数控铣床的伺服系统设计

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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。

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

数控机床的伺服驱动系统

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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。
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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。

进给伺服系统概述

上面已经把数控机床位置伺服系统简化为典型的二阶系统。下面将应用控制系统的分析方法来讨论数控机床位置伺服系统的性能指标。（一）动态性能（１）．动态性能分析动态过程是指控制系统在输入作用下从一个稳态向新的稳态转变的过渡过程。位置伺服系统在跟踪加工的连续控制过程中，几乎始终处于动态的过程中。控制系统都是受到给定与扰动两种输入的作用。理想的控制系统应该对给定输入的变化能够准确地跟踪，同时又完全不受扰动输入的影响。即系统应该具有很好的跟随性和很强的抗干扰性。对于位置随动系统，给定值的变化量是主要输入，动态过程将围绕这个变化了的给定值变化。阻尼比ζ是描述系统动态性能的重要参数。欠阻尼 0<ζ<1 时进给伺服系统的传递函数：这种情况下系统对于斜坡输入信号的跟随响应是要经历振荡的，如下图所示：
大倍数。调速单元输出的量是速度量，这一速度量经过积分环节 1/s 后成为角位移量。
2-1、进给伺服系统的数学模型
对控制系统的数学描述，实际上就是首先建立系统中各环节的传递函数，然后求出整个系统的传递函数。有速度内环的闭环系统如图 8-4 所示：
位置检测环节是指位置传感器（光电编码器，旋转变压器等）和后置处理电路。作用是把位置信号转换为电信号。这个环节也可以看做是一个比例环节，比例系数是 K f 。将各环节的传递函数置换 8-4 的框图，就得到了动态结构图，如图 8-5 所示：
1．静态性能分析
控制系统中，最重要的是稳定性问题。如果一台数控机床的伺服控制系统是不稳加工的。因此，任何控制系统首先必须是稳定的。 2、稳态性能指标位置伺服系统的稳态性能指标主要是定位精度，指的是系统过度过程终了时实际状态与期望状态之间的偏差程度。一般数控机床的定位精度应不低于 0.01mm，而高性能数控机床定位精度将达到 0.001mm 以上。影响伺服系统稳态精度的原因主要有两类，一类是位置测量装置

第一章数控铣床概述

图1-1 数控铣床
图1-2 加工中心
第一节数控铣床（加工中心）的组成和工作原理一、数控铣床（加工中心）的数控铣床（加工中心）大体由输入装臵、数控装臵、伺服系统、检测及其辅助装臵和机床本体等组成。 1、输入装臵数控程序编制后需要存储在一定的介质上，按目前的控制介质大致分为纸介质和电磁介质，相应地通过不同方法输入到数控装臵中去。纸带输入方法，即在专用的纸带上穿孔，用不同孔的位臵组成数控代码，再通过纸带阅读机将代表不同含义的信息读入。手动输入是将数控程序通过数控机床上的键盘输入，程序内容将存储在数控系统的存储器内，使用时可以随时调用。
伺服系统接收数控装臵输出的各种信号，经过分配、放大、转换等功能，驱动各运动部件，完成零件的切削加工。 4、检测装臵位臵检测、速度反馈装臵根据系统要求不断测定运动部件的位臵或速度，转换成电信号传输到数控装臵中，与目标信号进行比较、运算，进行控制。 5、运动部件由包括床身、主轴箱、工作台、进给机构等组成的机械部件，伺服电机驱动运动部件运动，完成工件与刀具之间的相对运动。
基础篇数控铣床（加工中心）的编程第一章数控铣床（加工中心）概述
数控铣床是主要采用铣削方式加工零件的数控机床，它能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型腔铣削及三维复杂型面的铣削，如凸轮、模具、叶片等，另外数控铣床还具有孔加工的功能，通过特定的功能指令可进行一系列孔的加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗孔和攻丝等，如图1-1所示。
第二节数控铣床（加工中心）的分类和特点数控机床加工与普通机床有着一定的区别：１）工序集中数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中，减少机床占地面积，节约厂房，同时减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。２）自动化程度高数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高，对操作工人的要求降低。数控操作工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工出的零件精度高，而且省时、省力，降低了工人的劳动强度。

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。

数控机床按伺服控制方式分类

数控机床按伺服控制方式分类数控机床有很多分类方式，可以按工艺用途分类、机床运动控制轨迹分类、伺服控制方式分类、数控系统功能水平分类。

泊头巨人重工机械有限公司是一家专业生产、立车、数控立车、数控龙门铣床、龙门加工中心、数控落地镗铣床的生产厂家。

对数控机床分类很有心得，下面我们讲解一下按伺服控制方式分类。

(1)开环控制数控机床开环控制没有榆测反馈装置，数控系统发出的指令脉冲信号是单方向的，没有反馈信号，因此其加工精度主要取决于伺服系统的性能。

开环控制系统的驱动元件主要是步进电动机，控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转过一个步距角。

开环控制结构简单，造价低，调试维修方便，但控制精度一般不高，多应用于经济型数控机床或旧机床的数控化改造。

图1-10所示为开环控制系统框图。

(2)半闭环控制数控机床半闭环控制采用的是角位移检测装置，安装在伺服电动机或丝杠端部，通过检测伺服电机的转角或丝杠转角，间接测得工作台的实际位移值，与输入指令值比较后，用差值控制运动部件。

由于丝杠、工作台等惯性较大的运动部件不在控制环内，比较容易获得稳定的控制特性，角位移检测装置可与伺服电机设计成一个整体，使系统的结构简单，安装调试方便，但机械传动的误差无法得到校正和消除。

只要榆测装置的精度高，分辨率高，丝杠螺母机构的精度高。

具有可行的间隙消除措施，半闭环控制系统就能具有较高的控制精度，日前广泛应用于中小型数控机床上。

图1-1l所示为半闭环控制系统框图。

(3)闭环控制数控机床闭环控制采用的是直线位移检测装置，安装在机床工作台上，直接榆测工作台的实际位移值，与输入指令比较后，用差值控制运动部件。

闭环控制在位置环内还有一个速度环，其日的是减少因负载等因素而引起的进给速度的波动，改善位置环的控制品质。

由于将机械传动部分全部包括在闭环之内，从理论上讲，闭环控制的精度取决于检测装置的精度，而与机械传动的误差无关，因而定位精度高，速度快。

但闭环控制系统技术上要求高，成本较高，调试和维修比较复杂，此外机床的结构、传动装置及传动间隙等非线性因素都会影响其控制精度，严重时系统会产生振荡，降低系统稳定性，所以在设计时应对其给予足够的重视。

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，

机电一体化课程设计题目

机电一体化课程设计题目题目一： C616车床工作台纵向数控化改造参考文献：机械部分设计参考文献：控制部分设计参考文献：（参照其中的第三部分）论文书写格式参照：《数控X-Y工作台设计》题目二：数控铣床X —Y 进给伺服系统设计任务：设计一种供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台，主要参数如下：1）立铣刀最大直径d=20mm ；2）立铣刀齿数Z=4；3）最大铣削宽度mm a e 15=；4）最大背吃刀量mm a p 12=；5）加工材料为碳素钢；6）X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲；7）X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±；8）工作台尺寸230mmX230mm,加工范围为250mmX250；9）工作台空载最快移动速度min /2000mm v v y x ==；10）工作台进给最快移动速度min /300max max mm v v f y f x ==；11）移动部件总重量为800N ；12）每齿进给量mm f z 1.0=13）铣刀转速n=300r/min参考文献：机械部分设计参考文献：《X —Y 数控工作台机电系统设计控制部分设计》参考文献：（参照其中的第三部分）论文书写格式参照：《数控X-Y 工作台设计》题目三：数控铣床X —Y 滑台设计任务：设计一种数控铣床X-Y 数控工作台，主要参数如下：1）立铣刀最大直径d=15mm ；2）立铣刀齿数Z=3；3）最大铣削宽度mm a e 15=；4）最大背吃刀量mm a p 10=；5）加工材料为碳素钢；6）X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲；7）X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±；8）工作台尺寸400mmX400mm,加工范围为300mmX300；9）工作台空载最快移动速度min /1800mm v v y x ==；10）工作台进给最快移动速度min /250max max mm v v f y f x ==；11）移动部件总重量为800N ；12）每齿进给量mm f z 1.0=13）铣刀转速n=400r/min题目四：多用X-Y 工作台设计主要参数如下：定位精度：±0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命：T=15000h，中等冲击，其他见下表：题目五：CA6140车床纵向进给系统设计2.设计参数：1）行程：1000mm2）快速进给：2400 mm/min3）最大切削速度：500 mm/min4）溜板及刀架质量：81.63mg5）主电动功率：7.5kw6）定位精度：±0.04 mm7）重复定位精度：±0.016mm/全行程8）控制坐标数：29）脉冲当量：0.01mm/脉冲题目六：（注：本题供有兴趣的同学做）自动擦黑板机进给伺服系统设计(只需做一个方向的进给伺服设计即可)设计参数：自定。

数控铣床的主传动系统及结构

数控铣床的冷却系统包括刀具冷却和主轴冷却，用于降低刀具和主轴的温度，提高加工精度。
排屑系统
排屑系统将数控铣床加工过程中产生的切屑排出机床，保证加工质量和安全。
防护系统
防护系统可以防止数控铣床在加工过程中受到外界干扰和损坏。
05
数控铣床的结构优化及改进建议
提高机床的刚度
总结词
机床的刚度是衡量机床稳定性和精度的重要指标，提高机床的刚度有助于提高加工精度和降低机床的振动。
，也可以有效降低生产成本。
06
数控铣床的应用与发展趋势
数控铣床的应用范围
航空制造
数控铣床可用于飞机发动机的制造，精确控制发动机的尺寸和形状，提高制造效率。
汽车制造
数控铣床广泛应用于汽车零部件的加工，能够实现高效、高精度的批量生产。
模具制造
数控铣床可用于模具的制造和修复，满足模具的高精度、高强度要求。
防护装置
数控铣床的防护装置需考虑安全防护、防止噪音和灰尘等方面，常见的有防护罩、隔音棉等。
04
数控铣床的传动系统设计
主轴传动系统的设计
直流电机驱动
直流电机具有优良的调速性能和启动性能，常用于数控铣床的主轴驱动。
交流电机驱动
交流电机结构简单、维护方便，在数控铣床中也有广泛应用。
伺服电机驱动
伺服电机具有高精度、高响应的特点，适用于要求高精度控制的数控铣床。
机械主传动系统采用机械变速箱和主轴组合实现主运动，具有结构简单、维护方便等优点，但调速范围有限。
电主传动系统
电主传动系统采用电机直接驱动主轴实现主运动，具有调速范围广、响应速度快等优点，但需要配置相应的控制系统。
03
数控铣床的结构
床身结构

《机电一体化课程设计》任务书

《机电一体化课程设计》任务书第一篇：《机电一体化课程设计》任务书《机电一体化课程设计》任务书一、课程设计题目1.数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计（注：这里的二维运动指的是工作台在水平面内沿横轴和纵轴的运动）2.数控铣床工作台三维运动伺服进给系统设计 3．自拟题目二、设计要求1、能用键盘输入命令控制工作台的运动方向2、能实时显示当前运动位置3、具有越程指示报警及停止功能4、参照工具书，结合实际，自己设定系统定位精度，脉冲当量，空载启动时间，最大进给速度，各个方向的运动范围，切削用量等参数三、设计内容1、总体方案确定（1）总体方案设计（2）绘制总体方案图2、机械系统设计（1）执行元件参数及规格的确定；（2）传动机构的具体结构及参数设计；（3）执行机构的具体结构及参数设计。

（4）绘制进给传动系统示意图。

3、控制系统硬件电路设计（1）微机的选用、存储器的选用与扩展、译码电路设计、接口电路设计等（2）绘制控制系统原理框图4、传感器的选择（适用于半闭环控制方式和全闭环控制方式）四、课程设计报告书内容（不少于3000字，要求计算准确、文字通顺、书写工整。

要求图纸、图面布置合理、正确清晰。

）1．设计题目和要求2．系统总体方案框图及分析说明3．机械系统设计计算、各部件类型选择说明及进给传动系统的示意图与说明 4．控制系统工作原理框图与设计说明5．传感器的选择与设计说明（适用于半闭环控制方式和全闭环控制方式）6．课程设计总结与心得体会 7．参考资料五、主要参考书目机械原理、机械设计、电工电子技术、单片机原理与系统设计、机电一体化等相关书籍，如：[1] 尹志强等编著.机电一体化系统课程设计指导书.北京:机械工业出版社.2007.5 [2] 郑堤主编.机电一体化设计基础.北京:机械工业出版社.1997 [3] 曾励主编.机电一体化系统设计.北京:高等教育出版社，2004.4 [4] 张建民等编著.机电一体化系统设计（第二版）.北京:高等教育出版社.2001.8第二篇：《机电一体化系统设计》课程设计任务书2010级《机电一体化系统设计》课程设计任务书学院：班级：学号：指导教师：朱红萍二0一一年十二月目录一、课程设计目的二、设计题目及参数三、设计内容四、机电一体化系统设计五、心得体会六、参考文献一、课程设计目的机电一体化系统课程设计是一个重要的实践性教学环节。

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

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