数控铣床进给系统结构设计说明书

中北大学课程设计说明书

数控铣床进给系统结构设计说明书

目 录

前言 ........................................... 错误！未定义书签。 1.原始条件和设计要求 ............................................ 2 2.数控机床的加工原理 ............................................ 4 3.进给伺服系统概述 .............................................. 5 4.纵向进给系统的设计计算 ........................................ 7 4.1丝杠螺母静态设计 .......................................... 7 4.2丝杠螺母动态设计 .......................................... 9 4.3变速机构设计 ............................................. 11 4.4电动机的静态设计 ......................................... 13 5.电动机的选取与减速结构的设计 ................................. 16 5.1电动机的选取 ............................................. 16 5.2减速机构的选取设计 ....................................... 16 6.进给系统的结构设计 ........................................... 17 7.滚珠丝杠螺母副的设计 ......................................... 17 总结 ........................................................... 19 致谢 ........................................................... 20 参考文献 ....................................................... 21

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前 言

我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化

率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6％。这些机床中,役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏

竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：

1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高3～7倍。 3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 4、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。 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基础技术。

1.原始条件和设计要求

工作台：

工作台质量 最大加工受力 快进速度 工进速度 最大加速度

mT?600kg FW?1500N

vfmax?0.2m/s

vv?0.1m/s amax?1.2m/s2

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工作台导轨摩擦力 工作行程

FR?2.5N sW?0.7m

减速机构：

丝杠螺母机构(图2)，已知数据如下：

图2 丝杠螺母机构

轴承轴向刚度 丝杠螺母刚度 螺母支座刚度 丝杠传动效率 丝杠长度 丝杠轴承、丝杠

螺母摩擦力矩 轴承平均间距 导程 最大转速常数 支承方式 伺服电机：

电机转子惯量

JM?0.05?10?3kgm2

KL?800N/?m

KM?800N/?m

KTM?1000N/?m?sp?0.9

Lsp?0.5mMR,sp?2.5Nm

L?550mm

hsp?10mm

A?60000 双推—双推

2.数控机床的加工原理

金属切削机床加工零件，是操作者依据工程图样的要求，不断改变刀具与工件之间相对

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运动的参数（位置，速度等），使刀具对工件进行切削加工，最终得到所需要的合格零件。

数控机床的加工，是把道具与工件的运动坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件程序的要求，使坐标移动若干个最小位移量（即控制刀具运动轨迹），从而实现刀具与工件的相对运动，完成对零件的加工。

刀具沿各坐标轴的相对运动，是以脉冲当量δ为单位的（mm/脉冲）。

当走刀轨道为直线或圆弧时，数控装置则在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，然后按中间的坐标值，向坐标输出脉冲数，保证加工出需要的直线或圆弧轮廓。

数控装置进行的这种“数据点的密化”称做插补，一般数控装置都具有对基本函数（如直线函数和圆函数）进行插补的功能。对任意曲面零件的加工，必须使刀具运动的轨迹与该曲面完全吻合，才能加工出所需要的零件。

数控机床是由信息载体,数控装置,伺服系统和机床主体各机械部件组成,如图1所示。

3.进给伺服系统概述

数控机床伺服系统的一般结构如图2所示：

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