数控机床控制系统设计gfpp.docx

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1、题目：学 院：专 业：班 级：学 号：学生姓名名：指导教师师：年 月月 日目 录摘要2第1章 前言22第2章 数控车车床设计计概述33第3章课课程设计计的目的的5第4章 横向进进给系统统的设计计计算884.1主主切削力力及其切切削分力力计算884.2导导轨摩擦擦力的计计算94.3计计算滚珠珠丝杠螺螺母副的的轴向负负载力994.4确确定进给给传动链链的传动动比i和传动动级数994.5滚滚珠丝杠杠的动载载荷计算算与直径径估算1104.6滚滚珠丝杠杠螺母副副承载能能力校核核114.7计计算机械传传动的刚刚度1224.8驱驱动电机机的选型型与计算算134.9机机械传动动系统的的动态分分析1664.10

2、0机械传传动系统统的误差差计算与与分析1174.111确定滚滚珠丝杠杠螺母副副的精度度等级和和规格型型号188第5章 数控机机床控制制系统设设计1885.1硬硬件电路路设计内内容1885.2设设计步骤骤205.3软软件电路路设计主主要内容容215.4软软件设计计225.5进进给伺服服系统概概述255第6章 数控系系统硬件件电路设设计188总结与体体会288致谢词229参考文献献30摘 要当今世界界电子技术术迅速发发展，微微处理器器、微型型计算机在在各技术术领域得得到了广广泛应用用，对各各领域技技术的发发展起到到了极大大的推动动作用。一一个较完完善的机机电一体体化系统统，应包包含以下下几个基基本

3、要素素：机械械本体、动动力与驱驱动部分分、执行行机构、传传感测试试部分、控控制及信信息处理理部分。机机电一体体化是系系统技术术、计算算机与信信息处理理技术、自自动控制制技术、检检测传感感技术、伺伺服传动动技术和和机械技技术等多多学科技技术领域域综合交交叉的技技术密集集型系统统工程。新新一代的的CNCC系统这这类典型型机电一一体化产产品正朝朝着高性性能、智智能化、系系统化以以及轻量量、微型型化方向向发展。关键字：机电一一体化的的基础 基本组组成要素素 特点点 发展展趋势第一章 前言言一、当今今世界数数控技术术及装备备发展的的趋势及及我国数数控装备备技术发发展和产产业化的的现状在我国对对外开放放进

4、一步步深化的的新环境境下 ,发展我我国数控控技术及及装备、提提高我国国制造业业信息化化水平和和国际竞竞争能力力的重要要性 ,并从战战略和策策略两个个层面提提出了发发展我国国数控技技术及装装备的几几点看法法。装备备工业的的技术水水平和现现代化程程度决定定着整个个国民经经济的水水平和现现代化程程度 ,数控技技术及装装备是发发展新兴兴高新技技术产业业和尖端端工业的的使能技技术和最最基本的的装备 ,又是是当今先先进制造造技术和和装备最最核心的的技术。数数控技术术是用数数字信息息对机械械运动和和工作过过程进行行控制的的技术 ,而数数控装备备是以数数控技术术为代表表的新技技术对传传统制造造产业和和新兴制制

5、造业的的渗透形形成的机机电一体体化产品品 ,其其技术范范围覆盖盖很多领领域。（一）、数数控技术术的发展展趋势。数控技术术的应用用不但给给传统制制造业带带来了革革命性的的变化 ,使制制造业成成为工业业化的象象征 ,而且随随着数控控技术的的不断发发展和应应用领域域的扩大大 ,他他对国计计民生的的一些重重要行业业 ITT、汽车车、轻工工、医疗疗等的发发展起着着越来越越重要的的作用。从从目前世世界上数数控技术术及其装装备发展展的趋势势来看 ,其主主要研究究热点有有以下几几个方面面:(1)、 高速、高高精加工工技术及及装备的的新趋势势效率、质质量是先先进制造造技术的的主体。高高速、高高精加工工技术可可极

6、大地地提高效效率 ,提高产产品的质质量和档档次 ,缩短生生产周期期和提高高市场竞竞争能力力。从 EMOO20001 展展会情况况来看 ,高速速加工中中心进给给速度可可达 880m/ miin ,甚至更更高 ,空运行行速度可可达 1100mm/ mmin左左右。目目前世界界上许多多汽车厂厂 ,包包括我国国的上海海通用汽汽车公司司 ,已已经采用用以高速速加工中中心组成成的生产产线部分分替代组组合机床床。在加加工精度度方面 ,近 10 年来 ,普通通级数控控机床的的加工精精度已由由 100m提高高到 55m ,精密级级加工中中心则从从 35m ,提 高高到 111.5m并且且超精密密加工精精度已开开

7、始进入入纳米级级 00.1m 。为为了实现现高速、高高精加工工 ,与与这配套套的功能能部件如如电主轴轴、直线线电机得得到了快快速的发发展 ,应用领领域进一一步扩大大。(2) 、5 轴联动动加工和和复合加加工机床床快速发发展采用 55 轴联联动对三三维曲面面零件的的加工 ,可用用刀具最最佳几何何形状进进行切削削 ,不不仅光洁洁度高 ,而且且效率也也大幅度度提高。但但过去因因 5 轴联动动数控系系统、主主机结构构复杂等等原因 ,其价价格要比比 3 轴联动动数控机机床高出出数倍 ,加之之编程技技术难度度较大 ,制约约了 55 轴联联动机床床的发展展。当前前由于电电主轴的的出现 ,使得得实现 5 轴轴

8、联动加加工的复复合主轴轴头结构构大为简简化 ,其制造造难度和和成本大大幅度降降低 ,数控系系统的价价格差距距缩小。因因此促进进了复合合主轴头头类型 5 轴轴联动机机床和复复合加工工机床 含 55 面加加工机床床 的发发展。(3) 、智能能化、开开放式、网网络化成成为当代代数控系系统发展展的主要要趋势21世纪纪的数控控装备将将是具有有一定智智能化的的系统 ,智能能化的内内容包括括在数控控系统中中的各个个方面:为追求求加工效效率和加加工质量量方面的的智能化化 ,如如加工过过程的自自适应控控制 ,工艺参参数自动动生成;为提高高驱动性性能及使使用连接接方便的的智能化化 ,如如前馈控控制、电电机参数数的

9、自适适应运算算、自动动识别负负载自动动选定模模型、自自整定等等。数控控系统开开放化已已经成为为数控系系统的未未来之路路。所谓谓开放式式数控系系统就是是数控系系统的开开发可以以在统一一的运行行平台上上 ,面面向机床床厂家和和最终用用户 ,通过改改变、增增加或剪剪裁结构构对象 数控功功能 ,形成系系列化 ,并可可方便地地将用户户的特殊殊应用和和技诀窍窍集成到到控制系系统中 ,快速速实现不不同品种种、不同同档次的的开放式式数控系系统 ,形成具具有鲜明明个性的的名牌产产品。目目前开放放数控系系统的体体系结构构规范、通通信规范范、配置置规范、运运行平台台、数控控系统功功能库以以及数控控系统功功能软件件开

10、发工工具等是是当前研研究的核核心。网网络化数数控装备备是近两两年国际际著名机机床博览览会的一一个新亮亮点。数数控装备备的网络络化将极极大地满满足生产产线、制制造系统统、制造造企业对对信息集集成的需需求 ,也是实实现新的的制造模模式如敏敏捷制造造、虚拟拟企业、全全球制造造的基础础单元 ,反映映了数控控机床加加工向网网络化方方向发展展的趋势势。（二）、对对我国数数控技术术及其产产业发展展的基本本估计我国数控控技术起起步于 19558 年年 ,近近 500 年的的发展历历程大致致可分为为三个阶阶段：第第一阶段段从 119588 年到到 19979 年 ,即封闭闭式发展展阶段。在在此阶段段 ,由由于国

11、外外的技术术封锁和和我国的的基础条条件的制制 ,数数控技术术的发展展较为缓缓慢。第第二阶段段是在国国家的“六五”、“七五”期间以以及“八五”的前期期 ,即即引进技技术 ,消化吸吸收 ,初步建建立起国国产化体体系阶段段。在此此阶段 ,由于于改革开开放和国国家的重重视 ,以及研研究开发发环境和和国际环环境的改改善 ,我国数数控技术术的研究究、开发发以及在在产品的的国产化化方面都都取得了了长足的的进步。第第三阶段段是在国国家的“八五”的后期期和“九五”期间 ,即实实施产业业化的研研究 ,进入市市场竞争争阶段。纵纵观我国国数控技技术近 50 年的发发展历程程 ,特特别是经经过 44 个 5 年年计划的

12、的攻关 ,总体体来看取取得的成成绩还是是不小。（三）、对对我国数数控技术术和产业业化发展展的战略略思考(1) 、战略略考虑。我我国是制制造大国国 ,在在世界产产业转移移中要尽尽量接受受前端而而不是后后端的转转移 ,所以 ,我们们应站在在国家安安全战略略的高度度来重视视数控技技术和产产业问题题。首先先从社会会安全看看 ,因因为制造造业是我我国就业业人口最最多的行行业 ,制造业业发展不不仅可提提高人民民的生活活水平 ,而且且还可缓缓解我国国就业的的压力 ,保障障社会的的稳定;其次从从国防安安全看 ,西方方发达国国家把高高精尖数数控产品品都列为为国家的的战略物物质 ,对我国国实现禁禁运和限限制 ,“

13、东芝事事件”和“考克斯斯报告”就是最最好的例例证。(2)、发发展策略略。从我我国基本本国情的的角度出出发 ,以国家家的战略略需求和和国民经经济的市市场需求求为导向向 ,以以提高我我国制造造装备业业综合竞竞争能力力和产业业化水平平为目标标 ,用用系统的的方法 ,选择择能够主主导 221 世世纪初期期我国制制造装备备业发展展升级的的关键技技术以及及支持产产业化发发展的支支撑技术术、配套套技术作作为研究究开发的的内容 ,实现现制造装装备业的的跨跃式式发展。强强调市场场需求为为导向 ,即以以数控终终端产品品为主 ,以整整机如量量大面广广的数控控车床、铣铣床、高高速高精精高性能能数控机机床、曲曲型数字字

14、化机械械、重点点行业关关键设备备等 带带动数控控产业的的发展。重重点解决决数控系系统和相相关功能能部件 数字化化伺服系系统与电电机、高高速电主主轴系统统和新型型装备的的附件等等 的可可靠性和和生产规规模问题题。没有有规模就就不会有有高可靠靠性的产产品;没没有规模模就不会会有价值值低廉而而富有竞竞争力的的产品;当然 ,没有有规模中中国的数数控装备备最终难难有出头头之日。第二章 数控控车床设设计概述述用数控机机床加工工零件时时，首先先应加工工零件的的几何信信息和工工艺信息息变成加加工程序，由由输入部部分送入入数控装装置，经经过数控控装置的的处理和和运算，按按各坐标标轴的分分量送到到各轴的的驱动电电

15、路，经经过转换换和放大大进行伺伺服电动动机的驱驱动，带带动各轴轴运动，并进行反馈控制，使刀具和工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序和参数有条不紊地运作，从而加工出零件的全部轮廓。 数控机机床具有有很好的的柔性，当当加工对对象变换换时，只只需重新新编制加加工程序序即可，原原来的程程序可存存储备用用，不必必像组合合机床那那样需要要针对新新加工零零件重新新设计加加床，致致使生产产准备时时间过长长。经济型数数控车床床，对于于保证和和提高被被加工零零件的精精度，主主要依靠靠两方面来来实现：一是系统的的控制精精度；二是机床床本身的的机械传传动精度。数数控车床的的进给传动系统统，由于于必须对对进给

16、位位移的位位置和速速度同时时实现自自动控制制。所以以，数控控车床与与普通卧卧式车床床相比应应具有有有更好的的精度以确保保机械传传动系统统的传动动精度和和工作平平稳性。数控改造造对机械械传动系统统的要求求为：（1)尽尽量采用低低摩擦的的传动副副。如滚动动导轨和和滚珠丝丝杠螺母母副，以以减小摩摩擦力。（2)选选用最佳佳的降速速比，为为达到数数控机床床所要求求的脉冲冲当量，使使运动位位移尽可可能加速速达到跟跟踪指今今。（3)尽尽量缩短短传动链链以及用用预紧的的办法提提高传动系系统的刚刚度。（4)尽尽量消除传传动间隙隙，以减减小反向向行程误误差。如采用消消除间隙隙的联轴轴节和消消除传动动齿轮间隙的的机

17、构等等。（5)尽尽景满足足低振动动和高可可靠性方方面的要求求。为此应应选择间隙小小、传动动精度高高高、运运动平稳稳、效率率高以及及传递扭扭矩大的的传动元元件。 从应应用的方方面考虑虑，结合合目前国国内大多多数的情情况，可可采用更更换滚珠珠丝杠来来代替原原机床上上的T型型丝杠。也可对原车床上T型丝杠加以修复，但此时必须相应修配与与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提高配合精度。般说来来如原原车床的的工作性性能良好好精度度尚未降降低，则则应尽量量保留机机床的传传动系统统。使改改造后的的数控车车床同时时具有微微机控制制和原机机床操作作的双重重功能。如如原车床床使用时时间较长长运动动部件磨磨损严重重除了

18、了对导轨轨精度进进行修复复外还还应将传传动部件件拆除或或更换，以以确保改改造后车车床的传传动精度度。数控机床床一般由由控制介介质数控控装置 伺服系系统和机机床组成成如图22.1图2.11数控机机床的组组成电动机的的选择 (1)根根据机械械的负载载特性和和生产工工艺对电电动机的的启动、制制动、反反转、调调速等要要求，选选择电动动机类型型。(2)根根据负载载转矩、转转速变化化范围和和启动频频繁程度度等要求求，考虑虑电动机机的温升升限制、过过载能力力额启动动转矩，选选择电动动机功率率，并确确定冷却却通风方方式。所所选电动动机功率率应留有有余量，负负荷率一一般取00.80.99。(3)根根据使用用场所

19、的的环境条条件，如如温度、湿湿度、灰灰尘、雨雨水、瓦瓦斯以及及腐蚀和和易燃易易爆气体体等考虑虑必要的的保护措措施，选选择电动动机的结结构型式式。(4)根根据企业业的电网网电压标标准和对对功率因因素的要要求，确确定电动动机的电电压等级级和类型型。(5)根根据生产产机械的的最高转转速和对对电力传传动调速速系统的的过渡过过程的要要求，以以及机械械减速机机构的复复杂程度度，选择择电动机机额定转转速。此外，还还要考虑虑节能、可可靠性、供供货情况况、价格格、维护护等等因因素。电动机类类型和结结构型式式的选择择由于不同同的机床床要求不不同的主主轴输出出性能(旋转速速度，输输出功率率，动态态刚度，振振动抑制制

20、等)，因因此，主主轴选用用标准与与实际使使用需要要是紧密密相关的的。总的的来说，选选择主轴轴驱动系系统将在在价格与与性能之之间找出出一种理理想的折折衷。表表1简要要给出了了用户所所期望的的主轴驱驱动系统统的性能能。下面面将对各各种交流流主轴系系统进行行对比、分分析。表1.11 理想想主轴驱驱动系统统性能项目内容高性能低速区要要有足够够的转矩矩宽恒功率率范围,并在高高速范围围内保持持一定转转矩高旋转精精度高动态响响应高加减速速,起制制动能力力具有强鲁鲁棒性,能适应应环境条条件和参参数变化化高效率,低噪声声低价格低购买价价格,低低维护价价格,低低服务价价格通用要求求耐用性,可维护护性,安安全可靠靠

21、性感应电机机交流主主轴驱动动系统是是当前商商用主轴轴驱动系系统的主主流，其其功率范范围从零零几个kkW到上上百kWW，广泛泛地应用用于各种种数控机机床上。第三章 课程设计的目的数控机机床课课程设计计是一个个重要的的时间性性教学环环节，要要求学生生综合的的运用所所学的理理论知识识，独立立进行的的设计训训练，主主要目的的：1、 通过设计计，使学学生全面面地、系系统地了了解和掌掌握数控控机床的的基本组组成及其其想怪知知识，学学习总体体的方案案拟定、分分析与比比较的方方法。2、 通过对机机械系统统的设计计，掌握握几种典典型传动动元件与与导向元元件的工工作原理理、设计计计算及及选用的的方式3、 通过对机

22、机械系统统的设计计，掌握握常用伺伺服电机机的工作作原理、计算控制方法与控制驱动方式4、 培养学生生独立分分析问题题和解决决问题的的能力，学习并树立“系统设计”的思想5、 锻炼提高高学生应应用手册册和标准准、查阅阅文献资资料及撰撰写科技技论文的的能力第四章 进给给传动系系统设计计计算设计参数数如下：纵向：工工作台重重量：WW=8000N行程：SS=6550mmm脉冲当量量：=0.0006mmm/PP最大进给给速度：=2m/mmin横向：工工作台重重量：WW=3000N行程：SS=2000mmm脉冲当量量：=0.0004mmm/PP最大进给给速度：=1m/mmin4.1主主切削力力及其切切削分力力

23、计算已知机床床主电动动机的额额定功率率为7.5kww，最大大工件直直径D=4000mm，主主轴计算算转速nn=855r/mm。在此此转速下下，主轴轴具有最最大扭矩矩和功率率，道具具的切削削速度为为取机床的的机械效效率，则则有走刀方向向的切削削分力和和垂直走走刀方向向的切削削分力为为4.2床床身及导导轨对于数控控机床来来说，作作为主要要支承件件的床身身至关重重要，其其结构性性能的好好坏直接接影响着着机床的的各项性性能指标标。它支支承着数数控车床床的床头头箱，床床鞍，刀刀架，尾尾座等部部件，承承受着切切削力、重重力、摩摩擦力等等静态力力和动态态力的作作用。其其结构的的合理性性和性能能的好坏坏直接影

24、影响着数数控车床床的制造造成本；影响着着车床各各部件之之间的相相对位置置精度和和车床在在工作中中各运动动部件的的相对运运动轨迹迹的准确确性，从从而影响响着工件件的加工工质量；还影响响着车床床所用刀刀具的耐耐用度，同同时也影影响着机机床的工工作效率率和寿命命等。因因此，床床身特别别是数控控车床的的床身具具有足够够的静态态刚度和和较高的的刚度/质量比比；良好好的动态态性能；较小的的热变形形和内应应力；并并易于加加工制造造，装配配等，才才能满足足数控车车床对床床身的要要求。数控车床床工作时时，受切切削力的的作用，床床身发生生弯曲，其其中，影影响最大大的是床床身水平平面内的的弯曲。因因此，在在床身不不

25、太长的的情况下下，主要要应提高高床身在在水平面面内的弯弯曲刚度度。所以以，在设设计床身身时，采采用与水水平面倾倾斜455的斜面面床身。这这种结构构的特点点是：(1)在在加工工工件时，切切屑和切切削液可可以从斜斜面的前前方(即床身身的一侧侧)落下，就就无需在在床身上上开排屑屑孔，这这样，床床身斜面面就可以以做成一一个完整整的斜面面。(22)切屑屑从工件件上落到到位于床床身前面面的排屑屑器中，再再由排屑屑器将切切屑排出出。这样样，机床床在工作作中，排排屑性能能和散热热性能要要好，可可以减少少床身在在工作中中吸收由由于切削削产生的的热量，从从而减少少床身的的热变形形，使机机床更好好地保持持加工精精度

26、。(3)由由于在床床身上无无需开排排屑孔，就就可以增增加与底底座连接接的床身身底面的的整体性性，从而而可增加加床身底底面的刚刚性。基基于以上上特点使使得床身身抵抗来来自切削削力在水水平和垂垂直面内内的分力力所产生生的弯曲曲变形能能力，以以及它们们的合力力产生的的扭转变变形能力力显著增增强。从从而大幅幅度提高高了床身身的抗弯弯和抗扭扭刚度。床床身在弯弯曲、扭扭转载荷荷作用下下，床身身的变形形与床身身的截面面的抗弯弯惯性矩矩和抗扭扭惯性矩矩有关。材材料、截截面相同同，但形形状不同同的床身身，截面面的惯性性矩相差差很大。截截面积相相同时，采采用空形形截面，加加大外轮轮廓尺寸寸，在工工艺允许许的情况况

27、下，尽尽可能减减小壁厚厚，可以以大大提提高截面面的抗弯弯和抗扭扭刚度；矩形截截面的抗抗弯刚度度高于圆圆形截面面，但圆圆形截面面的抗扭扭刚度较较高；封封闭截面面的刚度度显著高高于不封封闭截面面的刚度度。为此此，在设设计床身身截面时时，综合合考虑以以上因素素，在满满足使用用、工艺艺情况下下，采用用空心截截面，加加大轮廓廓，减小小壁厚，采采用全封封闭的类类似矩形形的床身身截面形形式，同同时，为为了提高高床身的的抗扭刚刚度和床床身的刚刚度重重量比，在在大截面面内设计计一个较较小的类类似圆形形截面。床身与导导轨为一一体，床床身材料料的选择择应根据据导轨的的要求选选择。铸铸铁具有有良好的的减震性性和耐磨磨

28、性，易易于铸造造和加工工。床身身材料采采用机械械性能优优良的HHT2550，其其硬度、强强度较高高，耐磨磨性较好好，具有有很好的的减震性性。车床的导导轨可分分为滑动动导轨和和滚动导导轨两种种。滑动动导轨具具有结构构简单、制制造方便便、接触触刚度大大等优点点。但传传统滑动动导轨摩摩擦阻力力大且磨磨损快，动动、静摩摩擦系数数差别大大，低速速时易产产生爬行行现象。目目前，数数控车床床已不采采用传统统滑动导导轨，而而是采用用带有耐耐磨粘贴贴带覆盖盖层的滑滑动导轨轨和新型型塑料滑滑动导轨轨。它们们具有摩摩擦性能能良好和和使用寿寿命长等等特点。在在动导轨轨上镶装装塑料具具有摩擦擦系数低低、耐磨磨性高、抗抗

29、撕伤能能力强、低低速时不不易爬行行、加工工性和化化学稳定定性好、工工艺简单单、成本本低等优优点，在在各类机机床上都都有应用用，特别别是用在在精密、数数控和重重型机床床的动导导轨上。塑塑料导轨轨可与淬淬硬的铸铸造铁支支承导轨轨和镶钢钢支承导导轨组成成对偶摩摩擦副。机床导轨轨的质量量在一定定程度上上决定了了机床的的加工精精度、工工作能力力和使用用寿命。导轨的功用是导向和承载。车床的床身导轨属于进给导轨，进给运动导轨的动导轨与支承的静导轨之间的相对运动速度较低。直线运动动滑动导导轨截面面形状主主要有三三角形、矩矩形、燕燕尾形和和圆形，并并可互相相组合。由于矩形导轨制造简单，刚度高，承载能力大，具有两

30、个相垂直的导轨面。且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装。再将矩形整体倾斜45后，侧面磨损能自动补偿，克服了矩形导轨侧面磨损不能自动补偿的缺陷，使其导向性更好。本次设计我采用的是燕尾槽导轨。镶条是用用来调整整矩形导导轨和燕燕尾导轨轨的侧隙隙，以保保证导轨轨面的正正常接触触。镶条条应放在在导轨受受力较小小的一侧侧。压板板用于调调整辅助助导轨面面的间隙隙和承受受颠覆力力矩。如如图5.5，是是用磨或或刮压板板3的ee面和dd面来调调整间隙隙。压板板的d面面和e面面用空刀刀槽分开开，间隙隙大磨刮刮d面，太太紧时则则修e面面。这种种方式构构造简单单，应用用较多，但但调整时时比较麻麻烦。图5.55镶条床

31、身及导导轨结构构见图55.6。 图55.6床床身及导导轨4.3导导轨摩擦擦力的计计算导轨受到到垂向切切削分力力，纵向向切削分分力，移移动部件件的全部部质量（包包括机床床夹具和和工件的的质量）mm=300.611kg(所受重重力W=3000N)，查查表得镶镶条紧固固力，取取导轨动动摩擦系系数，则计算在不不切削状状态下的的导轨摩摩擦力和和4.4计计算滚珠珠丝杠螺螺母副的的轴向负负载力计算最大大轴向负负载力计算最小小轴向负负载力4.5确确定进给给传动链链的传动动比i和和传动级级数 取步进进电动机机的步距距角，滚滚珠丝杠杠的基本本导程，进进给传动动链的脉脉冲当量量，则有有按最小惯惯量条件件，查得得应该

32、采采用2级级传动，传传动比可可以分别别取、。根据据结构需需要，确确定各传传动齿轮轮的齿数数分别为为、，模数数m=22，齿宽宽b=220mmm。4.6滚滚珠丝杠杠的动载载荷计算算与直径径估算（1）按按预期工工作时间间估算滚滚珠丝杠杠预期的的额定动动载荷已知数控控机床的的预期工工作时间间，滚珠珠丝杠的的当量载载荷，查表得得载荷系系数；初初步选择择滚珠丝丝杠的精精度等级级为3级级精度，取取精度系系数；查查表得可可靠性系系数。取取滚珠丝丝杠的当当量转速速，已知知，滚珠珠丝杠的的基本导导程，则则（2）根根据定位位精度的的要求估估算允许许的滚珠珠丝杠的的最大轴轴向变形形。已知本车车床横向向进给系系统的定定

33、位精度度为400,重复复定位精精度为116，则则有取上述计计算结果果的较小小值，即即。（3）估估算允许许的滚珠珠丝杠的的最小螺螺纹底径径滚珠丝杠杠螺母的的安装方方式拟采采用一端端固定、一一端游动动支承方方式，滚滚珠丝杠杠螺母副副的两个个固定支支承之间间的距离离为 LL=行程程+安全全行程+2余程+螺母长长度+支支承（1.211.4）行行程+（225330）取L=(1.442000+3006)mmm=4460mmm（4）初初步确定定滚珠丝丝杠螺母母副的型型号根据以上上计算所所得的、和结构构的需要要，初步步选择南南京工艺艺装备公公司生产产的FFF型内循循环螺母母，型号号为FFF32006-55，其

34、公公称直径径、基本本导程、额额定动载载荷和螺螺纹底径径如下：4.7滚滚珠丝杠杠螺母副副承载能能力校核核已知滚珠珠丝杠螺螺母副的的螺纹底底径，已已知滚珠珠丝杠螺螺母副的的最大受受压长度度，丝杠杠水平安安装时，取取，查表表得，则则有 本车床横横向进给给系统滚滚珠丝杠杠螺母副副的最大大轴向压压缩载荷荷为，远远小于其其临界压压缩载荷荷的值，故故满足要要求。滚珠丝杠杠螺母副副临界转转速的计计算长度度，其弹弹性模量量，密度，重重力加速速度 滚珠珠丝杠的的最小惯惯性矩为为 滚珠珠丝杠的的最小截截面积为为 取，查查表得，则则有 本本横向进进给传动动链的滚滚珠丝杠杠螺母副副的最高高转速为为1666.677r/m

35、m，远小小于其临临界转速速，故满满足要求求。 滚滚珠丝杠杠螺母副副额定寿寿命的校校核,滚滚珠丝杠杠的额定定动载荷荷，已知知其轴向向载荷，滚滚珠丝杠杠的转速速，运转转条件系系数，则则有本车床数数控化改改造后，滚滚珠丝杠杠螺母副副的总工工作寿命命，故满满足要求求。4.8计计算机械械传动的的刚度已知滚珠珠丝杠的的弹性模模量，滚滚珠丝杠杠的底径径。当滚滚珠丝杠杠的螺母母中心至至固定端端支承中中心的距距离时，滚滚珠丝杠杠螺母副副具有最最小拉压压刚度当时，滚滚珠丝杠杠螺母副副具有最最大拉压压刚度 已已知滚动动体直径径mm，滚滚动体个个数Z=15.轴承接接触角。轴轴承最大大轴向工工作载荷荷。则滚滚珠丝杠杠螺

36、母副副支承轴轴承的刚刚度为：查表得滚滚珠与滚滚道的接接触刚度度，滚珠珠丝杠的的额定动动载。已知滚滚珠丝杠杠上所承承受的最最大轴向向载荷则则进给传动动系统的的综合拉拉压刚度度的最大大值为故。进给传动动系统的的综合拉拉压刚度度最小值值为故已知扭矩矩作用点点之间的的距离，滚滚珠丝杠杠的剪切切模量，滚珠丝丝杠的底底径，则则有4.9驱驱动电机机的选型型与计算算（1）计计算滚珠珠丝杠的的转动惯惯量已知滚珠珠丝杠的的密度，则则有（2）计计算折算算到丝杠杠轴上的的移动部部件的转转动惯量量已知横向向进给系系统执行行部件的的总质量量为m=30.61kkg;丝丝杠轴每每转一圈圈，机床床执行部部件在轴轴向移动动的距离

37、离L=00.6ccm则（3）计计算各齿齿轮的转转动惯量量（4）计计算加在在电动机机轴上总总负载转转动惯量量（5）计计算折算算到电动动机轴上上的切削削负载力力矩已知在切切削状态态下的轴轴向负载载力，丝丝杠每转转一圈，机机床执行行部件轴轴向移动动的距离离L=66mm=0.0006mm，进给给传动系系统的传传动比ii=6.25总总效率=0.85，则则有（6）计计算折算算到电动动机上的的摩擦负负载力矩矩 已知在在不切削削状态下下的轴向向负载力力矩，则则有 （7）计计算由滚滚珠丝杠杠预紧力力产生的的并折算算到电动动机轴上上的附加加负载力力矩 已知滚滚珠丝杠杠螺母副副的效率率，滚珠珠丝杠螺螺母副的的预紧力

38、力为折算到电电动机轴轴上的负负载力矩矩T的计计算。空载时（快快进力矩矩），为为切削时（工工进力矩矩），为为根据以上上计算结结果和查查表初选选1300BF0001型型反应式式步进电电动机，其其转动惯惯量；而而进给传传动系统统的负载载惯量；对于开开环系统统，一般般取加速速时间。当当机床以以最快进进给速度度运动时时电动机机的最高高转速为为：（8）计计算横向向进给系系统所需需的折算算到电动动机轴上上的各种种力矩计算空载载启动力力矩 计算快快进力矩矩 计算算工进力力矩 （9）选选择驱动动电动机机的型号号根据以上上计算和和查表选选择国产产1500BF0002型型电动机机，其主主要参数数如下：相数，55；步

39、距距角，；最大静静转矩，；转动惯量，；最高空载启动频率，2800Hz；运行频率，8000Hz；分配方式，五相十拍。 确定定最大静静转矩： 机械械传动系系统空载载启动力力矩与所所需的步步进电动动机的最最大静转转矩的关关系为：机械传动动系统空空载启动动力矩与与所需的的步进电电动机的的最大静静转矩的的关系为为：取和中的的较大者者为所需需的步进进电动机机的最大大静转矩矩。本电电动机的的最大静静转矩为为，大于于，可以以在规定定的时间间内正常常启动，故故满足要要求。 验算惯惯量匹配配，为了了使机械械传动的的惯量达达到较合合理的匹匹配，系系统的负负载惯量量与伺服服电动机机的转动动惯量之之比一般般应满足足下式

40、：因为，故故满足惯惯量匹配配要求。4.100机械传传动系统统的动态态分析 滚珠丝丝杠螺母母副的综综合拉压压刚度，机机床执行行部件的的质量和和滚珠丝丝杠螺母母副的质质量分别别为、，滚珠珠丝杠螺螺母副和和机床执执行部件件的等效效质量为为，已知知m=330.661kgg，则： 折算算到滚珠珠丝杠轴轴上的系系统总当当量转动动惯量为为已知滚珠珠丝杠的的扭转刚刚度，则则由以上计计算可知知，丝杠杠工作台台纵向振振动系统统的最低低固有频频率、扭扭转振动动系统的的最低固固有频率率都比较较高。一一般按的的要求来来设计机机械传动动系统的的刚度，故故满足要要求。4.111机械传传动系统统的误差差计算与与分析（1）计计

41、算机械械传动系系统的反反向死区区已知进给给传动系系统的综综合拉压压刚度的的最小值值，导轨轨的静摩摩擦力为为，则即，故满满足要求求。 （22）计算算机械传传动系统统由综合合拉压刚刚度变化化引起的的定位误误差即，故满满足要求求。 （33）计算算滚珠丝丝杠因扭扭转变形形产生的的误差 已已知负载载力矩，扭扭矩作用用点之间间的距离离，丝杠杠底径，则则有由该扭转转变形引引起的轴轴向移动动滞后量量将影响响工作台台的定位位精度，有有4.122确定滚滚珠丝杠杠螺母副副的精度度等级和和规格型型号确定滚珠珠丝杠螺螺母副的的精度等等级，本本进给传传动系统统采用开开环控制制系统，应应满足如如下要求求：取滚珠丝丝杠螺母母

42、副的精精度等级级为3级级，查表表得，当当螺纹长长度约为为350mmm时，；故满足设设计要求求。第五章 数控控机床控控制系统统设计数控系统统硬件电电路设计计5.1 设计内内容.按照照总统方方案以及及机械结结构的控控制要求求，确定定硬件电电路的方方案，并并绘制系系统电气气控制的的结构框框图；.选择择计算机机或中央央处理单单元的类类型；.根据据控制系系统的具具体要求求设计存存储器扩扩展电路路；.根据据控制对对象以及及系统工工作要求求设计扩扩展接口口电路，检检测电路路，转换换电路以以及驱动动电路等等；.选择择控制电电路中各各器件及及电气元元件的参参数和型型号；.绘制制出一张张清晰完完整的电电气原理理图

43、，图图中要标标明各器器件的型型号，管管脚号及及参数；.说明明书中对对电气原原理图以以及各有有关电路路进行详详细的原原理说明明和方案案论证。5.2 设计步步骤.确定定硬件电电路的总总体方案案。数控系统统的硬件件电路由由以下几几部分组组成：1 主控制器器。即中中央处理理单元CCPU2 总线。包包括数据据总线，地地址总线线，控制制总线。3 存储器。包包括只读读可编程程序存储储器和随随机读写写数据存存储器。4 接口。即即I/OO输入输输出接口口。数控系统统的硬件件框图如如下所示示：中央处理单元CPU存储器RAMROM外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯接口等输入/输出I/O接口信号变换控制对象.主

44、控控制器的的选择系系列单片片机是集集中，端端口及部部分等为为一体的的功能性性很强的的控制器器。只需需增加少少量外围围元件就就可以构构成一个个完整的的微机控控制系统统，并且且开发手手段齐全全，指令令系统功功能强大大，编程程灵活，硬硬件资料料丰富。本本次设计计选用芯片作作为主控控芯片。.存储储器扩展展电路设设计(）程程序存储储器的扩扩展单片机应应用系统统中扩展展用的程程序存储储器芯片片大多采采用芯片。其其型号有有：27166，27732，227644，2771288，2772588，其容容量分别别为kk,4kk,8kk,166k322k。在在选择芯芯片时要要考虑与与时时序的匹匹配。所能读读取的时时

45、间必须须大于所要要求的读读取时间间。此外外，还需需要考虑虑最大读读出速度度，工作作温度以以及存储储器容量量等因素素。在满满足容量量要求时时，尽量量选择大大容量芯芯片，以以减少芯芯片数量量以简化化系统。综综合以上上因素，选选择芯芯片作为为本次设设计的程程序存储储器扩展展用芯片片。单片机规规定00口提供供为位位地址线线，同时时又作为为数据线线使用，所所以为分分时用作作低位地地址和数数据的通通道口，为为了把地地址信息息分离出出来保存存，以便便为外接接存储器器提高低低位的的地址信信息，一一般采用用芯片片作为地地址锁存存器，并并由发出出允许锁锁存信号号ALEE的下降降沿，将将地址信信息锁存存入地址址锁存器器中。 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 由以上分分析，采采用EEPROOM芯片的的程序存存储器扩扩展电路路框图如如下所示示 A12 A8 2764A7A0