数控铣床伺服进给系统设计
立式数控铣床进给传动系统设计
课程设计任务书目录1.概述 (3)1.1技术要求 (3)1.2总体设计方案 (3)2.滚珠丝杠螺母副的选型和计算 (3)2.1主切削力及其切削分力计算 (3)2.2导轨摩擦力的计算 (4)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (4)2.4滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (5)3.工作台部件的装配图设计 (9)4.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (9)4.1滚珠丝杆螺母副临界压缩载荷的校验 (9)4.2滚珠丝杆螺母副临界转速的校验 (9)4.3滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 (10)5.计算机械传动系统的刚度 (10)5.1机械传动系统的刚度计算 (10)5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度的计算 (11)6.驱动电动机的选型与计算 (11)6.1计算折算到电动机轴上的负载惯量。
(11)6.2计算折算到电动机轴上的负载力矩 (12)6.3 计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 (13)6.4选择驱动电动机的型号 (14)7.确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (14)7.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (14)7.2滚珠丝杠螺母副的规格型号 (15)8. 课程设计总结 (15)9.参考文献 (15)1.概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总质量m=918kg，其中，工作台的质量510kg；工作台的最大行程Lp=600 mm;工作台快速移动速度18000mm/min；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数为0.15，静摩擦系数为0.12；工作台的定位精度为30μm，重复定位精度为15μm；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。
机床采用主轴伺服电动机，额定功率为5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径125mm，主轴转速310r/min。
切削状况如下：数控铣床的切削状况1.2总体设计方案为了满足以上技术要求，采取以下技术方案：（1）工作台工作面尺寸（宽度×长度）确定为400mm×1200mm。
立式数控铣床工作台(X轴)进给传动系统的设计
设计题目：立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计摘要制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统技术是振兴制造业的技术支撑和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。
而数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
我国数控技术及产业尽管在改革开放后取得了显著的成就，开发出了具有自主知识产权的数控平台，即以PC为基础的总线式、模块化、开放型的单处理器平台，开发出了具有自主知识产权的基本系统，也研制成功了并联运动机床，但是我过的数控技术及产业与发达国家相比仍然有比较大的差距，其原因是多方面的，但是最重要的是数控人才匮乏。
关键词：数控技术AbstractManufacturing industry is the foundation of the national economy and national defense industry, advanced manufacturing technology is the revitalization of traditional technology is the revitalization of technical support and development trend of the manufacturing industry, is the main means to create social wealth, who master the advanced manufacturing technology, who will be able to occupy the market. Numerical control technology is the basic technology and common technology of advanced manufacturing technology, which has become one of the important signs to measure the level of a country's manufacturing industry.China's CNC technology and industry even after the reform and opening up has made remarkable achievements, the development of the NC platform with independent intellectual property rights, which is based on PC bus modular open type single processor platform, developed the basic system with independent intellectual property rights, also developed a parallel motion but I have the machine tool, numerical control technology and industry compared with the developed countries is still a relatively large gap, its reason is iKey words: numerical control technology目录第1章概述 (3)1.2 总体方案设计 (3)第二章设计计算 (3)2.1 主切削力及其切削分力计算 (3)2.2 导轨摩擦力的计算 (3)2.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)2.4 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (3)第3章工作台部件的装配图设计 (3)第4章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (3)4.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 (3)4.2 滚珠丝杠螺母副临界转速c n的校验 (3)4.3. 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 (3)第5章计算机械传动系统的刚度 (3)5.1 机械传动系统的刚度计算 (3)5.2 滚珠丝杠螺母副的扭转刚度计算 (3)第6章. 驱动电动机的选型与计算 (3)6.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (3)6.2 计算折算到电机轴上的负载力矩 (3)6.3 计算坐标轴折算到电机轴上的各种所需的力矩 (3)6.4. 选择驱动电机的型号 (3)参考文献 (3)第1章概述1.1技术要求工作台、工件和夹具的总重量m=1500kg （所受的重力W=14700N ），其中，工作台的质量0m =510kg （所受的重力0W =5000N ）；工作台的最大行程p L =600mm ；工作台快速移动速度m ax V =15000mm/min ；工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数u=0.15,静摩擦系数µ0=0.2；工作台的定位精度为30um ，重复定位精度为20um ；机床的工作寿命为20000h 。
数控铣床y向进给系统设计
数控铣床y向进给系统设计数控铣床是一种高精度加工设备，广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造等领域。
其核心部件是数控系统和进给系统，其中进给系统是实现加工高精度的关键组成部分之一。
本文将围绕数控铣床的Y向进给系统设计进行详细阐述。
一、Y向进给系统的结构在数控铣床中，Y向进给系统是指铣削过程中，工件在Y轴方向所运动的系统。
在本文中，我们将着重介绍球螺杆进给系统的结构及其特点。
球螺杆进给系统由电机、减速器、球螺杆、导轨、滑块、支撑和离合器等部件组成。
其中球螺杆为主体，用于将电机传动的转速和力矩转换成工件在Y轴方向上的运动。
二、Y向进给系统的控制方式1.经典控制方式经典控制方式指的是将电脑中编写好的程序通过数控系统传送至进给系统，通过控制系统控制工件在Y轴上的移动。
此种控制方式的优点是编写简单，操作方便。
但由于其控制精度依赖于控制器的性能及机械部件的加工精度，因此对高精度零件的加工严重不足。
2.闭环控制方式闭环控制方式是指通过系统反馈，将实际Y向移动位置和理论运动位置进行比较，实现误差补偿。
此种控制方式可以有效提高进给系统的控制精度，特别是对于高精度加工，闭环控制方式更为有效，但是此种方式的加工效率较低，价格也更高。
3.开环控制方式开环控制方式是指没有任何反馈并未补偿误差的控制方式。
此种方式虽然简单，但是存在精度问题，对于一些中低精度零件加工有一定优势。
三、Y向进给系统存在的问题1.进给速度慢在实际加工中，数控铣床在Y轴方向的进给速度往往较慢，无法达到工艺要求。
因此，需要不断提高进给速度，加快工件加工速度。
2.运动精度不高由于数控铣床Y向进给系统的结构、控制方式等因素，导致实际加工过程中存在运动精度不高、振动过大、加工质量不稳定等问题，需要对其进行改善。
3.长时间工作易磨损由于Y向进给系统中各部件运动频繁、负载较大，长时间工作易产生磨损，需要加强维护保养，提高系统使用寿命。
四、Y向进给系统改善措施1.提高进给速度为加快工件加工速度，改善数控铣床Y向进给系统速度是很重要的，可以通过优化各部件间的配合及减轻支持的重量等方式提高进给速度。
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 ＨＥ Ｄ ＮＨ Ｉ 的最 早 期产 品 ，该 产 品早 已 Ｉ Ｅ ＡＮ
１ ＭＣ ８ ０概 况 ． Ｐ０
我单 位 的 Ｍ Ｐ０ Ｃ ８０数控 铣床是 ２ Ｏ世纪 ８ 年 代末 ０
北 京第 一 机 床 厂 和美 国 Ｓ ＡＢ Ｇ公 司合 作 生 产 的产 Ｅ Ｅ 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
浅谈MCP800数控铣床进给伺服系统改造
Ｇ ｅ ｅ ａ ｓ ｒｐ ｉｎ ｏ ｅ ｄ Ｓ ｒ ｏ Ｓ ｓｅ ｏ ｉ ｃ ｔ ｎ ｎ ｒ ｌＤｅ ｃ ｉ ｔ ｎ Ｆ ｅ ｅ ｖ ｙ ｔｍ Ｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｏ ｉ ｏ ０ ｆＣＮＣ ｉ ｉ ｇ Ｍ ａ ｈｎ ＣＰ８ ０ Ｍ ｌ ｎ ｃ ｉ ｅＭ ｌ ０
●计 算机 应用
浅谈 ＭＣ ８ ０ Ｐ ０ 数控铣床进给伺服 系统改造
李 明
（ 洪都航 空 工业 集 团 ，南 昌 ３ ０ ２ ） ３ ０ ４
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Ｃ ＮＣ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 ，Ｎ Ｃ Ｃ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。
数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证
数控铣床伺服进给系统的设计计算与验证【摘要】本文阐述了半闭环伺服进给系统设计计算的一般方法，着重介绍了伺服电机选型，主要技术参数的计算，转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化，定位精度的计算和校验，并附以实例设计计算及试验验证。
【关键词】伺服进给；设计计算；电机选型；参数匹配；定位精度计算及校验高速化、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。
1.伺服进给系统设计计算目前，一般数控机床多为半闭环控制，其进给系统设计计算，主要是在确保定位精度前提下，合理设计各项技术参数,主要包括：1、伺服电机的选型；2、转矩、惯量、加速能力的匹配校验及优化；3、定位精度的验算；4、最大死区误差是否符合定位精度的指标。
1.1伺服电机的选型⑴伺服电机最高转速nmax，其计算式为：nmax=k·(r/min) (1)式中：Vm—快进速度，m/mini—传动减速比，ｉ＝ｎ电机／ｎ丝杆S—丝杆螺距，mk—裕度系数（取1～1.5）⑵额定输出转矩Ｍｄ，其计算式为：Ｍｄ≥ＭＬＭＬ=ＭＶ+ＭＲ(2)式中：ＭＬ—伺服系统的静态转矩ＭＶ—切削负载转矩ＭＲ—整个系统的摩擦转矩①由切削力引起的折算到电机轴的切削负载转矩估算(a)X、Y轴向进给力的计算：最大圆周铣削力Ｆｃ,计算公式（不对称逆铣时为最大）：Ｆｃ式中：Ｍｍａｘ—主轴最大切削扭矩，D—刀具直径不对称铣削分力的计算公式：进给方向上的分力FH FH=0.9FC垂直于进给方向上的分力FV FV=0.7FC轴向分力Fa Fa=0.55FCX向进给力计算：Ｑｘ＝ＫＰＸ+μ０（ＰＺ+Ｐｙ＋ＧＸ）(3)Y向进给力计算：Ｑｙ＝ＫＰｙ+μ０（ＰＺ+Ｐｘ＋Ｇｙ）(4)式中：Px、Py、Pz分别为沿导轨运动方向、法向和铅垂方向的切削分力：ＰＸ＝ＦＨ;Ｐｙ＝ＦＶ;ＰＺ＝ＦａＧＸ、Ｇｙ—分别为x轴和y轴移动部件的重量μ０—当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４K—颠覆力矩影响系数，矩形导轨K=1.1，燕尾导轨Ｋ＝1.4(b) Z向进给力的估算(以钻孔时为最大):其计算式为：FZ=CPDXpSYpＫσ式中：系数项CP=831 ；XP= 1 ；YP=0.7D—刀具直径，mmS—每转进给量，mm/rＫσ—工件材料的修正系数，Ｋσ=（）0.75；σb—工件强度极限Z轴采用矩形贴塑导轨时，轴向进给力ＱＺ估算：ＱＺ=KFZ+μ０P (5)式中：K—颠覆力矩影响系数,取值同前FZ—Ｚ向进给力μ０—导轨当量磨擦系数，贴塑导轨μ０＝０．０４P—铣头压板对导轨面的正压力(c)进给力引起折算至电机轴的切削负载转矩ＭＶ：ＭＶ= (6)式中：Q—轴向进给力，N（Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ为别为X、Y、Z轴向进给力）S—丝杆导程，mη—机械传动效率ｉ—传动减速比②系统的摩擦转矩ＭＲ由以下几部分组成：ＭＲ=ＭＲｆ+Ｍ０+ＭＲＳＬ(7)(a)由导轨摩擦阻力所产生的阻转矩ＭＲｆＭＲｆ=μ０·［（ｍｗ＋ｍｔ）·ｇ＋Ｆｖｔ］式中：μ０—导轨摩擦系数，贴塑导轨取0.02～0.06，滚动导轨取0.003～0.01ｍｗ—最大工件重量，kgｍｔ—移动部件重量，kgg—重力加速度，ｍ／ｓ２Ｆｖｔ—切削力在工作台垂直方向分量，NS—丝杆螺距，m(b)滚珠丝杆预紧引起的折算到马达轴上的附加摩擦转矩Ｍ０Ｍ０＝（１－η）式中：Ｐ０—滚珠丝杆预加载荷，NS—丝杆螺距，mη—传动链总效率ｉ—齿轮降速比η０—滚珠丝杆未预紧时的效率，一般η０≥０．９(c)滚珠丝杆支承轴承采用向心推力球轴承，其磨擦转矩ＭＲＳＬＭＲＳＬ=·μＳＬ·ｄｍ·Ｆａｖｌ式中：μｓｌ—轴承摩擦系数，取0.002～0.005ｄｍ—轴承内径，mＦａｖｌ—轴承轴向载荷，N对于径向轴承其摩擦阻转矩很小可忽略⑶按计算所得电机最大转速ｎｍａｘ和最大静态转矩ＭＬ，初选相应的伺服电机。
立式铣床的数控改造—进给系统设计
立式铣床的数控改造—进给系统设计随着电子技术的不断进步和发展，立式铣床数控改造已经成为了机械行业重要的发展方向之一。
在机电一体化的大趋势下，数字控制系统的应用不断扩大，立式铣床数控改造面临的机遇和挑战也愈发明显。
其中，进给系统设计是立式铣床数控改造中至关重要的一环，控制着加工精度和效率的提高。
本文将从立式铣床进给系统的设计入手，探讨数控改造对立式铣床进给系统的影响及改造方案。
一、立式铣床进给系统的设计立式铣床进给系统是控制床身的线性轴（x、y、z轴）运动的关键部分，在数控改造中需要根据加工工艺要求，设计出符合加工精度和加工速度要求的进给系统。
进给系统的设计需要考虑以下几个方面：1. 轴的移动距离与速度每个轴的移动距离与速度是决定加工效率的重要因素。
进给系统要能够满足不同尺寸的零件加工要求，应根据加工工艺和机床工作范围来合理设计轴的移动距离和速度。
例如，加工小尺寸零件时，x、y轴的速度可以达到50m/min，而加工精度要求高的大尺寸零件时，速度可降至10m/min。
2. 进给系统的精度进给系统的精度直接影响零件加工的精度。
数控系统的进给精度普遍在0.1mm，但在特殊工艺下需要达到0.01mm，因此需要根据加工要求和机床精度来确定进给精度。
3. 进给系统的加减速度在加工过程中机床的加减速度也需要精准控制，否则就会出现加工精度不稳定的情况，影响加工质量。
因此，在设计进给系统时需要考虑加减速度的控制。
二、立式铣床数控改造对进给系统的影响立式铣床数控改造对进给系统的影响主要体现在以下几个方面：1. 数控系统对进给系统的控制数控系统可以精确控制立式铣床进给系统的移动距离、速度、精度和加减速度等参数，提高进给系统的精度和加工效率。
2. 数控系统的自动补偿数控系统具有自动补偿的功能，可以对进给系统进行补偿，提高加工精度和稳定性。
3. 机械手与进给系统的协作数控改造后的立式铣床还可以与机械手协作，提高生产效率和自动化程度。
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数控铣床是一种通过控制系统对工具进行运动控制并对工件进行加工的机床。
在数控铣床中，工作台的进给传动系统起着关键的作用，影响着工作台的移动速度、精度和稳定性。
因此，对于立式数控铣床工作台（X 轴）进给传动系统的设计至关重要。
一、选用合适的传动方式在传动系统的设计中，首先需要选择合适的传动方式。
常见的传动方式有蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动和直线导轨传动等。
这些传动方式各有优缺点，需要根据具体的工作要求和预算来选择。
例如，蜗轮蜗杆传动可以提供较大的传动比，适用于高速和高精度的加工，但成本较高。
滚珠丝杠传动具有高速、高精度和较低的摩擦损耗，是一种常用的传动方式。
直线导轨传动具有高刚性和稳定性，适用于大型铣床。
二、优化传动结构为了提高传动效率和减少传动误差，传动结构的设计也非常重要。
例如，在滚珠丝杠传动系统中，应根据实际需求选择合适的导程和螺旋角，以确保工作台的移动速度和加工精度。
同时，应优化螺杆的预紧力和润滑方式，以减少传动误差和磨损。
另外，还可以采用双螺杆传动或多点支撑的方式，提高传动刚性和稳定性。
三、加强系统的刚性和稳定性立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统必须具有足够的刚性和稳定性，以保证加工精度和表面质量。
可以通过增加横梁的强度、加大导轨和导轨座的尺寸、合理布置压板和紧固件等方式来增强系统的刚性。
同时，还可以通过使用高精度的轴承和精密的配合来减小系统的摩擦和间隙，提高系统的稳定性。
四、选择适当的驱动和控制系统立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的驱动和控制系统也需要根据实际需求来选择。
可以选择伺服电机驱动系统，通过与编码器和控制器的配合，实现精确的位置控制和速度调节。
另外，还可以选择闭环步进电机驱动系统，具有简单、易用和成本低的优势。
需要根据加工要求和预算来选择适当的驱动和控制系统。
总之，立式数控铣床工作台（X轴）进给传动系统的设计对于加工质量和效率至关重要。
XK5040数控铣床主轴箱、进给机构及控制系统设计
引言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第一章总体设计1.1、铣床简介铣床是一种用途广泛的机床。
它可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）及各种曲面。
此外，它还可以用于加工回转体表面及内孔，以及进行切断工作等。
由于铣床使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，所以生产效率高，但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，且每一个的切削厚度又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。
铣床的类型很多，主要类型有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床和各种专门化铣床等。
随着科学技术的进步，数控铣床得到了越来越广泛的应用，它一般分为立式和卧式两种，一般数控铣床是指规格较小的升降台数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣床，例如工作台宽度在500mm以上的，其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。
数控铣床多为三坐标、两轴联动的机床，也称两轴半控制，即X、Y、Z三个坐标轴中，任意两个都可以联动。
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。
经济型数控铣床主传动及进给传动结构及控制系统设计
摘 要科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高要求。
机械 加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。
它不仅提高产品的质 量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。
大批量的自 动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、 多工位同时加工，以达到高效率和高自动化。
但这些都属于刚性自动化，在面对小 批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产 线具有柔性。
而从某种程度上说，数控机床的出现正是很大的满足了这一要求。
数 控铣床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。
数控装置的 作用是把控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。
也就是通过计算 机控制铣削。
数控技术是现代制造技术的基础。
它综合了计算机技术、自动控制技 术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。
数控机床 替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。
可以预见，高级自动化技术将进一步证明数控机床的价值，并且正在更为广阔的开 拓着数控机床的应用领域。
关键词：自动机床，经济型铣床，步进电机，滚珠丝杠副，数控机床ABSTRACTThe continuous development of science and technology, mechanical products, and productivity of the quality of the increasing number of requests. The automation of the process to achieve the above requirements. It not only improves product quality, increase productivity, reduce production costs, but also can greatly improve the working conditions of workers. Largescale automated production, the widespread use of automatic machines, machine tool and special machine tools and automatic production lines, while the implementation of multitool, multibit processing in order to achieve high efficiency and degree of automation. These are rigid automation in the face of small batch production, it is not suitable for small batch production, is often necessary to change the type of product, which requires a flexible production line. But to a certain extent, the CNC machine tool is a great meet this requirement. The general control of the media, and numerical control device, the servo system of the CNC milling machine, the body composed of four parts. The numerical control device to control the media, the role of CNC equipment, servo system, four components of the Machine Tool. It is computercontrolled milling machine. CNC technology is the basis of modern manufacturing technology. It combines computer technology, automatic control technology, automatic detection technology, precision machinery and hightech, it is widely used in machinery manufacturing industry. Instead of general machine tools, CNC machine tools, the manufacturing sector to produce fundamental change, and bring huge economic benefits. It is foreseeable that advanced automation technologies will further demonstrate the value of CNC machine tools, CNC machine tool applications open up a broaderKey words: automatic machine, economic type milling machine, Stepping Motor, Ball Screws目 录1 绪论 (1)1.1 选题目的及其意义 (1)1.2 文献综述 (1)1.3 设计任务 (2)2 总体方案的确定 (4)2.1 机械传动部件的选择 (4)2.2 控制系统的设计 (4)3 机械传动部件的计算与选型 (5)3.1 导轨上移动部件的重量估算 (5)3.2 铣削力的计算 (5)3.3 直线滚动导轨副的计算与选型 (5)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (6)3.5 同步带的计算与选型 (11)3.6 步进电动机的计算与选型 (13)3.7 主轴部件的计算与选型 (16)4 机械标准件的选型与校核 (23)4.1 销连接的选型与校核 (23)4.2 联轴器的选型与校核 (23)4.3 轴承的分类及选用 (25)4.4 键的分类及选用 (28)5 微机控制系统的设计 (29)5.1 微机控制系统组成及特点 (29)5.2 微机控制系统设备介绍 (29)参考文献 (33)致 谢 (34)1 绪论1.1 选题目的及其意义本课题来源于基本的工程实际应用，数控机床是机电一体化产品中应用教广泛的一 个方向，数控铣床是数控机床中使用最多的机床之一，随着中国工业化进程的推进，数 控机床在生产实践中的应用会更加的普及，考虑到数控机床的构造相对复杂，因此以经 济型数控机床为入口，对该设备进行研究。
数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统 - 数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统
丝杠螺母间隙调整
丝杠与螺母之间有间隙会导致什么问题？
机床定位误差 机床工作台反向移动滞后
所以需要调整丝杠螺母间隙，需要进行预紧。
垫片调整法 ：调 整垫片厚度使左 右两螺母产生轴 向位移，即可消 除间隙产生预紧 力。
铣刀刀柄组装
铣床主轴-装刀前
铣床主轴-装刀后
数控机床主轴准停控制装置
电动机内装编码器 （带一转信号）
主轴独立编码器
外接一转检测信号（接近开关）
3．进给运动系统
机械传动机构简单，为了提高进给系统的 灵敏度、定位精度和低速运动稳定性，在数控 机床的进给系统中普遍采用滚珠丝杠副 。
进给运动系统示意图
二、数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统
1．主运动系统（主轴无级调速）
主运动系统的 调速范围比普通铣 床宽，通常都是无 级可调的 。
图3-62 数控机床主传动系统的三种形式
1.电动机直接带动主轴旋转
（ 电主轴，主轴变形，温度控制）
2.电动机通过V带或同步齿形带与主轴连接
3.电动机通过齿轮变速箱与主轴连接
进给运动系统模型
机床进给运动系统模型
滚珠丝杠的支承方式
一端固定（推力或角接触 轴承），一端自由，用于 短丝杠和竖直安装丝杠。
一端固定（推力或角接触轴 承），一端游动（向心轴承 ），较长的卧式丝杠安装。
两端固定（推力或角接触 轴承），此种方式对丝杠 的热变形较敏感，提高预 紧力可提高丝杠的轴向刚 度。
1、三位液压拨叉作用原理图
2、刀具自动夹紧装置和主轴定向装置
加工中心为了实现刀具在主轴上的自动装卸， 配置刀具自动夹紧装置，其作用是自动将刀具 夹紧和松开，以便机械手能在主轴上安装和取 走刀具。为了传递扭矩，主轴前端设置两个端 面键，与刀柄上的键槽配合。
铣床数控轴进给系统设计
１ 控制型式 的选择和分析
１１ 开环 进 给伺 服 系统 ．
统 的运 动 精 度 主要 取 决 于检 测 装 置 的检 测 精 度 ， 也
与传动链的误差无关 ， 因此其控制精度高。闭环控制 数控机床的定位精度高 ， 但调试和维修都较困难 ， 系
成本高。 开环伺服系统 由步进 电动机和步进 电动机驱动 统复杂 ， 半闭环 ： 半闭环伺服机构是 由比较线路 、 伺服放 线路组成 。 数控装置根据输入指令 ， 经过运算发出脉 伺服马达 、 速度检测器和位 置检测器组 成 。 冲指令给步进 电动机驱动线路 ，从而驱动工作 台移 大线路 、 位置 检 测器 装在 丝 杠或 伺 服 马达 的端 部 ，利 用 丝 杠 动 一 定 距离 。这 种伺 服 系 统 比较 简单 ， 作稳 定 ， 工 容 易掌握使用 ， 但精度和速度的提高受到限制 。 只用于 的回转角度间接测 出工作台的位置。常用 的伺服马 达有宽调速直流 电动机 、宽调速交流电动机和电液 光电式脉冲发 开环控制系统的数控机床结构简单 ，成本较低。 伺服马达。位置检测器有旋转变压器、 这种伺服机构所能达到的精度 、 速 但是， 系统对移动部件的实际位移量不进行监测， 也不 生器和圆光栅等。 能进行误差校正。因此， 步进电动机的失步、 步距角误 度和动态特性优 于开环伺服机构 ，为， 依靠链轮轮齿的链节 进给伺服 以数控机床 的各坐标 为控制对象 ， 产 的啮合来传递运动和动力 ，链传动时属于带有中间 生机床的切削进给运动。为此 ， 要求进给伺服能快速 挠性的啮合传动。 ． 调节坐标轴的运动速度 ， 并能精确地进行位置控制 。 ３４ 滚 珠 丝杠 螺 母副
磁栅 。
输入 的指令位移值进行 比较 ，用差值对机床进行控 具有较丰富的自诊断、 报警功能。软件伺服是基于微 制， 使移动部件按照实际需要 的位移量运动 ， 最终实 处理器 的全数字伺服系统 。其将各种控制方式和不 现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲 ， 闭环系
X5032立式铣床进给系统的设计数控改造
引言数控机床对进给传动系统的要求：数控机床进给传动系统承担了数控机床各直线坐标轴、回转坐标轴的定位和切削进给。
无论是点位控制、直线控制还是轮廓控制，进给系统的传动精度、灵敏度和稳定性直接影响被加工件的最后轮廓精度和加工精度。
为此，对进给系统中的传动装置和元件要求具有长寿命、高刚度、无传动间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须摩擦力比较小、耐磨性要高，通常采用滚动导轨、静压导轨等。
为了提高转换效率，保证运动精度，当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。
为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙。
虽在进给传动系统中采用各种措施消除间隙，但仍然可能留有微量间隙。
此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反方向运动时仍由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。
数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造.一、总体方案的确定1.1 设计的基本参数：原始数据：工作台宽：320mm;工作台及床鞍重量：纵向 800N 横向 1200N;工作台快移速度：纵向 2m/min 横向 1m/min;最大快进速度：纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min;主电机功率：2.2kw；转速：1450rpm工艺数据：主轴转速：265rpm 走刀速度：55m/min刀具直径：35mm铣削宽度：7mm 铣削深度：32mm最小分辨率：纵、横向0.01mm其余数据按实际情况确定1.2 设计内容：（1）总体方案确定及可行性论证。
数控铣床主运动系统、进给系统及控制系统设计
优秀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 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.................................................................................................................................. - 1 - 1 总体设计........................................................................................................................ - 5 - 1.1、铣床简介.................................................................................................................... - 5 - 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 ..................... - 5 - 1.2.1 XK5040型数控铣床的总体布局 ........................................................................... - 5 - 1.2.2 XK5040型数控铣床的主要技术参数 ................................................................... - 6 -1.2.3 总传动系统图........................................................................................................ - 8 -2 主运动系统设计............................................................................................................ - 8 - 2.1 传动系统设计.............................................................................................................. - 9 - 2.1.1参数的拟定............................................................................................................... - 9 - 2.1.2 传动结构或结构网的选择...................................................................................... - 9 - 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 ................................................................. - 13 - ２.２传动件的估算与验算........................................................................................ - 16 - 2.2.1传动轴的估算和验算............................................................................................. - 16 - ２.２.２齿轮模数的估算................................................................................................ - 18 - ２.３展开图设计............................................................................................................ - 22 - ２.３.１结构实际的内容及技术要求............................................................................ - 22 - ２.３.２齿轮块的设计................................................................................................ - 23 - ２.３.３传动轴设计.................................................................................................... - 25 - ２.３.４主轴组件设计................................................................................................ - 27 - ２.４制动器设计............................................................................................................ - 32 - ２.４.１按扭矩选择.................................................................................................... - 32 - ２.５截面图设计.......................................................................................................... - 33 - ２.５.１轴的空间布置.................................................................................................. - 34 - ２.５.２操纵机构........................................................................................................ - 34 - ２.５.３润滑................................................................................................................ - 34 - ２.５.４箱体设计的确有关问题.................................................................................... - 35 - ３进给系统设计.............................................................................................................. - 36 - ３.１总体方案设计........................................................................................................ - 36 - ３.１.１对进给伺服系统的基本要求............................................................................ - 36 - ３.１.２进给伺服系统的设计要求................................................................................ - 37 - ３.１.３总体方案............................................................................................................ - 37 - ３.２进给伺服系统机械部分设计................................................................................ - 38 - ３.２.１确定脉冲当量，计算切削力............................................................................ - 38 - ３.２.２滚珠丝杆螺母副的计算和造型 ........................................................................ - 40 - ３.２.３齿轮传动比计算................................................................................................ - 46 - ３.２.４步进电机的计算和选型................................................................................ - 47 - ３.２.５进给伺服系统机械部分结构设计 ................................................................ - 55 - ４控制系统设计.............................................................................................................. - 58 - 4.1绘制控制系统结构框图............................................................................................. - 59 - 4.2.选择中央处理单元（CPU）的类型 .......................................................................... - 59 - 4.3存储器扩展电路设计................................................................................................. - 60 - ４.３.１程序存储器的扩展............................................................................................ - 60 - ４.３.２数据存储器的扩展........................................................................................ - 61 - ４.４I/O接口电路及辅助电路设计 ........................................................................... - 61 - ４.４.１I/O接口电路设计..................................................................................... - 61 -４.４.２步进电机接口及驱动电路............................................................................ - 62 - ４.２.３其他辅助电路................................................................................................ - 63 - 参考文献............................................................................................................................ - 65 - 致谢.. (74)附录（英文翻译及实习报告）......................................................... 错误！未定义书签。
数控铣床进给传动系统的智能化设计
４ ２结 果分析 与调整 ．
所有计算 步 骤 完 成 以后 ， 系统 对最 后 结果 进 行 稳 定
性、 快速响应特性和精度要求进行分析， 并得到量化的分
析结 果 ， 图 ５ 示 。如 果所 得到 的分 析结 果 不能满 足要 如 所
求， 用户 可 以进 行相 应 的调 整 ， 图 ６所 示 。调整 界 面列 如 举 了各项性 能指标 相 关联 的设计 参 数 ， 用户 调 整后 ， 系统
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２潘 小 轰．Ｖｓａ Ｂ ｓ ． ｉ ｌ ａｉ ６ ０应 用 开 发 技 术 ．中 国石 化 出版社 ，９ ９ ｕ ｃ １９ ３美 国 可切 削性 数 据 中 心 ． 械 加 工 切 削 数 据 手 册 ． 械 工 业 出 版 机 机
最 有效 和最简单直 接 的方法 。
３Ｊ ／ 关参数ｔ ．ＬＪ 耐日 电动机转子惯Biblioteka 。 一（ ＼）一羹ｌ
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图５ 中间结果输 出 图６ 系统稳定性调整窗 口
对 于程序源 代码形 式的知识 ， 由于存 在于 ＶｓａＢ ｓ ｉ ｌ ａｃ ｕ ｉ 程 序代码 里面 ， 以要 进行 判断和 推理可 以运用 内部 的条 所 件 分支结 构实现 ， 例如 Ｓｌ ｔ ａ 结构 和 ＩＴ ｅ 结 构等 。 ｅｃＣｓ ｅ ｅ ｆ ｈｎ
２工作台负载惯量Ｊ 十关参数 ｔ ． ３Ｂ ａ 、工作台长度ｔ 一 阿 （ ） ｂ 、工作台宽度。 一 （ 同 ） ｃ ，滚珠垒杠寻程。 —一 （ ）
对于数 据库形 式存储 的知识 ， 由于 数据 库存 在 于 Ｖｓ ｉ — ｕｌ ａｉ源代码 以外 ， 以必须通 过一 定 的方式 进 行协 调 ａ Ｂｓ ｃ 所
第7章 数控机床的进给伺服系统PPT课件
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
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摘要本文完成了对数控铣床伺服进给系统的设计。
首先确定了总体设计方案，和X、Y、Z三个方向的运动参数，之后根据运动参数确定了数控机床的传动方案，由导程、当量动载荷、最小螺纹底径确定了X、Y、Z三个方向的滚珠丝杠以及由最大切削负载转矩、负载转动惯量等确定了X、Y、Z三个方向的伺服电机，并且校验了X、Y、Z三个方向的伺服进给系统。
确定了结构方案后，用CAXA 实体设计软件对结构中丝杠、导轨、伺服电机等零件进行了3D建模，之后装配出X、Y、Z三个方向的伺服进给系统，并生成出数控铣床伺服进给系统的二维工程图，最后对其进行了运动仿真。
关键词：进给系统；滚珠丝杠；伺服电机；CAXA实体设计AbstractIn this paper, the machine servo systems of the CNC milling are designed. First,overall design scheme is determined，and the motion parameters of the X,Y,Z three directions are determined，then according to the motion parameters，the transmission scheme of the CNC machine is determined，and by the lead, equivalent dynamic load, and bottom diameter of the smallest screw，the ball screws of the X, Y, Z three directions are determined and by the maximum cutting load torque, moment of inertia of the load ，the servo motors of the X, Y, Z three directions are determined，and the servo feed systems of the X, Y, Z three directions are checked.After determining the program of the structure，three-dimensional modeling of the screws 、rails 、servo motors and other parts in the structure are set up by using CAXA physical design software，then the servo systems of the X, Y, Z three directions are assembled，and two-dimensional engineering drawings of the servo systems of the CNC milling machine are generated，finally the motion simulation is set up.Keywords : Feed system;Ball Screw;Servo motor;CAXA physical design目录摘要 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
Abstract ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
目录 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
1 绪论 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 课题背景和意义........................................................................ 错误!未定义书签。
1.2 国内外研究现状 (1)1.3数控机床的发展趋势 (1)1.4 本课题的研究内容和方法 (3)1.5 本章小结 (4)2 总体方案设计 (5)2.1 伺服进给系统的基本要求 (5)2.2 铣床的技术要求 (5)2.3 传动方案设计 (5)2.4 主切削力及切削分力及切削分力计算 (6)2.4.1计算主切削力 (6)2.4.2计算各切削分力 (6)2.5 本章小结 (6)3 滚珠丝杠及伺服电动机的选择 (8)3.1X轴方向进给系统的计算 (8)3.1.1X轴滚珠丝杠的选择 (8)3.1.2X轴伺服电机的选择 (11)3.1.3X轴系统校验 (13)3.2 Y轴方向进给系统的计算 (16)3.2.1Y轴滚珠丝杠的选择 (16)3.2.2Y轴伺服电机的选择 (20)3.2.3Y轴系统校验 (21)3.3 Z轴方向进给系统的计算 (24)3.3.1Z轴滚珠丝杠的选择 (24)3.3.2Z轴伺服电机的选择 (27)3.3.3Z轴系统校验 (29)3.4本章小结 (32)4 3D建模 (33)4.1 CAXA实体设计的介绍 (33)4.2 丝杠设计 (33)4.2.1设计思路 (33)4.2.2设计步骤 (33)4.3 标准件及高级图素应用 (36)4.3.1设计方法 (36)4.3.2内六角圆柱头螺钉设计 (37)4.4 装配设计 ................................................................................... 错误!未定义书签。
4.4.1设计方法 (38)4.4.2轴承座装配 (38)4.5 二维工程图输出 (40)4.5.1设计方法 (40)4.5.2生成步骤 (40)4.6 本章小结 ................................................................................... 错误!未定义书签。
5 运动仿真 .............................................................................................. 错误!未定义书签。
5.1 设计方法 ................................................................................... 错误!未定义书签。
5.2丝杠的仿真 ............................................................................... 错误!未定义书签。
5.3 本章小结 ................................................................................... 错误!未定义书签。
6 结论 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献 .................................................................................................... 错误!未定义书签。
致谢 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录A 英文原文 (48)附录B 中文译文 (53)1 绪论1.1 课题背景和意义机床是国民经济中具有战略意义的基础工业，所以机床工业的发展和机床技术水平的提高，必然对国民经济的发展起着重大的推动作用。
随着改革开放以及中国加入世贸组织后，我国的机床工业已取得了巨大的发展。
特别是在加入世贸组织后，中国正在逐步变成世界制造中心，机械行业为了增强竞争力已开始广泛的使用先进的数控技术及数控机床，虽然目前我国的数控技术正处在方兴未艾的发展时期，但只要经过技术工人艰苦不懈的共同努力，我国的数控机床及数控技术一定能逐步缩小与世界先进水平的差距，取得很好的发展。
1.2 国内外研究现状从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。
数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。
数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。
数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。
随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。
1.3数控机床的发展趋势（1）高速化。
随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。
目前铣削速度已达到5000～8000m/min 以上，主轴转速达到30000～100000r/min；工作台的移动速度，当分辨率为1μm时，在100～200m/min以上。