XK716数控机床z向直流伺服进给系统系统设计（毕业论文）.doc

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1、 XX大学 课程设计(论文) XK716数控机床z向直流伺服 进给系统系统设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 摘 要 数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。 本文主要设计X716数控铣床Z向进给系统设计部分，机械结

2、构采用直流伺服电机与滚珠丝杠直接相连的方式，其控制方式采用直流伺服驱动系统半闭环控制。在对进给系统机械结构进行设计的过程中，主要对滚珠丝杠螺母副和直线滚动导轨副进行了计算、校核，确保了机械传动部件的精度和刚度；通过计算，选择了电气驱动部分，包括直流伺服电机和与之匹配的伺服单元。 关键词：直线滚动导轨；滚珠丝杠螺母副；直流伺服电机 V Abstract NC machine tool is the digital process control machine tool, is an automated machine tools, CNC technology is the

3、 core of numerical control machine tool research, is the manufacturing industry that realizes the automation, network, flexible, integrated foundation. With the development of manufacturing technology, modern CNC machine tools with the aid of the modern design technology, process intensification and

4、 the new function part make machine processing range, dynamic performance, the processing precision and reliability are greatly improved. In this paper, the main design X716 Z milling machine CNC feed system design part, the mechanical structure of DC servo motor and ball screw directly connected,

5、the control of DC servo drive system semi closed loop control. On the feeding system of the mechanical structure of the design process, mainly on the ball screw nut pair and the linear rolling guideway were calculated, verification, to ensure that the mechanical transmission precision and rigidity;

6、by calculating, chose electrical driving part, including DC servo motor and the matched servo unit. Key words: Linear rolling guide; ball screws; DC servo motor 目录 摘 要 I Abstract II 目录 III 第1章 前言 1 1.1 课题研究的背景必要性 1 1.2 数控机床的产生和发展 2 1.2.1数控机床的产生 2 1.2.2数控系统的发展 2 1.3 我国数控技术的发展概况 2 1

7、.3.1数控技术再国民经济中的重要地位 2 1.3.2 我国数控机床的发展历程与成就 3 1.3.3我国数控机床发展存在的问题与对策 5 1.4 数控机床的发展趋势 6 1.5 数控铣床的主要功能及特点 7 1.6 数控铣床的分类和应用： 7 1.6.1 数控铣床的分类 7 1.6.2 数控铣床的应用 7 1.5 XK716数控机床的参数 7 1. 6本章小结 8 第2章 Z向进给传动系统的设计和计算 9 2.1 进给伺服系统的设计 9 2.1.1 对进给伺服系统的基本要求 9 2.1.2 进给伺服系统的设计要求 9 2.1.3 进给伺服系统的动态响应特性及伺服性

8、能分析 10 2.2 切削参数计算 10 2.2.1 精度 10 2.2.2铣削工件时铣削力的计算 10 2.2.3 进给工作台工作载荷计算 11 2.2.4首先初步估算工作台的重量 13 2.2.5 铣削用量选择 13 2.2.6 铣削力的计算 14 2.3 Z向滚珠丝杠副计算与选择 15 2.3.1动载荷计算 15 2.3.2选用 FC1-4020-2.5型丝杠 16 2.3.3 稳定性验算 16 2.3.4 刚度验算 18 2.3.5 效率验算 19 2.4 Z向直流电机选择计算 19 2.5导轨的设计与选型 24 2.5.1导轨概述 24 2.5.2滚

9、动直线导轨副的计算 26 第3章 控制系统的设计 31 3.1微机控制系统组成及特点 31 3.1.1微机控制系统的组成 31 3.1.2微机数控系统的特点 32 3.2微机控制系统设备介绍 32 3.2.1主控制器CPU的选择 32 3.2.2存储器电路的扩展 33 3.2.3 I/O口电路的扩展 34 3.2.4 直流电机驱动电路 35 3.2.5其它辅助电路设计 36 3.3程序部分 36 总结与展望 41 参考文献 43 致 谢 44 第1章 前言 1.1 课题研究的背景必要性 随着科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂、而且产品的生产

10、周期短、改型频繁。这不仅对机床设备提出精度与效率的要求提出了通用性与灵活的要求。特别是航空、造船、武器、模具生产等精密加工的零件具有精度高、形状复杂、经常变动的特点。因此机械产品部件的生产设备机床也相应的提出了高性能、高精度化的要求。 利用计算机控制数控机床进行加工使得零件的加工变得十分的方便、快速，很大程度上节约了人力和物力的使用，使得工业自动化程度更高。但是许多企业由于资金等方面的约束不能及时引进先进数控机床，这样制约了生产率的提高，不利于自动化程度的提高。因此各种机床的数控改造开发成为众多专业技术人员研究的一。 数控，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，其对零件的加工相比普通

11、机床有着很多的优点： （1）自动化程度高，劳动强度低。 （2）加工精度、加工质量稳定可靠。 （3）对零件加工的适应性强，灵活性好，能加工形状复杂的零件。 （4）加工生产率高。 （5）有利于生产管理的现代化。 （6）对加工对像的适应性强。 并且目前在机械行业中，随着市场经济的发展，产品更新周期越来越短，中小批量的生产所占有的比例越来越大，对机械产品的精度和质量要求也在不断地提高与推进。所以普通机床越来越难以满足加工的要求，同时由于技术水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用将越来越普遍，而对原有普通机床的数控化改造也应是越来越广泛，依照设计任务本设计对

12、XW5032铣床进行了数控化改造。 1.2 数控机床的产生和发展 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且要求频繁改型，特别是在宇航、造船、军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专用化程度高的自动化机床一般 不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型的机床——数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。他综合应用电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果。 1.2.1数控机床的产生 世界上第一台成功研制的数控机床是一台三坐标的数

13、控铣床，于1952年由美国帕森斯公司和麻省理工学院合作完成。早在1948年，美国在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的技工机床任务时，就提出了研制数控机床的初始设想。1949年，在美国空军部门的支持下，帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952 年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。其控制装置由2000多个电子管组成，占用一个普通实验室那么大。这台数控铣床的诞生，标志着机械制造的数字控制时代的开始。 1.2.2数控系统的发展 数控机床的发展是随着数控技术的发展

14、而发展的。数控系统的发展经历了电子管—分立式晶体管—小规模集成电路—大规模集成电路—小型计算机—超大规模集成电路—微机式的数控系统等几个发展阶段。 20世纪90年代以来，数控系统朝着以通用微机为基础、体系结构开放和智能化方向发展。以上的三代数控系统是由计算机硬件和软件组成，利用存储器里的软件控制系统工作，因此称为CNC系统或软件控制系统。这种系统容易扩大功能，柔性好，可靠性高。 1.3 我国数控技术的发展概况 1.3.1数控技术再国民经济中的重要地位 数控技术是用数字信息对机械运动和过程进行控制的技术，是20世纪后半叶最重要，发展最快的工业技术之一，它以制造过程为对象，以信息技术为手段

15、，以数字坐标方式对运动部件进行位置控制为主要特征，为单件小批量生产的自动化开辟了可行的技术途径，也为现代柔性制造技术奠定了重要的技术基础。 数控机床是以数控技术为代表的新技术对传统制造业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，其技术覆盖很多领域。其中，精密机械制造技术，信息处理、加工、传输技术，自动控制技术，伺服驱动技术，传感器及检测技术和计算机技术是数控技术涵盖的主要领域。数控机床还是运用高新技术对传统产业进行改进和提升的重要载体。 以信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，将在一定程度上取决于数控机床的技术进步。它代表着装备工业的技术水平和现代化程度。而装备工业的技术水平和现代化

16、程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空航天等国防工业产业）的使能技术和重要装备。数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。现在世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高、精、尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要 途径。 1.3.2 我国数控机床的发展历程与成就 我国从1958年开始研究数控机床，一直到20世纪60年代中期还处于研制、开发时期。当时，一些高校和科研单位研制出的试验性样机，是从电子管数控系统起步的。1965年开始研制晶体管数控系统。从20世纪70年代起，数控技术在车、铣、锉、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，加工中心在上海、北京研制成功。但是，由于元器件的质量差和产品的制造工