数控铣床伺服控制系统设计

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数控铣床的基本组成

数控铣床的基本组成
定义:数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的，两都的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别.
如图所示，数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：
1、主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转,主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。

２、进给伺服系统
由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

3、控制系统数控铣床运动控制的中心,执行数控加工程序控制机床进行加工。

4、辅助装置如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

５、机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等,它是整个机床的基础和框架。

数控车床控制系统的设计样本

CK6163数控车床控制系统设计1.本课题项目背景及研究意义金融危机爆发以来, 国际机床市场不断下滑, 国内经济型数控机床市场也受到了相称大影响, 产销量大幅下降。

虽然数据显示上半年已经止住下滑趋势, 略微回升, 但研究应对方略仍旧是当务之急。

经济型数控机床是国内数控机床行业发展起步产品, 发展时间比较长, 生产公司对此类机床技术掌握状况和生产能力也都比较成熟。

正由于如此, 加之其在国内拥有大量市场空间, 金融危机爆发之前产量较大。

但从去年金融危机后来总体状况来看, 国内经济型数控机床生产公司生产能力明显过剩。

近来中华人民共和国机床工具工业协会调研成果中得到公司生产状况显示, 重要生产经济型数控机床公司受到冲击比较大, 特别是某些产品档次比较低、产量比较大公司受到冲击更大, 甚至浮现某些公司限产现象。

导致这种状况浮现重要因素还是由于市场需求在减少, 加上经济型数控机床生产能力比较强, 生产公司比较多, 竞争比较激烈,同步经济型车床、钻床和铣床出口量下降比较严重, 某些产品出口转内销, 进一步加剧了国内市场竞争。

而对于产品档次比较高公司来说, 受到冲击就不是很明显, 特别是高精尖高档机床仍旧是供不应求。

数控机床代表着机械制造业当代科学技术发展方向和水平。

当前, 国内数控机床发展不但从技术水平上已研制出五坐标数控铣床加工中心, CNC系统和自动编程系统等。

同步, 也拥有了一定数量数控机床开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上先进国家有较大差距。

要达到世界先进水平, 迅速发展国内数控机床行业势在必行。

经济型数控机床设计必然性: 数控机床能较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件加工问题。

可以稳定加工质量和提高生产率, 也具备适应性强、较高加工精度。

但是应用数控机床还受到其他条件限制。

价格昂贵, 一次性投资巨大, 对于中小公司心有余而力局限性。

当前各公司均有大量通用机床, 完全用数控机床代替主线不也许, 并且代替下来机床闲置起来, 又会导致挥霍。

FANUC 0i mate C 数控铣床电气控制系统及PLC控制设计

Abstract Can be
CNC milling machine is a common milling machine used digital control system the control of the program code accurately for milling machining
Key words :FANUC 0i mate C;CNC milling machine; Frequency conversion governor; PLC;Servo drive
FANUC 0i mate C 数控铣床电气控制系统及 PLC 控制设计
目录
引言.....................................................................1 1 FANUC 0i mate C 系统构成...............................................2 1.1 FANUC 0i mate C 系统组成及功能....................................2 1.2 FANUC 0i mate C 系统的配置........................................3 1.3 FANUC 0i mate C 系统的功能连接....................................6 2 系统硬件配置............................................................8 2.1 主轴电机的选型.....................................................8 2.2 交流异步电动机的调速方法...........................................8 2.3 变频调速器工作原理和基本构成......................................10 2.4 变频调速器的选择..................................................12 2.5 变频调速器的参数设置..............................................13 2.6 CNC 变频调速器的连接框图..........................................16 2.7 数控机床进给伺服系统的组成和功能特点..............................16 2.8 伺服电机的选型....................................................19 2.9 进给伺服单元的选型................................................24 3 电气控制系统电路图设计.................................................26 3.1 主轴控制原理图....................................................26 3.2 供电原理图.......................................................26 3.3 CNC 主板............................ ............................27

数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证

—
—
Ｍ＝・［时ｍ ‘ ｃ￣告（ｇ］ｐ－，）＋ｏ
式中：～导轨摩擦系数，贴塑导轨取Ｏ０．，滚动导轨取￡．００２６
０．０～０１０３０．
ａｘ
—
Ｄ／２
式中：ａ一主轴最大切削扭矩，ＭｍｘＤ一刀具直径不对称铣削分力的计算公式：进给方向上的分力ＦＨＦ．０９Ｆ垂直于进给方向上的分力ＦＦ＝．ｖ０７轴向分力Ｆ ‘ ＝．５Ｏ５Ｒｘ向进给力计算：：（＋（）Ｇ）３Ｙ向进给力计算：产尸蛳（只Ｇ）Ｑ ’ ＋＋（４）式中： … 分别为沿导轨运动方向、Ｐ法向和铅垂方向的切削分
一
∑ＭＭ＋ＭＭＬ
（由导轨摩擦阻力所产生的阻转矩ａ）
∑肘一个统的擦矩整系摩转
① 由切削力引起的折算到电机轴的切削负载转矩估算（Ｘ、向进给力的计算：ａＹ轴）最大圆周铣削力，计算公式（不对称逆铣时为最大）：
ＦＭｍ
—
式中：一轴向进给力，Ｑｙ为别为ｘ、ｚ轴向进给力）ＱＮ（ …ＱＹ、ｓ一丝杆导程．ｉｎ竹一机械传动效率传动减速比
—

ＭｔＭｆ ≥
②系摩转统的擦矩∑Ｍ由下部组Ｒ以几分成
式中：＿伺服系统的静态转矩朋ｆ＿切削负载转矩
高速化、高精度是当今数控机床、加工中心发展方向．对机床定位精度、重复定位精度、快速响应特性提出了更为严格的要求。合理设计伺服进给系统各项技术参数，是确保机床高可靠性、高稳定性、高精度、高品质必要条件

数控铣床电主轴系统设计说明书

目录引言 (1)1.数控铣床简介 (3)1.1.数控铣床组成 (3)1.2.数控铣床的工作原理 (4)1.3数控铣床加工的特点 (4)1.4数控铣床加工的主要对象 (4)2.电主轴概述 (5)2.1电主轴的基本概念 (5)2.2电主轴单元关键技术 (6)2.2.1高速精密轴承技术 (6)2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计 (7)2.2.3高速电动机设计及驱动技术 (8)2.2.4高速电主轴的精密加工和精密装配技术 (8)2.2.5高速精密电主轴的润滑技术 (9)2.2.6高速精密电主轴的冷却技术 (9)2.3高速电主轴发展及现状 (9)2.3.1高速电主轴技术的发展及现状 (9)2.3.2主轴单元结构形式研究的发展 (11)2.4电主轴对高速加工技术及现代数控机床发展的意义 (12)2.5内装式电主轴系统的研究 (13)3.电主轴工作原理及结构 (16)3.1电主轴的基本结构 (16)3.1.1轴壳 (16)3.1.2转轴 (16)3.1.3轴承 (17)3.1.4定子及转子 (17)3.2电主轴的工作原理 (17)3.3电主轴的基本参数 (19)3.3.1电主轴的型号 (19)3.3.2转速 (19)3.3.3输出功率 (19)3.3.4 输出转矩 (19)3.3.5电主轴转矩和转速、功率的关系 (20)3.3.6 恒转速调速 (20)3.3.7 恒功率调速 (20)3.3.8 轴承中径 (20)3.4自动换刀装置 (21)4. 电主轴结构设计 (22)4.1主轴的设计 (22)4.1.1.铣削力的计算 (22)4.1.2 主轴当量直径的计算 (23)4.2高速电主轴单元结构参数静态估算 (23)4.2.1 高速电主轴单元结构静态估算的内容及目的 (23)4.2.2轴承的选择和基本参数 (23)4.3轴承的预紧 (24)4.4主轴轴承静刚度的计算 (24)4.4.1 主轴单元主要结构参数确定及刚度验算 (26)4.4.2主轴单元主要结构参数确定 (27)4.4.3主轴强度的校核 (32)4.4.4主轴刚度的校核 (34)4.4.5主轴的精密制造 (35)4.5主轴电机 (36)4.5.1电机选型 (36)4.6主轴轴承 (37)4.6.1轴承简介 (37)4.6.2陶瓷球轴承 (38)4.6.3陶瓷球轴承的典型结构 (40)4.7主轴轴承精度对主轴前端精度影响 (40)4.8拉刀机构设计 (41)4.8.1刀具接口 (41)4.8.2拉刀杆尺寸设计 (42)4.8.3夹具体结构尺寸设计 (43)4.8.4 松、拉刀位移的确定 (45)4.8.5碟型弹簧的设计及计算 (46)4.9HSK工具系统结构特点分析 (48)4.10HSK工具系统的静态刚度 (52)4.10.1 HSK工具系统的变形转角及极限弯矩 (52)5.电主轴的润滑及冷却 (55)5.1润滑介绍 (55)5.1.1润滑的作用和目的 (55)5.1.2 电主轴润滑的主要类型 (55)5.1.3 油气润滑的原理和优点 (57)5.2电主轴的冷却 (58)5.2.1电主轴的热源分析 (58)5.2.2电主轴的冷却方法 (59)5.3电主轴的防尘和密封 (60)6.电主轴的驱动和控制 (61)6.1恒转矩变频驱动和参数设置 (61)6.2恒功率变频驱动和参数设置 (62)6.3矢量控制驱动器的驱动和控制 (64)6.4普通变频器原理 (65)6.5本设计采用的变频器原理 (67)6.6主轴准停 (69)6.6.1主轴的准停功能 (69)6.6.2主轴准停的工作原理 (69)6.6.3主轴准停控制方法 (70)7．主轴动平衡 (72)7.1动平衡介绍 (72)7.2动平衡设计 (73)总结 (75)致谢 (76)参考文献 (77)引言高速机床是实现高速切削加工的前提和条件。

MCP800数控铣床进给伺服系统改造

图
１
伺服电动机和测速发电机的换向碳刷及碳刷架经常需要更换，同样面临备件短缺的局面。更主要的原因是：由于该机床的光栅尺（闭全环位置测量元件）损坏，而该机床由于没有全、半闭环互换的功能，致使机床彻底瘫痪。该光栅尺使用的又是ＨＥＤＮＨＩ的最早期产品，该产品早已ＩＥＡＮ
１ＭＣ８０概况．Ｐ０
我单位的ＭＰ０Ｃ８０数控铣床是２Ｏ世纪８年代末０
北京第一机床厂和美国ＳＡＢＧ公司合作生产的产ＥＥ品。当时公司为了加工某型号飞机的油箱壁板和弧框等零件，专门购置了一台。该机床数控系统是意
种功能。而且操作系统界面简洁直观，操作人员能快速了解并掌握机床的各项功能，特别还具有老系统所不具备的对称加工功能和网络通信功能，不仅
扩大了该机床的零件加工范围，又可直接与我们分厂的局域网相连，操作人员很方便地就能实时调用到零件加工程序。但由于其伺服部分当时并没有改造，采用的仍然是由分立元件组成的模拟伺服模块造成元件老化，频繁出现故障和停机等问题。模拟伺服模块逐步淘汰，备件在市场上很难买到且价格昂贵，而且该机床的直流伺服电动机和测速发电动机因导电碳刷磨损而产生的碳粉微粒时常引起电动机短路，短路后的电动机修理起来特别麻烦，而且

课程设计数控立式铣床XY工作台机电系统设计说明书

《机电一体化》课程设计数控立式铳床XY工作台机电系统设计院系:汽车学院专业:机械设计制造及其自动化班级:机电一班组长:雷博文组员：金亮、黄明亮、夏佳、熊秀成指导教师：蒋强目录一、设计目的 (3)二、设计任务 (3)三．总体方案的确定 (4)1、机械传动部件的选择..................................... ••:•. (3)(1) 导轨副的选用 (4)(2) 伺服电动机的选用 (4)(3) 工作台的选用 (4)2、................................................................. 控制系统的设计.. (4)3、................................................................. 绘制总体方案图.. (5)四、.......................................... 直线伺服电机的计算与选型51、.............................................. 导轨上移动部件的重量42、...................................................... 铣削力的计算43、........................................................ 载荷的计算74、............................................................ 初选型号75、............................................ 直线伺服电机可用性验算8五、........................................... 直线滚动导轨副的计算与选型81、直线滚动导轨选择理由 (8)2、直线导轨额定寿命L 的计算和选型 (10)3、光栅尺的选择 (11)4、工作台的选型 (12)六、PLC选型 (13)七、....................................................... 伺服放大器选型18八、控制系统硬件电路设计 (20)结束语 (21)参考文献 (22)一、设计目的课程设计是一个很重要的实践性教学环节，要求学生综合运用所学的理论知识，独立进行设计训练，主要目的：1) 通过本设计，使学生全面地，系统地了解和掌握数控机床得基本组成及其相关基本知识，学习总体方案拟定、分析与比较的方法。

数控铣床毕业设计方案

数控铣床毕业设计方案1. 引言本文档旨在提供一个完整的数控铣床毕业设计方案，详细描述设计的目标、所需的硬件和软件资源、设计的步骤以及测试和验证计划。

设计方案的目标是设计和构建一个数控铣床系统，能够实现高精度的自动铣削操作。

2. 设计目标设计目标是构建一个能够实现以下功能的数控铣床系统：•自动控制铣削操作，包括设定切削速度、切削深度和进给速度等参数•能够处理复杂的铣削任务，包括曲线铣削、螺旋铣削等•具有高精度的定位和铣削能力，保证铣削的加工精度•具备人机交互界面，方便操作者进行参数设定和监控3. 资源需求设计数控铣床系统所需的资源包括硬件和软件方面的资源。

3.1 硬件资源以下硬件资源是设计数控铣床系统所必需的：•铣床主体：包括床身、工作台、主轴和传动系统等•伺服电机：用于驱动主轴和进给轴•传感器：如位置传感器、力传感器等，用于实时监控和反馈•控制器：用于控制伺服电机和传感器，实现自动化控制3.2 软件资源以下软件资源是设计数控铣床系统所必需的：•CAD软件：用于绘制和编辑零件的几何形状•CAM软件：用于生成数控铣削的刀具路径和切削参数•控制软件：用于编写和加载数控程序，控制铣床系统的运行4. 设计步骤设计数控铣床系统的步骤如下：1.确定设计需求和目标，明确所需的功能和性能指标2.设计铣床主体，包括床身、工作台、主轴和传动系统等部分3.选择并配置合适的伺服电机和传感器4.设计控制系统，包括控制器和相应的控制软件5.开发人机交互界面，实现参数设定和监控功能6.软件开发，包括CAD软件和CAM软件的使用以及控制软件的编写7.进行系统集成和调试8.进行性能测试和验证5. 测试和验证计划为确保数控铣床系统的正常运行和满足设计需求，需要进行全面的测试和验证。

测试和验证计划如下：1.功能测试：验证系统是否能够实现设计的功能，包括自动控制铣削操作、复杂铣削任务的处理等2.精度测试：测试系统的定位精度和加工精度，与设计要求进行比较3.可靠性测试：进行长时间运行测试，检测系统的稳定性和可靠性4.用户界面测试：测试人机交互界面的易用性和功能完善性5.性能测试：测试系统在不同工况下的性能表现，如切削速度、进给速度和切削深度等6. 总结本文档详细描述了一个数控铣床毕业设计方案，包括设计目标、所需的硬件和软件资源、设计的步骤以及测试和验证计划。

浅谈MCP800数控铣床进给伺服系统改造

ＧｅｅａｓｒｐｉｎｏｅｄＳｒｏＳｓｅｏｉｃｔｎｎｒｌＤｅｃｉｔｎＦｅｅｖｙｔｍＭｄｆａｉｏｉｏ０ｆＣＮＣｉｉｇＭａｈｎＣＰ８０ＭｌｎｃｉｅＭｌ０
●计算机应用
浅谈ＭＣ８０Ｐ０数控铣床进给伺服系统改造
李明
（洪都航空工业集团，南昌３０２）３０４
摘要：随着数控技术的发展，流进给伺服系统已逐步被交流驱动系统所取代。些早期的数控机床直一
测元件为核心组成反馈回路，检测执行机构的速度
图１数控机床闭环伺服系统的典型结构
速度传感元件，作为速度反馈的测量装置。位置环是由ＣＮＣ装置中位置控制、度控制、置检测与反馈速位控制等环节组成，用以完成对数控机床运动坐标轴的控制。数控机床运动坐标轴的控制不仅要完成单个轴的速度位置控制．且在多轴联动时，而要求各移
本体的联系环节，性能直接影响数控机床的精度、其
工作台的移动速度和跟踪精度等技术指标。通常将伺服系统分为开环系统和闭环系统。开环系统通常主要以步进电动机作为控制对象，闭环系统通常以直流伺服电动机或交流伺服电动机作为控制对象。在开环系统中只有前向通路。无反馈回路，ＮＣＣ装置生成的插补脉冲经功率放大后直接控制步进电动机的转动：脉冲频率决定了步进电动机的转速，而控制工作台的运动速度；出脉冲的数进输量控制工作台的位移，在步进电动机轴上或工作台上无速度或位置反馈信号。在闭环伺服系统中，以检

第三节伺服进给系统

第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。

所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。

在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。

所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。

一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。

这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。

2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。

例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。

进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。

3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。

当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。

所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。

因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。

这就是进给传动恒转矩工作的特点。

4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。

因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。

因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。

这就是“传动比递降原则”。

应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。

二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。

（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。

A万能铣床电气控制系统PLC改造设计

A万能铣床电气控制系统PLC改造设计随着我国科技水平的不断提高，工业自动化技术也在逐渐地向更高的水平发展。

在众多的机械设备中，数控机床无疑是应用最广泛的一类，而这其中的万能铣床也是其中的代表之一。

作为一种采用数控技术的机械制造设备，铣床在很多领域都有着广泛的应用，可实现零件的批量加工和高精度的加工要求。

然而，在工业生产过程中，很多企业使用的铣床却存在其电气控制系统的问题，致使其使用效率下降，精度变差，如何解决这一问题就成了工程师们面临的难题。

我们所研究的铣床控制系统采用的是PLC控制，为了使铣床的控制系统更为完善，我们设计了一套PLC改造方案，以期达到更好的控制效果。

一、铣床电气控制系统PLC改造设计方案1. 轴控制部分：铣床的轴控制部分主要包括X轴、Y轴和Z轴的控制。

我们采用了PLC中的高速计数器进行脉冲计数，并通过控制IO口实现转向控制。

同时，我们将X、Y、Z三轴之间的位置关系整理成了相应的算法程序，实现了精准的直线和圆弧插补控制。

2. 进给控制部分：进给控制部分主要由动力电机、变频器、伺服电机和位移传感器组成。

我们采用了PID的控制算法，通过测量物理量来计算出PID控制器的输出量。

同时，我们费尽心思地编写了FS-CNC编程语言来完成其具体实现，以期达到更好的控制效果。

3. 冷却液控制部分：在铣削过程中，由于加工时会产生大量的热量，为了减少加工对加工件的影响，加工过程需要加上冷却液。

我们采用了PLC来控制冷却液的水泵和液位控制系统，杜绝了过度和不足液位的问题。

4. 灯光控制部分：在铣床使用过程中，氙气灯或LED灯有助于工人对正在加工中的物料的观测，我们采用了PLC来实现灯光开关。

5. 自动润滑系统的控制：为了保证加工过程中的设备稳定性和延长机器使用寿命，我们使用PLC对自动润滑系统进行控制，在合适的时间对铣床进行加油、换油等维护操作。

6. 报警保护控制部分：为了减少机器的损坏，我们在PLC 的控制下，对马达电流进行监测，并采用过载保护、欠载保护、断路保护等多种报警保护方式，确保设备正常运行。

数控机床的伺服驱动系统

15
半闭环数控系统
半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因
此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。
10
驱动电机：是进给系统的动力部件，它提供执行部分运动所需的动力，在数控机床上常用的电机有：
步进电机
直流伺服电机
交流伺服电机直线电机。
检测装置：在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制 ,对驱动装置进行控制。常用的检测装置有：感应同步器、旋转变压器、光栅、脉冲编码器等。
步进电机
步进电机
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按控制原理分类
半闭环控制 (Half-Closed-Loop Servo-Drive)
伺服电机指令脉冲工作台
位置比较
电路
速度控制
电路
速度反馈检测元件
位置反馈
半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。
39
1．三相三拍工作方式
当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通电，则A、B、C三对
磁极依次产生磁场吸引转子转动。
√当A相通电时，B相和C相不通电，电机铁心的AA轴方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子1、3齿与A相磁极对齐，2、4 两齿与B、C两磁极相对错开300
A C B 4 B C A
40
A C 1 2 3 B
数控机床伺服驱动系统的基本组成

数控立式铣床机械结构设计--结构设计

数控立式铣床机械结构设计数控机床作为一种高自动化、高柔性、高精度、高效率的机械加工设备，决定了它在现代制造业中占有越来越重要的作用。

近年来，我国在中高档数控机床关键技术上有了较大突破，创造出一批具有自主知识产权的研究成果。

目前，在实际应用中有部分工件在加工微型孑L或铣削平面时，加工精度不高。

如果我们用传统的数控铣床对其加工，将导致加工效率低且加大设备和电力的损耗。

根据这种情况，我们设计了一种小型数控立式铣床。

该铣床造价大大低于传统数控机床，还能够满足教学上的使用，提高学生对数控铣床的理解与认识。

下文就对它的机械结构设计作一介绍。

1 机床的总体布局本机床是一台采用立式布置的小型数控铣床，机床床身尺寸(长×宽×高)为600 mm×8OO mm×1 4051Tim，主要由(如图1机床的结构简图所示)机床底座，横向溜板，X、y、Z方向进给步进电动机，工作台，机床床身，三相异步电动机，主轴箱以及相关的电气系统等部分组成。

机床的加工过程为：被加工零件固定于工作台4上，能够实现横向、纵向的进给运动；铣刀装夹在主轴箱8上，能够沿立柱的上下移动，进行铣削加工。

整个加工过程由PC进行控制，实现工件的自动加工。

该数控铣床的主要技术参数为：最大钻孔直径：28 mm；最大铣削能力：平面2．6×10 mm。

；主轴箱上下移动最大行程：345 mm；工作台工作面积：730 n'ln3×350 n3n3；工作台最大纵向行程：450 mm；工作台最大横向行程：250 n3m；机床底座面积：400 ITlm×680 n3n3；主轴变速范围：8O～ 1 650 r／min2 机床主传动系统及主轴组件设计2．1 机床主传动系统数控铣床主传动系统由主轴电动机、传动系统和主轴部件等部分组成，它与普通机床主传动系统相比结构较简单，这是由于变速功能主要由无级变速电动机来承担。

立式数控铣床工作台进给传动系统的设计

立式数控铣床工作台进给传动系统的设计首先，立式数控铣床的工作台（X轴）进给传动系统需要具备高精度、高刚性和高可靠性的特点。

因此，在设计中需要选择合适的传动方式和传动元件，并进行系统的优化设计。

传动方式有很多种，如直线导轨传动、滚珠丝杠传动、齿轮传动等。

根据立式数控铣床的特点和要求，一般采用滚珠丝杠传动。

滚珠丝杠传动具有传动精度高、刚性好、反应灵敏等特点，适用于高精度的数控铣床。

滚珠丝杠的选择需要考虑工作台（X轴）的负载、速度和精度要求。

一般来说，工作台负载越大，所需密封循环滚珠丝杠的精度越高；而速度越高，所需螺帽的刚性越大。

因此，在设计中需要根据具体要求选择合适的滚珠丝杠规格。

在滚珠丝杠传动系统中，螺帽是受力最大的部件，因此螺帽的设计也是很关键。

螺帽需要具备良好的刚性和耐磨性，以保证传动的稳定性和寿命。

一般来说，尽量选择存在预紧力的预紧螺帽，以减小螺母的游隙，提高传动的精度。

除了滚珠丝杠传动外，还可以考虑结合其他传动方式，如伺服电机等。

伺服电机作为传动设备的一种，能够实现精确的位置控制和高速运动。

在设计中，可以选择合适的伺服电机，并进行精确的校准和调试，以实现更高的工作精度和效率。

此外，还需要考虑工作台（X轴）进给传动系统的润滑方式。

对于滚珠丝杠传动系统，需要进行润滑和维护，以减小运动阻力和摩擦损失。

一般来说，采用中空滑道和滚珠滚道的润滑方式，可以提高传动的平稳性和寿命。

总之，立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计需要根据具体要求选择合适的传动方式和传动元件，并进行系统的优化设计。

通过合理的设计和选择，可以提高机械性能和工作精度，满足不同加工要求。

同时，对传动系统的润滑和维护也需要重视，以保证系统的可靠性和寿命。

X5032铣床主传动系统数控改造毕业设计

摘要本文在X5032数控铣床改造设计时主要从经济性、方便性、实用性、可靠性四方面因素出发，对X5032型铣床进行了数控铣床主传动机械系统设计。

使改造后的机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度；运动副之问的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。

改造后的数控铣床可以实现主传动系统电机正、反转，转速分为两档，并在各档内可以实现无级调速；可以在平面或空问范围内按设定曲线(直线、圆弧等)恒速或变速运行；可以实现数值的任意设定并显示；可以实现辅助控制系统的任意起停和故障报警；可以实现与上位机的通讯。

X5032数控铣床机械系统设计包括伺服驱动系统的设计计算，丝杠螺母副的设计计算，主传动系统的参数计算，主传动系统结构设计。

进给传动系统设计中，全部拆除纵向、横向、垂向进给箱齿轮，拆除纵向、横向、垂向进给手柄，在该处将手轮轴通过一对减速齿轮和纵向、横向及垂向步进电机相连。

丝杠拆去，换上滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚珠丝杠连接，改造后的X5032铣床的定位精度为±0.01mm，重复定位精度为±0.005mm。

X、Y电机能够拖动工作台以6-3200r／min的切削进给速度进行X向、Y向运动，Z相电机能使主轴箱获得3-1600r／min的进给速度。

主传动系统设计拆除机床主轴，重新设计主轴。

为了保证主轴在运动时有准确的定位，安装主传动的定位检测装置。

采用电气式主轴准停装置，利用磁力传感器检测定位。

只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确的定位。

将主传动改为采用变频交流电动机无级调速。

低档转速为270-1500r/min，高档转速为1500-4500r/min，在各档内可以实现无级调速。

与原立式铣床的机械结构相比比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，主传动系统是一个开环控制的交流变频调速系统，通过软件来实现它的调速。

数控系统是一个基于单片机的采用模块化设计的数字型控制系统。

数控机床的伺服系统

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4.2 步进电动机驱动控制系统
4.2.3 步进电动机的驱动控制
1.步进电动机的工作方式从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每拍转子转过一个
步距角。按A→B → C → A → …的顺序通电时，电动机的转子便会按此顺序一步一步地旋转;反之，若按A → C → B → A→…的顺序通电，则电动机就会反向转动，这种三相依次单相通电的方式，称为三相单三拍式运行，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指一个循环内换接了三次，即A、B、C三拍。单三拍通电方式每次只有一相控制绕组通电吸引转子，容易使转子在平衡位置附近产生振荡，运行稳定性较差;另外，在切换时一相控制绕组断电而另一相控制绕组开始
4.2.2 步进电动机的工作原理与主要特性
1.步进电动机的工作原理
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4.2 步进电动机驱动控制系统
步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。下面以图4-2所示的一个最简单步进电动机结构为例说明步进电动机的工作原理。其定子上分布有6个齿极，每两个相对齿极装有一相励磁绕组，构成三相绕组。
也称为数组的长度。
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6.1 一维数组
对数组的定义应注意以下几点。 (1)数组的类型实际上是指数组元素的取值类型。对于同一
个数组，其所有元素的数据类型都是相同的。 (2)数组名的书写规则应符合标识符的书写规定。 (3)数组名不能与其他变量名相同。 (4)不能在方括号中用变量来表示元素的个数，但是可以用
按伺服控制方式不同，数控机床伺服系统可分为开环、闭环和半闭环系统。开环型采用步进电动机驱动，控制方式简单，信号单向传递，无位置反馈，所以精度不高，适用于要求不高的经济型数控机床中。而闭环控制系统采用直流、交流伺服电动机驱动，位置检测元件安装于机床运动部件上，

数控铣床原理图

数控铣床原理图
数控铣床原理图如下：
- 硬件部分：包括计算机控制系统、电源系统、运动控制系统
和机床本体。

- 计算机控制系统：由主机和I/O设备组成，主机负责运算和
数据处理，I/O设备用于输入和输出数据。

- 电源系统：提供机床所需的电能，包括交流电源和直流电源。

- 运动控制系统：负责控制机床的运动，包括轴的运动控制、
速度控制和位置控制。

- 机床本体：由床身、工作台、主轴和刀具组成，用于实现工
件的加工。

- 主轴：通过伺服电机带动刀具进行旋转运动，控制工件的转
速和方向。

- 刀具：安装在主轴上，用于切削工件。

- 工作台：用于固定工件，具有XY方向的移动能力，控制工
件在坐标系中的位置。

- 数据传输：通过计算机和运动控制系统之间的数据传输，实
现对机床的远程控制和监控。

XK5040数控立式铣床及控制系统设计

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 millingmachine 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 01 总体设计 (4)1.1、铣床简介 (4)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 (4)1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局 (4)1.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数 (5)1.2.3 总传动系统图 (7)2 主运动系统设计 (8)2.1 传动系统设计 (8)2.1.1参数的拟定 (8)2.1.2 传动结构或结构网的选择 (8)2.1.3 转速图拟定 (10)2.1.4齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (12)２.２传动件的估算与验算 (15)2.2.1传动轴的估算和验算 (15)２.２.２齿轮模数的估算 (18)２.３展开图设计 (23)２.３.１结构实际的内容及技术要求 (23)２.３.２齿轮块的设计 (24)２.３.３传动轴设计 (26)２.３.４主轴组件设计 (29)２.４制动器设计 (34)２.４.１按扭矩选择 (34)２.５截面图设计 (35)２.５.１轴的空间布置 (36)２.５.２操纵机构 (36)２.５.３润滑 (36)２.５.４箱体设计的确有关问题 (37)３进给系统设计 (39)３.１总体方案设计 (39)３.１.１对进给伺服系统的基本要求 (39)３.１.２进给伺服系统的设计要求 (39)３.１.３总体方案 (39)３.２进给伺服系统机械部分设计 (40)３.２.１确定脉冲当量，计算切削力 (40)３.２.２滚珠丝杆螺母副的计算和造型 (42)３.２.３齿轮传动比计算 (51)３.２.４步进电机的计算和选型 (52)３.２.５进给伺服系统机械部分结构设计 (61)４控制系统设计 (65)4.1绘制控制系统结构框图 (65)4.2.选择中央处理单元（CPU）的类型 (65)4.3存储器扩展电路设计 (66)４.３.１程序存储器的扩展 (66)４.３.２数据存储器的扩展 (67)４.４I/O接口电路及辅助电路设计 (67)４.４.１I/O接口电路设计 (67)４.４.２步进电机接口及驱动电路 (68)４.２.３其他辅助电路 (69)参考文献 (72)致谢............................................................................................................错误!未定义书签。

第7章数控机床的进给伺服系统PPT课件

起动频率fq 的选择先计算电机轴上的等效负载转动惯量：
式中 J1、J2——齿轮的转动惯量(N·m·s2)；J3——丝杠的转动惯量 d ——冲当量(mm／脉冲)。
然后进行负载启动频率fqF 的估算；式中 fq——空载启动频率(Hz)，T——由矩频特性决定的力矩(Nm)
J——电机转子转动惯量(N·m·s2)。依照机床要求的启动频率fqF ，可选择fq
第七章数控机床的进给伺服系统
7-1 概述 7-2 步进电动机及其驱动系统 7-3 直流伺服电动机及其速度控制 7-4 交流伺服电动机及其速度控制 7-5 主轴驱动 7-6 位置控制
§ 7-1 概述
立式铣床
加工中心刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机
带制动器伺服电机主轴电机
伺服电机
伺服驱动系统（Servo System)
称做空载运行频率fmax。它也是步进电动机的重要性能指标，对于提高生产率和系统的快速性具有重要意义。
fmax 应能满足机床工作台最高运行速度。
6. 运行矩频特性运行矩频特性T＝f(F)是描述步进电动
机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行 T 频率之间的关系。它是衡量步进电动机运转时承载能力的动态性能指标。
f
三、步进电动机驱动电源 1. 作用发出一定功率的电脉冲信号，使定子励磁绕组顺序通电。 2. 基本要求（1）电源的基本参数与电动机相适应；（2）满足步进电动机起动频率和运行频率的要求；（3）抗干扰能力强，工作可靠；（4）成本低，效率高，安装维修方便。
1.步距角步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式：
θ＝ 360 (°) Z mK
式中 m—步进电动机相数 Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m