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1、南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计 (论文) 学院（系）： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 程 胜 金 指 导 教 师： 王 志 奎 完成日期 2015 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）数控车床的步进伺服系统设计Numerical Control Lathe Stepping Servo System is Designed 总计： 毕业设计（论文） 24页表格： 1个插图： 8幅 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）数控车床的步进伺服系统设计Numerical Control Lathe Stepping Servo Syste
2、m is Designed学 院（部）： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自化 学 生 姓 名： 程 胜 金 学 号： 1302224043 指 导 教 师： 王 志 奎 （教授） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2015-5-20 数控车床的步进伺服系统设计机械设计制造及其自动化 程胜金摘要 本课题主要是对华中数控车床CJK6032A步进伺服系统的设计，该车床是一台教学型数控车床，它具有外形尺寸小，切削速度高等特点。课题是在对华中数控车床进给机构充分了解的基础上，然后进行数控车床进给系统机械部分的设计计算。主要进行横向和纵向滚丝杠螺母副的选型与计算、导轨的设计选型、传动系统
3、的刚度计算与校核，最后进行步进电机的参数计算及选型。该课题的实施主要是培养我们运用已学过的专业知识，进行分析、解决实际问题的能力同时也是为了对我们所学过的专业知识综合的考查，为我们以后的工作和学习打下了基础。 关键词 数控车床；进给机构；滚珠丝杠；伺服系统Numerical Control Lathe Stepping Servo System is DesignedMechanical design manufacturing and automation CHENG ShengjinAbstract：This topic is mainly to huazhong nc lathe CJK
4、6032A stepping servo system design,The lathe is a teaching model of CNC lathe,Its small dimension, high cutting speed, etc.Subject is in of huazhong CNC lathes feed mechanism on the basis of full understanding，Then the mechanical parts of the CNC lathe feed system design and calculation.Mainly in ho
5、rizontal and vertical rolling screw nut pair of selection and calculation, guide the design of the type selection, calculation and checking the stiffness of transmission system and the last part of step motor, which is calculation and selection.The subject of the implementation of the main is to cul
6、tivate us to use the professional knowledge has learned, analysis and solution actual problem ability，Is also in order to we had learned the professional knowledge of comprehensive examination,Laid the foundation for our future work and study.Key words:CNC lathe; Feed mechanism; Ball screw；Servo sys
7、tem目 录1 绪论11.1 选课背景及意义11.2 课题研究的主要内容及目的11.3 相关课题国内外研究的现状21.3.1 国内外数控车床的现状21.3.2 数控车床的发展趋势32 数控车床进给伺服系统的结构和工作原理及基本要求52.1 数控车床的步进伺服系统的结构和工作原理52.2 数控车床的步进伺服系统的基本要求53 数控车床的步进伺服系统的总体设计83.1 数控车床的步进伺服系统的主要技术参数及要求83.2 滚珠丝杠螺母副的设计83.2.1 X方向滚珠丝杠螺母副的设计93.2.2 Z方向滚珠丝杠螺母副的设计123.3步进电机的选择143.3.1 带动X方向滚珠丝杠驱动电机的选型153.
8、3.2 带动Z方向滚珠丝杠驱动电机的选型163.4 驱动电机和滚珠丝杠的联接173.5 导轨副的设计和选型184 数控车床进给传动系统的死区误差分析204.1 X方向进给传动系统的死区误差计算204.2 Z方向进给传动系统的死区误差计算20结束语22参考文献23致谢241 绪论1.1 选课背景及意义 数控车床有不错的柔性当加工东西不一样，我们只需要重新改变一下加工程序就行了，原来的程序可存留着不动就行，不用再跟组合机床那样，针对新加工零件重新设计机床致使生产准备时间太长。而华中数控车床，在保证零件加工时候的精度的时候主要靠两个方面实现：系统的控制和机床自身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统
9、需要对进给位移的位置还有速度一起实现它的自动控制。所以说数控车床与普通车床比起来当然是数控车床精度好。为了确保机械传动系统的传动精度还有他们的工作的平稳性，我们掌握数控车床进给机构的设计对于机械设计制造及其自动化专业的学生意义很大。本课题要求我们结合本专业所学的知识对数控车床进给机构进行结构与工作原理的分析，按要求对参数进行选择、设计、校核，实现数控车床进给机构的传动精度和工作的平稳性。该课题的实施主要是培养我们运用已学过的专业知识，进行分析、解决实际问题的能力，加强、提升所学专业知识，增强我们的团队合作意识能力。1.2 课题研究的主要内容及目的这篇论文是对华中数控车床的步进伺服系统的总体的设
10、计，还有横向及纵向伺服进给机构的一些理论参数的理论计算，结构设计还有绘装配图，主要参考对华中数控床进给机构进行参数选择，计算，校核和运动仿真。比如说导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算、进给传动系统的刚度计算和进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型驱动电计算机、滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等等。设计的重点和难点是：滚珠丝杠螺母副的参数计算及设计、驱动电机的选型与计算、机械传动系统的误差计算与分析、滚珠丝杠螺母副的参数计算和设计。在设计中，我们首先先通过参观数控车床还查阅资料了解了它们系统的工作原理和它的作用还有结构特点等等。选择合适的计算法，根据计算结果查阅机械设
11、计手册，然后去画出零件及车床总体的结构图。本课题设计的目的是，培养我们综合运用基础知识和专业知识以及解决工程实际问题的能力。提高我们的综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使我们的工程绘图、查阅各专业产书籍、解决和解决问题的能力以及使用手册等基本技能得到训练和提高。学习培养正确的设计思想、严肃认真负责的科学态度，加强团队合作的精神。在设计中，先通过参观及查阅等了解数控车床步进伺服系统的工作原理，作用及结构特点。查阅数控车床说明书查找在设计中要用到的一些参数，根据计算结果查阅手册，得出设计参数然后根据这些尺寸绘制零件图和装配图。在零件图和装配图的绘制中，利用CAD软件绘
12、制零件图，完成四张A0图纸。最后，写说明书。1.3 相关课题国内外研究的现状1.3.1 国内外数控车床的现状从20世纪中期开始数控这种技术在世界上出现到现在，数控机床给世界上的制造业带来了翻天覆地的大变化。然而呢伴随着计算机技术还有制造业的快速发展还有装备制造业对数控机床的大量的需要，数控机床的使用范围一直在不停的扩大而且还不断的发展成为了更适应生产加工的要求。“十二五”是我们国家数控机床发展的一个很重要的时间段，这时全世界已经从最困难的金融危机中走出来，国内需求拉动的效果非常明显。“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项已经全面启动并且实施。数控车床是在数控机床中占有很大的比例的、它的自动
13、化程度高、结构较复杂的先进加工设备， 因此有必要了解数控车床技术发展的现状和趋势，为了进一步促进我国数控车床的发展、提高我国数控车床技术水平做好了充分的准备1。我国从20世纪50年代开始数控系统的研究，经过多方面的努力和技术的公关，1958年研制出第一代数控系统产品，1966年研制出第二代数控系统产品，1972年研制出第三代产品，1975年我国数控系统发展进入了第四代，1979年10月欧洲国际机床展览会在意大利工业中心米兰举行，展览会上首次展出了我国和其他国家共同制造的微型计算机数控机床，这就说明了我国数控系统也进入了第五代。由于各种原因，我国的数控个系统一直到了1981年才得到了进一步的发展
14、：在六五期间主要进行了数控系统及驱动技术的引进，并且还开发出来了几种典型的数控系统，七五期间通过公关在对引进的数控系统进行消化吸收和国产化的基础上，衍生出来了好几种产品；八五期间继续进行数控系统的公关，重点开发了普及型的数控系统，还对数控机床主机数控系统和相关配件重点生产企业进行改造升级；在九五期间我们国家继续对数控机床关键配套产品质量优选技术；十五期间继续进行数控系统及装备的公关；十一五计划要在高档数控机床设计制造方面实现突破。目前国外数控机床正向着高精度、高效率、高柔性、高自动化方向发展这将对数控机床步进伺服机械传动系统的精度、机械结构、可靠性要求很高。例如：日本法怒克公司、三菱电机公司、安川电机公司、德国西门子公司、aeg公司、力士乐公司、通用电气公司等均先后在1984年前后将交流伺服系统付诸使用。例如：NEF 400/600 是德玛吉生产的一款数控机床，在同类 机床中切削效率最高，几何精度最好。 NEF 400/600 的主 要特点如下：（1）伺
