数控车床进给机构课程设计说明书要点

吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

机械制造装备设计课程

设计

数控车床进给传动系统设计

院（系）名称 专业名称 学生姓名 指导教师

2014年 03 月 10 日

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机械科学与工程学院 机械工程与自动化

孙尽举 呼咏 于立娟

吉林大学机械科学与工程学院专业课程设计

目录

一、进给系统的总体设计.............................................. 3

1、机床进给传动控制系统的选择 ................................... 3

1.1开环控制系统 ............................................. 3 1.2闭环控制系统 ............................................. 4 2、传动类型的选择 ............................................... 4

2.1滚珠丝杠螺母副 ........................................... 4 2.2静压丝杠螺母副 ........................................... 5 3、进给传动方案设计 ............................................. 5 4、进给系统的一些其它要求 ....................................... 5 二、进给传动系统机械部分结构的设计.................................. 6

1、切削力的计算 ................................................. 6

1.1车端面 ................................................... 6 1.2车外圆 ................................................... 6 2、质量的估算 ................................................... 7 3、机床进给传动系统的设计 ....................................... 7

3.1、X方向进给系统 .......................................... 7 3.2、Z方向进给系统 ......................................... 12 3.3、X方向齿轮副设计、校核 ................................. 15

三、 进给传动系统的结构图.......................................... 18 结 论........................................................... 20 参考文献........................................................... 20

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一、进给系统的总体设计

进给伺服系统的精度对机床的加工精度有很大的影响，良好的电气部件设计和机械结构设计，能保证进给伺服系统的精度和稳定性。

本设计着重进行进给伺服系统的机械结构设计、传动设计。本数控车床精度较高，能进行微米级加工，能获得高质量的加工表面。进给系统采用滚珠丝杠螺母副传动，单轴具有较高的定位精度和重复定位精度。机床的主要性能参数如下： 基本参数 床身上最大回转直径/mm 数值 400 基本参数 X方向定位精度/mm Z方向定位精度/mm X方向重复定位精度/mm Z方向重复定位精度/mm X-Z方向脉冲当量/mm/脉冲 X-Z方向最快移动速度/mm/min X-Z方向最快进给速度/mm/min X-Z方向进给行程/mm 数值 0.015 0.025 ±0.006 ±0.010 0.005/0.01 4000/8000 500/1000 250/1120 床鞍上最大回200 转直径/mm 最大工件长度(盘) 200 / （轴）1000 /mm 主轴转速范围20~2500 /r/min 主轴计算转速180 /r/min 主轴回转精度 0.01 mm 主电机功率5.5~10 /KW 1、机床进给传动控制系统的选择 1.1开环控制系统

开环控制系统是数控机床中最简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机。开环进给伺服系统的精度较低，很难保证较高的位置精度，若要保证一定的定位精度的话，则对于影响定位精度的传动装置的刚度、摩擦、惯量、间隙等的要求必须很高，一般在?0.01~?0.02mm之间。但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。

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1.2闭环控制系统

因为开环系统的精度不能很好地满足数控机床的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对数控机床工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。由于可以补偿机械传动装置中各种误差，间隙及干扰的影响，定位精度高，可达

?0.001~?0.003mm（最高可达位置检测装置的精度）。

1.3半闭环控制系统

采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统。半闭环控制系统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是把角位移检测装置安装在电动机轴端。定位精度比开环控制系统高，但比闭环控制系统低。

数控机床要求达到预定的精度要求以外，根据需求，并且考虑到经济的效益，还要求具有良好的稳定性和快速响应能力。基于这些要求，本设计采用半闭环控制方式（X方向）和开环控制系统（Z方向），满足机床性能要求。 进给系统的传动要求及传动类型的选择

2、传动类型的选择

数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。为此，数控机床的进给传动系统必须满足:（1）传动精度高；（2）摩擦阻力小；（3）运动部件惯量小。

数控机床进给传动系统的基本传动方式常用的有两种：滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。

2.1滚珠丝杠螺母副

在数控机床上，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用滚珠丝杠螺母副。其特点是：传动效率高，一般为η=0.92～0.98；传动灵敏，摩擦力小，不易产生爬行；使用寿命长；具有可逆性，不仅可以将旋转运动转变为直线运动，亦可将直线运动变成旋转运动；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程；因此，在数控机床上得到了广泛的应用，是目前中、小型数控机床的常见的传动方式。

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2.2静压丝杠螺母副

其特点是：摩擦系数小，仅为0.0005，；平稳性高；反向间隙小；但是，静压丝杠螺母副应有一套供油系统，而且对有的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断，将造成不良后果。

由以上比较，根据要求，纵向进给传动系统和横向进给传动系统都采用滚珠丝杠螺母副的传动方式。

3、进给传动方案设计

本车床具有较高的精度要求，为了保证精度，在选用精密元器件和精密数控系统的同时，应尽量减小传动链，并需要保证较高的刚度，提高传动系统效率，以减小温升的影响。用电机通过一对减速齿轮副与滚珠丝杠螺母副相联传动的方案。并采用“双推—简支”丝杠支承方式。“双推—简支”方式能够避免丝杠自重引起的弯曲，以及高速回转时自由端的晃动，符合本设计的设计条件。X、Z两轴分别用独立电机驱动。

滚珠丝杠螺母副是一种将旋转运动转化为直线运动的理想传动件，因其具有螺纹丝杠无法比拟的优点，被广泛应用于各行业，更是普通数控机床、精密机床不可或缺的零部件。兼具高效率、高精度、可逆性的特点。滚珠丝杠螺母副具有驱动力矩小、精度高、可实现微进给、无侧隙、刚度高、告诉等优点。

4、进给系统的一些其它要求

齿轮副传动和滚珠丝杠副传动需要设置消隙机构，提高传动系统的定位精度。滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样，应避免硬质灰尘或切屑污物进入，因此必须装有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，则应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。如果滚珠丝杆副处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状；接触式密封圈的防尘效果好，但由于存在接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它采用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏应及时更换。另外对滚珠丝杠安装处应进行削边。

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