数控铣床X轴进给系统结构设计-开题报告

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

指导教

课题来

名课题

李响楠刘桂芝D 数控铣床X轴进给系统结构设计学 号职 称231120320教授级高工专 业所在院课题性机械设计制造工业中心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、

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2-

4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。毕业设计内容和意义

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。

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；1958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

文献综

述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。

数控铣床X轴进给系统发展趋势[4-

7]：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

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文献综述精度和生产率。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。

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[10-

11]：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。

考参文：献1、怀兴.数控铣文设计.床北京化工工业：出社，版0062.0:11-3、2爱王.现玲代控数床机.京：北国防工出版业，社209.03:10-1233周、巍松.数控机床控制原理.合肥：肥工合大学业出社版,2021.8:0131- 4、5陈炳森胡，华，杨鸿锋丽.简易改造式数立控铣进行螺床杆铣的加削.工第 3卷第 19期 029-009、谢5东丁杰..雄霍彦波.杜丽.伟.王数控机转动轴床给系进轮廓误统差析.分家科技国重大项专(2100XZ04051-10) 1 6、陶，梅雪松涛姜歌东,基于球杆.仪和栅尺光的工作精度台整[调] J纳米.技术与密工精程20,05,(3)4:62-8722 7.、建孙仁数.控床进给机服系统特性伺影加响工精度的分析[].J兰理州工

大学学报，204,00(3)3:4-475 .、周8平.数利装备控设，重计：庆重大庆学版社，出201.3:713-769陈、德,立机械造装备制设，计等高教出版社,育210.06:406 01、怀文兴.数控铣设床.计北京化：工工出业社，版200.60:44-41 811文怀兴、数.铣床系控设统.计北京：工工业化版社出，201.01:19文1综献述91-2

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

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 第3周 (3.07-

3.11） 完成开题报告及外文材料翻译

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 (3.21-3.25)

完成X轴向惯量,转矩,匹配的计算和X向进给力

研究计

划 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

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) 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。

（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特色与

创新机构。

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。

（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 指导教师签名：

年 月 日

分中心意见中心意见

分中心主任签名：

年 月 日 教学主任签名： 年 月 日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/74q1.html