的场合。

关键词数控技术，立式铣床，设计ABSTRACTThe numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement .This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine and the control system, first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination; Regarding control system because here mainly aims at the economy numerical control milling machine the design, here uses electric stepping motor open-loop control, the computer system uses the high performance price compared to the MCS-51 series monolithic expansion system, mainly carries on the central processing element the choice, the memory expansion and the connection circuit design .Because this article uses 8,031 monolithic integrated circuits control system, therefore, designs the vertical milling machine performance price is higher than, satisfies the efficient request. But practical to processing precision higher situation .Key words：Numerical control technology，Vertical milling machine，Design目录摘要.................................................................................................................................. - 1 - 1 总体设计........................................................................................................................ - 5 - 1.1、铣床简介.................................................................................................................... - 5 - 1.2、 X K5040型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图 ..................... - 5 - 1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局 ........................................................................... - 5 - 1.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数 ................................................................... - 6 -1.2.3 总传动系统图........................................................................................................ - 8 -2 主运动系统设计............................................................................................................ - 8 - 2.1 传动系统设计.............................................................................................................. - 9 - 2.1.1参数的拟定............................................................................................................... - 9 - 2.1.2 传动结构或结构网的选择...................................................................................... - 9 - 2.1.3 转速图拟定............................................................................................................ - 10 - 2.1.4齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 ................................................................. - 13 - ２.２传动件的估算与验算........................................................................................ - 16 - 2.2.1传动轴的估算和验算............................................................................................. - 16 - ２.２.２齿轮模数的估算................................................................................................ - 18 - ２.３展开图设计............................................................................................................ - 22 - ２.３.１结构实际的内容及技术要求............................................................................ - 22 - ２.３.２齿轮块的设计................................................................................................ - 23 - ２.３.３传动轴设计.................................................................................................... - 25 - ２.３.４主轴组件设计................................................................................................ - 27 - ２.４制动器设计............................................................................................................ - 32 - ２.４.１按扭矩选择.................................................................................................... - 32 - ２.５截面图设计.......................................................................................................... - 33 - ２.５.１轴的空间布置.................................................................................................. - 34 - ２.５.２操纵机构........................................................................................................ - 34 - ２.５.３润滑................................................................................................................ - 34 - ２.５.４箱体设计的确有关问题.................................................................................... - 35 - ３进给系统设计.............................................................................................................. - 36 - ３.１总体方案设计........................................................................................................ - 36 - ３.１.１对进给伺服系统的基本要求............................................................................ - 36 - ３.１.２进给伺服系统的设计要求................................................................................ - 37 - ３.１.３总体方案............................................................................................................ - 37 - ３.２进给伺服系统机械部分设计................................................................................ - 38 - ３.２.１确定脉冲当量，计算切削力............................................................................ - 38 - ３.２.２滚珠丝杆螺母副的计算和造型 ........................................................................ - 40 - ３.２.３齿轮传动比计算................................................................................................ - 46 - ３.２.４步进电机的计算和选型................................................................................ - 47 - ３.２.５进给伺服系统机械部分结构设计 ................................................................ - 55 - ４控制系统设计.............................................................................................................. - 58 - 4.1绘制控制系统结构框图............................................................................................. - 59 - 4.2.选择中央处理单元（CPU）的类型 .......................................................................... - 59 - 4.3存储器扩展电路设计................................................................................................. - 60 - ４.３.１程序存储器的扩展............................................................................................ - 60 - ４.３.２数据存储器的扩展........................................................................................ - 61 - ４.４I/O接口电路及辅助电路设计 ........................................................................... - 61 - ４.４.１I/O接口电路设计..................................................................................... - 61 -４.４.２步进电机接口及驱动电路............................................................................ - 62 - ４.２.３其他辅助电路................................................................................................ - 63 - 参考文献............................................................................................................................ - 65 - 致谢.. (74)附录（英文翻译及实习报告）......................................................... 错误！未定义书签。