进给传动系设计毕业论文

论文总体方案设计

导语：方案设计是设计中的重要阶段，它是一个极富有创造性的设计阶段，同时也是一个十分复杂的问题，它涉及到设计者的知识水平、经验、灵感和想象力等。下面是由我整理的关于论文总体方案设计。欢迎阅读！

一、课题：CK6150经济型数控车床进给系统及润滑系统的设计

二、小组成员：刘X、杨X、徐XX、张XX

三、总规划：

（1）引言

1、数控技术的发展

2、数控机床改造的必要性

（2）数控机床进给传动系统的分析

1、数控机床进给系统的作用 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大后控制执行部件的运动，它不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床的进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和速度两方面同时实现自动控制。

2、数控机床对进给传动系统的要求 摩擦阻力小 运动惯量小 传动精度与定位精度高 进给调速范围宽 响应速度快 无间隙传动 稳定性好，寿命长 使用维护要方便

3、进给传动系统的组成 一个典型的数控机床闭环控制进给系统，通常由位置比较、放大元件，驱动单元，机械传动装置和检测反馈元件等组成，其中，机械传动装置是位置控制环中的重要环节。

机械传动装置是指将驱动源旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、联轴器、丝杠螺母副等。减速装置采用齿轮机构和带轮机构，导向元件采用导轨。进给系统的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工质量。数控机床常见的进给传动系统主要由电动机、联轴器、滚珠是杠副、轴承等组成，由于电动机有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等几种形式，因此，数控机床进给传动系统有3种类型，即步进电动机伺服进给系统、直流伺服电动机进给系统、交流伺服电动机进给系统。

（3）进给传动系统的选型与设计

经济型的数控机床动力系统可分为三类

一、步进电机式：

采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其他措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不能太大，所以机床的空选档速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有2-3插补功能，通过软件控制接口，可以加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广和普及。

二、交流点位式：

采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达0.001mm，重复定位精度为0.005mm，所以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切削量加工零件加工中心，效果尤为显著。目前，交流点位式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹，功能上有限，而且成本高。使性价比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。

三、半闭环连续控制式：

采用直流伺服电动机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电动机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可以进行强力切削。当丝杠螺母在6mm左右时，快速可达8～9m/min，且不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强操作大大简化。 就以上三种驱动方式而言，各有利弊。经过比较选择直流伺服电机驱动因为速度高，过载能力强，且拥有可编程序控制器，易学易用，在机床伺服控制系统中，步进电机开环执行单元，具有控制方便可靠，价格低，且适合于开环控制等特点，因此在简易数控机床中得到广泛的应用。但由于步进电机步距角、功率较小，存在振荡等弱点的限制，在高精度大功率应用场合并不很适合，故考虑采用伺服电机控制。

（4）机械传动装置的`选择与设计

数控机床的传动装置是将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属结构。

包括齿轮减速机，丝杠螺母副，导轨，工作台等。在数控机床数字调节技术当中，传动装置是伺服系统中的一个重要环节，因此，数控机床的传动装置与普通机床中传动装置上有重要差别，故它的设计与普通机床传动装置的设计不同。数控机床传动装置的设计要求除了有较高的定位精度外，还应具有良好好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，为确保数控机床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙，低摩擦，低惯量，高刚度，高谐振频率有适应阻尼比的要求。

设计任务要完成的设计，一般来说此种系统的传动装置采用螺旋传动。 螺旋传动主要用来把旋转运动转变为直线运动，或把直线运动变为旋转运动。其中，有传递能量为主的传力螺旋；有以传递运动为主，并要求有较高的传动精度的传动螺旋；还有调节零件相互位置的调整螺旋。螺旋传动机构又有滑动丝杠螺母，滚珠丝杠螺母和液压丝杠螺母机构。

在经济型数控机床的进给系统中，螺旋传动主要来实现精密的进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。 选用滚珠丝杠副传动机构，因此此种机构有如下特点：

a.传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副的传动效率为η：0.92～0.96，比常规的丝杠螺母副提高了3～4倍（滑动丝杠效率为0.2～0.4），因此，功率消耗只相当于常规丝杠副的1/4～1/3。

b.给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区。定位精度高，刚度好。 c.有可逆性，可以从旋转运动转化为直线传动，也可以从直线传动转化为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。

d.磨损小，使用寿命长，精度保持性好。

（5）机床润滑方式的选择与设计

润滑方式总体来说分为手动润滑和自动润滑，前者在现代化的加工制造业中使用已变得越来越少。

本课题的润滑系统有六个润滑点：

床鞍的两个导轨（2点）

托板上的两个导轨（2点）

纵向进给丝杠螺母副的润滑（1点）

横向滚珠丝杠副的润滑（1点）

VERSAⅡ电子程控润滑器C型。由一套电子装置控制电子齿轮泵，以时间或计数的周期方式工作，适用于单阻尼的润滑系统。广泛用于机械制造、纺织、冲压、包装机械、印刷机械等领域，是一种多用途，高性能的程控润滑设备。因此选择VERSAⅡ电子程控润滑器能满足润滑系统的要求。

摘 要激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性材料以及精密细小和形状复杂的零件，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。本文设计了一台单片机控制的数控激光切割机床，主要完成了：机床整体结构设计，Z轴、XY轴的结构设计计算、滚珠丝杠、直线滚动导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算；以89C51为主控芯片的数控系统硬件电路设计、系统初始化设计及系统软件方案设计和步进电机的控制程序设计。关键词 CNC，激光切割机床，结构，设计目 录摘 要 ⅠABSTRACT Ⅱ1 绪论 11.1课题背景 11.2现实意义 11.3设计任务 11.4总体设计方案分析 22 机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计 42.1 XY工作台的设计 42.1.1主要设计参数及依据 42.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析 42.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量 42.2 Z轴随动系统设计 53 滚珠丝杠传动系统的设计计算 63.1 强度计算 63.2 滚珠丝杠副的传动效率 64 直线滚动导轨的选型 85 步进电机及其传动机构的确定 95.1 步进电机的选用 95.1.1 脉冲当量和步距角 95.1.2步进电机上起动力矩的近似计算 95.1.3确定步进电机最高工作频率 105.2齿轮传动机构的确定 105.2.1传动比的确定 105.2.2齿轮结构主要参数的确定 115.3步进电机惯性负载的计算 116 传动系统刚度的讨论 136.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 136.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 137 消隙方法与预紧 157.1消隙方法 157.1.1偏心轴套调整法 157.1.2锥度齿轮调整法 167.1.3双片齿轮错齿调整法 167.2预紧 178 数控系统设计 188.1 确定机床控制系统方案 188.2 主要芯片配置 188.2.1主要芯片选择 188.2.2 主要管脚功能 188.2.3 EPROM的选用 198.2.4 RAM的选用 208.2.5 89C51存储器及I/O的扩展 208.2.6 8155工作方式查询 218.2.7状态查询 228.2.8 8155定时功能 228.2.9 芯片地址分配 238.3 键盘设计 248.3.1键盘定义及功能 248.3.2 键盘程序设计 248.4 显示器设计 288.4.1显示器显示方式的选用 288.4.2显示器接口 298.4.3 8155扩展I/O端口的初始化 298.5 插补原理 308.6光电隔离电路 318.7越界报警电路 318.8总体程序控制 328.8.1流程图 328.8.2总程序 329 步进电机接口电路及驱动 34结 论 38参考文献 39致 谢 40