数控铣床X轴进给系统结构设计-开题报告
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设计计算：X轴向惯量匹配的计算、X轴向转矩匹配的计算、X向进 给力的计 算、X向滚珠丝杠预拉伸量的计算 5、滚珠丝杠的计算及选择 6、正确设计选择进给系统的各个部件 7、各个零件成本计算以及课题成本计算
本课题研究的意义： 本课题对数控铣床X轴进给系结构进行了设计，其意义如下： 1、设计中的X轴向惯性、扭矩以及进给力的计算，以及各个零件受力 分析计算有利于更深层次了解数控铣床，精确的计算分析可以大大提高 今给系统的传动精度和传动的平稳性 2、进给系统中采用了滚珠丝杆传动，为提高进给系统的灵敏度和定 位精度且防止爬行，必须降低数控铣床进给系统的摩擦，并减少静、动摩 擦系数差，一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副效率可达85%— 98%，是普通滑动丝杠副的24倍，且摩擦角小于1°，因此不会产生自锁现象。 3、、进给伺服系统是数控装置和机床机械传动间的连接环节，是数 控机床的重要组成部分，它包含机械、电子、机电等各种部件。伺服驱动 电动机是今给系统的动力部件，它提高所需要的动力。在对进给系统设 计的同时也对铣床整体有了更多的认真，对机床进给系统有更多掌握。 4、优秀的进给系统有利于提高生产质量提高生产效率，能够大大增 加零件生产精度，更利于实现高精度高要求零件生产加工。
南京工程学院
工业中心
本科毕业设计（论文）开题报告
题 目 ： 数控铣床X轴进给系统结构设计
专 业：
机械设计制造及其自动化
班 级： D机加工121 学 号： 231120320
学生姓名：
李响楠
指导教师：
刘桂芝
2016年 3月 11日
本科毕业设计(论文)开题报告
学生姓 名
指导教 师姓名 课题来 课源题名
制作答辩PPT，打印图纸，准备答辩
第15周（5.30-6.03）
毕业设计（论文）答辩
第16周（6.06-6.10）
整理资料存档
本论文特色与创新如下：
（1）设计中对进给系统中各个零件的应力以及X轴向惯性、扭矩以及进给 力的精确计算增加了进给系统的精确度和稳定性。
特色与 创新
（2）数控铣床进给系统是由数控铣床工作台及X/Y/Z三轴驱动机构组成， 其中X轴是机床在加工时与Y轴联动直接带动工件作两个方向的运动执行 机构。 X轴与Y/Z两轴驱动的伺服进给机构不仅对进给运动的速度实现自动控制 ，还要对工件相对于刀具的位置实现自动控制。
文献综 述
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，且需求 频繁改型，特别是在宇航.造船.军事等领域所需要的机械零件，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已不能适应这些要求。为了解决上述 问题，一种新型的机床—— 数控机床应运而生。[1]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。它综合应用了电子计算机 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，是今后数控机 床发展的方向。
研究周期与时间安排
毕业设计起止日期：2.22—6.10（第1周—第16周）
起止日期
工作内容
第1周 (2.22-2.26)
收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集
设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习 第2周 (2.29-3.04) 提出完成课题的基本思路和方法，暨完成该课题
所采用的技术路线、方案，要设计和完成的任务 3.11） 完成开题报告及外文材料翻译
第3周 (3.07-
第4周 (3.14-3.18)
完成装配图草图设计，绘制进给系统运动简图
第5周 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.21-3.25)
研究计 划
完成X轴向惯量,转矩,匹配的计算和X向进给力
第6周 (3.28-4.01)
完成装配图设计
第7周 (4.04-4.08）
毕业设计中期检查
第8周 (4.11-4.15）
进行零件图计算机绘图
（3）对进给系统各个部件的强度、刚度以及各项力学要求承载能力 进行了计算分析，以达到最佳的传动效果、高精度、高效率同时最大程度 降低进给系统的制造成本提高了社会价值。
指导教 师
意见
分中心意见
指导教师签名： 年月日
中心意见
分中心主任签名： 年月日
教学主任签名： 年月日
文献综 述
参考文献： 1、文怀兴．数控铣床设计．北京：化工工业出版社，2006.01：1-3 2、王爱玲．现代数控机床．北京：国防工业出版社，2009.03：12-13 3、周巍松. 数控机床控制原理. 合肥：合肥工业大学出版社, 2012.08:13-15 4、陈炳森，胡华丽，杨鸿锋. 简易改造立式数控铣床进行螺杆的铣削加工. 第31卷 第 9期 2009-09 5、谢东.丁杰雄.霍彦波.杜丽.王伟. 数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析. 国家科技重大专项（2010ZX04015－011） 6、陶涛，梅雪松,姜歌东.基于球杆仪和光栅尺的工作台精度调整［Ｊ］ ．纳米技术与精密工程，2005，3(4)：268-272． 7、孙建仁．数控机床进给伺服系统特性影响加工精度的分析［Ｊ］．兰 州理工大学学报，2004，30（3）：45-47． 8、周利平.数控装备设计，重庆：重庆大学出版社，2011.3：73-76 9、陈立德,机械制造装备设计，高等教育出版社,2010.06：46 10、文怀兴．数控铣床设计．北京：化工工业出版社，2006.01：44-48 11、文怀兴．数控铣床系统设计．北京：化工工业出版社，2011.09：11
第9周 (4.18-4.22)
完成零件图计算机绘图
第10周 (4.25-4.29）
完成各零件及课题成本分析，完成各零件成本及
课题成本计算
第11周 (5.02-5.06)
递交论文初稿
第12周 (5.09-5.13)
修改论文并定稿
第13周 (5.16-5.20)
论文评审及答辩资格确定
第14周 (5.23-5.27)
数控铣床X轴进给系统发展趋势[47]：铣刀的旋转为主切削运动，Y轴的驱动装置带动工件旋转以及X轴驱动 装置通过工作台带动工件沿 X 向的移动为进给运动，XY 轴驱动装置相互配合，可保证铣削沿着加工螺纹的方向进给，螺纹的加 工采用分层铣削的方式来逐渐达到螺纹的深度，在每一层采用 XY 两个轴同时进给，即XY 平面直线进给的方式来合成螺纹的铣削进给。对于不同的螺距，可通过 计算确定相应的 XY 同时进给值来保证，对于多头螺纹，则按照分头加工的原则，先加工完一 头后编程让Y轴驱动装置带动工件转过相应角度后，再开始加工另一头螺 纹，为保证加工的精度，加工前应保证工件轴线与X轴平行，同时铣刀的 轴线要与工件轴线垂直相交；有许多因素均会对进给运动精度产生重要 影响，如导轨的非线性、摩擦特性等。另外，单从零件精度评判机床精度 的角度来看，除了伺服运动轴的动态性能外，机床的机械运动精度的影 响因素包括各轴间运动关系等因素是不可忽视的，在排除工艺和环境因 素外，找出最能表现机床精度影响加工误差的型面有重大意义；用球杆仪 和光栅尺同时测量了两轴联动精密工作台的走圆运动。上述研究中基于 平动轴的跟踪误差研究较为深入细致，而针对五轴联动数控机床的转动
数控铣床发展趋势是[2]：1952年试制成功世界上第一台数控机床试 验性样机；1953年美空军与麻省理工学院协作，创制APT自动编程系统；19 58年美国研制成功自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”；1965年出 现了小规模集成电路，数控系统发展到第三代；1970年以后美国英特尔公 司开发使用了微处理器；20世纪80年代出现了柔性制造单元FMC。
国内数控机床的发展[3]：中国从1958年开始研究数控技术，到20世纪 60年代中期处于研制开发阶段。1965年进入晶体管数控装置的研制。60 年代末至70年代初研制成功了数控铣床。20世纪80 年代，中国先后从日本美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术 ，并于1981年开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。
文献综 述
伺服进给系统的基本要求[8]：定位精度要高，跟踪指令信号的响应要 快，系统的稳定性要好。稳定性：所谓稳定的系统，即系统在输入量改变、 启动状态或外界干扰作用下，其输出量经过几次衰减振荡后仍能迅速地 稳定在新的或原有的平衡状态下。它是伺服进给系统能够正常工作的基 本条件，包含绝对稳定性和相对稳定性(稳定裕度)。精度：所谓伺服进给 系统的精度，是指系统的输出量复现输入量的精确程度(偏差)，即准确 性。它包含动态误差，即瞬态过程出现的偏差；稳态误差，即瞬态过程结 束后，系统存在的偏差；静态误差，即元件误差及干扰误差。常用的精度 指标有定位精度、重复定位精度和轮廓跟随精度。精度用误差来表示，定 位误差是指工作台由一点移动到另一点时，指令值与实际移动距离的最 大差值。重复定位误差是指工作台进行一次循环动作之后，回到初始位 置的偏差值。轮廓跟随误差是指多坐标联动时，实际运动轨迹与给定运 动轨迹之问的最大偏差值。影响精度的参数很多，关系也很复杂。采用数 字调节技术可以提高伺服驱动系统的精度。速度响应特性：所谓快速响应 特性，是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度 。它包含系统的响应时间，传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工 精度和生产率。系统的响应速度越快，则加工效率越高，轨迹跟随精度也 高。但响应速度过快会造成系统的超调，甚至会引起系统不稳定。因此， 应适当选择快速响应特性。
9-122
1、 先熟悉数控铣床X轴进给系统主要零件 2、 进给系统驱动电动机的选型与计算 3、 设定好进给系统机械传动部分的刚度要求以及其承载能力 4、 分析计算X轴向的受力要求 5、滚珠丝杠副的选型与各方面承载能力以及拉伸力预紧力的计算，并 选择与其配合轴承型号 6、各个零部件的成本分析
研究内 容
数控铣床X轴进给系统设计要求[9]： (1)保证实现规定的进给量。 (2)能传递要求的扭矩。 (3)有足够的静刚度和动刚度。 (4)保证要求的进给传动精度。 (5)低速、微量进给系统要保证运动的平稳性和灵敏度。 (6)结构紧凑、便于操纵、容易维护、加工及装配工艺性好。 数控铣床X轴进给系统影响因素[1011]：由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成 进给运动的位移值滞后于指令值；反向时，会出现反向死区，影响加工精 度。传动系统的设计，包括传动方式的选择，根据传动精度要求，确定数 控机床的脉冲当量；滚珠丝杠导程及精度等的确定，滚珠丝杠支承选择； 精度验算等过程。
称
毕业设 计内容 和意义
李响楠
学 号 231120320
刘桂芝
职 称 教授级高工
D 数控铣床X轴进给系统结构设计
专业
所在院 系
课题性 质
机械设计制造 及其自动化 工业中心
A
采用类比法，进行数控铣床X轴进给系统的设计。达到X轴向受力要 求，以及X轴进给系统的强度、刚度要求。
毕业设计的具体内容： 1、 了解数控铣床X轴进给系统主要零件 2、 CAD绘制数控车床X轴驱动装配图以及各个零件的零件图 3、 数控铣床X轴进给系统驱动电动机的选择型 4、
本课题研究的意义： 本课题对数控铣床X轴进给系结构进行了设计，其意义如下： 1、设计中的X轴向惯性、扭矩以及进给力的计算，以及各个零件受力 分析计算有利于更深层次了解数控铣床，精确的计算分析可以大大提高 今给系统的传动精度和传动的平稳性 2、进给系统中采用了滚珠丝杆传动，为提高进给系统的灵敏度和定 位精度且防止爬行，必须降低数控铣床进给系统的摩擦，并减少静、动摩 擦系数差，一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副效率可达85%— 98%，是普通滑动丝杠副的24倍，且摩擦角小于1°，因此不会产生自锁现象。 3、、进给伺服系统是数控装置和机床机械传动间的连接环节，是数 控机床的重要组成部分，它包含机械、电子、机电等各种部件。伺服驱动 电动机是今给系统的动力部件，它提高所需要的动力。在对进给系统设 计的同时也对铣床整体有了更多的认真，对机床进给系统有更多掌握。 4、优秀的进给系统有利于提高生产质量提高生产效率，能够大大增 加零件生产精度，更利于实现高精度高要求零件生产加工。
南京工程学院
工业中心
本科毕业设计（论文）开题报告
题 目 ： 数控铣床X轴进给系统结构设计
专 业：
机械设计制造及其自动化
班 级： D机加工121 学 号： 231120320
学生姓名：
李响楠
指导教师：
刘桂芝
2016年 3月 11日
本科毕业设计(论文)开题报告
学生姓 名
指导教 师姓名 课题来 课源题名
制作答辩PPT，打印图纸，准备答辩
第15周（5.30-6.03）
毕业设计（论文）答辩
第16周（6.06-6.10）
整理资料存档
本论文特色与创新如下：
（1）设计中对进给系统中各个零件的应力以及X轴向惯性、扭矩以及进给 力的精确计算增加了进给系统的精确度和稳定性。
特色与 创新
（2）数控铣床进给系统是由数控铣床工作台及X/Y/Z三轴驱动机构组成， 其中X轴是机床在加工时与Y轴联动直接带动工件作两个方向的运动执行 机构。 X轴与Y/Z两轴驱动的伺服进给机构不仅对进给运动的速度实现自动控制 ，还要对工件相对于刀具的位置实现自动控制。
文献综 述
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，且需求 频繁改型，特别是在宇航.造船.军事等领域所需要的机械零件，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已不能适应这些要求。为了解决上述 问题，一种新型的机床—— 数控机床应运而生。[1]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。它综合应用了电子计算机 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，是今后数控机 床发展的方向。
研究周期与时间安排
毕业设计起止日期：2.22—6.10（第1周—第16周）
起止日期
工作内容
第1周 (2.22-2.26)
收集资料，学习有关书籍文献，参观工厂，搜集
设计过程中所要遵照的有关国家标准并进行学习 第2周 (2.29-3.04) 提出完成课题的基本思路和方法，暨完成该课题
所采用的技术路线、方案，要设计和完成的任务 3.11） 完成开题报告及外文材料翻译
第3周 (3.07-
第4周 (3.14-3.18)
完成装配图草图设计，绘制进给系统运动简图
第5周 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.21-3.25)
研究计 划
完成X轴向惯量,转矩,匹配的计算和X向进给力
第6周 (3.28-4.01)
完成装配图设计
第7周 (4.04-4.08）
毕业设计中期检查
第8周 (4.11-4.15）
进行零件图计算机绘图
（3）对进给系统各个部件的强度、刚度以及各项力学要求承载能力 进行了计算分析，以达到最佳的传动效果、高精度、高效率同时最大程度 降低进给系统的制造成本提高了社会价值。
指导教 师
意见
分中心意见
指导教师签名： 年月日
中心意见
分中心主任签名： 年月日
教学主任签名： 年月日
文献综 述
参考文献： 1、文怀兴．数控铣床设计．北京：化工工业出版社，2006.01：1-3 2、王爱玲．现代数控机床．北京：国防工业出版社，2009.03：12-13 3、周巍松. 数控机床控制原理. 合肥：合肥工业大学出版社, 2012.08:13-15 4、陈炳森，胡华丽，杨鸿锋. 简易改造立式数控铣床进行螺杆的铣削加工. 第31卷 第 9期 2009-09 5、谢东.丁杰雄.霍彦波.杜丽.王伟. 数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析. 国家科技重大专项（2010ZX04015－011） 6、陶涛，梅雪松,姜歌东.基于球杆仪和光栅尺的工作台精度调整［Ｊ］ ．纳米技术与精密工程，2005，3(4)：268-272． 7、孙建仁．数控机床进给伺服系统特性影响加工精度的分析［Ｊ］．兰 州理工大学学报，2004，30（3）：45-47． 8、周利平.数控装备设计，重庆：重庆大学出版社，2011.3：73-76 9、陈立德,机械制造装备设计，高等教育出版社,2010.06：46 10、文怀兴．数控铣床设计．北京：化工工业出版社，2006.01：44-48 11、文怀兴．数控铣床系统设计．北京：化工工业出版社，2011.09：11
第9周 (4.18-4.22)
完成零件图计算机绘图
第10周 (4.25-4.29）
完成各零件及课题成本分析，完成各零件成本及
课题成本计算
第11周 (5.02-5.06)
递交论文初稿
第12周 (5.09-5.13)
修改论文并定稿
第13周 (5.16-5.20)
论文评审及答辩资格确定
第14周 (5.23-5.27)
数控铣床X轴进给系统发展趋势[47]：铣刀的旋转为主切削运动，Y轴的驱动装置带动工件旋转以及X轴驱动 装置通过工作台带动工件沿 X 向的移动为进给运动，XY 轴驱动装置相互配合，可保证铣削沿着加工螺纹的方向进给，螺纹的加 工采用分层铣削的方式来逐渐达到螺纹的深度，在每一层采用 XY 两个轴同时进给，即XY 平面直线进给的方式来合成螺纹的铣削进给。对于不同的螺距，可通过 计算确定相应的 XY 同时进给值来保证，对于多头螺纹，则按照分头加工的原则，先加工完一 头后编程让Y轴驱动装置带动工件转过相应角度后，再开始加工另一头螺 纹，为保证加工的精度，加工前应保证工件轴线与X轴平行，同时铣刀的 轴线要与工件轴线垂直相交；有许多因素均会对进给运动精度产生重要 影响，如导轨的非线性、摩擦特性等。另外，单从零件精度评判机床精度 的角度来看，除了伺服运动轴的动态性能外，机床的机械运动精度的影 响因素包括各轴间运动关系等因素是不可忽视的，在排除工艺和环境因 素外，找出最能表现机床精度影响加工误差的型面有重大意义；用球杆仪 和光栅尺同时测量了两轴联动精密工作台的走圆运动。上述研究中基于 平动轴的跟踪误差研究较为深入细致，而针对五轴联动数控机床的转动
数控铣床发展趋势是[2]：1952年试制成功世界上第一台数控机床试 验性样机；1953年美空军与麻省理工学院协作，创制APT自动编程系统；19 58年美国研制成功自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”；1965年出 现了小规模集成电路，数控系统发展到第三代；1970年以后美国英特尔公 司开发使用了微处理器；20世纪80年代出现了柔性制造单元FMC。
国内数控机床的发展[3]：中国从1958年开始研究数控技术，到20世纪 60年代中期处于研制开发阶段。1965年进入晶体管数控装置的研制。60 年代末至70年代初研制成功了数控铣床。20世纪80 年代，中国先后从日本美国等国家引进了部分数控装置和伺服单元技术 ，并于1981年开始批量生产数控系统，包括数控装置和伺服单元。
文献综 述
伺服进给系统的基本要求[8]：定位精度要高，跟踪指令信号的响应要 快，系统的稳定性要好。稳定性：所谓稳定的系统，即系统在输入量改变、 启动状态或外界干扰作用下，其输出量经过几次衰减振荡后仍能迅速地 稳定在新的或原有的平衡状态下。它是伺服进给系统能够正常工作的基 本条件，包含绝对稳定性和相对稳定性(稳定裕度)。精度：所谓伺服进给 系统的精度，是指系统的输出量复现输入量的精确程度(偏差)，即准确 性。它包含动态误差，即瞬态过程出现的偏差；稳态误差，即瞬态过程结 束后，系统存在的偏差；静态误差，即元件误差及干扰误差。常用的精度 指标有定位精度、重复定位精度和轮廓跟随精度。精度用误差来表示，定 位误差是指工作台由一点移动到另一点时，指令值与实际移动距离的最 大差值。重复定位误差是指工作台进行一次循环动作之后，回到初始位 置的偏差值。轮廓跟随误差是指多坐标联动时，实际运动轨迹与给定运 动轨迹之问的最大偏差值。影响精度的参数很多，关系也很复杂。采用数 字调节技术可以提高伺服驱动系统的精度。速度响应特性：所谓快速响应 特性，是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度 。它包含系统的响应时间，传动装置的加速能力。它直接影响机床的加工 精度和生产率。系统的响应速度越快，则加工效率越高，轨迹跟随精度也 高。但响应速度过快会造成系统的超调，甚至会引起系统不稳定。因此， 应适当选择快速响应特性。
9-122
1、 先熟悉数控铣床X轴进给系统主要零件 2、 进给系统驱动电动机的选型与计算 3、 设定好进给系统机械传动部分的刚度要求以及其承载能力 4、 分析计算X轴向的受力要求 5、滚珠丝杠副的选型与各方面承载能力以及拉伸力预紧力的计算，并 选择与其配合轴承型号 6、各个零部件的成本分析
研究内 容
数控铣床X轴进给系统设计要求[9]： (1)保证实现规定的进给量。 (2)能传递要求的扭矩。 (3)有足够的静刚度和动刚度。 (4)保证要求的进给传动精度。 (5)低速、微量进给系统要保证运动的平稳性和灵敏度。 (6)结构紧凑、便于操纵、容易维护、加工及装配工艺性好。 数控铣床X轴进给系统影响因素[1011]：由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成 进给运动的位移值滞后于指令值；反向时，会出现反向死区，影响加工精 度。传动系统的设计，包括传动方式的选择，根据传动精度要求，确定数 控机床的脉冲当量；滚珠丝杠导程及精度等的确定，滚珠丝杠支承选择； 精度验算等过程。
称
毕业设 计内容 和意义
李响楠
学 号 231120320
刘桂芝
职 称 教授级高工
D 数控铣床X轴进给系统结构设计
专业
所在院 系
课题性 质
机械设计制造 及其自动化 工业中心
A
采用类比法，进行数控铣床X轴进给系统的设计。达到X轴向受力要 求，以及X轴进给系统的强度、刚度要求。
毕业设计的具体内容： 1、 了解数控铣床X轴进给系统主要零件 2、 CAD绘制数控车床X轴驱动装配图以及各个零件的零件图 3、 数控铣床X轴进给系统驱动电动机的选择型 4、