数控铣床二维精密工作台设计.doc

1、摘 要数控铣床是重要的机械加工装备，在制造业中占有重要的地位，对国民经济的发展起着重要作用。其中，二维精密工作台是数控铣床的关键部件，二维精密工作台对数控铣床的加工精度和产品质量有着重要的影响，进行数控铣床二维精密工作台设计具有重要的经济价值与社会意义。本设计的主要任务是研究数控铣床二维精密工作台主要结构，主要包括工作台的结构设计以及电机驱动电路的设计。工作台结构设计的原则是参考现有的数控铣床工作台的结构，在实现工作台的强度、刚度、尺寸等实用要求的同时尽量实现结构简化及优化。设计的步骤是首先确定总体尺寸，主要参考沈阳机床厂卓越型数控铣床的总体尺寸。并采用solidworks软件进行计算机辅助设

2、计，利用模型进行模拟装配和干涉检查。其次，在具体结构设计上尽量选着供应商的标准件，减少对机加工的要求。最后，对结构设计中主要部件例如丝杠进行校核以及精度验算。驱动电路设计部分，首先确定使用直流伺服电机，并根据电机的型号参数设计驱动电路。驱动电路采用MOS管组成的H桥进行功率驱动，采用PWM调速系统进行速度控制。设计完成后，根据主要结构及尺寸关系，绘制二维的零件图，绘制驱动电路原理图。关键词： 数控铣床；工作台；直流伺服电机；PWMAbstractCNC milling machining equipment, occupies an important position in the manu

3、facturing sector plays an important role in the development of the national economy. The two-dimensional precision stage is a key component of CNC milling machine and the quality of two-dimensional precision stage has an important influence on CNC milling machining accuracy and product quality, CNC

4、milling two-dimensional precision stage design has an important economic value social significance. The design of the main task is to study the CNC milling two-dimensional precision stage the main structure, including the structure of the table design and the design of the motor drive circuit.The ta

5、ble structure design principles with reference to the existing structure of the CNC milling machine table, the practical requirements of the bench-strength, stiffness, size, etc. At the same time try to simplify the structure and optimization. The design procedure is to first determine the overall s

6、ize, the overall size of the Shenyang Machine Tool Factory excellence in CNC milling machine. Use Solidworks software for computer-aided design, using the model to simulate the assembly and interference checking. Secondly, the specific structural design as much as possible suppliers of standard part

7、s, reduce machining requirements. Finally, the structural design of the main components such as screw checking and accuracy checking.The design portion of the drive circuit, first of all determined using a DC servo motor and drive circuit according to the motor model parameters. Drive circuit compos

8、ed of MOS transistor H-bridge power driver and PWM speed control system for speed control.When design is complete, according to the main structure and size relationships, draw two-dimensional parts diagram, draw driver circuit schematic.Keywords: CNC milling machine; table; DC servo motor; the PWM目

9、录引言31 国内外数控铣床发展情况与设计意义41.1 国外数控铣床发展情况41.2 国内数控铣床发展情况41.3 设计意义42 方案选择52.1 伺服进给系统选择52.2 伺服电机选择63 伺服进给系统参数计算73.1 传动系统设计73.2 工作台外形尺寸及重量初步估算73.3 滚珠丝杠选择及计算83.3.1滚珠丝杠精度83.3.2滚珠丝杠选择83.4 丝杠支撑选择及计算113.5 导轨副的选择及计算133.6 选择伺服电动机143.6.1最大切削负载转矩计算143.6.2负载惯量计算153.6.3空载加速转矩计算163.7 伺服系统增益163.8 精度验算163.8.1伺服刚度KR163.8

10、.2滚珠丝杠的拉压刚度Ktmin173.8.3丝杠轴承的轴向刚度Kba173.8.4滚珠丝杠螺母的接触刚度KC183.8.5联轴器扭转刚度K1183.8.6综合刚度K183.8.7弹性变形183.8.8定位误差验算184 主要部件设计及校核184.1 联轴器184.2 键194.3 支承件194.3.1床身结构204.3.2电机座204.4 T型槽工作台214.5 检测装置215 直流伺服电机驱动电路设计235.1 总体方案概述235.2 H桥驱动原理235.3 PWM原理245.4 H桥驱动电路设计255.5 自举驱动电路265.6 脉宽信号产生电路296 结论31谢 辞32参考文献33附

11、录34引言自20世纪中叶数控技术出现以来，数控铣床给机械制造业带来了革命性的变化。数控铣床加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控铣床具有如下功能：点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径自动补偿功能、刀具长度补偿功能、镜像加工功能、固定循环功能、特殊功能。数控铣床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控铣床的特点及其应用范围使其

12、成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 二维工作台是数控铣床的重要部件，二维工作台的精度对零部件的加工精度有重要影响。数控铣床二维精密工作台设计是数控铣床设计中重要的一个环节。1 国内外数控铣床发展情况与设计意义1.1 国外数控铣床发展情况美国麻省理工学院于1952年成功研制了世界上第一台数控铣床。1955年用于制造航空零件的数控铣床正式问世！特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，终端用户提出更多需求，美德日各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户。国外的数控发展迅速，并具有一下特点：高速高精与多轴加工成为数控机床的主流，纳米控制已经成为高速高精加工的潮流；

13、多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业；机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化；智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率；最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高34倍，同时效率得到大幅度提升；最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供了强有力

14、的支持，可以大幅度提高加工效率；刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。 可以说国外的数控铣床发展迅猛，代表着数控铣床发展的方向。1.2 国内数控铣床发展情况中国于1958年研制出第一台数控机床，在发展的道路上遇到了一些曲折，不过最近20年来数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需

15、求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。1.3 设计意义虽然国内数控铣床与国外的相比还有很大的差距，但是数控铣床是重要的机械加工装备，在制造业中占有重要的地位，对国民经济的发展起着重要作用。其中，二维精密工作台是数控铣床的关键部件，二维精密工作台的质量对数控铣床的加工精度和产品质量有着重要的影响，进行数控铣床二维精密工作台设计具有重要的经济价值与社会意义。本设计基于三维计算机辅助设计，加快新产品研制进度，缩短设计周期，希望对数控铣床制造业起到一点意义。 2 方案选择2.1 伺服进给系统选择伺服进给系统一般按照有无位置检测与反馈可以分为闭环伺服系统、半闭环伺服系统、开环伺服系统。闭环伺服系统中有反馈控制系统,位置采样点从工作台引出，可直接对最终运动部件的实际位置进行检测；能得到更好的精度、更高的速度和驱动功率。安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉