《XH714型立式加工中心X-Y轴进给系统的研究与设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XH714型立式加工中心X-Y轴进给系统的研究与设计.doc（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、XH714型立式加工中心X-Y轴进给系统的研究与设计学 生：XXX，机电与建筑工程学院指导教师：XXX，机电与建筑工程学院摘要进给系统是数控机床重要的组成部分，本文主要围绕着进给系统的设计展开论述。首先对数控机床的概念和国内外发展状况做了简单的介绍，并指出了数控技术的发展方向，接着对本课题基体XH714型立式加工中心进给系统的机械结构做了拆分介绍，对其中的关键元件，包含有滚动直线导轨、伺服电动机、滚珠丝杠螺母副等的一些详细论述，并且结合了课题给出的参数，分别对轴方向和轴方向两个方向作了设计计算和校核计算，选出了应用于本课题的各个传动元件的型号，最后，通过建立进给系统有关的动力学模型和数学模型，
2、对进给系统进行了动态特性的分析，并且得出了增大系统的刚度可以减小误差的结论，进而论述了提高综合刚度的一些措施，在最后归纳了本文的内容做了总结。关键词进给伺服系统；滚珠丝杠；交流伺服电机；进给系统计算；动态分析；滚珠丝杠刚度Abstract Feed system is an important part of CNC machine tool, this paper revolves around the feeding system design. First, have given a brief introduction of the concept and development of
3、 CNC machine tools at home and abroad, and pointed out the direction of development of CNC technology, and then on the topic matrix, XH714 Vertical machining center feed system, made a mechanical structure introduction in split, on which the key components including rolling linear guide, servo motor
4、, ball screw pair and also did a detailed discussion, the binding parameters given by the research topic, gave the two directions of the axis a design calculation and checking calculations, elected a model of each transmission components, and finally analyzed the dynamic characteristics of the feedi
5、ng system through establishing dynamics and mathematical models of feeding system, and gave the conclusion as follows: increased stiffness of the system can reduce the error in the system, and then discusses a number of measures to improve the overall stiffness, in the final summarized the this pape
6、r contents and gave a final summarization.KeywordsServo system；Ball screw；AC servo motor；Feeding system calculation；Dynamic analysis；Ball screw stiffness目 录摘要1Abstract21绪论51.1数控机床概述51.2国内外数控机床发展概况51.3进给伺服系统概述61.4课题来源61.5本文的主要任务62 XH714型立式加工中心的组成72.1概述72.2床身与床身部件72.3工作台及工作台部件83进给系统机械结构的关键元件93.1概述93.2
7、导轨103.3电动机与丝杠的联接123.4传动原件133.5轴承的选用173.6伺服电动机194数控机床的进给传动系统设计计算（X轴）224.1轴方向设计参数224.2进给传动系统的轴向负载计算234.3工作台装配图设计284.4滚珠丝杠螺母副承载能力校核284.5机械传动系统刚度计算294.6驱动电机的计算与选型314.7机械传动系统的动态分析344.8机械传动系统的误差计算与分析344.9确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号355数控机床的进给传动系统设计计算（Y轴）365.1轴方向设计参数365.2进给传动系统的轴向负载计算365.3工作台装配图设计415.4滚珠丝杠螺母副承载能力校核
8、425.5机械传动系统刚度计算435.6驱动电机的计算与选型455.7机械传动系统的动态分析485.8机械传动系统的误差计算与分析495.9确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号506进给伺服系统的分析506.1概述506.2机械传动机构的动力学模型506.3机械传动机构传递函数516.4进给系统数学模型526.5进给系统动、静态性能分析536.6进给系统特性分析557传动部件的刚度587.1概述587.2滚珠丝杠螺母副的拉压刚度587.3滚珠丝杠螺母副支撑轴承的刚度597.4滚珠和滚道的接触刚度607.5提高滚珠丝杠螺母副刚度措施618设计结论619毕业设计总结639.1毕业设计的心路历程6
9、39.2毕业设计体会649.3毕业设计心得和收获66致谢68参考文献701绪论1.1数控机床概述数控技术能被说成是一种以数字信息为主，对机械运动和工作进程进行有效的控制的科学技术，它可以称得上是20世纪非常重要的、发展也是最为快速的工业技术，它的主要对象为制造的过程，以信息技术为主要的手段，同时以数字坐标的方式对运动的部件进行位置控制作为主要特征，为单件或者小批量生产的自动化创建了可行的技术路径，并且为现代柔性制造先进技术奠定了非常重要的基础。数控技术覆盖了很多领域，数控机床仍然是运用高新技术对传统产业进行改善和提高的重要媒介和载体。数控机床直接控制的是进给运动，进给传动精度、灵敏度和稳定性对
10、被加工工件的位置精度和轮廓精度都有影响。为此，进给系统一般都具有摩擦阻力小，系统稳定，动精度高和刚度高，运动部件惯量小等诸多特点。数控机床的传动系统大多采用的是无级的调速，通过伺服电机实现，伺服电机的动力或运动经过齿轮或带轮降低速度，然后传动到滚珠丝杠螺母副，旋转运动带动工作台等部件做直线运动。齿轮副或带轮副的主要作用是把高速的低转矩的伺服电机输出转变成低速大转矩的执行件输出，除此之外，还可以降低滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有的比例。此外，对于开环系统，还可以匹配所需脉冲当量，保证达到系统的运动精度。滚珠丝杠螺母副的作用是将旋转运动转换成直线运动。最近些年来，伺服电机和其控制单元的性能
11、有了很大的改善，就可以将电机和滚珠丝杠进行直接的连接，同样也能满足要求。随着高加、减速度直线电机的发展，由直线电机直接驱动进给部件的数控机床也在不断出现。1.2国内外数控机床发展概况20世纪最伟大的科技成就是发明和普及了计算机，制造业的发展同样由计算机在机械制造设备中的应用带来了重大的进步。美国第一台数控铣床问世于1952年，到现在为止已有50余年。数控的设备包含有：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工和各类的专用机床，全球的产量每年大约有10万20万台，产值上百亿美元。1958年，我们国家的数控机床和数控技术才刚刚起步，到20世纪60年代还处于研发的状态，20世纪70年代初，我国开始打破国
12、外对我国的技术封锁，伴随着我国技术基础条件的不断完善，数控技术在许多加工领域展开，数控加工中心也随即研发成功。但在当时采用的数控系统没有过关，工作可靠性难以保证，稳定性差，故障经常发生。在80年代，我国从日本、美国、欧洲等一些发达国家引入一些技术，推动我国数控技术的稳定发展，让我们国家的数控机床不论在质量上还是性能上都有了本质的飞跃。95年后，我们国家自己生产的数控机床的产业化取得了实质的进步，不论是在种类上还是在规格上都有了较大的突破，在这一时期高精度数控系统、数控仿形系统接踵出现，推进了数控机床的专业化生产以及使用。目前我国已发展成了中档和低档数控机床占市场大多数的产业体系。90年代才开始
13、了高档数控机床的研制。1.3进给伺服系统概述进给伺服系统，数控机床的重要组成部分之一。它由伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构和执行部件等部分组成。它的作用是：数控系统发出进给位移和速度指令信号给它，经过伺服驱动电路后，经过转换和放大后，再由伺服驱动装置（直流、交流伺服电机、直线电机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件进行工作进给和快速进给。数控机床的进给伺服系统和一般机床的进给系统有本质上的差异，它可以据指令信号自动精确地控制执行部件运动的位移、方向和速度，和数个执行部件按一定的规律运动合成一定的运动轨迹。数控机床对进给系统的要求主
14、要有：（1） 要求运动部件有很高的灵敏度（2） 要求伺服系统有很高的精度（3） 要求有较大的调速范围（4） 要求快速影响特性好（5） 要求稳定性高1.4课题来源本文课题为XH714型立式加工中心X-Y轴进给系统的设研究与设计，来自指导老师XXX教授的研究课题。1.5本文的主要任务本文主要从XH714型立式加工中心的结构，主要围绕包括工作台、滑座、滚珠丝杠螺母副、床身、导轨等；关键机械元件的比较和选型，包括导轨、电动机、滚珠丝杠螺母副、轴承等；进给系统的设计计算；对进给伺服系统进行动态分析和静态分析；分析如何提高滚珠丝杠螺母副的刚度；归纳本文结论；撰写毕业设计心得等几个方面展开。2 XH714型
15、立式加工中心的组成2.1概述XH714型立式加工中心通常是由床身部件、立柱部件、工作台部件等三大基础部件和主轴部件、刀具存储自动交换系统以及其他辅助功能部件组成。基础部件构成加工中心的主体，而这些部件又分别以相应的大型铸件（比如床身、工作台、滑座、立柱等）为基础，与相关的和配套的零件所组成。基础部件是数控机床的承受载荷和支撑的基体，它支撑各个构件并且为各个运动部件导向，这些大件和部件需要承受一定的重力、切削力、摩擦力、夹紧力以及相应的弯矩和扭矩。本课题为X-Y方向的进给系统设计，下面将介绍其主要组成。2.2床身与床身部件2.2.1床身结构床身是机床的关键的基础部件之一，要求床身要有足够的静刚度、动刚度和精度保持性等特点。为了减少连接的环节，增大支承件的重量，提高床身的整体刚度，一般我们将其设计成整体件，并选择稳定性较好的横截面形状，以保证满足工作要求。其结构如图2.1所示图2.1床身2.2.2床身部件床身部件通常含有床身、导轨、滚珠丝杠螺母副、轴承座、伺服电机、电机支架、联轴器以及支撑滚珠丝杠的滚动轴承等。去除滚珠丝杠后如图2.2所示图2.2床身部件2.3工作台及工作台部
