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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:

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

1. 设计目的：

（1）培养学生运用数控技术及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，

独立地分析和解决问题，初步具备设计一个数控机床的进给传动系统的能力。

（2）能根据技术要求，运用数控机床结构设计设计的基本原理和方法，进行数控机床功能部件的选型与设计计算，提高结构设计能力。

（3）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。

（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写设计说明书等基本技能。

2. 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

要求设计立式数控铣床工作台（X 轴）的进给传动系统。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。

具体内容如下：

（1）进给传动系统的轴向负载计算；

（2）导轨的设计与选型；

（3）滚珠丝杆螺母副的选型与计算；

（4）进给传动系统的刚度计算；

（5）驱动电动机的选型与计算；

绘制相关图纸，撰写设计说明书。必须以负责的态度对待自己所作的技术决定、

数据和计算结果。注意理论与实践的结合。

3. 设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、

实物样品等〕：

根据提供的技术要求，设计数控铣床的进给传动系统，撰写课程设计说明书（A4 纸），绘制装配图。

4. 主要参考文献：

[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

5. 设计成果形式及要求：

提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求；

装配图1 套。

6. 工作计划及进度：

2009 年12 月23 日~12 月24 日进给传动系统的轴向负载计算；导轨的设计与选型；

滚珠丝杆螺母副的选型与计算；

12 月25 日~12 月26 日进给传动系统的刚度计算；

驱动电动机的选型与计算；

12 月27 日~12 月30 日绘制相关图纸，编写课程设计说明书

12 月31 日答辩

系主任审查意见：

签字：

年月日

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

切削方式强力切削进给速度

0.6

时间比例（%）

备注

主电动机满功率条件下切削

一般切削0.8 30 粗加工

精加工切削 1 50 精加工

快速进给20 10 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。

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：m 0.8 ，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 F 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 F 。此时导轨动摩擦系数0.15，查

表2-3 得镶条紧固力 f

1500N ,则

（2）按式（2-9a）计算在不切削状态下的导轨摩擦力 F

0 和F

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F amax

（2））按式（2-11a）计算最小轴向负

载力

F min

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n

max

1800 r / min 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n

i 。

进给速度时间比例

切削方式轴向载荷/N 备注

/(m/min) /(%)

强力切削2929.69 10

一般切削（粗加工）2160.94 30

精细切削（精加工）1721.48 50

快移和镗钻加工1575 10

（3）按式（2-17 ）计算滚珠丝杠螺母副的平均转速n

。

（4）按式（2-18 ）计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷F m

3) 确定滚珠丝杠预期的额定动载荷C am

（1）按预定工作时间估算。查表2-28 得载荷性质系数 f w =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

得

f a =1，查表2-30 得可靠性系数 f c =0.44 ，则由式（2-19 ）

（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f e =4.5 ，则

（3）确定滚珠丝杠预期的额定动载荷C am 。

取以上两种结果的最大值，C am ＝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d2m

（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30 m ，重复定位精度为15 m ，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

max1=（1

1 ）

15 m ＝（5~10）m

max 2 （~ ）

5 4

30 m ＝（6~7.5 ）m

取上述计算结果的较小值，即max =5 m。

（2）估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m 。

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）L 0

取L＝1.4 ×行程+30L 0≈（1.4 ×600+30×10）mm＝1140mm

又F0 =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L 0、C am 、d2m ，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

直径d2 如下：

d 0、基本导程L 0 、额定动载荷C a 和丝杠

d 0=40mm，L 0=10mm

C a =46500N＞C am =33801.49N

d2 =34.3mm＞d2m =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F p

1 1

F p= F max

3 3

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。

已知温度变化值△t=2 ℃，丝杠的膨胀系数α=11 10 6m / ℃，滚珠丝杠螺母副的有效行程L u ＝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 ＝11△t L u ×10 -6 ＝11×2×886×10-6 mm＝0.02mm

（2）按式（2-32 ）计算滚珠丝杠的预拉伸力F t 。

已知滚珠丝杠螺纹底径d2 =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F Bmax 。

（2）计算轴承的预紧力F Bp 。

（3）计算轴承的当量轴向载荷F Bam 。

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

因为F

F r

3188.5

1832.48

1.74

2.17 ，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

内径d 为30mm，以满足滚珠丝杠结构的需要。

d2 为34.3mm，所以选择轴承的

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

F BP ' 为 2900N

，大于计算所得的轴承预紧力

F BP =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n max =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 n c 的校验

根据图可得滚珠丝杆螺母副临界转速的计算长度 L 2 =837.5mm 。已知弹性模量

E=2.1 105

MPa ，材料密度

1 7.8 g

10 5 N/ mm 3

，重力加速度 9.8 ，安全系数 K 1 =0.8 。由表

2-44 查得 4.73

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：

2 EI n c K 1

0.8

60 4.73

2.1 10

67909 -5

9.8 103

r/min=10738.5r/min 2 L 2

2 3.14 837.5

7.8 10 923.54

d Z F

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C

a 46500 N，运转条件系数 f

1 .

2 ，滚珠丝杆的动

载荷F a F max 2929.69 N，滚珠丝杆螺母副转速n=n

m ax

2000 r/min

L ( C

a )3106 （46500 ）106 r 2.31 109 r

即：

F a f w

2929.69

2.31 109

1.2

L h

60n

60 1800

21389h

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L

20000h ，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K

smin

，计算为：

当a= L Y =837.5mm或a=L

J =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K

smax

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d

=7.144mm，滚动体个数Z=17,轴承的最大轴向

工作载荷F

B max

= 5723.44N, 由表2-45 ，表2-46 得

K = 4 ×2.34 ×3 2

Q B max

sin5

= 4 ×2.34 ×37.144 1725723.44 sin5 600 N / m 1677.49 N

(3) 计算滚珠与滚道的接触刚度K c 。

=46500N，滚查附录Ａ表Ａ－３得滚珠与滚道的接触刚度K=1585N/um，额定动载荷C

=2929.69N，故由式（2-46 ）得

珠丝杠上所承受的最大轴向载荷F

a max

K c =K （

F a max

) 3

=1585×( 2929.69 1 ) 3

N/um=1358.79N/um 0.1C a

0.1 46500

(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= 8.1 10

M pa ,

滚珠丝杠的底径 d 2 = 34.3 10 3

m 。由式（ 2-48）得

d 2

G K =

32L 2

= 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

=7.8 10 3 kg/cm 3 , 由式(2-63) 得:

(2) 计算联轴器的转动惯量 J 0

= 0.78 10 3 D 4 L =0.78 10

(6.6 4 -3 4 ) 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 J L 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 J d 的计算

J = J + J +J =(21.43+11.62+23.28) kg ? c m 2

=56.33 kg ? cm

m d 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 = F a L =

2929.69 0.01 N ? m =5.18N ? m 2 2 3.14 0.90

(2) 计算摩擦负载力矩 T 。

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 0 =1575N ，由式

F （2-55 ）得 T = 2

0 L = 1575 2 3.14 0.01

0.90 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=0.01m ，m

滚珠丝杠螺母副的效率

0 =0.94 ，由式（

2-56 ）得

T f =

F p L 0 2

976.56 0.01 (1 0.942 )N .

m 0.2N .m

2 3.14 0.90

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 a1 。

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 =62kg ? cm 2

，坐标轴的负载惯量 J =56.33kg ? cm 2

，进给伺服系统的位置环增益

k s =20Hz ，加速时间 t a =

3 =

s=0.15s ，由式（ 2-58 ）得

k s

（2）计算阶跃加速力矩。

1 已知加速时间 t a

k s

s 0.05s ，由式（ 2-59 ）得 20

（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T

2) 按式(2-61) 计算线性加速时空载启动力矩T q

3) 按式(2-57a) 计算快进力矩T

4) 按式(2-57a) 计算工进力矩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，62kg.cm2 , 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T

17.11N .m 以及阶跃加速时所需的空载启动力矩' 47.58N.m，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T KJ 2.99N .m 以及工进时所需的驱动力矩T GJ 5.38N .m ，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J

与伺服电动机的转动

惯量J

m 之比一般应满足式(2-67) ，即0.25 J d

1 J m

而在本例中，J

J m

56.33

0.9 [0.25,1] ，故满足惯量匹配要求。

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。

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， V 300 p 、 e p 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V 300 p

8 m 19.9 m ，查表 2-21

得，当螺纹长度为 850mm 时， e p 15 m 19.9 m 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

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

数控铣床的工作原理【详述】

数控铣床的工作原理内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一．数控铣床的定义数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。数控铣床分为不带刀库和带刀库两大类，其中带刀库的数控铣床又称为加工中心。数控铣床加工范围主要包括： 1.平面加工：数控机床铣削平面可以分为对工件的水平面(XY)加工，对工件的正平面(XZ)加工和对工件的侧平面(YZ)加工。只要使用两轴半控制的数控铣床就能完成这样平面的铣削加工。 2.曲面加工：如果铣削复杂的曲面则需要使用三轴甚至更多轴联动的数控铣床。二．数控铣床的组成部分数控铣床的基础件包括：数控铣床的基础件通常是指床身、立柱、横梁、工作台、底座等结构件，其尺寸较大（俗称

大件），“井”构成了机床的基本框架。其他部件附着在基础件上，有的部件还需要沿着基础件运动。由于基础件起着支撑和导向的作用，因而对基础件的本要求是刚度好。除了基础件，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成： 1、辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 2、主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 3、控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 4、机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。 5、进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。三．数控铣床的工作原理数控原理涉及到的内容特别多：如数控系统的总成，结构、机床插补运行的过程、位置反馈检测的过程、原理电机的种类、工作特性等、PLC的工作方式！简言之就是：工作原理是数控装置内的计算机对以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，向机床进给等执行机构发出命令，执行机构则按其命令对加工所需各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制，从而完成工件的加工。铣床的工作原理如下：

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

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]

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)

专用铣床液压系统设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告题目名称专用铣床液压系统设计题目类别毕业设计学院（系）专业班级学生姓名指导教师辅导老师开题报告日期2011年3月26日专用铣床液压系统设计学生：

指导教师：汪建华长江大学机械工程学院 1 题目来源及题目类别题目名称：专用铣床液压系统设计题目来源：生产实际和老师的科学研究题目类别：毕业设计 2 研究的目的及意义液压系统设计是一个综合实践性教学环节，通过该毕业设计，要求达到以下目的： 1. 巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2. 正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3. 熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD 技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 3 阅读的主要文献及资料名称 [1] 张群声.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2002 [2] 俞启荣.机床液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1984 [3] 俞启荣.液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1990 [4] 丁树模，姚如一. 液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1992 [5] 章宏甲，周邦俊.金属切削机床液压传动[M].南京：江苏科学技术出版社，1997 [6] 龚曙光.ANSYS工程应用实例解析.北京：机械工业出版社，2003 [7] 章宏甲，黄谊. 机床液压传动[M]. 北京：机械工业出版社，1987 [8] 杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M]. 北京：机械工业出版社，1991 [9] 王春行.液压伺服控制系统[M]. 北京：机械工业出版社，1987 [10] 陆元章.现代机械设备设计手册：第二卷[M].北京：机械工业出版社，

数控铣床简介(DOC)

数控铣床数控铣床引是在一般铣床的基础上发展起来的，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似，但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床，所以其结构也与普通铣床有很大区别。主要系统描述主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

控制系统数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统、排屑和防护等装置。机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架数控铣床的特点 1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。 2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。 3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 4、加工精度高、加工质量稳定可靠。 5、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化。

6、生产效率高。 7、从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式，而不像车削那样连续切削，因此对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削状况下，还要求有良好的红硬性。数控铣床的基本结构数控铣床形式多样，下面以XK5040A型数控立式升降台铣床为例介绍其组成情况。该机床由6个主要部分组成．即床身部分，铣头部分，工作台部分，横进给部分，升降台部分，冷却、润滑部分。(1)床身床身内部布局合理，具有良好的刚性，底座上设有4个调节螺栓，便于机床进行水平调整，切削液储液褴设在机床座内部。

数控车床横向进给系统设计

1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 1.4 主要设计任务已知参数：最大加工直径D m a x=400m m，工作台及刀架重：30㎏；最大轴向力：130㎏；导轨静摩擦系数：0.2；行程：360m m；步进电机： 110B F003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.c m.s-2；设计要求：车床控制精度：0.005m m（即为脉冲当量）；加速时间：25m s；最大进给速度：V m a x=2.5m/m i n。

2、运动设计 2.1传动方案拟定数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。步进电机具有如下优点 : (1)电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量； (2)电动机的转速与输入的脉冲频率成正比，与要控制脉冲频率就能调节步进电动机的转速； (3)停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变，电动机轴可以保持在某个固定位置上，不需要机械制动装置； (4)变通电相序即可以改变电动机的转向； (5)进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差； (6)进电动机转动惯量小，启动、停止迅速。滚珠丝杠副具有摩擦数小传动效率高，所需的传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行；随着精度和定位精度高，磨损小，寿命长，精度保持性好，可通过预紧间隙消除措施提高轴承刚度和反向精度，运动具有可性。故在本次设计中采用步进电机带动X向工作台移动。传动方案1的结构简单，但是消除由步进电动机引起的振动等现象能力较差，故在本次设计中不采用方案1；传动方案2采用同步带传动保持恒定传动比，传动精度高工作平稳，结构紧凑，无噪声，有良好减振性能，但制造工艺比较复杂，传递功率较小，寿命较低，故在本次设计中不易采用。所以本次设计中采用方案3的齿轮传动，其主要特点是效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定，传动过程中采用消隙齿轮，消除正反转齿轮间隙提高传动精度，性价比高。 2.2降速比计算

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

数控机床液压系统设计

摘要本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。关键词：数控车床液压油泵液压油缸液压控制阀三爪卡盘性能分析参数优化设计 G RADUATE D ESIGN (T HESIS) 设计(论文)题目：数控机床液压系统设计指导教师：李洪奎 I

Abstract The present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal. According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design. The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product. Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design II

虚拟轴数控机床的仿三轴控制(1)

虚拟轴数控机床的仿三轴控制刖言虚拟轴数控机床的出现被认为是本世纪最具革命性的机床设计突破。如果充分发挥这种新型机床在结构上的优势，就有可能为大幅度地提高机床的性能开辟一条新途径。通过分析发现：对于一般直接基于 Stewart平台原理的虚拟轴机床，其旋转坐标的合理运动范围比常规五坐标数控机床要小得多（通常只有20?30度，而五坐标机床可以达到 90度以上），并且随着旋转角的加大将大幅度地减少机床的有效工作空间。虽然复合结构可以扩大转角范围，但结构复杂，难以保证高刚度，因此，普通虚拟轴机床不太适合加工大范围、多坐标运动的零件。但从另一个角度看，在实际生产中需要多坐标加工的复杂零件毕竟是少数，而占主导地位的还是普通常规零件的加工。因此，研究如何利用虚拟轴机床的结构特点，在常规零件的咼速、咼效加工上发挥其优势，将更具有实际意义。虚拟轴机床仿三轴控制方法的基本思想是，模仿现有的三坐标数控机床的控制方法，对虚拟轴机床的六自由度运动进行控制，从外特性上看，使得虚拟轴机床和常规三坐标数控机床等效。这样，不仅现有各种成熟的三坐标自动编程系统可直接用于六自由度的虚拟轴机床，而且通过仿三轴控制可使主轴单元仅进行平移运动，大幅度扩大了虚拟轴机床的工作空间，使其发挥更大的作用。此外，通过仿三轴控制，还可有效地减少控制系统的复杂性，从而显著降低机床的成本，有利于这种新型机床在较大范围内推广应用。

2虚拟轴机床进行常规加工的优势为虚拟轴机床的一种典型结构，该结构可归结为一种所谓的六杆平台结构”其具体含义是，将六根可变长度驱动杆（简称驱动杆）的一端固定于静平台（如地基或机床框架）上，驱动杆的另一端与动平台联接，即与主轴单元相联接。这样，调节六驱动杆的长度，可使主轴和刀具相对于工件作所要求的进给运动。通过控制系统对进给运动进行精确控制，即可加工出符合要求的工件。图1虚拟轴机床的基本结构鉴于虚拟轴机床具有常规数控机床无可比拟的优点，而这些优点正是实现高速、高精度加工所必需的，因此将其作为常规零件的高效加工设备，以最大限度地发挥其优势。 3仿三轴控制的基本原理由于虚拟轴机床中不存在沿固定方向导向的导轨，数控加工所需的刀具运动轴X、Y、Z等并不真正存在，因此，即使仅需获得三维刀具运动（姿态恒定仅位置变化），也必需对动平台进行六自由度控制。仿三轴控制方法是根据虚拟轴机床的结构特点所提出的模拟常规三坐标数控机床的一种控制方法。其出发点是：用虚拟轴机床加工常规零件时，装于主轴中的刀具仅需作三维平移运动，其姿态为固定值。这样，虽然与动平台固联的主轴单元有六个运动自由度，但涉及实时计算的仅为三个平移自由度。为此本文用刀具球心或端面中心在机床坐标系中的坐标Xm、Ym、Zm表示刀具位置，并通过三坐标插补算法实时计算其位移量。同时，建立一原点位于刀具球心或端面中心的

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

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

XK712数控铣床Z向步进进给系统设计

引言制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水平和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。随着社会生产和科学技术的发展，机械产品的性能和质量的提高。产品的更新换代也不断的加快。因此对机床不仅要求迅速适应产品零件的换代有教高的精度和生产率，而且应有教高的精度和生产率，生产的需要促使数控机床的产生。随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速发展起来。数控机床的进一步设计的必要性可以解决形状复杂小批零件的加工问题，稳定加工质量和提高生产率。但是由于受其它条件的限制，例如价格、精度等问题。所以设计改造数控机床的进给系统是刻不容缓的。数控机床进给传动系统的设计，其中包括进给系统的轴向负载计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杠螺母副的选型计算，进给传动系统的动态特性分析误差计算，驱动电动机的选型计算，驱动电动机与滚珠丝杠的连接等等。通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。

目录第一章数控铣床概述 (4) 1.1 数控机床的产生和发展 (4) 1.1.1数控机床的产生 (4) 1.1.2数控系统的发展 (5) 1.2 我国数控技术的发展概况 (5) 1.2.1数控技术再国民经济中的重要地位 (5) 1.2.2.我国数控机床发展存在的问题与对策 (6) 1.3 数控机床的发展趋势 (7) 1.4 数控铣床的主要功能及特点 (8) 1.5数控铣床的分类和应用 (8) 1.5.1 数控铣床的分类 (8) 1.5.2 数控铣床的应用 (9) 第二章XK712数控铣床Z向的总体方案设计 (9) 第三章机床Z向步进进给系统机械部分设计算 (10) 3.1设计参数 (10) 3.2 铣削力的计算 (10) 3.2.2计算各切削力 (10) F (10) 3.2.1计算主铣削力Z 3.3导轨的设计与选型 (11) 3.3.1 导轨概述 (11)

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

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