数控车床伺服进给系统结构设计（毕业论文）.docx
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摘要
数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小,多变零件的加工问题,且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率。
本论文主要对数控机床伺服进给系统的机械部分这一课题进行探讨，文中详细描述了数控机床伺服进给系统的设计方法,包括传动系统总体设计，滚珠丝杠副的选择，伺服电动机的选择,精度和刚度验算。
同时运用软件Solidworks做出伺服进给系统的零部件，以及将各个零部件进行装配，二维工程图出图。
关键词：
数控机床;伺服电动机；伺服进给系统；滚珠丝杠副
Abstract
NCmachinetoolsastypicalelectromechanicalproducts,playsanenormousroleinmachinerymanufacturing,itsolutestheproblemsofmodernmachinerymanufacturingcomplex,precision,smallbatches，changeablepartsprocessing,alsoitcanbeabletostablequalityofproducts,increaseproductivitygreatly.Inthispaper,itmainlyexploretothetopicofmechanicalpartsofNCmachinetools’servofeedsystem,ThisarticledescribesthedesigningmethodoftheNCmachinetools’servofeedsystem,includingdesigningthetransmissionsystem,choosingBallScrews,servomotor,checkingtheaccuracyandrigidity.MakeoutpartsofNCmachinetools’servofeedsystemandassemblethepartswithsolidworks.Export2Dengineeringdrawingandmaketheanimationsoffeedsystem,producethree-dimensionalcutawayviewsofBallScrewsandRollingGuides.
Keyword:
NCmachine;Servomotor;Servofeedsystem;BallScrews
目录
摘要
Abstract
1绪论
1.1数控机床的概念
1.2数控机床的组成分类及特点
1.2.1数控机床的组成
1.2.2数控机床的分类
1.2.3数控机床的特点
1.3数控系统的发展简史及国外发展现状
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
1.4.2数控系统的发展趋势
1.5伺服系统的特点
1.6本课题的研究内容和方法
1.7本章小结
2进给系统的总体方案设计
2.1机床的主要性能
2.2进给系统的精度要求
2.3进给传动控制伺服系统的选择
2.4进给系统的传动要求及传动类型的选择
2.4.1进给系统的传动要求
2.4.2传动类型的选择
2.5电机与丝杠联接方式的选择
2.6进给传动方案设计
3数控车床伺服进给系统X轴选型
3.1滚珠丝杆机构的计算选型
3.1.2精度等级选定
3.1.3导程的计算和选定
3.1.4丝杆支承方式选定
3.1.5丝杆外径选定及校核
3.1.6计算最大轴向载荷
3.1.7轴向允许载荷计算
3.1.8丝杠允许转速计算及校核
3.1.9寿命计算及校核
3.2电机的选型
3.2.1转速的计算
3.2.2驱动扭矩计算
3.2.3计算角加速度
3.2.4电机所需的加速扭矩
3.2.5计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩
3.2.6电机转动惯量要求
3.3滚珠丝杠副的支承的设计
3.4同步齿轮带传动的设计
3.5导轨的选择
4数控车床伺服进给系统Z轴选型
4.1滚珠丝杆机构的计算选型
4.1.1载荷的确定
4.1.2精度等级选定
4.1.3导程的计算和选定
4.1.4丝杆支承方式选定
4.1.5丝杆外径选定及校核
4.1.6计算最大轴向载荷
4.1.7轴向允许载荷计算
4.1.8丝杠允许转速计算及校核
4.1.9寿命计算及校核
4.2电机的选型
4.2.1转速的计算
4.2.2驱动扭矩计算
4.2.3计算角加速度
4.2.4电机所需的加速扭矩
4.2.5计算各种运动状态下点检所需要的驱动扭矩
4.2.6电机转动惯量要求
4.3滚珠丝杠副的支承的设计
4.4联轴器传动的设计
4.5导轨的选择
5伺服进给系统的结构设计
5.1solidworks实体设计的特征功能及其在本次设计中的应用
5.2伺服进给系统主要零件的设计及装配
5.2.1导轨的设计
5.2.2Z轴丝杠螺母的设计
5.2.3添加轴承
5.2.4添加紧固件
5.2.5X轴滑块的设计
5.2.6丝杠的设计
5.3伺服进给系统零件的装配
5.4伺服进给系统的装配图
结论
致谢
参考文献
附录A
附录B
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：
1、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；
2、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；
3、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；
4、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，
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