前言 (3)1 机床进给传动控制方向的选择 (4)1.1 开环控制系统 (4)1.2 闭环控制系统 (4)1.3 半闭环控制系统 (4)2 传动系统的设计 (5)2.1 直联传动系统 (5)2.2 带传动系统 (5)2.3 传动系统图 (5)3 数控车床伺服进给系统X 轴设计 (6)3.1 确定滚珠丝杠副的导程()mm P h (6)3.2 确定当量转速与当量载荷 (6)3.3 预期额定动载荷()N C am (7)3.4 确定允许的最小螺纹底径 (8)3.5 确定滚珠丝杠副的规格代号 (9)3.6 确定滚珠丝杠副预紧力()N F p (10)3.7 对预拉伸的滚珠丝杠副 (10)3.8 确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格 (10)3.9 滚珠丝杠副工作图设计 (11)3.10 伺服电动机的选择 (11)3.11 传动系统刚度 (12)4 验算 (14)4.1 传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择 (14)4.2 验算滚珠丝杠副临界压缩载荷()N F c (15)4.3 验算滚珠丝杠副的临界转速()min n n c (15)4.4 验算n D (15)4.5 基本轴向额定静载荷oa C 验算： (16)4.6 强度验算 (16)5. 数控机床伺服进给系统控制部分总体方案设计 ...........错误!未定义书签。

5.1任务分析 ..................................................................错误!未定义书签。

5.2方案设计 ..................................................................错误!未定义书签。

6.数控机床伺服进给系统硬件电路设计 .............................错误!未定义书签。

6.1主电路设计 ..............................................................错误!未定义书签。

6.2控制电路设计 ..........................................................错误!未定义书签。

6.3端子分配图 ..............................................................错误!未定义书签。

6.4端子分配图 (20)7.数控机床伺服进给系统软件部分设计 .............................错误!未定义书签。

7.1流程图设计 ..............................................................错误!未定义书签。

7.2 PLC程序....................................................................错误!未定义书签。

结束语 (17)参考文献35前言数控机床的伺服进给系统是指机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统.它接收CNC系统的插补指令,将插补脉冲转化为机械位移.数控车床的伺服进给系统是数控装置与机床本体间电传动联系的环节,也是控制系统的执行部分,数控机床的性能在很大程度上取决于伺服进给系统的性能.机床伺服进给系统的作用是接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号,由伺服驱动装置做一定的转换和放大后,经过伺服电机,机械传动机构,驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动.为确保机床的的加工精度,一般要求机床进给伺服系统具有可逆性,高精度,调速范围宽,快速反应并无超调,低速大转矩等特点,本设计从伺服进给系统部分入手,完成整体设计.1 机床进给传动控制方向的选择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,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。

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。

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。

2 传动系统的设计2.1 直联传动系统通过联轴器将电机和轴连接起来的方式称为直联传动。

其具有运行可靠、故障率低，不丢转，效率高等优点。

但其转数固定，不宜准确地工作在所要求的工况上。

2.2 带传动系统可用于两轴中心距离较大的传动，其具有弹性,可缓和冲击和振动载荷,运转平稳,无噪声,当过载时,带即在轮上打滑,可防止其他零件损坏;4,结构简单,设备费低,维护方便等优点。

结合本课设要求选用带传动方式。

2.3 传动系统图图2.1传动系统图3 数控车床伺服进给系统X 轴设计X 轴进给行程510mm进给速度1-5100mm/min快移速度10m/min最大进给力6100N定位精度0.012mm/300mm重复定位精度0.006mm横向上滑板上刀架重量81Kg3.1 确定滚珠丝杠副的导程()mm P h由溜板的最高移动速度m ax V ，电动机最高转速m ax n ，确定h P 。

因电机与杠直联，则3m axm ax10⨯=n VP h(3.1)min 9max m V =min 1500max m n =i=16101500191033maxmax =⨯⨯=⨯=in V P h (mm)取8=h P mm3.2 确定当量转速与当量载荷min /37583000max max r p Vn h===min/1.081min min r p V n h ===N F 2.4003800004.04000max =⨯+=N F 2.3800004.0min =⨯=min /1.081min r p V n h m === min /6.18716300012max max r n n n m =+=+= min /9.266932.322.400332max max r F F F m =+⨯=+= 3.3 预期额定动载荷()N C am（1）按滚珠丝杠副的预期工作时间估算ca w m h m am f f f F L n C 100603= (3-2) h L ——预期工作时间（小时）；a f ——精度系数；c f ——可靠性系数；w f ——负荷系数。

按表3-1查得：轻微冲击，取2.1=w f表3-1轻微冲击按表3-2查得：精度等级1～3级，取1=a f表3-2精度等级按表3-3查得：可靠性97%，取1=c f表3-3可靠性已知：20000=h L hN f f f F L n C c a w m h m am 1.19490111002.19.2669200006.187601006033=⨯⨯⨯⨯⨯⨯== （2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载m ax F 计算：max F f C e am =式中： e f ——预加负荷系数。

按表3-4查得：中预载,取7.6=e f表3-4预加负载类型N F f C e am 4.268212.40037.6max =⨯==取以上两种结果中的最大值N C am 4.26821=3.4 确定允许的最小螺纹底径（1）估算滚珠丝杠允许的最大()m m μδ1）机床或机械装置的伺服系统精度大多在空载下检验。

空载时作用在滚珠丝杠副上的最大轴向工作载荷是静摩擦力0F 。

移动部件在min K 处起动和返向时，由于0F 方向变化将产生误差因素，一般占重复定位精度的（1/2~1/3）。

所以规定滚珠丝杠副允许的最大轴向变形： ()41~31≤m δ重复定位精度。

已知重复定位精度为6m μ，则 ()641~31⨯≤m δ，取2=m δμm2）影响定位精度最主要的因素是滚珠丝杠副的精度，其次是滚珠丝杠本身的拉压弹性变形（因这种弹性变形随滚珠螺母在滚珠杠上的位置变化()51~41≤m δ而变化），以及滚珠丝杠副摩擦力矩的变化等。

一般估算是定位精度。

()1251~41⨯≤m δ，取3=m δμm即：取两种结果中最小值 2=m δμm估算滚珠丝杠副的最小螺纹底径()mm d m 2 （3-3）丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式:E ——杨式弹性模量；m δ——估算的滚珠丝杠最大允许轴向变形量()m μ；0F ——导轨静摩擦力（N ），W F 00μ= （0μ为静摩擦系数）；L ——滚珠螺母至滚珠丝杠两个固定支承的距离。

()()h P L 14~102.1~1.1+≈行程。

mm L 4268123001.1=⨯+⨯=N W F 2.3010==μ∴ mm L F L F d m m m 02.124262.3039.0039.01010002=⨯⨯==E =δπδ 3.5 确定滚珠丝杠副的规格代号根据传动方式及使用情况，按照样本可以确定滚珠螺母型式。

按照已估算出的h P ，am C 可在样本中先查出对应的滚珠丝杠底径2d ，额定动载荷a C ，应注意m d d 22≥，am a C C ≥但不宜过大，否则会使滚珠丝杠副的转动惯量偏大，结构尺寸也偏大。

接着再确定公称直径，循环圈数，滚珠螺母的规格代号及有关的安装连接尺寸。

1)选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预紧形式2)由计算出的h P ，am C ，m d 2在样本中取相应规格的滚珠丝杠副m m m L F L F d δπδ002039.01010=E =FFZD4008-5 ，8=h P ，N C C am a 4.2682130700=>=mm d d m 02.19.3422=>=3.6 确定滚珠丝杠副预紧力()N F p预紧螺母型式的滚珠丝杠副时需规定预紧力p F 。

当最大轴向工作载荷m ax F 能确定时，max 31F F p =(3-4) N F F 3.42031max ==∴ N F F p 4.13342.40033131max =⨯== 3.7 对预拉伸的滚珠丝杠副（1)计算行程补偿值()m C μ式中： t ∆——温度变化值C C ︒︒3~2；mm L u 380108300=⨯+=mm tL C u 6631011210103805.28.11108.11⨯=⨯⨯⨯=⨯∆=（2）预拉伸力()N F tN td F t 8.59379.345.295.195.1222=⨯⨯=∆=，3.8 确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格（1）轴承所承受的最大轴向载荷()N F B maxN F F F t B 99412.40038.5937max max =+=+=（2）轴承类型两端固定的支承形式。