车床纵向进给系统设计

目录

一、数控机床进给系统概述 (1)

二、主要设计任务参数 (3)

三、数控车床纵向进给系统传动的方案设计 (3)

1、纵向进给系统设计的基本要求 (3)

1、带有齿轮传动的进给运动................................... (3)

2、经同步带轮传动的进给运动 (4)

3、电机通过联轴器直接与丝杠联接 (5)

四、运动设计 (5)

1、降速比计算 (5)

2、减速齿轮的确定 (6)

五、丝杠螺母机构的选择与计算 (6)

1、动载强度计算 (6)

2、静强度计算 (7)

3、临界转速校核 (8)

4、额定寿命的校核 (8)

六、动力计算 (8)

1、传动件转动惯量的计算 (8)

2、电动机力矩的计算 (9)

七、丝杠螺母机构的传动刚度计算 (10)

八、结构设计 (11)

1、滚珠丝杠的支承 (11)

2、滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧 (12)

九、主要结构性能及特点的分析 (12)

十、总结与体会 (13)

参考文献 (14)

一、数控机床进给系统概述

数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示：

图1-1数控机床进给系统伺服

相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：

（1） 提高生产率。数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。

采用最佳参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。

（2） 数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。由于它是按照程序自

动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故

可以获得比机床本身精度还要高的精度和重复精度。

（3） 有广泛的适应性和较大的灵活性。通过改变程序，就可以加工新产品的零

件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的

加工。

（4） 可以实现一机多用。一些数控机床，可以自动换刀，一次装卡后，几乎能

完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。

（5） 可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，

提高经济效益。

（6） 不需要专用夹具。采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。节省了

专用夹具设计制造和存放的费用。

（7） 大大减轻了工人的劳动强度[2]。

因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。 此外，机床数控化还是推行FMC （柔性制造单元）、FMS （柔性制造系统）以及CIMS （计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和

数控装置控制介质测量装置

伺服系统机 床

基础技术。

由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。

数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。

数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。

进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。

开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。

全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。

数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。

直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。

伺服系统对伺服电机的要求：

（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。

（2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。

（3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才