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1、摘要此设计是经济型中档精度数控车床横向进给系统 。面对我国目前机床数量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的面貌。而数控车床（及其系统）已经成为现代机器制造业中不可缺少的组成部分。所以，实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床。进给系统是由伺服电机经滚珠丝杠拖动工作台来完成的所以设计涉及伺服电机的选择，滚珠丝杠设计等。目前绝大部分的机床的横向进给均是采用滚珠丝杠来传递运动的，传动的精确性主要取决于丝杠支承形式，丝杠与伺服电机的联接方式。在设计中充分考虑到这两个问题，并且，设计精度须达原始数据。 关键词：滚珠丝杠 伺服电机 横向进给 目 录0引
2、言 11 国内外发展概况及现状介绍 22 总体方案论证 42.1选择传动系统 42.2选择传动装置 53具体设计说明63.1横向进给滚珠丝杠副的设计选择 63.1.1确定滚珠丝杠的支承方式 63.1.2滚珠丝杠副额定载荷 7 3.1.3 滚珠丝杠副主要参数的确定 83.1.4滚珠丝杠与伺服电动机的联接 123.2伺服电机型号选择 153.2.1进给电机功率的确定 153.2.2伺服电机型号 153.2.3同步带轮的选择154 结论 175 参考文献 186 设计工作小节 197附件清单 200、绪论本设计课题为：经济型数控车床横向进给系统设计 。因为我们没有精良的加工工具或者是自动化系数等各方
3、面远远的不及西欧等国家。所以我国的机械制造业与他们的有着很大的差距的原因，。制造业是关系到国际民生的大事，是富民强国的必要因素，我国要有更好的发展，必须形成我们自己富有特色的现代化制造体系。随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。面对我国目前机床拥有量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。“横向进给系统”“主传动系统”和“纵向进给系统”被称为车床的三大核心系统，其重要地位是不言而喻了。三大系统的精确性、
4、准确性、必将影响加工产品的性能。而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有的机床进行数控改造。而这就是我们课题的目的。 前提条件：1.床身上最大回转直径400mm 2.快移速度x轴4m/min 3.定位精度 x 轴0.035mm 4.重复定位精度x轴0.0075mm，刀架 0.010mm设计要求：设计课题要求：横向进给运动设计时，电机与丝杠采用柔性结构，电机选用伺服电机，对电机的大小选择进行验证，及对滚珠丝杠直径和支承形式选择进行强度较核，设计精度达原始数据。 本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的，该系统设计成功一旦应用到生产实践中， 将使工厂的生产的数
5、字化水平加强，生产力水平显著提高 ，劳动强度减轻，经济效益得到提高。 根据自己三个多月来的设计过程，编写了这本设计说明书， 其中，书中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评，指正。 1、国内外发展概况及现状介绍从上世纪五十年代数控技术开始发展到1965年， 数控装置从最初的电子管元件、晶体管元件、集成电路到目前使用比较普遍的小型计算机和微处理器共经历了五代的发展。世界主要工业国家的数控机床己进入了指生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。 我国从1958看开始研究数控机械加工技术，60年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备
6、，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到1975年己研制出了40多个品种300多台数控机床。经过30年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从1975年到1979年，7年内累计生产数控机床4108台（其中约3/4以上的数控线切割机床）。进入80年代，我国重新重视发展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。1981年，我国从日本FANVC公司引进了FANVC3系列、5系列、7系列的
7、数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机 技术，并在北京机床研究所建立了数控设备厂。于1981年底开始验收投产，1982年生产约40套系统，1982年生产约100套系统，1985年生产约400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国70年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础，使我国的主机品种与技术水平都有圈套的发展与提高。经济型数控装置有步进电机驱动的开环数控装置、直流电机驱动的半闭环数控装置和点位式经济型数控装置三种。对于数控车床改造一般选用步电机驱动开环数控装置。选择时主要考虑以下性能：CPU类型、用户容量、控制轴或联动轴数、设定单位、插
8、补类型、编程尺寸及编程标准，G、M、S、T、F功能、刀补功能、间隙补偿功能及循环功能、显示方式及显示信息的形式。绝对编程、增量编程、程序输入方式以及报警、诊断等。根据需要选择相应的性能。步进电机驱动单元的性能参数：步进电机性能参数及安装尺寸，控制箱与电机的接线型式。系统的快速度给速度、空载起动频率，静态转矩，系统升频降频时间，起动矩频特性、起动惯频特性、运行矩频特性。驱动电路的型式：高低压驱动电路、斩波驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路、电流检测型功率放大电路等。不同的电路型式、其工作性能不同，根据加工需要合理选择。刀架控制与驱动系统主要考虑刀架型式，如四位或八位电动刀架，或转塔六位刀架
9、。定位精度及重复定位精度，换刀时间、刀具选择时刀架的转向、夹紧力。刀杆尺寸及装夹刀具结构型式等性能参数。我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工单元，XH715型立式加工中心，民明机床古物 THK4680型全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的TK66100卧式铣削加工中心，青海第一机床厂的XH754卧式加工中心等。这一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预计在不远的将来会赶上或超过世界先
10、进国家水平。2总体方案论证 21选择动力系统经济型的数控机床动力系统可分为三类 1 步进电机式采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选种速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有2-3种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广，普及。2 交流点位式采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达0.001mm，重复定位精度为0.005mm，所以加工精度较
11、高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。3半闭环连续控制式 采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进行强力切削。当丝杠螺在6mm左右时，快速可达89m/min，且不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强电计大大简化。 以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程
12、序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机人微言轻执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精大功率应用场合并不很合适，故考虑采用伺服电机控制。2.2选择传动装置数控机床半闭环进给系统中伺服电动机经齿轮副（或同步齿形带副），滚珠丝杠拖动工作台。反馈装置与电动机相联，发出反馈信号（亦可把反馈装置装在丝杠的端部）；伺服电机可直接与丝杠联接数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨、工作台等。在数控机床数
13、字调节技术仪式，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙，低磨擦、低惯量、高刚度、高谐振频率心脏有适应阻尼比的要求。设计任务要完成的设计是横向进给系统的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。螺旋传动主要用来把旋转传动变为直线运动，或把直线传动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋，有以传递
14、运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋，还有调节整零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母，滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构之别。在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。选用滚珠丝杠副传动机构，因为此种机构有如下特点：（a）传动效率高，摩擦损失小。（b）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。（c）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。（d）有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。（e）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。（f）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值别别小，故制造成本高。（g）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于中立的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，所以需要添加制动装置。3 、具体设计说明31横向
