步进电机伺服系统在XK5040数控立式铣床中的应用

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伺服技术在数控加工中的应用

伺服技术在数控加工中的应用随着数控机床的发展，越来越多的加工过程正在向高速化、智能化方向发展。

而伺服系统作为数控机床的核心控制系统，其发展对数控机床的精度、速度和可靠性等方面起着至关重要的作用。

本文将介绍伺服技术在数控加工中的应用，探讨其优势和未来发展方向。

一、伺服技术的概述伺服技术是指利用电机系统的反馈控制技术，通过对电机系统位置、速度和加速度等参数进行反馈控制，实现对机器运动精度、稳定性和速度的控制技术。

伺服技术在工业生产中广泛应用于机床、自动化生产线、机器人等领域，使机器运动更加稳定、精确，提高了工作效率和生产质量。

二、伺服技术作为数控机床的核心控制系统，在数控机床加工过程中，主要应用于以下方面：1、控制轴运动数控机床的加工过程中，需要实时控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，这就需要利用伺服系统进行轴控制，确保机床工作精度和加工质量。

2、控制进给系统伺服系统还可实现对加工进给速度的精确控制，确保加工过程中的进给速度达到要求，同时避免出现过大或过小的进给量，保障工件加工质量。

3、控制加工精度伺服系统具有极高的控制精度和定位精度，可以通过对反馈信号的实时控制，对加工精度实现高精度控制，提高了数控机床加工精度和质量。

4、提高加工效率伺服系统对加工速度和进给速度的实时控制，可以根据不同的加工需要，实现大幅度的加工效率提升。

同时，由于控制精度高，反应迅速，不仅保证了加工效率，而且大大减少了加工过程中的废品率。

三、未来发展方向随着工业技术不断发展和更新，伺服技术也不断更新和完善。

在未来的发展过程中，伺服技术将继续发挥重要的作用，同时也将出现以下发展趋势：1、更加高效随着数控机床的普及和发展，越来越多的制造企业开始注重加工效率和生产效率的提升。

伺服技术的发展趋势将会更加高效，有望实现更高的加工效率和生产效率。

2、更加智能随着人工智能技术的普及和应用，伺服系统有望实现更加智能化的控制，可以自动根据不同的加工需求，自适应调整运动速度和加工精度，提升生产效率和加工质量。

伺服系统在计算机数控机床中的应用

伺服系统在计算机数控机床中的应用计算机数控机床是近年来工业制造领域的重要设备，在提高生产效率和产品质量方面发挥着关键作用。

而伺服系统作为计算机数控机床的核心组成部分之一，更是功不可没。

本文将重点探讨伺服系统在计算机数控机床中的应用，并分析其优势和发展前景。

一、伺服系统基本原理及特点伺服系统是一种控制装置，用于控制伺服电机按照预定的速度和位置运动。

它主要由伺服电机、编码器、控制器和传动装置等组成。

1. 伺服电机：伺服电机是伺服系统的动力源，通过转化电能实现机械运动。

2. 编码器：编码器用于测量伺服电机的实时位置，并将其信号反馈给控制器。

3. 控制器：控制器根据编码器的反馈信号，经过计算控制伺服电机的速度和位置。

4. 传动装置：在计算机数控机床中，传动装置主要包括滚珠丝杠和联轴器等，用于将伺服电机的运动转化为机械工具的运动。

伺服系统具有高精度、高响应速度、高稳定性和高可靠性等特点，能够满足计算机数控机床对于高精度、高速度和高自动化程度的要求。

二、伺服系统在计算机数控机床中的应用伺服系统在计算机数控机床中的应用广泛，主要集中在以下几个方面：1. 位置控制：通过编码器的反馈信号，伺服系统能够实现对机床工具的精确定位控制，确保加工件的精度和一致性。

2. 速度控制：伺服系统可以根据工艺要求，精确地控制机床工具的运动速度，保证加工件的高效率和高质量。

3. 加减速控制：伺服系统具有良好的动态响应性能，可以实现快速的加减速控制，提高机床的生产效率。

4. 转矩控制：伺服系统能够根据负载情况，实时调整伺服电机的转矩输出，保证机床工具在不同负载情况下的稳定性和可靠性。

5. 故障诊断：伺服系统配备了完善的故障检测和诊断功能，能够及时发现和定位故障，提高机床的可维护性和可靠性。

三、伺服系统的优势和发展前景伺服系统在计算机数控机床中的应用具有以下优势：1. 高精度：伺服系统能够实现微小位置调整，提高工件加工的精度和一致性。

2. 高速度：伺服系统具有很高的响应速度，使机床工具能够快速移动和转换加工动作。

伺服控制器在铣床中的应用

伺服控制器在铣床中的应用铣床作为一种常见的机床设备，在工业生产中扮演着非常重要的角色。

为了提高铣削的精度和效率，传统的铣床逐渐被装备上了现代化的伺服控制器。

伺服控制器作为一种高性能的运动控制设备，不仅能够提供更加精确的位置控制，还能够实现快速、平稳的运动，有效提高铣削的质量和效率。

本文将详细介绍伺服控制器在铣床中的应用，包括其工作原理、优势以及使用注意事项等方面。

伺服控制器是一种基于反馈的控制系统，其主要作用是根据输入信号和反馈信号，通过控制电机的输出来实现运动控制。

在铣床中，伺服控制器可以控制铣削刀具的位置和速度，从而实现准确的铣削操作。

其工作原理如下：首先，人们将期望的刀具位置输入到伺服控制器中；然后，伺服控制器通过传感器获取刀具实际位置的反馈信号；最后，伺服控制器根据期望位置和实际位置之间的差异，调整电机的输出信号，驱动刀具沿着期望轨迹移动。

伺服控制器在铣床中具有众多优势。

首先，伺服控制器的位置控制精度高，可以实现亚微米级的精确控制，从而满足铣削的高精度要求。

其次，伺服控制器的速度控制性能优异，可以实现高速铣削，提高生产效率。

此外，伺服控制器采用了闭环控制策略，可以自动调整电机的输出，避免外界扰动对铣削过程产生影响，让铣削过程更加稳定可靠。

另外，伺服控制器还具有动态响应快、抗干扰能力强、系统配置灵活等特点，可以适应不同的铣削条件和需求。

然而，在使用伺服控制器时，也需要注意一些事项。

首先，铣削过程中，伺服控制器需要进行连续控制，因此控制器的采样周期和控制周期需要合理设置，以保证系统的稳定性和响应速度。

其次，伺服控制器的参数设置和调优是至关重要的，可以根据实际需求和铣削工艺进行合理调整，以充分发挥伺服控制器的性能优势。

此外，伺服控制器的安装和维护也需要注意，需要保证控制器的信号传输畅通、电气连接可靠，并定期对系统进行检查和保养，以确保其正常工作。

伺服控制器在铣床中的应用广泛。

首先，伺服控制器可以实现多轴联动控制，使得铣床具备多种复杂的铣削功能，如异形零件加工、曲面加工等。

X5040立式铣床数控化改造设计方案

X5040立式铣床数控化改造设计方案作者：侯金辰来源：《新生代·上半月》2018年第11期【摘要】：随着现代工业的迅猛发展，普通机床已经越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求，数控机床已经成为衡量一个国家机械制造水平的最要标志。

目前我国生产、加工使用的绝大多数是普通机床，机床数控化率远低于发达国家，使得資金投入量大、成本高。

把普通机床改造为数控机床则是一条提高数控化率的有效途径。

本次主要是对X5040立式铣床的进给运动系统进行数控化改造设计的方案。

首先将三相异步电动机改成步进电动机， X轴、Y轴、Z轴的丝杠改为滚珠丝杠副。

其次步进电动机与丝杠之间的传动采用齿轮一级传动式，在设计步进电动机与丝杠的联接时，尽量减少传动间隙，满足精度要求。

【关键词】：数控铣床改造设计总体方案一、机床数控化改造的意义（1）减少投资额，交货期短。

同购置新机床相比，一般可以节省60%～80%的费用，改造费用低，大型、特殊机床尤其明显。

一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。

（2）力学性能稳定可靠。

旧机床所利用的床身、立柱灯基础构件都是重而坚固的铸造构件，而不是焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。

（3）熟悉设备，便于操作维修。

购买新设备可能不了解新设备是否能满足其加工要求。

改造则不然，可以精确计算出机床的加工能力；另外，由于使用多年，操作者对机床的性能已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快，改造的机床易安装好，可以实现全负荷运转。

（4）可充分利用现有的条件。

例如可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

（5）可以采用最新的控制技术。

可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备档次和质量，将旧机床改成当今水平的机床。

二、铣床数控化改造的步骤在改造之前，要先做好充分的技术准备，安排技术人员做好技术规划，电气原理图及各种转换接口的设计等。

XK5040数控立式铣床及控制系统设计

目录摘要 (2)关键词 (2)1 总体设计 (3)1.1、 XK5040型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图 (3)1.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数 (3)1.3 总传动系统图 (4)2主运动系统设计 (4)2.1 传动结构或结构网的选择 (4)2.2 转速图拟定 (6)2.3齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (7)３进给系统设计 (11)３.１总体方案设计 (11)３.２进给伺服系统机械部分设计 (11)３.3滚珠丝杆螺母副的计算和造型 (12)３.4齿轮传动比计算 (17)３.5步进电机的计算和选型 (18)３.6进给伺服系统机械部分结构设计 (24)４控制系统设计 (26)4.1绘制控制系统结构框图 (26)4.2.选择中央处理单元（CPU）的类型 (27)4.3存储器扩展电路设计 (27)总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)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。

本文主要对XK5040数控立式铣床及控制系统进行设计，首先分析立式铣床的加工特点和加工要求确定其主参数，包括运动和动力参数；根据主参数和设计要求进行主运动系统、进给系统和控制系统硬件电路设计。

主要进行主运动系统和进给系统的机械结构设计及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核；对于控制系统由于这里主要针对经济型数控铣床的设计，这里采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性能价格比的MCS-51系列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计。

由于本文采用8031单片机控制系统，因此，设计出的立式铣床性能价格比高，满足经济性要求。

可实用于加工精度较高的场合。

关键词：数控技术；立式铣床；设计1 总体设计1.1、 XK5040型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图图1.1所示为XK5040型数控铣床的布局图。

xk5040数控立式铣床及控制系统设计-外文翻译[管理资料]

附录XK5040数控立式铣床及控制系统设计摘要：本文根据立式铣床工作要求及加工特点，对XK5040数控立式铣床的机械结构和控制系统硬件作简要的设计，使其能满足高效、经济等要求。

数控机床是一种高技术设备,它可以通过改变数控程序,适应不同零件的自动加工,而且可以采用较大的切削用量,利用软件进行精度校正和补偿,从而提高生产效率、加工精度和加工质量,可以实现工序集中、一机多用,能完成复杂型面的加工。

数控机床是现代制造业的关键设备,一个国家的数控机床的产量和技术水平在某种程度上反映了这个国家的制造业水平和竞争力。

因此数控机床是将来机床研制的重点。

本文针对经济型数控立式铣床及其控制系统的设计作简要的讨论。

数控铣床是机械和电子技术相结合的产物，，它的机械结构随着电子控制技术的在铣床上的饿应用，以及铣床性能提出的新要求，而逐步变化。

与不同铣床相比数控铣床用三个数控伺服系统替代了传统的机械进给系统，其外形和结构与普通铣床类似。

数控铣床的设计主要是进行主运动系统与进给系统的机械结构设计和控制系统设计。

下面分别作简单介绍。

一、总体方案设计本文主要是针对经济型数控立式铣床进行设计，为了锻炼自己的机床设计的能力，这里主运动系统采用常规机床设计的方法，即采用齿轮变速系统来实现主轴的变速。

进给系统采用步进电机开环控制，经过齿轮传动带动滚珠丝杠传动，通过滚珠丝杠螺母副时间进给运动。

控制系统采用MCS-51系列单片机为中央处理器的计算控制系统。

二、主运动系统设计由于这里采用齿轮变速系统来实现主轴的变速，选定公比，确定各级传送机床常用的公比，考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =，根据给出的条件：主运动部分Z=18级，根据标准数列表，确定各级转速为：（30，，，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min ）。

根据“前多后少”、“前密后疏”的原则确定其结构式为18=13x 33x 92，1、传动比的分配由于齿轮传动比的限制，机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：a, 升速传动中，最大传动比U≤2 ，过大，容易引起振动的噪音。

伺服电机在数控机床上的应用

伺服电机的控制原理（2）
数控机床伺服驱动及控制技术
主轴电机的控制原理（3）
左图为目前数控系统中使用的控制图共用一个电源和一个再生控制
数控机床伺服驱动及控制技术
伺服放大器的发展（1）
相位控制
70年代早期：以低频响应和大的转子惯量保证鲁棒性和稳定性
PWM控制
70年代末期：采用PWM，提高了响应性，中低惯量的直流电机仍得到应用。
AC 电机定子为旋转线卷部分，转子为磁场部分，测量转子位置，控制换流绝对编码器输出转矩大小决定于定子磁势与转子磁势的夹角，这夹角由转子位置决定无火花，高速可高转矩输出。可达到无维修。
伺服电机的控制原理（9）
PWM控制：如右图。利用三角波的载波得到近似的正弦波输出。其载波的频率为 1－3kHz。三相伺服电机就是利用这种方波供电。因此电压波形不是正弦，而电流却是正弦。
数控机床伺服驱动及控制技术
主轴电机的控制原理（1）
主轴矢量控制原理：
感应电动机的定子旋加1的三相交流电压，产生1旋转的磁场。假设定子为相互正交以角速度1旋转的两绕组 1－1‘ 和 2－2 组成。 1－1 流过励磁电流分量 I0 产生旋转磁通2，转子绕组 3－ 3感应电流，因而2－2 绕组也感应电流I2；电机的转矩T为： T 2 I2 I0 I2 电机的等效电路如下：
数控机床伺服驱动及控制技术 Nhomakorabea伺服电机的控制原理（8）
只采用格雷码的编码器精度不高，每360 ∘电角度很难保证电机的电流为平滑正弦波形。为此增加细分部分。利用增量式脉冲编码器，比如每360 ∘电角度内有2000P脉冲，那么每格雷码为2000P/16＝215P，

(完整版)XK5040数控立式铣床进给系统设计

湖南科技大学2007届毕业设计（论文）材料院（系）、部：机电工程学院学生姓名：赵东方指导教师：黄开有教授专业：机械设计制造及其自动化班级： 0301学号: 20031811362007 年 5 月材料清单1、毕业设计（论文)课题任务书2、毕业设计（论文)开题报告3、中期检查表4、指导教师评阅表5、评阅教师评阅表6、答辩及最终成绩评定表7、毕业设计说明书8、附录材料湖南科技大学毕业设计（论文)任务书系(教研室）主任: （签名)年月日学生姓名：赵东方学号： 2003181136 专业: 机械设计制造及其自动化1 设计（论文)题目及专题：XK5040数控立式铣床进给系统设计2 学生设计（论文)时间：自3 月5日开始至 6 月1日止3 设计（论文)所用资源和参考资料:1、陈宏钧主编，《实用机械加工工艺手册》，机械工业出版社，1996.12.2、赵家奇编,《机械制造工艺学课程设计指导书》—2版。

---北京:机械工业出版社，2000.10.3、浦林祥主编,《金属切削机床夹具设计手册》，机械工业出版社，1995.01.01.4、刘文剑主编，《夹具工程师手册》,黑龙江科学技术出版社，1992.01。

01。

5、机械加工工艺装备设计手册编委会编写，《机械加工工艺装备设计手册》，机械工业出版社，1998年6月。

6、徐圣群主编,《简明机械加工工艺手册》，上海科学技术出版社，1991。

2。

7、李云主编，《机械制造及设备指导手册》.-- 北京:机械工业出版社，1997.8。

8、哈尔滨工业大学编，《机械制造工艺设计手册》，哈尔滨工业大学出版社，1981年5月。

9、上海市金属技术协会编，《金属切削手册》,上海科学技术出版社，1994.4年。

10、东北重型机械学院，洛阳工学院,第一汽车制造厂职工大学编写，《机床夹具设计手册》第二版，上海科学技术出版社。

11、李益民主编，《机械制造工艺设计简明手册》,哈尔滨工业大学出版社，1993年4月。

伺服系统在数控车床中的应用

伺服系统在数控车床中的应用伺服系统在机床行业领域的应用已经非常广泛因此伺服系统和机床的关系已经非常紧密。

作为数控机床的重要功能部件，伺服系统是影响系统加工性能的重要指标。

随着数控机床的发展，伺服控制系统在机床行业的应用也在不断完善，其之间的配合犹如一对老朋友，越来越默契了。

卧式数控机床由CNC控制器，伺服驱动及电机、电器柜和数控机床的机架四部分组成。

其工作原理是：通过CNC内配置的专用编程软件，将加工零件的的轨迹用坐标的方式表达出来，把这些信息转化成能使驱动伺服电机的带有功率的信号（脉冲串），控制伺服电机带动相应轴来实现运动轨迹。

同时，刀架上配有数控车刀，通过按加工材质配置相应的刀具，对固定于主轴上的加工材料进行切削，即可加工出相应的工件。

在数控机床上，伺服调控系统是其不可缺少的一部分。

其任务是把数控信息转化为机床进给运动，从而实现精准控制。

由于数控机床对产品加工时要求高，所以采用的伺服控制系统十分关键。

目前在数控机床上使用的伺服控制系统，其优点主要有：精度高，伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。

包括定位精度和轮廓加工精度；稳定性好，稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。

直接影响数控加工的精度和表面粗糙度；快速响应，快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度；调速范围宽，其调速范围可达0—30m/min；低速大转矩，进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩，主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩，在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。

在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。

模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。

数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制。

可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。

步进电机伺服系统在XK5040数控立式铣床中的应用

14 2010 年第 3 期理论与设计步进电机伺服系统在XK5040数控立式铣床中的应用李东四川达州职业技术学院（635001）Application of Step Motor Servo System into the XK5040Digital-control Vertical Milling MachineLi DongSichuan Dazhou Vocational and Technical College通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机能将电脉冲信号变换成直线或角位移，其直线和角位移量与电脉冲数成正比，其线速度或转速与脉冲频率成正比。

通过改变脉冲频率可在很大范围内调节电机的转速，而且能够快速起动、制动和反转。

如停机后某些相绕组仍保持通电状态，则具有自锁能力。

所以步进电机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等特点。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统的各个领域。

它最多应用在数控机床中，因步进电机不需要A/D转换，能直接将数字脉冲信号转化为角位移，是数控机床理想的执行元件。

步进电机作为数控机床进给伺服机构的驱动电机，它要完成两项任务：（1）传递转矩，克服机床工作台与导轨间的摩擦力及切削阻力等负载转矩，通过滚珠丝杠带动工作台，按指令要求快速进退或切削加工；（2）传递信息，根据指令要求精确定位，经传动机构驱动工作台，按规定方向移动一个脉冲当量的距离，因此指令脉冲总数决定了工作台的总位移量，指令脉冲频率决定了工作台的移动速度。

每台步进电机可驱动一个坐标的伺服机构，利用两个或三个坐标轴联动能加工出一定的几摘要：在开环数控机床中，由于计算机的速度和精度都很高，完全能满足数控机床高速度、高精度的要求；因而数控机床的精度和速度等全取决于步进电机的伺服系统性能。

当选择和应用合适的步进电机伺服系统，可满足一般数控铣床速度和精度的要求。

XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计

优秀设计（20**届）本科生毕业设计（论文）XK5040数控立式铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计20**年5月20**届毕业设计（论文）课题任务书院(系)：专业：本科毕业设计（论文）开题报告（20**届）20**年1月10日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。

本科毕业设计（论文）中期报告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。

由于本文采用8031单片机控制系统，因此，设计出的立式铣床性能价格比高，满足经济性要求。

可实用于加工精度较高的场合。

关键词数控技术，立式铣床，设计ABSTRACTThe numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement .This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine and the control system, first analyzes the vertical milling machine the processing characteristic and the processing request determines its host parameter, including movement and dynamic parameter; Carry on the host kinematic scheme according to the host parameter and the design request, enters for the system and the control system hardware circuit design. Mainly carries on the host kinematic scheme and enters for the system mechanism design and the ball bearing guide screw and electric stepping motor shaping and the examination; Regarding control system because here mainly aims at the economy numerical control milling machine the design, here uses electric stepping motor open-loop control, the computer system uses the high performance price compared to the MCS-51 series monolithic expansion system, mainly carries on the central processing element the choice, the memory expansion and the connection circuit design .Because this article uses 8,031 monolithic integrated circuits control system, therefore, designs the vertical milling machine performance price is higher than, satisfies the efficient request. But practical to processing precision higher situation .Key words：Numerical control technology，Vertical milling machine，Design目录摘要................................................................................................................................ - 11 - 1 总体设计...................................................................................................................... - 15 - 1.1、铣床简介.................................................................................................................. - 15 - 1.2、 X K5040型数控铣床的总体布局、主要技术参数及总传动系统图 ................... - 15 - 1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局 ......................................................................... - 15 - 1.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数 ................................................................. - 16 -1.2.3 总传动系统图...................................................................................................... - 18 -2 主运动系统设计.......................................................................................................... - 18 - 2.1 传动系统设计............................................................................................................ - 19 - 2.1.1参数的拟定............................................................................................................. - 19 - 2.1.2 传动结构或结构网的选择.................................................................................... - 19 - 2.1.3 转速图拟定............................................................................................................ - 20 - 2.1.4齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 ................................................................. - 23 - ２.２传动件的估算与验算........................................................................................ - 26 - 2.2.1传动轴的估算和验算............................................................................................. - 26 - ２.２.２齿轮模数的估算................................................................................................ - 28 - ２.３展开图设计............................................................................................................ - 32 - ２.３.１结构实际的内容及技术要求............................................................................ - 32 - ２.３.２齿轮块的设计................................................................................................ - 33 - ２.３.３传动轴设计.................................................................................................... - 35 - ２.３.４主轴组件设计................................................................................................ - 37 - ２.４制动器设计............................................................................................................ - 42 - ２.４.１按扭矩选择.................................................................................................... - 42 - ２.５截面图设计.......................................................................................................... - 43 - ２.５.１轴的空间布置.................................................................................................. - 44 - ２.５.２操纵机构........................................................................................................ - 44 - ２.５.３润滑................................................................................................................ - 44 - ２.５.４箱体设计的确有关问题.................................................................................... - 45 - ３进给系统设计.............................................................................................................. - 46 - ３.１总体方案设计........................................................................................................ - 46 - ３.１.１对进给伺服系统的基本要求............................................................................ - 46 - ３.１.２进给伺服系统的设计要求................................................................................ - 47 - ３.１.３总体方案............................................................................................................ - 47 - ３.２进给伺服系统机械部分设计................................................................................ - 48 - ３.２.１确定脉冲当量，计算切削力............................................................................ - 48 - ３.２.２滚珠丝杆螺母副的计算和造型 ........................................................................ - 50 - ３.２.３齿轮传动比计算................................................................................................ - 56 - ３.２.４步进电机的计算和选型................................................................................ - 57 - ３.２.５进给伺服系统机械部分结构设计 ................................................................ - 65 - ４控制系统设计.............................................................................................................. - 68 - 4.1绘制控制系统结构框图............................................................................................. - 69 - 4.2.选择中央处理单元（CPU）的类型 .......................................................................... - 69 - 4.3存储器扩展电路设计................................................................................................. - 70 - ４.３.１程序存储器的扩展............................................................................................ - 70 - ４.３.２数据存储器的扩展........................................................................................ - 71 - ４.４I/O接口电路及辅助电路设计............................................................................. - 71 - ４.４.１I/O接口电路设计....................................................................................... - 71 - ４.４.２步进电机接口及驱动电路............................................................................ - 72 -４.２.３其他辅助电路................................................................................................ - 73 - 参考文献............................................................................................................................ - 75 - 致谢.. (74)附录（英文翻译及实习报告）......................................................... 错误！未定义书签。

XK5040数控立式铣床及控制系统设计

目录摘要 (1)前言 (2)第1章绪论 (3)1.1数控机床的知识 (3)1.2 数控铣床的分类 (3)1.2.1 数控立式铣床 (3)1.2.2 数控卧式铣床 (4)1.3 数控铣床的结构特征 (4)1.3.1 数控铣床的主轴特征 (5)1.3.2 控制机床的坐标特征 (5)1.4 数控铣床的主要功能及加工对象 (5)1.4.1 数控铣床的功能 (5)1.4.2 自动换刀装置及其形式 (5)1.4.3 自动装置应当满足的基本要求 (6)第2 章总体方案的设计 (8)2.1 运动方案的设计 (9)2.1.1 运动数目的确定 (11)2.1.2 运动方案的确定 (13)2.2 功能部件的设计方案 (14)2.2.2 进给伺服系统 (18)2.2.3 自动换刀系统 (20)2.2.4 基础部件 (23)2.2.5 数控系统 (24)2.2.6 辅助装置 (24)2.3 总体布局 (24)2.4 主要技术参数 (24)2.5 小结 (25)第3章刀库的设计 (26)3.1 确定刀库容量 (26)3.2 确定刀库形式 (28)3.3 刀库结构设计 (28)3.4 初估刀库驱动转距及选定电机 (28)3.4.1初选电动机与降速传动装置 (29)3.4.2初估刀库驱动转距 (29)3.5刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 (30)3.6刀库驱动转矩的校核 (30)3.7花键联接的强度计算 (30)3.8夹紧机构插销剪切强度的校核 (31)3.9确定刀具的选择方式 (31)3.10刀库的定位与刀具的松夹 (31)第4章刀具交换装置的设计 (31)4.1确定换刀机械手形式 (31)4.2换刀机械手的工作原理 (32)4.3机械手的自动换刀过程的动作顺序 (32)4.4机械手回转轴4上的齿轮齿条设计 (33)4.5自动换刀装置的相关技术要求 (33)4.5.1主轴准停装置 (33)4.5.2换刀机械手的安装与调试 (33)4.6自动换刀程序的编制 (33)第5章自动换刀装置的控制原理 (34)5.1自动换刀装置的液压系统原理图 (35)5.2自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 (35)第六章数控加工程序的编制 (35)6.1 数控加工的特点 (35)6.2 数控编程方法及特点 (35)6.2.1 数控编程的分类 (35)6.2.2 编程零点及坐标系的选择 (36)6.2.3 对刀点的选择 (37)6.2.4 加工路线的确定 (37)6.3 数控加工程序的内容 (38)6.3.1车床程序 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)摘要随着数控技术的发展和普及，加工中心的作用越发突显它的重要性。

XK5040数控立式铣床结构设计-任务书

哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书
姓名：院（系）：汽车与机电工程学院
专业：机械制造及其自动化班号：
任务起至日期：2013 年9 月20 日至2013 年12 月17 日
毕业设计（论文）题目：XK5040数控立式铣床结构设计
立题的目的和意义：
数控机床是一种加工效率高、集成度高、用途广泛的机床，现已广泛应用于各个领域，对数控机床研究成为现代机床设计重要课题。

铣床主要是利用刀具的旋转将工件表面多余的部分一层一层的切削而除去，从而形成具有一定尺寸，形状和精度的工件。

在一般的生产体系中，铣床的加工范围占整个机器生产的重要部分，所以对数控铣床的结构设计具有很重要的意义。

技术要求与主要内容：
分析XK5040数控立式铣床的加工特点，确定新设计数控立式铣床的主要技术参数；
进行数控立式铣床的总体方案设计；
进行主运动和进给的机械结构设计。

进度安排：
1. 9月10日毕业设计动员导师与学生见面，下达设计任务书 J103
2. 9月20日开题 T207，T205，T204，T201，Q209
3. 11月5日中期检查 T20
4.T201.T206
4. 12月5日结题验收 T204.T201.T206
5. 12月15日上交论文 Q209
6. 12月17日～12月18日导师交叉批阅论文 T204
7. 12月19、20日答辩委员会分组答辩 Q209，T207，T205.T204.T201
各组同时进行
同组设计者及分工：
独立完成
指导教师签字___________________
年月日系（教研室）主任意见：
系（教研室）主任签字___________________
年月日。

伺服系统在数控机床上的应用

[摘要]伺服电机比步进电机性能更优越，随着现代电机控制理论的发展，伺服电机控制技术成为了机床数控系统的重要组成部分，并正朝着交流化、数字化、智能化方向发展。

[关键词] 数控系统伺服电机直接驱动近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。

作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。

本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。

一、数控机床伺服系统（一）开环伺服系统。

开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。

步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。

但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。

所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。

（二）全闭环伺服系统。

闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。

对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。

可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。

系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。

但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。

因此只是用在高精度和大型数控机床上。

（三）半闭环伺服系统。

半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/ 速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。

步进电机在数控机床中的作用是什么

步进电机在数控机床中的作用是什么在当今制造业中，数控机床扮演着至关重要的角色，它能够实现高精度、高效率的加工，满足各种复杂零部件的生产需求。

而在数控机床的众多关键部件中，步进电机发挥着不可或缺的作用。

要理解步进电机在数控机床中的作用，首先得知道什么是步进电机。

简单来说，步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。

它的工作原理基于电磁铁原理，通过有序地切换不同的绕组通电状态，使电机按照固定的步距角转动。

在数控机床中，步进电机主要用于精确的位置控制。

比如在数控机床的坐标轴运动控制中，包括 X 轴、Y 轴和 Z 轴，步进电机能够根据控制系统发出的脉冲信号，精确地驱动工作台或刀具在相应的轴向上移动到指定的位置。

这种精确的位置控制对于加工出高精度的零件至关重要。

与其他类型的电机相比，步进电机具有一些独特的优点，使其特别适合在数控机床中使用。

其一，步进电机具有较高的定位精度。

由于它的步距角是固定的，而且不会受到负载变化、环境温度等因素的显著影响，所以能够提供稳定而精确的位置控制。

这意味着在数控机床加工过程中，即使是对精度要求极高的零件，也能够通过步进电机的精确驱动来实现。

其二，步进电机的控制相对简单。

只需要给电机输入一定频率和数量的脉冲信号，就能够准确地控制电机的转动速度和转角。

这使得数控机床的控制系统在设计和实现上相对容易，降低了系统的复杂性和成本。

其三，步进电机具有良好的响应特性。

它能够快速地响应脉冲信号的变化，实现快速启停和反转，这对于数控机床在加工过程中的频繁加减速和方向变化非常重要，有助于提高加工效率和表面质量。

然而，步进电机也并非十全十美。

它在高速运行时容易出现失步现象，而且输出扭矩相对较小。

但在数控机床的应用中，通过合理的设计和控制策略，这些不足往往能够得到有效的弥补。

具体来说，在数控机床的实际应用中，步进电机通常与丝杠、导轨等部件配合使用，将电机的旋转运动转化为直线运动。

例如，在铣床中，步进电机通过丝杠带动工作台在 X 轴和 Y 轴方向上移动，从而实现对工件的精确铣削加工；在车床中，步进电机则驱动刀架在 Z 轴方向上移动，实现对工件的车削加工。

步进电机在数控机床中的应用

步进电机具有仅有周期性误差、精度高、能够用改变脉冲频率达到调速和正反转控制等，因为这些显著的特点，它已经成为机电一体化的一个重要产品，在自动化控制中得到广泛运用。配合微电子及计算机的发展，尤其是数控系统对步进电机的需求日益增加，全世界都在大力发展这一技术，我国数控系统的发展也取得了不少进步，自主研发了适合国情的各种数控系统，这对于步进电机控制的研究也很重要。
图 3 调频调压线路图表 1 CD4051 真值表
输入
接通通道
INH
C
B
A
L
L
L
L
0
L
L
L
H
1
L
L
H
L
2
L
L
H
H
3
L
H
L
L
4
L
H
L
H
5
L
H
H
L
6
L
H
H
H
7
H
×
×
×
均不接通
四、结语本文介绍了数控机床中开环控制系统用到的步进电机。详细介绍了步进电机的原理及其驱动方式，然后选择了调频调压的驱动方式来减轻或消除步进电机低频振荡的问题。使用单片机作为控制的核心，结合模拟开关，实现方法简便、易于控制、操作可靠，具有广阔的前景。
（二）单片机。8031 是最常见的 MCS51 系列的单片机系统，是 INTEL 公司最成熟的产品，应用范围广泛。它相当于一个微型计算机，将一个系统集成到芯片上。它是在线式实时控制、要求有较强的抗干扰能力，成本较低。它具有集成度高；结构简单、使用方便、模块化；可靠性强；功能强、速度快等优点。图 1 为单片机 8031 的管脚图。