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1、题目：最大加工直径为400毫米的经济型数控车床进给系统设计目 录摘要2Abstract2第一章 概述31.1 数控车床的概念31.2 数控车床的组成和特点41.3 经济型数控车床的发展与趋势与现状51.4 数控机床系统的选择61.5 数控机床设计中主要机械部分71.6 数控机床的性能和精度选择8第二章 进给系统总体方案设计92.1进给系统的组成和原理92.2 进给传动伺服系统的选择102.3数控系统的选择102.4 机械传动方式的选择11第三章 数控车床进给系统机械部分设计计算133.1 横向进给系统的设计与计算133.2 数控车床的传动装置设计193.3 自动转位刀架的设计23第四章 经济型
2、数控系统设计244.1 概述242529结束语32参考文献32第一章 概述1.1数控车床的概念 数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。 数控机床数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。1.2 数控车床的组成
3、和特点车床机械部分主要由如下部件组成：床身、主轴箱、进给装置、刀架、尾座、卡盘、安全防护、托架、其他辅助装置等。1)床身车床床身是整个机床的基础的基础。床身部分最关键的部位是导轨，导轨一般要经过二次时效、中频淬火和精密磨削后才能使用。常用的导轨形式有滑动导轨、滚动导轨和直线导轨。导轨是关系到机床精度和稳定性的部件。2)主轴车床主轴是车床输出动力的主要部件。随着现在科技的发展，土轴的结构形式越来越简单， 由原来的齿轮传动逐步发展成了电动主轴、主轴单元等多种形式。转速也越来越高，由原来 的几千转分，发屉到几万转分甚至几十万转分3)进给装置一般车床有两个方向的进给，横向(x轴)和纵向(z轴)。伺服电
4、机带动旗珠丝杠拖动床鞍等，实现数控车床的自动加工。4)刀架一般数控车床都配有电动、气动、液压或伺服刀架。刀架是数控车床最重要的辅助装置之一，刀架的档次是评判数控车床高中低的依据之一。5)尾座为了满足重型切削和较长丁件的加工要求，一般车床都配有尾座。尾座分手动、电动、 气动和液压尾座等。6)卡盘卡盘安装在主轴上，用来夹持工件，分为手动三爪自定心卡盘、电动卡盘、气动F盘、液压卡盘和四爪卡盘等等。数控车床的标准配置一般为三爪自定心卡盘。7)安全防护数控车床一般都有全封闭防护或半封闭防护来满足劳动生产要求。机床的防护和外 观越来越受到用户的关注。8)托架托架一般包含中心架和跟刀架。数控车床的标准配置一
5、般不含托架，托架是满足特殊加工要求而配备。 1.3 经济型数控车床的发展趋势与现状1.4 数控机床系统的选择数控系统主要有三种类型，设计时，应根据具体情况进行选择。(1) 步进电机拖动的开环系统该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距
6、精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易成功。(2) 异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。(3) 交/直流伺服
7、电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。选择数控系统时主要是根据数控设计后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求1.5数控机床设计中主要机械部分一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，方能获得预期的设
8、计目的。(1) 滑动导轨副对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形。(2) 齿轮副一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。(3) 滑动丝杠与滚珠丝杠丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。
9、一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。(5) 安全防护改造效果必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨1.6 数控机床的性能和精度选择为能让设计的车床得到更
10、深一处的应用，和体现更有价值观和使用年数，我们在设计前需要考虑的一系列的车床的性能和精度的选择有以下几点： （1）轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。 （2）进给运动：进给速度：X向（通常为8400mm/min）；X向（通常为2100 mm/min）。快速移动：X向（通常为1.24m/min）；X向（通常为1.23m/min）。脉冲当量：在0.0250.005mm内选取，通常Z向为X向的2倍。加工螺距范围：包括能加工螺距类型（公制、英制、模数、径节和锥螺纹等），一般螺距在10mm以内都不难达到。(3）进给运动驱动方式（一般都选用步进电机驱动）。(4）给运动传动是否要滚珠
11、丝杠传动。(5）刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。(6）其他性能指标选择：插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。以上是数控车床设计时需要考虑的一些通用性能指标，有的数控车床根据需要还会有些专门的要求，
12、如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设计。第二章 进给系统总体设计方案2.1 进给系统的组成和原理2.2 进给传动伺服系统的选择第三章 数控车床进给系统机械部分设计计算3.1 横向进给系统的设计与计算3.1.1 横向进给系统的设计步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证同轴度，提高传动精度。3.1.2 横向进给系统的设计计算已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算） W=30kgf=300N时间常数 T=25ms滚珠丝杠基本导程 L=4mm左旋行程 S=230mm脉冲当量 =0.005mm/step步距角 =0.75 /step快速进给速度 max=1mm/minA.切削力计算 横向进给量为纵向的1/21/3,取1/2,则切削力约为纵向的1/2 F=(1/2)152.76=76.38kgf=763.8N （3-1）在切断工件时：F=0.5F=0.5076.38=38.19kgf=381.9N （3-2）B.滚珠丝杠设计计算a.强度计算对于燕尾型导轨：P=KFy+f(Fz+W) （3-3）取K=1.4 f=0.2则 P=1.438.19+0.2（76.38+30） =74.74kgf=747.4N
