XK712数控铣床Z向步进进给系统设计

引言制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水平和国防实力。

国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。

随着社会生产和科学技术的发展，机械产品的性能和质量的提高。

产品的更新换代也不断的加快。

因此对机床不仅要求迅速适应产品零件的换代有教高的精度和生产率，而且应有教高的精度和生产率，生产的需要促使数控机床的产生。

随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速发展起来。

数控机床的进一步设计的必要性可以解决形状复杂小批零件的加工问题，稳定加工质量和提高生产率。

但是由于受其它条件的限制，例如价格、精度等问题。

所以设计改造数控机床的进给系统是刻不容缓的。

数控机床进给传动系统的设计，其中包括进给系统的轴向负载计算，导轨的设计与选型，滚珠丝杠螺母副的选型计算，进给传动系统的动态特性分析误差计算，驱动电动机的选型计算，驱动电动机与滚珠丝杠的连接等等。

通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。

目录第一章数控铣床概述 (4)1.1 数控机床的产生和发展 (4)1.1.1数控机床的产生 (4)1.1.2数控系统的发展 (5)1.2 我国数控技术的发展概况 (5)1.2.1数控技术再国民经济中的重要地位 (5)1.2.2.我国数控机床发展存在的问题与对策 (6)1.3 数控机床的发展趋势 (7)1.4 数控铣床的主要功能及特点 (8)1.5数控铣床的分类和应用 (8)1.5.1 数控铣床的分类 (8)1.5.2 数控铣床的应用 (9)第二章XK712数控铣床Z向的总体方案设计 (9)第三章机床Z向步进进给系统机械部分设计算 (10)3.1设计参数 (10)3.2 铣削力的计算 (10)3.2.2计算各切削力 (10)F (10)3.2.1计算主铣削力Z3.3导轨的设计与选型 (11)3.3.1 导轨概述 (11)3.3.2滚动直线导轨副的计算 (12)3.4滚珠丝杠螺母副的设计计算与选型 (14)3.4.1导轨摩擦力计算 (14)3.4.2滚珠丝杠螺母副轴向负载力的计算 (14)3.4.3滚珠丝杠的动负载荷的计算与直径的估算 (15)3.4.4初步确定滚珠丝杠螺母副及相应轴承的规格型号 (18)3.4.5 滚珠滚珠丝杠螺母副的承载能力校荷 (21)3.5机械传动系统的刚度计算 (23)3.5.1机械传动系统抗拉刚度计算 (24)3.5.2滚珠丝杠螺母副扭转刚度计算 (25)2.6步进电机的选型与计算 (26)2.6.1计算折算到电动机轴上负载惯量 (26)2.6.2计算坐标轴折算到电动机轴上的各种所需力矩 (27)2.6.3步进电动机最大静转矩的选定 (29)2.6.4步进电动机的性能校核 (29)3.7联轴器的选型 (30)3.7.1精密膜片弹性联轴器的选用原则 (30)3.7.2精密膜片弹性联轴器型号的选用 (31)3.9机械传动系统的动态分析 (31)3.9机械传动系统的误差计算与分析 (32)第四章微机数控系统的设计 (33)4.1控制系统总体方案的拟定 (33)4.2绘制控制系统结构框图 (33)4.3选择中央处理单元（CPU）的类型 (34)4.4存储器扩展电路设计 (35)4.4.1程序存储器的扩展 (35)4.4.2数据存储器的扩展 (36)4.5接口电路及辅助电路设计 (36)4.5.1 I/O接口电路设计 (36)4.5.2步进电机接口及驱动电路 (37)4.5.3其他辅助电路 (38)课设小结 (39)参考文献 (39)第一章数控铣床概述数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元等都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。

由于数控铣床工艺最复杂，需要解决的问题很多，因此，目前人们在研究和开发数控系统及自动编程语言软件时，也一直把铣削加工作为重点。

1.1 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。

1.1.1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。

1.1.2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，利用内存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。

1.2 我国数控技术的发展概况1.2.1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，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准和现代化程度。

而装备工业的技术水准和现代化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。

1.2.2.我国数控机床发展存在的问题与对策当前，国外数控技术发展很快，呈现出高速度、高精度、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化和环保化发展的态势。

与国外数控技术的发展相比，我国数控技术的发展仍然存在着较大差距，主要体现在以下四个方面。

(1)在技术水准上，国外对加工中心的研究已经转向高速、精密、多轴、复合、智慧和环保等技术的研究。

我国加工中心的总体技术水准与国外同类产品的先进水平相比大约落后10^-15年，在“高、精、尖”技术方面则更大。

(2)在产品结构上，高端市场（即高速、精密、多轴、复合加工中心市场）基本上被美国、日本和欧洲发达工业国家所垄断，国内开发的五轴联动数控机床、复合加工中心、高速加工中心等产品，虽然已经投人使用，但多数产品与商品化尚有一段距离，而且在技术水准和性能参数上与欧、美、日等地的产品还有较大差距。

低端市场（即普及型数控机床市场）受到周边的日本、韩国和我国台湾地区产品的冲击较大，形成激烈竞争。

多年来，国产数控机床产量小、进口产品量大的局面一直存在。

(3)产品开发能力上，国内生产企业缺乏对产品竞争前数控技术的深人研究与开发，特别是对加工中心应用领域的拓展力度不强，集中体现在：产品开发能力较弱，对产品标准规范的研究、制定滞后，技术创新能力不强。

导致开发出的产品技术先进性不明显，市场针对性不强，缺乏市场竞争力。

(4)产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小。

从总体上看，加工中心还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及配套能力较低；产品质量不高，主要体现在可靠性不高，商品化程度不足，关键功能部件没有自己配套的主管道；数控系统的推广应用还不够等等。

这些问题已经引起了国家有关部门的高度重视，并正在采取措施加以改进。

2006年6月，国务院发布了《关于加快振兴装备制造业的若干意见｝）（以下简称《意见》），装备制造业得到了国家前所未有的重视，《意见》将在三个方面重点下四点:第一，加快开发高档数控机床品种，缩短与世界先进水平的差距，提升我国机床工具行业整体水平，对市场急需的高档数控机床品种，要集中力量，重点突破，加大科技投人，加强基础研究和开发研究，提高原始创新和集成创新能力，掌握一批高档数控关键产品开发的核心技术，推出一批高档数控机床品种，满足重点用户急需，精心培育高档数控机床市场。

第二，积极促进功能部件产业化，培育一批功能部件的龙头企业，加大政策支持力度，重点发展高档数控系统、高速主轴单元、精密滚动功能部件、动力刀架、精密转台、高速导轨防护装置等高水平的功能部件，加快产业化进程，培育国产品牌，实现功能部件与数控机床同步发展。

第三，进一步发展普及型数控机床，我国普及型数控机床技术已经成熟，产业化迫在眉捷，急需进一步提高可靠性和质量，及时供应市场，提高产业集中度，实现稳定、可靠、快速地满足市场，以提高制造能力和生产集中度为重点，支持骨干企业快速发展。