数控铣床进给系统的设计要点

目录

摘要 ............................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................................II 第一章绪论 ..............................................................................................................................- 1 -

1.1 数控技术与数控机床 ...................................................................................................- 1 -

1.2 数控机床的特点及发展趋式 .......................................................................................- 1 -

1.3 数控铣床与其进给系统 ...............................................................................................- 3 -

1.4 总体设计方案的拟定 ...................................................................................................- 3 - 第二章机床横向进给系统机械部分计算与设计.....................................................................- 5 -

2.1 脉冲当量的选择与切削力的计算 ...............................................................................- 5 -

2.2滚珠丝杆螺母副的计算和选型 ....................................................................................- 6 -

2.3 伺服电机的选择 .........................................................................................................- 12 -

2.4 导轨的设计及滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧......................................................- 15 -

2.5联轴器的选用 ..............................................................................................................- 16 - 第三章三维实体造型设计及图纸生成 ..................................................................................- 17 -

3.1 工具软件UG的介绍..................................................................................................- 17 -

3.2 造型过程 .....................................................................................................................- 17 - 参考文献 ....................................................................................................................................- 21 - 致谢 ............................................................................................................................................- 22 -

数控铣床（320mm）Y轴进给系统三维设计及加工专业：学号：

学生姓名：指导教师：

摘要

近年来，我国经济飞速发展，既促进和带动了制造业的发展，也使其遇到了严峻的挑战，迫切地需要改造传统的加工制造模式。这其中很重要的一条就是使用更高速、更精确、更可靠的数控机床来代替普通的人工机床。本文就是在这样的背景下，借助先进的CAX软件—UG NX 5.0，通过对其他数控机床的分析与观察，根据实际要求，分析、设计数控铣床（320mm）横向进给系统。特别值的一提的是，本文摒弃了传统的二维设计方法，利用UG进行三维参数化造型设计，直接生成工程图纸和加式代码，这对于缩短设计周期，提高设计质量和产品的加工生产效率有着重要的意义。

关键词：数控铣床；进给系统；加工

Three-dimensional Design And Manufacturing Of Feed Machanism In NC Mill Machine Tool

Abstract

These years,the economy of China is developing very fast which pushes the manufacturing industry to a new step as well as bringing great challenge,making it necessary to refresh the traditional mode of https://www.wendangku.net/doc/c317064539.html,ing numerical control(NC) machine tool in stead of ordinary machine tool is one of the important ways to reach our goals,as the fomer is faster,more accurate and more relliable.On the background of this,thanks to the powerfull three-dimensional CAX software,it is very convenient to analyse,design and produce,compared of the traditional two-dimensional method.In this paper,after careful studying of the other NC machine tools,based on pratical requriment which has been provided by our teacher,we have designed the feed mechanism(Y-orit ation) of mill NC machine tool(320mm).One of the things that I’m eager to share with you is what a wonder to use UG in the process of design and shaping.With the help of UG, we can produc the engineering deawing and code for production immediently after three dimensional modeling which is a great help to the production.All in all , we can design a better machine in a shorte time.

Keyword:NC Mill Machine Tool;Feed System;Manufacturing

第一章绪论

1.1 数控技术与数控机床

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。

目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业。

数控技术是当今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一，它使传统制造工艺发生了显著的、本质的变化。随着数控技术的不断发展和应用，工艺方法和制造系统的不断更新，形成了CAD、CAM、CAPP、CAT、FMS等一系列具有划时代意义的新技术、新工艺的制造系统。

在国际贸易中，很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品。世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，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。数控铣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。

1.2 数控机床的特点及发展趋式

随着科学技术的发展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多样化的要求越来越强烈。中、小批量生产的比例明星增加，要求现代数控机床成为一种精密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为满足制造业向更高层次发展，为柔性制造单元、柔性制造系统，以及计算机集成制造系统提供基础设备，也要求数控机床向更高水平发。世界数控机床产业发展的基本共识是朝着高速高效化、精密化、复合化、智能化、信息化、环保化和设计模块化的方向发展。

高速高效化

高速和超高速加工技术可以提高加工效率，也是加工难削材料、提高加工精度、控制振动的重要保障。其技术关键是提高机床的主轴转速和进给速度。比如进一步提高高速电主轴最高转速及功率、扭矩，采用传感技术进行振动监测和诊断，进一步轻量化进给系统，采用直线电机和力矩电机的直接驱动方式，由刀具

主轴部件实现机床的3个直线坐标运动等。

精密化

由于机床结构和各组件加工的精密化，机床达到微米级精度已不是问题。目前高档数控机床定位精度（全行程）已达0.004～0.006mm，重复定位精度0.002～0.003mm。同时，代表精度水平的超精密的纳米级机床已开始不断涌现。

复合化

在零部件一体化程度不断提高、数量不断减少的同时，加工的产品形状日益复杂，多轴化控制的机床适合加工形状复杂的工件。另一方面，产品周期的缩短要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求，这就要求1台机床能够处理以往需要几台机床处理的工序。在保持工序集中和减少工件重新安装定位的前提下，使更多的不同加工过程复合在一台机床上，以减少占地面积，减少零件传送和库存，保证加工精度和节能降耗的要求。

智能化

现代智能化数控机床可以根据切削条件的变化，自动调节工作参数，保持最佳工作状态，得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度值，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。此外，系统还可以随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查，实现故障停机、故障报警、提示发生故障的部位、原因等。智能化现代数控机床的发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。

信息化

利用计算机技术和网络通信技术，机床制造商可以建立机床远程技术支持体系，实现工况信息的传输、存储、查询和显示，以及远程智能诊断。基于网络连接，机床用户可以及时获得机床制造商的远程技术支持，机床制造商可准确有效地得到用户方的机床工况资料数据，进行机床状态的网上在线诊断，实现机床全生产周期服务的开放式网络监控服务，可以提高售后服务效率，并有助于及时改进产品的质量。

环保化

环保是机床产品必须达到的条件。通过干切削、准干切削、硬切削等措施避免冷却液、润滑液对周围环境造成生态危害以及采用全封闭的罩壳，全面避免切屑或切削液外溅是主要的两个环保化要求。

设计模块化

模块化的设计在机床制造中已应用得炉火纯青，横向系列，纵向系列，全系列，跨系列的模块化设计使得同样两台机床，外形上看，好象完全一样，但功能则完全不同，所构成的模块很多则是通用的。模块化设计将是贯穿产品设计全过

程的一条主线，无论是机床技术发展的潮流还是市场竞争的要求，无论是降低成本的需要，还是提高产品质量的需要，都要求在产品的开发设计中，切实做好模块化的设计工作。产品生产向社会协作、专业化方向发展，小而全的模式将被淘汰。

1.3 数控铣床与其进给系统

数控铣床可以人为立式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也不尽相同，主要有点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径自动补偿功能、刀具长度自动补偿功能、镜像加工功能、固定循环功能和特殊功能。具备自适应功能的数控铣床可以在加工过程中把感受到的切削状况（如切削力、温度等）的变化，通过适应性控制系统及时控制机床改变切削用量，使铣床及刀具始终保持最佳状态，从而可获得较高的切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命。数控铣床在配置了数据采集系统后，就具备了数据采集功能。目前已出现既对实物扫描采集数据，又能对采集到的数据进行自动处理生成数控加工程序的系统，这些为进行设计制造一体化工作提供了手段。

数控机床的进给系统是数控装置与机床本体的传动环节，其作用是接收数控装置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、交流伺服电机，功率步进电机，电液马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。它能根据指令信号精确的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规律运动所合成的运动轨迹。

数控铣床进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。伺服系统按使用的驱动装置分类可分为电液伺服系统和电气伺服系统；按使用直流伺服电机或交流伺服电机分类可分为直流伺服系统和交流伺服系统；按反馈比较方式分类可分为脉冲数字比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统及全数字伺服系统；按有无位置检测和反馈可以分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。伺服进给系统的基本要求是高精度、快的响应速度、宽的调速范围、低速时的大转矩。

1.4 总体设计方案的拟定

一、系统运动方式的确定

数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。本次设计的机床要求具有定位、直线插补、顺、逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。

二、控制方式的选择

伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统中，没有检测反馈装置，数控装置发出的信号的流向是单向的，也正是由于信号的单向流程，它对机床移动部件的实际位置不作检测，所以机床的加工精度要求不太高，其精度主要取决于伺服系统的性能，开环伺服系统主要由步进电机驱动。这类机床工作比较稳定，反应迅速，调试和维修比较简单。目前经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。

半闭环控制系统中，对工作台的实际位置不进行检查测量，而是是通过与伺服电机有联系的的测量元件，如测速发电机或光电编码盘等间接检测伺服电机的转角，推算出工作台的实际位置，有此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。这种控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，调式却比闭环方便。

闭环控制系统有机床移动部件上的检测反馈装置，在加工时刻检测机床移动部件的位置，使之和数控装置所要求的位置相符合，以期达到很高的加工精度。闭环系统多采用直流伺服电动机或交流电机驱动。这类机床的优点是精度最高的，速度快，但是调试和维修比较复杂，其关键是系统的稳定性，所以在设计时应对其稳定性给予足够重视。

本次设计的机床精度要求高，但考虑到经济及调试等问题，选用半闭环型的控制系统。

三、机械传动方式

目前数控铣床的纵向和横向多采用伺服电机，进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。我们这里拟采用的是滚珠丝杠副传动，以减少摩擦系数，提高进给机构的整体刚度。滚珠丝杠与电机间用联轴器直接连接，以消除间隙。

第二章 机床横向进给系统机械部分计算与设计

主要参数如下：

工作台面积(长×宽) 900×320 mm

工作台左右行程(X 向) 630 mm

工作台前后行程(Y 向) 400 mm

主轴上、下行程(Z 向) 500 mm

工作台最大承重 600 kg

主轴端面至工作台面距离 125-625 mm

刀具最大尺寸 φ100×250 mm

刀具最大重量 6 kg

主轴最高转速 8000 rpm

进给速度 5-5000 mm/min

快速移动速度 15000 mm/min

主电机功率 7.5kw

主轴最大输出扭矩 94 N.m

定位精度 《JB/T8772.4-1998》 X:0.01mm ，Y 、Z ：0.01mm 全程 进给电机扭矩 8 N.m

起动加速时间（ms ）： 30

2.1 脉冲当量的选择与切削力的计算

一．选择脉冲当量

根据机床精度要求确定脉冲当量：

横向：0.01mm/step

二．计算切削力

切削功率为

K N N C η=

试中 N---主电动机功率，7.5KW

η---主传动系统总效率，一般为0.6~0.7，取为0.6

K---进给系统功率系数，取0.96

根据上述公式可得：C N =4.32KW 。又因为C N =Z F V/6120,V 为切削线速度，取100mm/min ，所以主切削力为Z F =2.59KN 。

通常：纵向切削分力纵F =（0.6~0.9)Z F

垂直切削分力垂F =（0.45~0.7）Z F

横向切削分力横F =（0.5~0.55）Z F

取 纵F =0.6Z F =1.55KN

垂F =0.45Z F =1.165KN

横F =0.5Z F =1.265KN

2.2滚珠丝杆螺母副的计算和选型

1、计算进给轴向力Fm(N)

丝杠上的工作载荷Fm 是指滚珠丝钢负载驱动工作台时滚珠丝钢所承受的轴向力，也叫进给牵引力。它包括三个力：滚珠丝杆的走刀抗力、工件的重力、作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。矩形导轨的工作载荷Fm 的计算公式为：

)2(G F F f KF Fm +?+'+=纵垂横

式中 K —考虑颠覆力矩影响的实验系数，矩形滑动导轨取K=1.4；

f '—滑动导轨摩擦系数：贴塑导轨为0.03-0.05，取0.03；

G —工作台、夹具和刀具的重量，G=600?9.8=5880N 。

则N

Fm k 93.1)88.555.12165.1(03.0265.14.1=+?++?=

2、动载强度计算

当转速10/min n r >时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式是工作表面的疲劳点蚀，因此要进行动载强度计算，其计算动载荷Q 应小于或等于滚珠丝杆螺母副的额定动负荷，即 Q=a p 3K K Fm

L

式中 p K ——载荷性质系数，本式中去p K =1.5；

Ka ——精度影响系数，本式中取Ka =1；

L ——滚珠丝杆工作寿命，以610r 为1个单位；

本次设计中，电机与丝杆通过联轴器直接相连，减速比i=1，工作台的最高

进给速度达到5m/min ，选用丝杆导程为6mm 的丝杆，丝杆的最高转速为1500r/min ，工作台的最小进给速度为5mm/min ，故丝杆的最低转速为0.5r/min ，可取为0，则平均转速n=（1500+0）/2=750r/min 。故丝杆的工作寿命为 L=61060nT =610

150075060??=675 式中 T ——丝杆使用寿命，按设计机床要求取T=15000h ；

n ——丝杆转速；

代入上式得 Q=

a p 3

K K Fm L = ↑??1

19305.16753=25395N 3、静强度计算 当转速10/min n r ≤时，滚珠丝杠螺母的主要破坏形式为滚珠接触面上产生较大的塑性变形，影响正常工作。因此，应进行静强度计算，最大计算静载荷0Q 为

m a x 0Q F f S =

式中 m a x

F ——滚珠丝杆的最大轴向负载； S f ——静态安全系数，当为一般运转时，S f =1-2，S f =2-3，本式中S f =2.5； 则，上式为max 0Q F f S ==2.5?1930=4825N

根据计算额定动负载荷和额定静负荷初选滚珠丝杠副型号为4506L W 1型一列2.5圈外循环螺纹预紧滚珠丝杆副。

其名义直径为45mm ，导程6mm ，滚珠直径3.969mm 。额定动负荷16758N ，额定静负荷or F =63994N 。动载荷与静载荷载均满足要求选定精度为1级。

4、滚珠丝杆支承选择

滚珠丝杠的支承形式有四种：（1）一端固定，一端自由，这种安装方式承载能力小，轴刚度低，只是用于短丝杆，一般用于数控机床的调节环节或升降台式数控铣床的立向坐标中；（2）一端固定，一端简支，此种可用于丝杆较长的情况；

（3）两端固定，这种安装方式适用于承载能力大，高速，高刚度，高精度的机床。从刚度计算可以看出，丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大。而采用两端固定的支承方式，压杆的稳定性和临界转速高，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，丝杠可以预拉伸，预拉伸后可减小丝杠自重下垂和补偿热膨胀且轴承组合的

刚度高。

本传动系统的丝杆采用两端固定的结构形式。固定端用单排推力球轴承51307和深沟球轴承6307，推力轴承承受轴向力，深沟轴承承受径向力，中间用套筒分开。

5、压杆稳定性

细长杆在受压缩载荷时，不会发生失稳的最大压缩载荷为临界载荷er F 。

er F =3.424211010L

d f ?(N) w D d d 2.102-= （m ）

式中 0d —丝杆公称直径，m ；

w D —滚珠直径，m ；

L —丝杆最大受压长度，m ；

1f —丝杆支承方式系数（当一端固定，一端自由时，1f =0.25；当一

端固定，一端游动时，1f =2.0；两端固定时，1f =4.0）。

代入数据得

w D d d 2.102-==45-4.0?3.969=29.124mm

er F =3.424211010L

d f ?=3.4241094.0029124.0410??=61600(N) 临界载荷er F 与工作载荷Fm 之比称为稳定性安全系数k n ，当k n =m er F F ≥[k n ],

则压杆稳定，[k n ]为许用稳定性安全系数，一般[k n ]=2.5-4；

此时k n =3.40196261600m er ==F F ≥[k n ]

则此丝杆稳定。

6、临界转速校核

对于高速长丝杠有可能发生共振，需要算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转速(/min).c n r

2229910c c

n L =

20 1.2w

d d D =-

式中 Lc ——临界转速计算长度,取0.4m ； ——丝杠支撑方式系数。

（当一端固定，一端自由时，2f =1.875；当一端固定，一端游动时，

2f =3.927；两端固定时，2f =4.730）

。 w D d d 2.102-==45-1.2?3.969=40.2372mm

min /140774

.00402372.0499109910n 222c r L d

f c =?==

远远大于其最大速度，故临界转速满足。

7、额定寿命的校核

滚珠丝杠的额定动载荷16758C a =，已知其轴向载荷1930N Fm =，滚珠丝杠的转速min /r 675n =，运转条件系数5.1f w =，则有

r 10304105

.119301675810f L 66363w m a ?=??=?=）（）（F C h 172506756010304n 60L 6

k =??==L

滚珠丝杠螺母副的总工作寿命h 1500017250L k ≥=，故满足要求。

预紧力p F =a C /4=16758/4=4190N 。符合要求。

8、传动效率的计算

丝杠螺母副的传动效率η为

η=

)

tan(tan φ+v v 式中 摩擦角——Φ=10′

摩擦角——v =34 ’

2f

η=)

tan(φ+v =)

01'34tan('34tan '+ =0.960

滚珠丝杠的传动效率高，这可使丝杠副的温度变化较小，对减小热变形，提高刚度、强度都起了很大作用。

滚珠丝杠基本尺寸

滚珠丝杠副主要尺寸列表

9、传动系统刚度及精度验算

丝杆的导程误差、伺服系统误差、丝杆轴承的轴向跳动误差和在载荷作用下各机械作用下各机械环节弹性环节变形引起的误差是影响系统精度的因素。 主要尺寸

计算公式 计算结果 公称直径 0d

45 基本导程 0L

6 接触角β

'34ο 钢球直径 b d

3.969 滚道法面半径R R=0.52b d 2.06

螺纹升角 γ 0

0d arctg πγL = '302ο 偏心距 e e=(R-2/d b )sin β

0.005 螺杆外径d d=0d -（0.2~0.25）b d

44.1 螺杆内径1d

d 1=d 0+2e-2R 43.22 螺杆接触直径x d

x d =1d -b d cos β 39.2 螺母螺纹直径D

D=0d -2e+2R 49.11 螺母内径1D 1D =0d +（0.2~0.25）b d

45.89

（1）传动系统综合刚度计算

由滚珠丝杆本身的抗压刚度tmin K 、支承轴承的轴向刚度ba K 、滚珠丝杆副中滚珠与滚道的接触刚度C K 、折算到滚珠丝杆副上伺服系统刚度R K 、折算到滚珠丝杆副上联轴节的刚度1K 、滚珠丝杆副的抗扭刚度k K 、螺母座、轴承座的刚度h K 形成的综合刚度K 为：

h

k 1R c ba tmin 11111111K K K K K K K K ++++++= 一般在校核计算中，折算到滚珠丝杆副上联轴节的刚度、滚珠丝杆副的抗扭刚度、螺母座、轴承座的刚度、伺服刚度一般可忽略不计。则上式可简化为：

c

ba tmin 111

1K K K K ++= （1.1）滚珠丝杆本身的抗压刚度tmin K

已知工作台的横向行程为400mm ，当螺母移动到离定位点最远位置时，距离为最远，最大距离为734mm=0.734m 。则丝杆拉压刚度为

61126max 2

16max tmin 10734.0410204322.0104d 10---?????=?=?=ππL E L AE K =399（N/m μ） 式中 1d ——丝杆底径

E ——丝杆材料钢的弹性惯量，E=。a 1022GP ?

（1.2）丝杆轴承的轴向刚度

单排推力球轴承51307的预加载荷0F =3102N ，轴向外载荷为导轨摩擦力f F =fG=0.03?600?9.8=176N,故轴向载荷为预加载荷与轴向外载荷之和，即a F =0F +f F =3102+176=3278(N)。

丝杆轴承轴向载荷刚度可按下式求得，即

323217144.7350644.3'44.3??==Z d F K a ba =505（N/m μ）

（1.3）滚珠丝杆螺母的接触刚度c K

查丝杆螺母样本手册得

c K =2300（N/m μ）

则传动系统总和刚度K 为

c ba tmin 111

1K K K K ++==2300

1505139911++=174（N/m μ） （2）弹性变形量δ

数控铣床的定位精度是在不切削空载条件下检验的。故轴向载荷仅为导轨的摩擦力f F 。本设计中的摩擦力f F =206N,故因f F 引起的弹性变形量为

)(1185

206m K F f

μδ≈== （3）定位误差验算

本设计中滚珠丝杆在任意300mm 内的导程误差300V 为6m μ，加弹性变形量δ=1m μ，即6+1=7m μ。再加上某些次要因素，将不会超过要求的定位公差，能满足定位精度0.01的设计要求。

2.3 伺服电机的选择

伺服电机的选用，应考虑三个要求：最大切削负债转矩，不得超过电机的额定转矩，电机的转子惯量M J 应与负载惯量r J 相匹配（匹配条件可根据伺服电机样本提供的匹配条件，也可以按照一般的匹配规律）；快速移动时，转矩不得超过伺服电机的最大转矩。

（1） 最大切削负载转矩计算

所选伺服电机的额定转矩应大于最大切削负载转矩。最大切削负载转矩T 可根据下式计算，即

T=(πη2max h P F +PO T +fo T )i= 9.02006.01930??π +2.4+0.23=2.85（m N ?)

其中，从前面的计算已知最大进给力max F =1930N ，丝杆导程h P =10mm=0.006m ，预紧力P F =3120N ，查丝杆样本，滚珠丝杆螺母副的机械效率η=0.9。因滚珠丝杆预加载荷引起的附加摩擦力矩

PO T =8

.29P h P F =≈3120?0.01/29.8=1.87(m N ?) 查单个轴承的摩擦力矩为0.115m N ?，故一对轴承的摩擦力矩PO T =0.23m N ?。伺服电机与丝杆直连其传动比i=1。

（2） 负载惯量计算

伺服电动机的转子惯量M J 应与负载惯量r J 相匹配。负载惯量可按以下次序计算。

①工件、夹具与工作台折算导电机轴上的惯量1J ：

=?===22h 21201.0006n 2n m w v ）（）（）（π

πP m J 0.00152(2m kg ?) ②丝杆加在电机轴上的惯量2J 丝杆名义直径0D =45mm ，长度l=600m ，丝杆材料钢的密度ρ=7.83

3m /kg 10?。根据下列计算，丝杆加在电机轴上的惯量2J 为

=????==43402045.06.0108.7321321ππρLD J 0.0024(2m kg ?) ③联轴器加上锁紧螺母等的转动惯量3J 可直接查手册得到

3J =0.0012m kg ?

则负载及机械传动装置总的转动惯量为：

()2321r 00492

.0001.00024.000152.0m kg J J J J ?=++=++= 按照小型数控机床惯量匹配条件，4/1r ??J J M ，

所选伺服电机的转子惯量M J 应在0.00605~0.02422m kg ?范围之内。

根据上述计算可初步选定伺服电机。选用直流伺服电机，可选北京数控设备厂的FB-14型直流伺服电机，其额定转矩为16.8N ?m ，大于最大切削负载转矩M=2.8N ?m;转子惯量M J =0.0162m kg ?，满足匹配要求。

FB-14型直流伺服电机的主要技术参数如下。

最高转速n ：1500r/min 。

额定转矩e T ：16.8N ?m 。

最大转矩max T ：154N ?m 。

转子惯量M J ：0.0162m kg ?。

反电动势系数e K ：0.583rad /s V ?。

转矩系数t K ：0.57N ?m/A 。

电驱直流电阻26.0m ：R Ω。

（3）空载加速转矩计算

当执行件从静止以阶跃指令加速导最大移动（快速移动）时，所需的空载加速转矩a T 为

a T =ac

t 6.9Jn 空载加速时，主要克服的是惯性。总惯量

=+=M J J J r 0.00605+0.019=0.025（N ?m ）

则 a T =≈??=0456

.06.91500025.0t 6.9ac Jn 86 （N ?m ） 空载加速转矩a T 不允许超过伺服电机的最大输出转矩max T 。由此可见，FB-14型直流伺服电机的max T =154N ?m >a T =86N ?m ，满足设计要求。

（4）伺服系统增益

通常取系统增益S K 为8~25.对轮廓控制的数控铣床可取较大值。如取S K =201s -。伺服系统的时间常数a t =1/S K =1/20s=0.05s 。根据a T =

ac

t 6.9Jn 。如选用FB-14型直流伺服电机，执行件（工作台）达到的最大加速度为

82.9201.0025.01542max =?=?=ππh P J T a (m/2s ) 伺服系统要求达到的最大加速度发生在系统处于时间常数a t 内，执行件的速度从-max v 增加导+max v 时

）（2m a x m a x s /m 1030

201530=?=?=S K V a 显然，max a a >，因而按照加速能力选择S K =201s -是合适的。如max a 远小于a ，可适当增大S K 值以提高系统的性能。

2.4 导轨的设计及滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧

一、导轨的设计

铣床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁、等支承件上的导轨进行运动的，导轨的作用概括地说就是对运动部件起导向和支承作用，导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。导轨主要由机床上两个相对运动部件的配合面组成一对导轨副，其中不动的配合面成为支承（固定）导轨，运动的配合面成为运动导轨。

滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨，且已广泛用于数控机床上，其摩擦因数小，且动、静摩擦因数差很小，能防止低速爬行现象，耐磨性强等特点。塑料导轨多与铸铁导轨或淬硬钢导轨相配使用。

二、滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧

滚珠丝杠副是回转运动与直线运动相互转换的一种新型传动装置，在数控铣床上得到了广泛的应用。

滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区会产生严重接触变形，接触刚度与接触表面预紧力成正比。如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙，接触刚度较小；当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的传动精度。为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向精度，必须消除滚珠丝杠螺母副轴向间隙。消除间隙的方法常采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺纹滚道的两个相反的侧面上，用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大。预紧力过大会使空载力矩增加，从而减低传动效率，缩短使用寿命。

通过调整两个螺母之间的轴向位置，使两个螺母的滚珠在承受载荷之前，分别与丝杠的两个不同的侧面接触，产生一定的预紧力，以达到提高轴向刚度的目的。

调整预紧有多种方式，上图所示的为螺纹调隙式结构，用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用另一圆螺母将其锁紧。这种调整方法的结构简单紧凑，调整方便，但调整较差。

2.5联轴器的选用

凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器有键分别与两轴联接，然后有螺栓把两个半联轴器联成一体，以传递运动和转矩。这种联轴器有两种主要的结构形式。一种是普通的凸缘联轴器，通常是靠铰制孔用螺栓来实现现轴对中；另一种是有对中榫的凸缘联轴器，靠一人半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器睥凹缘相配合而对中。

凸缘联轴器结构简单、成本低、可传递较大的转矩，对于转速不高、无冲击、轴的刚性大、对中性好时常采用，本设计选用有对中榫的凸缘联轴器。

第三章三维实体造型设计及图纸生成

3.1 工具软件UG的介绍

EDS公司的Unigraphics NX是一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。Unigraphics NX为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式，它不仅对几何的操纵，更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。

Unigraphics NX能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识，事实证明为企业带来了战略性的收益。

来自UGS PLM 的NX 使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。

如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。

NX 是UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。

NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新，NX 的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得NX 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中

3.2 造型过程

本次设计中的三维造型全部采用UGNX5.0,主要是对电机外形、联轴器、轴承、轴承座、丝杆、丝杆螺母、底座以及一些标准件的造型设计。

1、底座的设计

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。

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

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，

FANUC加工中心系统指令及代码

1、G00与G01 G00运动轨迹有直线和折线两种，该指令只是用于点定位，不能用于切削加工 G01按指定进给速度以直线运动方式运动到指令指定的目标点，一般用于切削加工 2、G02与G03 G02:顺时针圆弧插补G03:逆时针圆弧插补 3、G04(延时或暂停指令） 一般用于正反转切换、加工盲孔、阶梯孔、车削切槽 4、G17、G18、G19 平面选择指令，指定平面加工，一般用于铣床和加工中心 G17:X-Y平面，可省略，也可以是与X-Y平面相平行的平面 G18:X-Z平面或与之平行的平面，数控车床中只有X-Z平面，不用专门指定 G19:Y-Z平面或与之平行的平面 5、G27、G28、G29 参考点指令 G27:返回参考点，检查、确认参考点位置 G28:自动返回参考点（经过中间点） G29:从参考点返回，与G28配合使用 6、G40、G41、G42 半径补偿 G40：取消刀具半径补偿 G41：刀具半径左补偿； G42：刀具半径又补偿； 先给这么多，晚上整理好了再给 7、G43、G44、G49 长度补偿 G43：长度正补偿 G44：长度负补偿 G49：取消刀具长度补偿 8、G32、G92、G76 G32：螺纹切削G92：螺纹切削固定循环G76：螺纹切削复合循环 9、车削加工：G70、G71、72、G73 G71：轴向粗车复合循环指令G70：精加工复合循环G72：端面车削，径向粗车循环G73：仿形粗车循环 10、铣床、加工中心： G73：高速深孔啄钻G83：深孔啄钻G81：钻孔循环G82：深孔钻削循环 G74：左旋螺纹加工G84:右旋螺纹加工G76：精镗孔循环G86：镗孔加工循环 G85：铰孔G80：取消循环指令 11、编程方式G90、G91 G90：绝对坐标编程G91：增量坐标编程 12、主轴设定指令 G50：主轴最高转速的设定G96：恒线速度控制G97：主轴转速控制（取消恒线速度控制指令）G99：返回到R点（中间孔）G98：返回到参考点（最后孔） 13、主轴正反转停止指令M03、M04、M05 M03：主轴正传M04：主轴反转M05：主轴停止 14、切削液开关M07、M08、M09 M07：雾状切削液开M08：液状切削液开M09：切削液关 15、运动停止M00、M01、M02、M30 M00：程序暂停M01：计划停止M02：机床复位M30:程序结束，指针返回到开头

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

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

FANUC系统铣床与加工中心工艺编程与操作实例

单元二外轮廓零件加工 课题一平面加工 图2—1—1 平面加工任务图 参考程序： O0001； G90 G94 G21 G17； G91 G28 Z0； G90 G54 M03 S350； G00 ； Z5.0 M08； G01 Z-8.0 F50；

Y50.0 F52； G00 ； ； G01 Z-4.0 F50； Y50.0 F52； G00 ； X10. ； G01 Z-6.0 F50； G02 R50.0 F52； G00 Z20.0 M09； G91 G28 Z0； M30； 课题二外形轮廓加工

图2—2—1 零件加工任务图参考程序： （1）圆柱台加工程序 ○0001； G90 G94 G40 G17 G21； G91 G28 Z0； G90 G54 M3 S350； G00 Y0； ； G01 Z-4.0 F52； G41 D02 G01 Y0 F52； G02 J0； G40 G01 Y0； G41 D02 G01 YO； G02 J0； G40 G01 Y0； G41 D02 G01 Y0； G02 J0； G40 G01 Y0； G00 ； G91 G28 Z0； M30； （2）外轮廓加工程序 ○0002； G90 G94 G40 G17 G21； G91 G28 ZO； G90 G54 M03 S350； G00 Y52.0 M08； ； G01 Z-9.0 F52； G41 D02 G01 Y30.0 F52； G01 ；

； G02 ； G01 ； G02 ； G01 ； G02 ； G01 ； G03 ； G40 G01 ； G00 Z20.0 M09； G91 G28 Z0； M30； 粗加工时，选用Φ20的立铣刀，刀具号为T02，刀具半径补偿号为D02，补偿值为10.2mm （0.2mm是精加工余量）。 精加工时，选用Φ12的立铣刀，刀具号为T03，刀具半径补偿号为D03，补偿值为6mm。 单元三内轮廓零件加工 课题一槽加工

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

法兰克系统数控铣床代码完整版

法兰克系统数控铣床代码完整版 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. 数控铣床法兰克系统代码 G00 01 定位（快速移动） G01 01 直线插补（进给速度） *G00和G01为一组，选其一 G02 01 顺时针圆弧插补 G03 01 逆时针圆弧插补 *G02和G03为一组，选其一 G04 00 暂停，精确停止 G09 00 精确停止 *G04和G09为一组，选其一 G17 02 选择X Y平面 G18 02 选择Z X平面 G19 02 选择Y Z平面 *G17、G18、G19为一组，选其一 G27 00 返回并检查参考点 G28 00 返回参考点 G29 00 从参考点返回

G30 00 返回第二参考点 *G27~G30为一组，选其一 G40 07 取消刀具半径补偿 G41 07 左侧刀具半径补偿 G42 07 右侧刀具半径补偿 *G41、G42为一组，选其一，与G40成对使用G43 08 刀具长度补偿＋ G44 08 刀具长度补偿－ G49 08 取消刀具长度补偿 *G43、G44为一组，选其一，与G49成对使用G52 00 设置局部坐标系 G53 00 选择机床坐标系 *G52、G53为一组，选其一 G54 14 选用1号工件坐标系 G55 14 选用2号工件坐标系 G56 14 选用3号工件坐标系 G57 14 选用4号工件坐标系 G58 14 选用5号工件坐标系 G59 14 选用6号工件坐标系 *G54~G59为一组，选其一 G60 00 单一方向定位 G61 15 精确停止方式

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