数控机床传动与进给机构设计

本科毕业论文题目：数控机床传动与进给机构设计学院:机械自动化学院专业:机械电子工程学号:学生姓名:指导教师:日期:1摘要本次设计主要包括两部分内容，第一部分是主传动系统的设计，第二部分是进给传动系统的设计，主传动系统的设计目标是使机床主轴能在一定转速范围内实现无级调速，在设计这一部分时，主要进行了一下几项工作：①分级变速箱的设计，②主轴尺寸设计，③支承方式的选择，为了满足主轴的刚度要求，还要对主轴进行校核计算。进给传动系统设计的主要目标是使机床工作台能在xy方向上自由移动，机床xyz三方向上的传动构件相同，故只需设计x方向传动系统，主要涉及到：①导轨的选型，②滚珠丝杠与支承轴承，③驱动电机的选型与计算，④主要零部件的精度验算，⑤装配图设计，确定各部分零件的主要尺寸后，零件的细节尺寸设计在装配图中完成。在对零件进行校核时，主要根据零件的刚度和寿命进行校核，本次设计主要的设计方法是理论设计和经验设计。关键词：数控铣床；主传动；进给传动；伺服电机2AbstractThisdesignmainlyincludestwoparts,thefirstpartisthedesignofthemaindrivesystem,thesecondpartisthedesignofthefeeddrivesystem,themaindrivesystemdesigngoalistomakethemachinespindleinacertainspeedrangetoachievesteplessspeed,Inthedesignofthispart,themainworkcarriedoutafew:①classificationgearboxdesign,②spindlesizedesign,③supportthechoiceofway,inordertomeetthestiffnessrequirementsofthespindle,butalsothespindletocheckthecalculation.Feedingdrivesystemdesignofthemaingoalistomakethemachinetableinthexydirectionoffreemovement,themachinexyzthreedirectionsofthesametransmissioncomponents,soonlythedesignofx-directiondrivesystem,mainlyrelatedto:①guideselection,Ballscrewandbearingbearing,③drivemotorselectionandcalculation,④theaccuracyofthemainpartsofthecalculation,⑤assemblydiagramdesigntodeterminethemainpartsofthevariouspartsofthesizeofthedetailsofthedesignofpartsintheassemblydiagramtocomplete.Inthepartstocheck,mainlybasedonthestiffnessandlifeofpartstocheck,thedesignofthemaindesignmethodisthetheoreticaldesignandexperiencedesign.Keywords:CNCmillingmachine;Maindrive；Feeddrive；Servomotor目录31绪论....................................................................51.1选题的背景及意义..................................................51.2数控机床的发展情况................................................51.3设计任务..........................................................62主传动系统设计..........................................................72.1概述..............................................................72.2分级变速箱的设计..................................................72.2.1分级变速箱的变速级数.........................................72.2.2传动公比φ的确定.............................................72.2.3传动齿轮齿数的确定...........................................72.3主轴组件的基本要求................................................82.4采用滚动轴承的主轴组件.........................................92.4.1支承方式的选择...............................................92.4.2轴承间隙的调整与预紧.........................................92.5主轴尺寸设计......................................................92.6主轴组件的刚度计算...............................................102.7轴承润滑和主轴密封...............................................112.8本章小结.........................................................113进给传动系统设计.......................................................133.1导轨轴向负载力计算...............................................133.2导轨的选型.......................................................133.3滚珠丝杠与支承轴承...............................................143.3.1滚珠丝杠的计算..............................................143.3.2支承用轴承的选用............................................163.3.3承载能力校验................................................163.4驱动电机的选型与计算.............................................173.5主要零部件的精度验算.............................................183.5.1伺服刚度KR.................................................183.5.2丝杠的轴向拉压刚度..........................................183.5.3轴承的轴向刚度..............................................183.5.4滚珠与滚道的接触刚度Kc.....................................193.5.5进给传动系统的综合拉压刚度K................................193.6进给传动系统的动态特性分析.......................................193.7驱动电动机与滚珠丝杠的连接.......................................193.8本章小结.........................................................2044数控机床控制系统设计...................................................214.1控制系统硬件的基本组成...........................................214.1.1概述........................................................214.1.2数控系统的主要性能与规格....................................214.1.3主轴和进给轴控制的硬件系统..................................224.2数控机床主要的电气控制回路........................................235总结..................................................2错误!未定义书签。参考文献................................................2错误!未定义书签。致谢.....................................................................251绪论51.1选题的背景及意义以数控机床作为本次设计的主要内容，非常贴近于国家目前的经济发展大势。前不久国家提出了中国工业4.0，中国制造2025等发展目标，这不仅仅是一句口号，还会转化为切切实实的行动，如何实现工业4.0？参照德国的标准，实现工业4.0必须要实现生产的智能化和数据化，依靠传统的机床根本无法实现这一点，必须借助于新一代的数控机床才有可能实现这一目标，数控机床能实现自动化的加工，加工精度和经济效益远高于工人手工操作，人们只需将预先写好的程序传入数控机床，机床便能读取这些命令并加工出满足工艺要求的各种零件，大大提高了生产效率，降低了工人的工作负担。数控机床的加工能力远大于普通机床，这是因为与普通机床相比，它多了一个重要的组成部分，即数控系统，经过多年的发展，数控系统已经成为一个比较成熟的分支，它主要包括输入输出，数控装置，伺服装置和相关的辅助装置。加工零件时，工人必须先根据零件的加工工艺编写程序，然后将程序输入数控系统中去，完成这一过程的就是数控系统的输入输出设备，主要有手动输入和通信接口两种输入方式。数控装置是数控系统的核心，相当于机床的cpu，它能识别输入的程序，并将这些程序转化为机床的控制命令，通常使用微型计算机完成这一功能。数控机床的伺服系统包括主要的传动结构和动力部分，是完成机床机械运动的主要装置，本篇论文也主要围绕这一部分展开，包括主传动系统和进给系统，主传动系统控制刀具的运动，刀具轨迹的具体实现方法则是在微型计算机中通过插补运算得到，进给传动系统则实现工件的各种运动，主要通过三轴的丝杠来实现。机床是一个复杂的系统，它由许多小装置组合到一起，在数控装置的控制下，完成各种复杂的运动。本次主要设计伺服系统，设计时也不能脱离这个系统，要考虑到与其他装置的相互配合，例如，数控机床一般都能实现自动换刀的功能，刀具又与主轴配合到一起，因此