数控车床进给传动系统设计_Word下载.doc

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1.2.3数控机床的特点 5

1.3数控系统的发展简史及国外发展现状 5

1.4我国数控系统的发展现状及趋势 5

1.4.1数控技术状况 5

1.5伺服系统的特点 7

1.6设计的内容、目的和方法 9

2进给系统的总体设计 10

2.1机床的主要性能参数 10

2.2进给系统的精度要求及主要工作参数 10

2.3进给传动控制伺服系统的选择 11

2.4进给系统的传动要求及传动类型的选择 12

2.4.1进给系统的传动要求 12

2.4.2传动类型的选择 12

2.5电机与丝杠联接方式的选择 13

2.6进给传动方案设计 13

2.7进给系统的一些其它要求 14

2.8总体布局 14

3滚珠丝杠螺母副的选择与计算 15

3.1主切削力的计算 15

4横向进给系统 17

4.1已知技术参数 17

4.2滚珠丝杠的计算及选择 17

4.2.1滚珠丝杠导程的确定 17

4.2.2确定丝杠的等效转速 17

4.2.3估计工作台质量及工作台承重 18

4.2.4确定丝杠的等效负载 18

4.2.5确定丝杠所受的最大动载荷 19

4.2.6选择滚珠丝杠型号 20

4.3校核 20

4.3.1临界压缩负荷 20

4.3.2临界转速 21

4.3.3丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 22

4.3.4丝杠扭转刚度 23

4.3.5传动精度计算 24

4.3.6伺服电机计算 25

4.3.7电机的选择 26

5纵向进给系统 27

5.1已知技术参数 27

5.2滚珠丝杠的计算及选择 27

5.2.2确定丝杠的等效转速：

27

5.2.3估计工作台质量及工作台承重：

5.2.4确定丝杠的等效负载：

5.3校核 29

5.3.1临界压缩负荷 29

5.3.2临界转速 29

5.3.3丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率 29

5.3.4丝杠扭转刚度 30

5.3.5传动精度计算 30

5.3.6伺服电机计算 31

5.3.7电机的选择 32

结论 33

致谢 34

参考文献 35

附录1数控车床纵向进给传动机构 36

附录2数控车床横向进给传动机构 37

附录3数控车床装配图 38

1绪论

1.1数控机床的概念

数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。

它与普通机床相比，其优越性是显而易见的，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度极高，可减轻工人的体力劳动强度，大大提高了生产效率，特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。

1.2数控机床的组成分类及特点

1.2.1数控机床的组成

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。

1.控制介质：

以指令的形式记载各种加工信息；

2.数控装置：

接受输入的加工信息，经数控装置运算处理，向伺服系统发出相应的脉冲；

3.伺服系统：

把数控装置的脉冲信号转换成机床运动部件的机械位移；

用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。

4.机械系统：

包括，主轴部分、进给系统、刀库和自动换刀装置（ATC）、自动托盘交换装置（APC）等。

1.2.2数控机床的分类

数控机床的品种和规格繁多，分类方法不一。

根据不完全统计，目前已有近

500种数控机床。

根据数控机床的功能和组成，一般分为以下几类：

按坐标轴数分类：

一般数控机床，数控加工中心机床，多坐标轴数控机床；

按特点分类：

点位控制数控机床，直线控制数控机床，轮廓控制数控机床；

按有无测量装置分类：

开环数控系统，半闭环数控系统，闭环数控系统；

按功能水平分类：

经济型，普及型，高级型。

1.2.3数控机床的特点

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，尤其对于约占机械加工总量80%的单件、小批量零件的加工，更显示出其特有的灵活性。

概括起来，数控机床有以下几方面的特点：

1.提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质量稳定；

2.提高生产效率，一般约提高效率3-5倍，使用数控加工中心机床则可提高生率5-10倍；

3.可加工形状复杂的零件；

4.减轻了劳动强度，改善了劳动条件；

5.有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。

1.3数控系统的发展简史及国外发展现状

1949年美国帕森公司首先提出了机床数字控制的概念。

1952年第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。

20世纪50年代末，完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统——晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。

随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统——集成电路数控系统。

1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统——小型计算机数控系统，然后，随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业，1974年，第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。

应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统（CNC）。

综上所述，由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统也随着不断更新，发展非常迅速，几乎5年左右时间就更新换代一次[1]。

数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。

欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程，1990年日本机床产值数控化率达75％，美国达70．1％，德国达57％。

目前世界数控机床年产量超过15万台，品种超过1500多种[2]。

1.4我国数控系统的发展现状及趋势

1.4.1数控技术状况

目前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭型向开放型过渡的时期。

我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术（包括核心技术），已达到国际先进水平。

自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。

例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。

尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。

特别重要的是，我国数控系统的可靠性已有很大提高，MPBF值可以在15000h以上。

同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过60%。

这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础[1]。

我国进行改革开放后，由于政策的开放，使得金属切削行业得以和世界上先进的机床制造国家进行技术交流，并通过引进技术，到80年代初，国产数控机床进入实用化阶段，1991年数控机床的产值数控化率为14．3％，到1997年数控机床产值数控化率为24．5％。

目前，我国数控机床（包括经济型机床）品种约有500个[2]。

但是，与国外数控车床相比，在性能、质量设计、制造等各方面存在较大差异，并存在许多不足：

机械件的材质、加工精度、加工工艺存在较大差距，装配工艺也存在一定差距；

主轴及卡盘刚性差，主轴定位准停不好；

安全性较差，软硬件保护功能不够；

刀片磨损快，生产成本高，效率低；

硬件设计方面不规范，不符合国标，比如使用电压等级、电线颜色使用、图纸资料的绘制装订、提交等等，有的机床厂家甚至仍然停留在十年二十年前的设计思想；

程序设计方面缺乏标准，不规范，逻辑性不强，故障率高，在使用过程中需不断对程序进行修改；

外围元件布置及走线不规范，标牌线号不清，图纸与实物不符，维修困难；

使用的元器件本身质量差，使用寿命短，故障率高，有的机床厂家为了降成本却忘记了质量、忘记了可靠性，选用一些国产的轴承、接触器、继电器、接近开关等元件，在生产过程中小故障连绵不断；

柔性化不强，多品种生产困难。

而国外数控车床无论是设计水平，还是制造水平，都要高出国内数控车床。

机械件材质、加工精度、加工工艺、装配工艺比较好；

软硬件设计有专门的标准，设计规范合理，配套件齐全，标牌标示清楚齐全；

使用的元器件质量好，故障率低；

新技术的应用及时领先；

概括来说，精度及可靠性高、性能稳定故障率低[3]。

1.4.2数控系统的发展趋势

随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领域日益扩大。

为了满足社会经济发展和科技发展的需要，数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。

1.5伺服系统的特点

数字控制，是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。

数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。

数控机床是典型的数控化设备，它一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床四部分组成。

1.信息载体

信息载体又称控制介质，用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。

常用的信息载体有穿孔带等，通过相应的输入装置将信息输入到数控系统中。

数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘将加工信息直接输入，或通过窜行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。

高级的数控系统可能还包含一套自动编程机或者CAD/CAM系统。

2.计算机数控系统

计算机数控系统是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。

它由硬件和软件组成。

硬件除计算机外，其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。

软件由管理软件和控制软件组成。

数控装置控制机床的动作可概括为：

机床主运动、机床的进给运动、刀具的选择和刀具的补偿、其它辅助运动等。

3.伺服系统

它是数控系统的执行部分，包括驱动机构和机床移动部件,它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。

伺服电动机可以是步进电机、电液马达、直流伺服电机或交流伺服电机。

4.机床

它是用于完成各种切削加工的机械部分，是在普通机床的基础上发展起来的，但也做了很多改进和提高，它的主要特点是：

由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短；

为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小；

更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等；

不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率[1]。

数控机床集中了传统的自动机床、精密机床和万能机床三者的优点，将高效率、高精度和高柔性集中于一体。

而数控机床技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大，为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电机、机械传动等