立式数控铣床进给传动系统设计.doc

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:

23

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）。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 。

（2） 工作台导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动画面上贴聚四氟乙烯导轨板。同

时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴膜。

（3） 对滚珠丝杠螺母副采用预紧，并对滚珠丝杠进行拉伸预。

（4） 采用伺服电动机驱动。

（5） 采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠连接。 2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算

2.1主切削力及其切削分力计算

（1）计算主切削力Fz 。

根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切削（铣刀直径D=125mm ），主轴具有最大扭矩，并能传递主电动机的全部功率，此时铣刀的切削速度为：（已知机床主电动机的额定功率m P 为5.5kw ，主轴计算转速n=310r/min 。）

根据公式得刀具的切削速度为：

取机床的机械效率为：8.0m =η，则由式得主切削力：

（2）计算各切削分力

工作台的纵向切削力、横向切削力和垂向切削力分别为

2.2导轨摩擦力的计算

在切削状态下坐标轴导轨摩擦力μF 的计算可以查课程设计指导书：

（1）根据式（2-8a ）计算在切削状态下的导轨摩擦力μF 。此时导轨动摩擦系数15.0=μ，查表2-3得镶条紧固力N 1500f g =,则

（2）按式（2-9a ）计算在不切削状态下的导轨摩擦力0μF 和0F

2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力

（1）按式（2-10a ）计算最大轴向负载力amax F

（2）按式（2-11a ）计算最小轴向负载力min F

2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算

1）确定滚珠丝杠的导程

根据已知条件取电动机的最高转速min /r 1800n max =得：

2）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速和平均载荷

（1）各种切削方式下滚珠丝杠的轴向载荷。

强力切削时的轴向载荷定为最大轴向载荷，快速移动和钻镗定位时的轴向载荷定为最小轴向载荷。一般切削（粗加工）和精细切削（精加工）时，滚珠丝杠螺母副的轴向载荷分别可按下式计算：

并将计算结果填入表2

表2 数控铣床滚珠丝杠的计算

（2）计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速i n 。

（3）按式（2-17）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速m n 。

（4）按式（2-18）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷m F

3)确定滚珠丝杠预期的额定动载荷am C

（1）按预定工作时间估算。查表2-28得载荷性质系数w f =1.3。已知初步选择的滚珠丝杠的精度等级为2级，查表2-29得精度系数a f =1，查表2-30得可靠性系数c f =0.44，则由式（2-19）得

（2）因对滚珠丝杠螺母副将实施预紧，所以可按式（2-21）估算最大轴向载荷。查表2-31得预加载荷系数e f =4.5，则

（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷am C 。

取以上两种结果的最大值，am C ＝33801.49 N 。

4）按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径2m d

（1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形。 已知工作台的定位精度为30m μ，重复定位精度为15m μ，根据式（2-23）、式（2-24）以及定位精度和重复定位精度的要求，得

max11

=~2

δ?1（）315m μ＝（5~10）m μ

max 21~5δ=?1（）430m μ＝（6~7.5）m μ 取上述计算结果的较小值，即max δ=5m μ。

（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径2m d 。

本机床工作台（X 轴）滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定方式。

滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为

L ＝行程+安全行程+2×余程+螺母长度+支承长度

≈（1.2~1.4）行程+（25~30）0L

取L ＝1.4×行程+300L ≈（1.4×600+30×10）mm ＝1140mm

又0F =1260N ，由式（2-26）得

5）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号

根据计算所得的0L 、am C 、2m d ，初步选择FFZD 型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副FFZD4010-5（见本书附录A 表A-3），其公称直径0d 、基本导程0L 、额定动载荷a C 和丝杠直径2d 如下：

0d =40mm ， 0L =10mm

a C =46500N ＞am C =33801.49N

2d =34.3mm ＞2m d =20.9mm

故满足式（2-27）的要求。

6）由式（2-29）确定滚珠丝杠螺母副的预紧力p F p max 11F =F 33

=?2929.69N ＝976.56N 7）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预紧拉力

（1）按式（2-31）计算目标行程补偿值t δ。

已知温度变化值△t=2℃，丝杠的膨胀系数α=61110-?m μ/℃，滚珠丝杠螺母副的有效行程 u L ＝工作台行程+安全行程+2×余程+螺母长度

＝（600+100+2×20+146）mm ＝886mm

故 t δ＝11△t u L ×-610＝11×2×886×-610mm ＝0.02mm

（2）按式（2-32）计算滚珠丝杠的预拉伸力t F 。

已知滚珠丝杠螺纹底径2d =34.3mm ，滚珠丝杠的温升变化值△t=2℃，则

8）确定滚珠丝杠螺母副支承用轴承的规格型号

（1）按式（2-33）计算轴承所承受的最大轴向载荷Bmax F 。

（2）计算轴承的预紧力Bp F 。

（3）计算轴承的当量轴向载荷Bam F 。

（4）按式（2-15）计算轴承的基本额定动载荷C 。

已知轴承的工作转速n=m n =230r/min ，轴承所承受的当量轴向载荷Bam F =3664.95N ，轴承的基本额定寿命L=20000h 。轴承的径向载荷r F 和轴向载荷a F 分别为 因为

17.274.148

.18325.3188F F r a <==，所以查表2-25得，径向系数X=1.9，轴向系数Y=0.54，故

（5）确定轴承的规格型号。

因为滚珠丝杠螺母副拟采取预拉伸措施，所以选用60°角接触球轴承组背对背安装，以组成滚珠丝杠两端固定的支承形式。由于滚珠丝杠的螺纹底径2d 为34.3mm ，所以选择轴承的内径d 为30mm ，以满足滚珠丝杠结构的需要。

在滚珠丝杠的两个固定端均选择国产60°角接触球轴承两件一组背对背安装，组成滚珠

丝杠的两端固定支承方式。轴承的型号为TNI/P4DFB ，尺寸（内径×外径×宽度）为30mm ×72mm ×19mm ，选用脂润滑。该轴承的预载荷能力BP F '为2900N ，大于计算所得的轴承预紧力BP F =1939.62N 。并在脂润滑状态下的极限转速为1900r/min ，高于滚珠丝杠的最高转速max n =2000r/min ，故满足要求。该轴承的额定动载荷为C'=34500N ，而该轴承在20000h 工作总寿命下的基本额定动载荷C=34395N ，也满足要求。

3.工作台部件的装配图设计

将以上计算结果用于工作台部件的装配图设计。

4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验

4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验

工作台的滚珠丝杆支承方式采用预拉伸结构，丝杠始终受拉而不受压。因此，不存在压杆不稳定问题。

4.2滚珠丝杆螺母副临界转速c n 的校验

根据图可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度2L =837.5mm 。已知弹性模量E=5101.2?MPa ，材料密度5108.7g

1-??=

ρN/3mm ，重力加速度9.8，安全系数1K =0.8。由表2-44查得73.4=λ

滚珠丝杆的最小惯性矩为

滚珠丝杆的最小截面积为

故可由公式得： 923.54

107.8109.867909102.1837.53.142 4.73600.8A EI L 260K n 5-35222

22

1c ??????????==ρπλr/min=10738.5r/min 本工作台滚珠丝杆螺母副的最高转速为1800r/min ，远远小于其临界转速，故满足要求。

4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验

滚珠丝杆螺母副的寿命，主要是指疲劳寿命。它是指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠

丝杠在相同的条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转速。

查附录A 表A-3得滚珠丝杆额定动载荷46500a =C N ，运转条件系数2.1f w =，滚珠丝杆的动载荷69.2929max a ==F F N ，滚珠丝杆螺母副转速n=2000n max =r/min 即：21389h h 1800601031.2n 60r 1031.2r 102

.169.29294650010)f F C (

9h 96363w a a =??==

?=??=?=L L L ）（ 一般来讲，在设计数控机床时，应该保证滚珠丝杆螺母副的总时间寿命h 20000h ≥L ，姑满足要求。

5.计算机械传动系统的刚度

5.1机械传动系统的刚度计算

(1)计算滚珠丝杆的拉压刚度S K 。

本工作台的丝杠支承方式为两端固定，当滚珠丝杠的螺母中心位于滚珠丝杆两支承的中心位置（a=L/2，L=1075mm ）时，滚珠丝杆螺母副具有最小拉压刚度sm in K ，计算为： 当a=Y L =837.5mm 或a=J L =237.5mm 时（即滚珠丝杆的螺母副中心位于行程的两端位置时），滚珠丝杆螺母副具有最大拉压刚度sm ax K 计算得：

(2)计算滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度Kb 。

已知轴承的接触角?=60，滚动体直径Q d =7.144mm ，滚动体个数Z=17,轴承的最大轴向工作载荷F max B = 5723.44N,由表2-45，表2-46得

K b = 4×2.34×35max 2sin βB Q F Z d

= 4×2.34×N m N 49.1677/60sin 44.572317144.73052=???μ

(3)计算滚珠与滚道的接触刚度K c 。

查附录Ａ 表Ａ－３得滚珠与滚道的接触刚度K=1585N/um ，额定动载荷C a =46500N ，滚珠丝杠上所承受的最大轴向载荷F max a =2929.69N ，故由式（2-46）得

K c =K （a a C F 1.0max )31=1585×(465001.069.2929?)31

N/um=1358.79N/um (4) 计算进给传动系统的综合拉压刚度K 。

由式（2-47a ）得进给传动系统的综合拉压刚度的最大值为

故K max =440.53N/μm

由式（2-47b ）得进给传动系统的综合拉压刚度的最小值为

故K m in =370.37N/μm

5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算

由图4-1可知，扭矩作用点之间的距离L 2= 945.5 mm 。已知剪切模量G=4101.8? M pa ,滚珠丝杠的底径d 2=3103.34-?m 。由式（2-48）得

K Φ=22432L G

d π= 11635.35 N ?m/rad

6.驱动电动机的选型与计算

6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。

(1)计算滚珠丝杠的转到惯量J r 。

已知滚珠丝杠的密度ρ=7.8?103-kg/cm 3,由式(2-63)得:

(2)计算联轴器的转动惯量J 0

J 0= 0.78?103-D 4L =0.78?103-?(6.64-34)?8.2kg/cm 3=11.62kg/cm 3

(3)折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量L J 的计算

已知机床执行部件（即工作台、工件和夹具）的总质量m=918kg ，电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=1cm ，则由式（2-65）得

(4)加在电动机轴上总的负载转动惯量d J 的计算

d J =R J +L J +J 0=(21.43+11.62+23.28)2cm kg ?=56.332cm kg ?

6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩

(1)计算切削负载力矩T c 。

已知在切削状态下坐标轴的轴向负载力F a =F max =2929.69N,电动机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=10mm=0.01m,进给传动系统的总效率η=0.90，由式（2-54）得 T c =πη2L F a =m N ????90

.014.3201.069.2929=5.18N ?m (2)计算摩擦负载力矩T μ。

已知在不切削状态下坐标轴的轴向负载力（即为空载时的导轨摩擦力）F 0μ=1575N ，由式（2-55）得T μ=πημ20L

F =90

.014.3201.01575???N ?m=2.79N ?m (3)计算由滚珠丝杠得预紧而产生的附加负载力矩T f 。

已知滚珠丝杠螺母副的预紧力F p =976.56N ，滚珠丝杠螺母副的基本导程L 0=10mm=0.01mm ，滚珠丝杠螺母副的效率0η=0.94，由式（2-56）得

T f =()m N m N L F p .2.0.)94.01(90.014.3201.056.9761222

00=-????=-ηπη

6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩

（1）计算线性加速度力矩T 1a 。

已知机床执行部件以最快速度运动时电动机的最高转速n max =1800r/min ，电动机的转动惯量J m =62kg ?cm 2，坐标轴的负载惯量J d =56.33kg ?cm 2，进给伺服系统的位置环增益k s =20z H ，加速时间a t =s k 3=20

3s=0.15s ，由式（2-58）得 （2）计算阶跃加速力矩。

已知加速时间s s k t s a 05.020

11===，由式（2-59）得 （3）计算坐标轴所需的折算到电动机轴上的各种力矩。

1)按式(2-61)计算线性加速时空载启动力矩q T

2)按式(2-61)计算线性加速时空载启动力矩'q T

3)按式(2-57a)计算快进力矩KJ T

4)按式(2-57a)计算工进力矩GJ T

6.4选择驱动电动机的型号

(1)选择驱动电动机的型号

根据以上计算和表2-14，选择日本FANUC 公司生产的a12/3000i 型交流伺服电机为驱动电机。主要技术参数如下：额定功率，3kW,最高转速,3000r/min ，额定力矩，12N.m,转动惯量，2.62cm kg ,质量,18kg 。

交流伺服电动机的加速力矩一般为额定力矩的5~10倍。若按5倍计算，则该电动机的加速力矩为60N.m ，均大于本机床工作台的线性加速时所需的空载启动力矩m N T q .11.17=以及阶跃加速时所需的空载启动力矩m N T q .58.47'=，因此，不管采用何种加速方式，本电动机均满足加速力矩要求。

该电动机的额定力矩为12N.m ，均大于本机床工作台快进时所需的驱动力矩m N T KJ .99.2=以及工进时所需的驱动力矩m N T GJ .38.5=，因此，不管是快进还是工进，本电动机均满足驱动力矩要求。

(2)惯量匹配验算。

为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量d J 与伺服电动机的转动惯量m J 之比一般应满足式(2-67)，即125.0≤≤m

d J J 而在本例中，]1,25.0[9.062

33.56∈==m d J J ，故满足惯量匹配要求。

7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号

7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级

本机床工作台采用半闭环系统，p V 300、p e 应满足下列要求：

滚珠丝杠螺母副拟采用的精度等级为二级，查表2-20得m m V p μμ9.198300<=，查表2-21得，当螺纹长度为850mm 时，m m e p μμ9.1915<=故满足设计要求。

7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号

滚珠丝杠螺母副的规格型号为FFZD4010-5-P2/?，其具体参数如下。公称直径与导程：40mm,10mm;螺纹长度:850mm;丝杠长度:1239mm;类型与精度:P 类，2级精度。

8.课程设计总结 在这次的课程设计中，学到了一些除技能以外的其他东西，领略到了别人在处理问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化，尤其是在互相的合作中。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

9.参考文献

[1] 范超毅.数控技术课程设计.武汉：华中科技大学出版社，2006

[2] 王爱玲.机床数控技术.北京：高等教育出版社，2006

立式数控铣床进给传动系统设计

目录 1.概述 (1) 1.1技术要求 (1) 1.2总体设计方案 (2) 2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 (2) 2.1主切削力及其切削分力计算 (2) 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) 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 (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 (12) 6.4选择驱动电动机的型号 (13) 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 (14) 8.课程设计总结 (14) 9.参考文献 (14)

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=600mm;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 切削方式进给速度时间比例（%）备注 强力切削0.610主电动机满功率条件下切削 一般切削0.830粗加工 精加工切削150精加工 快速进给2010空载条件下工作台快速进给 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。 （2）工作台导轨采用矩形导轨，在与之相配的动导轨滑动画面上贴聚四氟乙烯导轨板。同时采用斜镶条消除导轨导向面的间隙，在背板上通过设计偏心轮结构来消除导轨背面与背板的间隙，并在与工作台导轨相接触的斜镶条接触面上和背板接触面上贴膜。（3）对滚珠丝杠螺母副采用预紧，并对滚珠丝杠进行拉伸预。 （4）采用伺服电动机驱动。 （5）采用膜片弹性联轴器将伺服电动机与滚珠丝杠连接。 2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 2.1主切削力及其切削分力计算 （1）计算主切削力Fz。

基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文_(2)[1]

基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文_(2)[1]

摘要 数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。 本文正是针对这一问题展开工作的。本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。 根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。 本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。 关键词：PLC控制，数控车床，梯形图

目录 第一章概述 (1) 1.1 数控系统的工作原理 (1) 1.1.1 数控系统的组成 (1) 1.1.2 数控系统的工作原理 (2) 1.2 PLC的硬件与工作原理 (3) 1.2.1 PLC的简介 (3) 1.2.2 PLC的基本结构 (3) 1.2.3 PLC的工作原理 (4) 第二章数控车床的PLC (5) 2.1 数控车床PLC的信息传递 (5) 2.2 数控车床中PLC的功能 (6) 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6) 2.2.2 PLC的控制对象 (6) 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7) 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8) 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9) 3.1 车床主要结构和运动方式 (9) 3.2 车床对电气控制的要求 (9) 3.3 车床的电气控制电路分析 (10) 3.3.1 主电路分析 (11) 3.3.2 控制电路分析 (11)

立式数控铣床

一、机床主要性能和特点 XD-40A立式数控铣床是大连机床集团公司引进国际先进技术，自行研制开发生产的新一代数控机床，该机床独特的高速直线滚动导轨副（X、Y、Z轴）设计，该机床广泛应用于军工、航天、汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘形零件的加工。机床配有自动润滑系统、冷却系统、手动喷枪及便携式手动操作装置（MPG），采用半封闭式防护罩。 1、机床底座、立柱、主轴箱体、十字滑台、工作台等基础件全部采用高强度铸造成型技术，内部金相组织稳定，确保基础件的高稳定性。铸件结构经过机床动力学分析和有限元分析，使其几何结构更加合理，与加强筋的恰当搭配，保证了基础件的高刚性。宽实的机床底座，箱形腔立柱、加宽加长的床鞍、负荷全支撑的设计，结构符合材料力学的先进设计理念，可确保加工时的重负载能力。 2、高速、高精密主轴： (1)主电机功率11/7.5kW，通过高扭力齿形皮带传动，不打滑，并可大幅减低传动噪音及热量产生。 (2)主轴采用精密级斜角滚珠轴承高速高精密，标准转速可达8000r/min。 (3)高性能油脂润滑主轴轴承，经济的主轴头冷却系统，有效地控制主轴高速温升。 (4)主轴利用IRD动态平衡较正设备，直接校正主轴动态平衡，使主轴在高速运转时，避免产生共振现象，确保最佳的加工精度。 3、X、Y、Z轴进给均采用直线滚动导轨支撑，配之高精度滚珠丝杠副，滚珠丝杠经予拉伸后，大大增加了传动刚度并消除了快速运动时产生的热变形影响，因而确保了机床的定位精度和重复定位精度。 4、机床配有密封式导轨防护罩，有效的保护移动部件，延长其使用寿命。 5、当机床选配全防护时，可应用螺旋式自动排屑装置。该装置简洁、环保，适用于一般金属和非金属切屑的输送。（对于铸铁屑、铝卷屑和铁卷屑，建议选配链板式或刮板式等其它排屑装置）。机床配以手动喷（水）枪（选配），易于清除铁屑。 6、CNC控制系统采用标准配置大连数控系统。数控系统可配备第四轴接口，工件/刀具测量接口，标准RS-232接口及DNC功能。 7、高效率自动润滑系统：导轨润滑采用容积分配器搭配注油，定量供给导轨所需用油，减少润滑油的浪费，避免环境污染。 8、精巧的油水分离设备：机床设计时，考虑油水分离的需求，润滑轨道的废油集中到底座后方油水分离箱，减少切削液油水的混合，避免切削液变质，延长使用寿命。 9、电气箱内的配线，皆符合CE的安全规范，确保控制系统运转时不受外部干扰。并采用天井型热交换器，使电气箱内的热空气迅速排出，保持箱内的恒温，使控制系统能长期稳定的运转。 10、高精度螺距补偿，各传动轴均采用高精度激光测量仪补偿使各轴定位精度更加准确，更适合加工高精度的零件。 二、XD-40A立式铣床主要技术参数 1. 工作台规格（长×宽）mm 800×420 2. 工作台最大载重kg 500 3. X坐标行程mm 600 4. Y坐标行程mm 420 5. Z坐标行程mm 520 6. 主轴中心线到立柱正面距离mm 511 7. 主轴端面至工作台上平面距离mm 150～670

数控机床控制系统

习题1-2 数控机床控制系统 一. 判断下列说法的对错，并将错的地方改正。 1. （ ）主轴（spindle ）转速控制，刀具（tool ）自动交换控制属于数控系统的辅助功能。 2. （ ）数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。 3. （ ）轮廓控制数控系统控制的轨迹一般为与某一坐标轴(axis)相平行的直线。 4. （ ）直线控制数控系统可控制任意斜率的直线轨迹。 5. （ ）开环控制数控系统无反馈（feedback ）回路。 6. （ ）配置SINUMERIK 802S 数控系统的数控机床采用步进电动机作为驱动元件。 7. （ ）闭环控制数控系统的控制精度(accuracy)高于开环控制数控系统的控制精度。 8. （ ）全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性，而且控制精度高。 9. （ ）半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。 10. （ ）机床工作台（table ）的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而实现的。 11. （ ）刀具（tool ）按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。 12. （ ）机床主轴（spindle ）的起动与停止是根据CNC 发出的开关命令，由PLC 完成 的。 13. （ ）CNC 中位置调节器是用模拟调节器。 14. （ ）在双环进给轴控制器中，转速调节器的输入是位置调节器的输出。 15. （ ）穿孔纸带（tape ）是控制介质的一种。 16. （ ）软盘属于输出装置。 17. （ ）M 功能指令被传送至PLC-CPU ，用PLC 程序来实现M 功能。 图1-2-1 数控机床控制方式

18.（）数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC 控制程序来实现的，一般用C语言编写。 19. （）HAAS立式加工中心的自动换刀动作是这样完成的：换刀指令经CNC-CPU译码后，由轴控制器(axis controller)控制完成。 20. （）HAAS立式加工中心(vertical machining center)共有三个坐标轴，其控制主要由PLC完成。 21. （）CNC machines generally read and execute the program directly from punched tapes. 22. （）CNC对加工程序解释时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。刀具（tool）的选择和交换即属于开关功能。 23. （）位置调节器的命令值就是插补器发出的运动序列信号。 24. （）目前的闭环伺服系统都能达到0.001μm的分辨率。 25. （）经济型数控机床一般采用半闭环系统。 26. （）数控机床一般采用PLC作为辅助控制装置。 27. （）半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同，半闭环的位置传感器安装在工作台上，全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。 28.（）只有半闭环系统需要进行螺距误差补偿，而全闭环系统则不需要。 29.（）数控机床的数控系统主要由计算机数控装置和伺服系统等部分组成。 二. 填充，以完成下列各表述。 1.只有在位置偏差（跟随误差）为时，工作台才停止在要求的位置上。 2.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动 机构，将角度转换成工作台的直线位移。 3.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置，通常使用为伺服执行机构。 4.辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的指令信号，主要控制装置是。 5.数控机床控制系统包括了、、、、、。 6. 进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成的，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 7. 闭环和半闭环控制是基于原理工作的。 8. 数控机床的基本组成包括、、、、、以及机床本体。 图1-2-2 HAAS立式加工中心

XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计

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

ABSTRACT The 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

数控机床传动系统设计介绍

1. 开发XXX型号数控车床的目的和理由 国内数控车床经过十几年的发展，已形成较为完整的系列产品，但用户要求越来越高，对价格性能比更为看重，尤其对某些小型零件的加工，其所需负荷较小，调速范围不宽，加工工序少，效率高，但目前国内数控车床功能多，价格高，造成很大浪费，而我厂现有的数控车床，虽然在这方面做得较好，其加工范围的覆盖面也较宽，但针对上述零件加工的机床还是空白，对用户无法做到“量体裁衣”。随着市场经济的发展和产品升级换代，上述零件加工越来越多，市场对其具有较高效率，价格较低的排刀式数控车床的要求量越来越大，综上所述，为适应市场要求，扩大我厂数控车床在国内机床市场上的占有量，特进行N-089型数控车床的开发。 2 机床概况、用途和使用范围 2.1 概述： XXX型号是结合我厂数控机床和普通机床的生产经验，为满足高速、高效和高精度生产而设计成铸造底座、平床身、滚动导轨，可根据加工零件的要求自由排刀的全封闭式小规格数控车床。本机床采用SIEMENS 802S系统，主电机为YD132S-2/4双速电机。主传动采用富士FRN5.5G9S-4型变频器进行变频调速，进给采用德国SIEMENS公司生产的110BYG-550A 和110BYG-550B步进电机驱动的半闭环系统，两轴联动。 2.2 用途： XXX型号型数控车床可以完成直线、圆锥、锥面、螺纹及其它各种回转体曲面的车削加工，适合小轴类、小盘类零件的单件和批量生产，特别适合于工序少，调速范围窄，生产节拍快的小轴类零件的批量生产。 2.3 使用范围： 本机床是一种小规格，排刀式数控车床，广泛用于汽车、摩托车、纺织、仪器、仪表、航空航天、油泵油嘴等各种机械行业。 3 XXX型号型数控车床的主要技术参数： 3.1 切削区域： a. 拖板上最大回转直径75mm b. 最大切削长度180mm

数控铣床控制系统设计

控制系统课程项目 设计说明书 项目名称：数控铣床控制系统设计 系别：机械电子工程系 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：city 学号：09128888 组员：学号： 学号： 指导教师：陈少波

完成时间：2012 年 6 月8 日至2012 年 6 月22 日 目录 1 概述 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2使用设备 (3) 1.3设计内容及要求 (4) 2 NUM1020控制系统设计 (4) 2.1 功能概述 (4) 2.2 主要元器件选型 (5) 2.2.1电机选型 (5) 2.2.2 伺服驱动器与变频器选型 (8) 2.3 电路原理设计 (9) 2.3.1 电源供电设计 (9) 2.3.2 驱动电路设计 (10) 2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计 (10) 2.3.4 手轮与轴卡连接设计 (11) 2.3.5铣床控制电路设计 (12) 2.4 控制系统设计 (13)

2.4.1控制系统功能设计 (13) 2.4.2 参数设置 (14) 2.4.3 程序设计 (16) 3 总结 (20) 1 概述 1.1 设计目的 1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程 2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程 3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程 4）、了解数控系统内置式PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备 1)、NUM1020数控系统一套 2)、安川交流伺服电机3套 3)、计算机及梯形图编辑软件一套

1.3设计内容及要求 1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。 2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。 3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。 4）、完成PLC输入输出点的分配。 5）、具有行程及其他基本的保护功能。 6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能） 7）、完成设计报告。 2 NUM1020控制系统设计 2.1 功能概述 此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统

立式数控铣床进给系统课程设计

目录 1 概述 (3) 1.1 零件技术要求 (3) 1.2 总体方案设计 (3) 2 设计计算 (3) 2.1主切削力及其切削分力计算 (3) 2.2 导轨摩擦力计算 (4) 2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (4) 2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4) 3 工作台部件的装配图设计 (9) 4 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (9) 4.1 滚珠丝杠螺母副临界转速压缩载荷的校验 (9) n的校验 (10) 4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 c 4.3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (10) 5 计算机械传动系统的刚度 (10) 5.1 机械传动系统的刚度计算 (10) 5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (12) 6 驱动电动机的选型与计算 (12) 6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (12) 6.2 计算折算到电动机上的负载力矩 (13) 6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需的力矩 (13) 6.4选择驱动电动机的型号 (14) 7 机械传动系统的动态分析 (15) 7.1 计算丝杠-工作台纵向振动系统的最低固有频率 (15) 7.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 (15) 8 机械传动系统的误差计算与分析 (16) 8.1 计算机械传动系统的反向死区 (16) 8.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 (16) 8.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (16)

9 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (16) 9.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (17) 9.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (17) 课程设计总结 通过此次数控编程课程设计，我对立式数控铣床的进给系统有了个基本的了解，加深了对立式数控铣床的认识。通过立式数控铣床进给系统的设计，使我在装配结构和制造结构的各种方案以及在机械设计制图、零件计算和编写技术文件等方面得到了综合训练，培养了我的初步的结构分析与结构设计计算能力。 虽然只有一周的时间，在很仓促的情况下完成了这次数控编程的课程设计，但收获却很大，使我初步具备了设计的能力，并且我相信我在这方面的设计能力会逐渐成熟起来。 参考文献 1.范超毅．数控技术课程设计．武汉：华中科技大学出版社，2006 2.王爱玲．机床数控技术．北京：高等教育出版社，2006

数控机床单片机控制系统设计

简易数控机床控制系统设计 学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务： 设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求 1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。 2、可用于加工直线和圆弧。 3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。 4、能实现越界报警。 5、可与PC机通讯。 总体方案设计 一、数控系统硬件电路设计 选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示： 图1.1 总体设计框图 工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计

CE ：片选信号，低电平有效，输入 ：读信号，低电平有效，输入 PGM ：编程脉冲输入端，输入 Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V) D 011 D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 719A 010A 19A 28A 37A 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 12 2 G N D 14C E 20 PG M 27V c c 28V p p 1 N C 26 O E 22 2764 输出允 许编程 逻辑 译 码 输出缓冲 256 256存储矩阵 A12 A11 ``` A0 OE PGM CE D0 ``` D7

机床夹紧、进给液压传动系统设计

液压传动课程设计 中国矿业大学机电学院 选修课

设计参数： 不计惯性负载 题目：在某专用机床上有一夹紧进给液压系统，完成工件的先夹紧后、后进给任务，工作原理如下： 夹紧油缸： 快进→慢进→达到夹紧力后启动进给油缸工作 进给油缸： 快进→慢进→达到进给终点→快速退回 夹紧油缸快速退回。 夹紧缸快进速度：0.05m/s 夹紧缸慢进速度：8mm/s 最大夹紧力：40KN 进给油缸快进速度：0.18m/s 进给油缸慢进速度：0.018m/s 最大切削力：120KN 夹紧缸行程：用行程开关调节（最大250mm） 进给缸行程：用行程开关调节（最大1000mm） 一、工况分析： 1．负载分析

已知最大夹紧力为40KN，则夹紧油缸工作最大负载 140 F KN = 已知最大切削力为120KN，则进给油缸工作最大负载 2120 F KN = 根据已知负载可画出负载循环图1(a) 根据已知快进、快退速度及工进时的速度范围可画出速度循环图1(b) 图1(a) 图1(b)

2.确定液压缸主要参数 根据系统工作原理可知系统最大负载约为120KN 参照负载选择执行元件工作压力和主机类型选择执行元件工作压力最大负载宜选取18p MPa =。动力滑台要求快进、快退速度相等，选用单杆液压缸。此时液压缸无缸腔面积1A 与有缸腔面积2A 之比为2，即用活塞杆直径d 与活塞直径D 有d=的关系。为防止液压缸冲击，回油路应有背压2P ，暂时取MPa P 6.02=。 从负载循环图上可知，工进时有最大负载，按此负载求液压缸尺寸。根据液压缸活塞力平衡关系可知： M e F A p A p η+= 2211 212A A = 其中，M η为液压缸效率，取95.0=M η 2 46 2 111046.8910)3.04(95.031448)2 (m p p F A M e -?=?-= - = η m A D 1067.014 .31046.894441 =??== -π m D d 075.0707.0== 将D 和d 按GB2348-30圆整就近取标准值，即

数控铣床伺服进给系统设计

摘要 本文完成了对数控铣床伺服进给系统的设计。首先确定了总体设计方案，和X、Y、Z三个方向的运动参数，之后根据运动参数确定了数控机床的传动方案，由导程、当量动载荷、最小螺纹底径确定了X、Y、Z三个方向的滚珠丝杠以及由最大切削负载转矩、负载转动惯量等确定了X、Y、Z三个方向的伺服电机，并且校验了X、Y、Z三个方向的伺服进给系统。 确定了结构方案后，用CAXA 实体设计软件对结构中丝杠、导轨、伺服电机等零件进行了3D建模，之后装配出X、Y、Z三个方向的伺服进给系统，并生成出数控铣床伺服进给系统的二维工程图，最后对其进行了运动仿真。 关键词：进给系统；滚珠丝杠；伺服电机；CAXA实体设计

Abstract In this paper, the machine servo systems of the CNC milling are designed. First,overall design scheme is determined，and the motion parameters of the X,Y,Z three directions are determined，then according to the motion parameters，the transmission scheme of the CNC machine is determined，and by the lead, equivalent dynamic load, and bottom diameter of the smallest screw，the ball screws of the X, Y, Z three directions are determined and by the maximum cutting load torque, moment of inertia of the load ，the servo motors of the X, Y, Z three directions are determined，and the servo feed systems of the X, Y, Z three directions are checked. After determining the program of the structure，three-dimensional modeling of the screws 、rails 、servo motors and other parts in the structure are set up by using CAXA physical design software，then the servo systems of the X, Y, Z three directions are assembled，and two-dimensional engineering drawings of the servo systems of the CNC milling machine are generated，finally the motion simulation is set up. Keywords : Feed system;Ball Screw;Servo motor;CAXA physical design

立式数控铣床X-Y数控工作台课程设计

课程设计 课程名称：数控技术课程设计 学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号： 年级：任课教师： 2012年 1 月 16 日

课程设计任务书

课程设计（论文）任务书 学生姓名：指导教师： 任务书发出时间2011年12月25日 设计时间2011年12月26日——2012年1月16日 设计（论文）题目数控技术课程设计 设计（论文）内容 ①结合设计任务的要求拟定总体机械和电气控制设计方案。 ②根据拟定的机械设计方案进行二坐标数控工作台的机械结构设计计算和元件的 选用。 ③根据拟定的电气设计方案进行数控系统控制电路的框图设计及驱动控制电路的 计算和元件选用。 ④根据指定要求进行有关软件的流程图设计。 ⑤对指定的软件程序进行编写。 ⑥进行机械结构的工程图和电气原理图的绘制。 ⑦编写设计说明书。 设计（论文）的要求（含说明书页数、图纸份量） ①方案拟定正确。 ②设计计算根据来源可靠，计算数据准确无误。 ③元气件选用正确规范符合国家颁布标准。 ④机械结构图纸绘制视图完整、符合最新国家标准，图面整洁、质量高。 ⑤电气部份图纸要求符合国家标准，图面布局合理、整洁、质量高。 ⑥机械和电气部份图纸总量为 1.5 张“0”号图量，其中含机械装配图1～2张、 电气控制原理框图及计算机I/O接口和驱动控制电路等电气原理图1～2张。 ⑦课程设计说明书应阐述整个设计内容：如课题来源现实意义、总体方案确定、 系统框图分析、电气执行元件的选用说明、机械传动和驱动电路的设计计算以 及机械和电气的其它部分。说明书要突出重点和特色，图文并茂、文字通畅、 计算正确、字迹清晰、内容完整。说明书页数不少于 20 页

数控机床进给系统设计

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。

数控机床进给系统范文

数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力：在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量 3．高的传动精度与定位精度设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4．宽的进给调速范围：伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。 5．响应速度要快：所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象 6．无间隙传动：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7．稳定性好、寿命长：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。 联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，

数控铣床传动系统设计

数控铳床传动系统设计 学院：—机械工程学院— 专业：—机械维修及检测技术教育 班级：= __________________ 学号：_________ 姓名：

目录 第一章立式数控铣床工作台（X轴）设计 (1) 1.1概述 (1) 1.2设计计算 (2) 1.3滚珠丝杆螺母副的承载能力校验 (12) 1.4传动系统的刚度计算 (14) 1.5驱动电动机的选型与计算 (17) 1.6机械传动系统的动态分析 (20) 1.7机械传动系统的误差计算与分析 (21) 1.8确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (23) 第二章数控机床控制系统设 (25) 2.1设计内容 (25) 总结与体会 (32) 参考文献 (33)

第一章立式数控铳床工作台（X轴）设计 1.1概述 1.1.1技术要求 工作台、工件和夹具的总重量m=860kg （所受的重力W =8600N,其中，工作台的质量m o=460kg （所受的重力W o=4600N ；工作台的最大行程L p=560mm工作台快速移动速度V max=15000 mm min;工作台采用滚动直线导轨，导轨的动摩擦系数u=0.01,静 摩擦系数u0=0.01 ;工作台的定位精度为25um，重复定位精度为18 um；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。 机床采用伺服主轴，额定功率p E=5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=100mm主轴转速n=280「/min，切削状况如表2-1所示。 表2-1数控铣床的切削状况

1.1.2总体方案设计 为了满足以上技术要求，采取以下技术方案。 （1） 对滚珠丝杠螺母进行预紧； （2） 采用伺服电动机驱动； （3） 采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连; （4） 采用交流调频主轴电动机，实现主轴的无级变速。 1.2设计计算 1. 2.1主切削力及其切削分力计算 （1）计算主切削力F Z 。 根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切 削（铣刀直径 D=100m ）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动 机的全部功率。此时，铣刀的切削 速度为 若主传动链的机械效率 m=0.8，按式F z 二m P E 103 可计算主切 v 削力F Z : F z 二 103 二 0.8 5.5 10— 2993.20N V 1.47 （2）计算各切削分力 根据《数控技术课程设计》表2-1可得工作台纵向切削力F i 、 v J Dn 60 3 3.14 100 10- 280 60 二 1.47m/s