数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计1
经济型中挡精度数控机床横向进给设计
摘要此设计是经济型中档精度数控车床横向进给系统。
面对我国目前机床数量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的面貌。
而数控车床（及其系统）已经成为现代机器制造业中不可缺少的组成部分。
所以，实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床。
进给系统是由伺服电机经滚珠丝杠拖动工作台来完成的所以设计涉及伺服电机的选择，滚珠丝杠设计等。
目前绝大部分的机床的横向进给均是采用滚珠丝杠来传递运动的，传动的精确性主要取决于丝杠支承形式，丝杠与伺服电机的联接方式。
在设计中充分考虑到这两个问题，并且，设计精度须达原始数据。
关键词：滚珠丝杠伺服电机横向进给Abstract数控机床横向进给设计.This design is the feeding operation of numerical control lathe with economic type of intermediate precisionIn view to the quantity of machine tools in our country is not enough and the scale of industrial production is little at present, the outstanding task is to change our mechanical industrial appearance with less fund in short order.And the numerical control lathe and its system have become an important part in modern manufacturing industry.So, to realize this task, the effective and the basic channel is to use this economic type of numerical control lathe widely.Feeding system goes normally with the ball screw which is droved by servo-motor dragging the workbench up and down.So, this design includes the option of servo motor, the design of ball screw and so on.Now, the landscape orientation feeding of most machine tools is offered by ball screw. The accuracy of the transmission depends on mainly the form of the screw supports and the way of how screw and servo-motor to be joined.Besides the precision of the design needs Bases the primal data.Consider these two questions in the design sufficient. Keyword:holler-type thread Servo motor landscape orientation目录0引言 (1)1 国内外发展概况及现状介绍 (2)2总体方案论证 (4)2.1选择传动系统 (4)2.2选择传动装置 (5)3具体设计说明 (6)3.1横向进给滚珠丝杠副的设计选择 (6)3.1.1确定滚珠丝杠的支承方式 (6)3.1.2滚珠丝杠副额定载荷 (7)3.1.3滚珠丝杠副主要参数的确定 (8)3.1.4滚珠丝杠与伺服电动机的联接 (12)3.2伺服电机型号选择 (15)3.2.1进给电机功率的确定 (15)3.2.2伺服电机型号 (15)3.2.3同步带轮的选择 (15)4结论 (17)5参考文献 (18)6设计工作小节 (19)7附件清单 (20)数控机床横向进给设计.0、绪论本设计课题为：经济型数控车床横向进给系统设计。
卧式车床数控化改造设计—纵向进给系统设计另外有完整图纸
卧式车床数控化改造设计—纵向进给系统设计另外有完整图纸⽬录1 绪论 (1)1.1 国内外数控机床的发展现状 (1)1.2 数控系统的发展趋势 (2)1.3 普通机床数控改造的意义 (3)1.4 本⽂的设计任务 (3)2 C6140普通车床数控改造的总体⽅案设计 (5)2.1 C6140普通车床介绍 (5)2.2 总体⽅案的确定 (6)2.3 机械系统的改造设计⽅案 (8)3 纵向进给系统的详细设计与计算 (13)3.1 脉冲当量的确定 (13)3.2 切削⼒的计算 (13)3.3 滚珠丝杠螺母副的设计及计算 (14)3.4 齿轮传动的计算 (18)3.5 步进电动机的选择 (19)4 传动间隙的调整与预紧及导轨的设计 (22)4.1 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 (22)4.2 进给系统传动齿轮间隙的消除 (23)4.3 数控改造C6140车床导轨设计 (24)5 数控系统硬件电路设计和软件设计 (28)5.1 数控系统基本硬件组成 (28)5.2 单板机控制系统的设计 (28)5.3 软件设计 (31)结束语 (33)致谢 (34)参考⽂献 (35)1 绪论1.1 国内外数控机床的发展现状1.1.1 国内数控机床的发展现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在⼤中企业已有较多的使⽤，在中⼩企业甚⾄个体企业中也普遍开始使⽤。
在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使⽤外，⼤都处于单机运⾏状态，并且相当部分处于使⽤效率不⾼，管理⽅式落后的状态。
2001年，我国机床⼯业产值已进⼊世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额⽐上⼀年增长25%。
但由于国产数控机床不能满⾜市场的需求，使我国机床的进⼝额呈逐年上升态势，2001年进⼝机床跃升⾄世界第2位，达24.06亿美元，⽐上年增长27.3%。
近年来我国出⼝额增幅较⼤的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加⼯机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压⼒机、⽊⼯机床等。
机电一体化课程C6140数控车床纵向进给传动机构..
C6140卧式车床纵向进给系统数控化改造设计设计说明书一、绪论31.机床数控改造的意义32.数控改造的主要内容33.车床数控改造的必要性与可行性4二、课题任务及要求41.题目:C6140卧式车床纵向进给系统数控化改造设计4 2．主要技术要求4三、进给系统的改造与设计方案5四、纵向进给系统的设计计算51.脉冲当量的确定52.切削力的计算53.滚珠丝杆螺母副的计算和选型64.同步带减速箱的设计75.步进电机的计算与选型96.同步带传递功率的校核13五、绘制进给系统的装配图13六、控制系统的硬件电路设计14七、步进电机驱动电源选用17八、总结19一、绪论1.机床数控改造的意义普通卧式车床应用广泛，约占车床类总数的65%。
卧式车床主轴转速和进给量的调整范围大，工艺范围广，能进行多种表面的加工。
但其结构也有不足之处，如刚度低，抗震性差，传动件间存在间隙，精度不足，且受操作人员技能的限制较大。
而数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、尺寸多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。
但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大而使中小型企业心有余而力不足。
而机床的数控化改造由于其投资少、周期短，改造后能满足企业生产的需要，并且能有效地利用机床的剩余价值，成为中小型企业的首选。
a.节省资金机床的数控改造同购置新机床费相比，一般可节省40% ～ 60% 的费用，大型及特殊设备尤为明显。
一般机床改造只需花新机床购置费的1/3，即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60% 的费用，并可以利用车间现有的基础。
b.性能稳定可靠因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
c.提高生产效率机床经数控改造后,即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3～7 倍。
对复杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。
超精密数控机床控制系统技术方案
超精密数控机床控制系统技术方案1、系统组成超精密数控机床系统主要有三个部分：主轴、横向进给机构、纵向进给机构。
其平面布局如图1所示。
图1 超精密数控机床平面布局示意图主轴由空气磁力轴承支承，用带有变频器的电动机驱动，功率为1500W；横向进给机构与纵向进给机构均采用花岗石滑台与方导轨结构，各由一台伺服电动机直接驱动滚珠丝杠带动滑台在导轨上移动，电动机功率为850W。
2、技术要求（1) 横、纵向进给的操作采用手柄式控制开关操作（十字选择开关，中间有快速选择按钮）。
(2）进给的速度可调(最小为2mm/min），可实现自动/手动进给，移动精度为0。
1μm。
(3）横、纵向的移动应有锁定开关。
（4) 主轴旋转可调速50-1800r/min(60Hz达到1800r)采用无级变速,且有相对的转速指示.（5) 主轴旋转的起、停均需有缓冲过程（慢爬、慢停），主轴旋转应有保护电路,断电时应缓慢停止旋转。
（6）气压保护,控制机床的正常运转(0.4MPa），低于设定值时机床不能工作（或停止工作）。
(7) 电源、气源有正常工作灯指示.（8）其余要求按常规机床实施。
有电控箱、人机对话控制台、手柄式控制进给操作手柄组成.3、系统功能需求3.1 主轴(1)无级变速，要求50～1800转；(2)启停应有一个过渡过程（即从慢到快启动，从快到慢停止）;(3)转速设定；3.2横向进给机构(4)任意位置停止锁定；(5)移动距离设定；(6)设置快速移动操作手柄；3.3纵向进给机构(1)任意位置停止锁定;(2)移动距离设定;(3)设置快速移动操作手柄；3.4控制面板(1)主轴转速设定、显示；(2)横向进给量设定、显示；(3)纵向进给量设定、显示；(4)纵横向进给手动控制；(5)电源总快关3.5系统整体(1)主轴中心线位置定位(原点、二次定位点）(2)刀具轨迹程序编制4、控制系统解决方案4.1 硬件解决方案根据数控机床的功能需求与技术要求，拟定其控制系统硬件解决方案如图2所示。
数控技术课程设计数控车床横向和纵向进给系统设计(全套图纸)
2纵向进给系统的设计计算 (2)2.1主切削力及其切削分力计算 (3)2.2导轨摩擦力的计算 (3)2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (3)2.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 (3)2.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (4)2.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (5)2.7计算机械传动的刚度 (6)2.8驱动电机的选型与计算 (7)2.9机械传动系统的动态分析 (9)2.10机械传动系统的误差计算与分析 (10)2.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (10)3进给系统的结构设计 (11)3.1滚珠丝杠螺母副的设计 (11)总结与体会 (12)致谢词 (12)参考文献 (13)1数控技术课程设计的目的通过本课程设计的训练，使学生在完成数控机床及金属切削机床的结构课程学习之后，让学生能够运用所学的知识，独立完成数控机床传动系统的设计，从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握，并提高学生的分析、设计能力，同时巩固《金属切削机床》课程的部分知识。
全套图纸，加1538937061.运用所学理论及知识，进行数控机床部分机械结构设计，培养学生综合设计能力；2.掌握数控机床传动系统的设计方法和步骤；3.掌握设计的基本技能，具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；4.基本掌握编写技术文件的能力。
2纵向进给系统的设计计算设计参数如下：工作台工作台质量 kg m T 600= 最大加工受力N F W 1500= 快进速度s m v f /2.0max =工作台导轨摩擦力 N F R 5.2= 工作行程m s W 7.0=减速机构丝杠螺母机构(图2)，已知数据如下：图2 丝杠螺母机构轴承轴向刚度 800/L K N m µ=丝杠螺母刚度 800/M K N m µ=螺母支座刚度 1000/TMK N mµ=丝杠传动效率 0.9sp η=丝杠长度 0.5sp L m=丝杠轴承、丝杠螺母摩擦力矩, 2.5R sp M N m =g轴承平均间距 1550L mm =导程10sp h mm = 最大转速常数 60000A = 支承方式 双推—双推 伺服电机电机转子惯量320.0510M J kg m −=×g2.1主切削力及其切削分力计算取机床的机械效率0.8η=，/1w z F F =，/0.35c z F F =，/0.2v z F F =则有 1500z w F kF N N ==工作台横向进给方向载荷c F 和工作台垂直进给方向载荷v F 为0.350.351500525c z F F N N ==×= 0.20.21500300v z F F N N ==×=2.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力300v F N =，纵向切削分力c F =525N ，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=600kg ，查表得镶条紧固力2000g f N =，取0.15(3002000300525)=×+++468.75N =计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F µ和0F 0()0.15(3002000)345g F W f N µµ=+=×+= 00()0.2(3002000)460g F W f N µ=+=×+=2.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力max a Fmax (300468.75)768.75a y F F F N N µ=+=+= 计算最小轴向负载力min a F min 0345a F F N µ==2.4确定进给传动链的传动比i 和传动级数取步进电动机的步距角 1.5α=°，滚珠丝杠的基本导程010L mm =，进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=，则有0 1.51010.423603600.004p L i αδ×===× 根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为120z =、2208z =，模数m=2，齿宽b=20mm 。
C630
高等教育
Ｃ ６ ３ ０ 普 通车床数控化 改造设计
秦显峰
（ 湖北工业 大学 湖北 武汉 ４ 对Ｃ ６ ３ ０ 普通车床进行经济型数控 改造 ， 且主要涉及对 Ｃ ６ ３ ０ Ｒ的纵向进给 系 统、 横 向进给 系统、 步进 电机、 机床导轨 、 刀架以及三爪夹头液压 系统改造 ， 利用微机系统对纵 ， 横向进给 系统 ， 主轴 系统 ， 自动回转刀架进行数字控制。设计方案 力求简单 ， 经济 ，不宜盲 目追求 自 动化和 高指标 ，力求控制 系统操作简单 ， 使用与维修方便。综合考虑性价 比。
【 关键词】 普通车床 数控改造 进给系统 滚珠丝杠副 数控刀架 【 中图分类号 】 Ｔ Ｇ ５ １ ９ ． １ 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章编号 】 ２ ０ ９ ５ ３ ０ ８ ９（ ２ ０ １ ５ ）１ ２ ． ０ ０ ３ ４ ． ０ １
数控车床的发展和现状 （ ４ ）可高速加工螺纹，快速退尾 ，退尾角度可调 。 随着现代科学技术的迅猛发展 ， 现代机械产品的形状和结 （ ５ ）系统 配置 ｕ盘接 口实现系统 与 Ｕ盘之 间程序互存 。 构不断改进，计算机 的出 现和应用，为人类提供 了实现机械加 ２ ． 对 车床导轨和床鞍配合滑动面的改造 工艺过程 自 动化 的理想手段 。随着计算机 的发展 ，数控机床 对数控 车床来说，导轨除 了应该具有卧式车床导轨的精度 也得到迅速的发展和广泛的应用， 同时使人们对传统 的机床传 和工艺性外， 还要有 良好 的耐磨性 ， 并减少因摩擦 力而致死 区， 动及 结构 的概念发生 了根本的转变 。随着社会对产品多样化要 同时还要 有足 够的刚度 ，以减少导轨 变形对加工精度的影响。 求的增强 ，产品品种增多，产品更新换代加速。数控机床代替 在该项工作 中，主要是对贴塑材料的选用和贴接工艺的控 普通机床是一个 必然的趋 势。同时，数控机床将向着更 高的速 制 。考虑到性能价格 比，选用聚四 氟乙烯软带作为粘贴材料。 度 、精度 、可靠性及完善性的功能发展 。 精磨床鞍导轨 ，大拖板 滑动 面、调整塞铁滑动面粘贴聚四 氟乙 与机床迅猛发展的现状相 比，作 为机床 “ 心脏部件 ”的数 烯软带，并进行刮研 ，使床鞍与大拖板配合精度 达到要求。 ３ ． 进 给 系统 的改 造 控 系统，２ ０ ０ ５ 年销 量虽然超过 ３ 万台，但处于低档 的经济型数 控 系统 占据较大比重 。业 内专家不无忧虑地表示，国产数控 系 按伺服 系统分类，进给传动 系统可分为闭环控制 、半闭环 统近 几年 虽有很 大发展，但仍无法阻止进 口数控 系统垄断的局 控制和开环控制 系统三类。由于闭环控制 系统结构复杂及成本 面。在我 国机床 消费额 中，进 口 机床 占 据 了半壁江山，其 中绝 高，开环控制系统控制精度 不高及控制速度低，不予采用。而 太多数是数控机床 。长期以来 ，国产数控机床始终处于低档迅 半 闭环控制系统在装配和调整时都比较方便 ，在精度上也 可以 速膨胀，中档进展缓慢，高 档依靠进口的局面，特别是国家重 满足一般要求，所 以采用半 闭环控制系统 的设计方法。 点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。我国的 ４ ． 刀 架 改造 数控机床产业 目前还缺少完善 的技术培训 、服务 网 络等 支撑体 数控 车床 的方刀架可以根据机床 的实际尺寸选择 ，也可以 系，市场 营销能力和经营管理 水平也不高。更重要原 因是缺乏 选用厂 家生产的成品刀架，下面分别介绍 自行设 计和选择成品 自 主创新能力，完全拥有 自主知识产权的数控系统少之又少， 刀架的方法。 制约 了数控 辛 几 床产业的发展 。 鉴于本机床 的具体情况，对设计数控刀架的技术要求有如 下三方 面 ：１ ）夹 紧力在 ４ ０ ０ ０ Ｎ以上 。２ ）需要 进行 四个方位 二 、Ｃ ６ ３ ０ 数控 步进改造设计 的目的及意义 首先 ，对 Ｃ ６ ３ ０ 数控步进改造设计后能使其 实现数控控制 ； 的转换选择。３ ）重复定位精度 不大于 ０ ． ０ ０ ５ ｍｍ。 让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加 工的复杂 四、滚珠 丝杠螺母副的选择 零件的加工 ； 提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实 滚珠丝杠 副根据其滚珠 的回转方式可 以分为外循环和 内循 现计算机控制 ，排除人为误差，使零件 的加 工一致性好 ，质量 环两种方式 ，根据螺母的的结构形式又可 以分为双螺母和单螺 稳定可靠 ； 提升机床 自 动化程度，降低操作人员劳动强度。其 母 。在进行改造 时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循 次通过对 Ｃ ６ ３ ０ 普通车床进行改造能够正确运用机床数控系统 环式丝杠副螺母 回珠器在螺母外边 ，结构 简单 ，加工方便 。由 调整等比单螺母方便，而且其传动刚 等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟 于双螺母不仅装配、预紧 定、比较、分析及进行必要的计算 ； 掌握数控设备典型零件的 性也比单螺母的好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普 计算方法和步骤以及正确的结构设计方法 ； 掌握简单的数控系 通机床数控化改造 中多选用外循环式双螺母结构。 机床的数控化 改造的优缺点总结以下几点 ： （ １ ）减 少投资 统硬件及软件设计的基本方法 ； 初步树 立正确的设计思想，培 养 自己 分析 问 题 和解 决问题的能力 ； 提 高自己应用手册 、标准 额， 制造周期短 。（ ２ ） 机械性能稳 定性可靠所利用的床身箱体 、 以及 编写文件等资料 的能力。 等基础件都是重而坚固的铸造构件性能高，质量好，可以作为 新设备继续使 用多年 。（ ３ ）熟悉了解设备便于维修，改造 的机 三 、总 体 改造 方 案 床 操作 者对 机床 的性能旱 已 了解经过短 期培训 就可上机操作 。 （ 一 ）改造任务 采用数控技 术对 Ｃ ６ ３ ０ 普通车床进行 自 动化和精密化的 改 （ ４ ）可 以充分利用现有地基 ，不必像购入新设备时那样需重新 造 ，经改造后的机床 能实现车削端 面、外圆、螺纹、任 意锥 面 构筑地基 。（ ５ ）可 以采用最新 的控制技术，提 高设备质量和档 圆弧 面 、球 面 等 ． ｈ ｇ ＿ Ｔ ． － 。 次将旧机床改成当今水平的机床 。（ ６ ）缺 点是受到原 来机械结
数控机床进给传动系统
数控机床进给传动系统一．进给传动体系图纵向和横向进给传动体系图二．体系图的重要构造和功用电念头：1. 步进电念头步进电念头是一种将电脉冲旌旗灯号转换成机械角位移的驱动元件。
步进电念头是一种特别的电念头，一般电念头通电后都是持续迁移转变的，而步进电念头则有定位与运转两种状况。
当有一个电脉冲输入时，步进电念头就反转展转一个固定的角度，这角度称为步距角，一个步距角就是一步，所以这种电念头称为步进电念头。
又因为它输入的是脉冲电流，也称作脉冲电念头。
当电脉冲持续赓续地输入，步进电念头便跟随脉冲一步一步地迁移转变，步进电念头的角位移量和输入的脉冲个数严格成正比例，在时光上与输入脉冲同步。
是以，只需控制输入脉冲的数量、频率及电念头绕组的通电次序，便可获得所需转角、转速和偏向。
在无脉冲输入时，步进电念头的转子保持原有地位，处于定位状况。
步进电念头的调速范围广、惯量小、灵敏度高、输出转角可以或许控制，并且有必定的精度，常用作开环进给伺服体系的驱动元件。
与闭坏体系比拟，它没有地位速度反馈回路，控制体系简单，成本大年夜大年夜降低，与机床配接轻易，应用便利，因而在对精度、速度请求不十分高的中小型数控机床上获得了广泛地应用。
2. 直流伺服电念头因为数控机床对进给伺服驱动装配的请求较高，而直流电念头具有优胜的调速特点，是以在半闭坏、闭坏伺服控制体系中，获得较广泛地应用。
直流进给伺服电念头就其工作道理来说，固然与通俗直流电念头雷同。
然而，因为机械加工的特别请求，一般的直流电念头是不克不及知足须要的。
起首，一般直流电念头转子的迁移转变惯量过大年夜，而其输出转矩则相对较小。
如许，它的动态特点就比较差，尤其在低速运转前提下，这个缺点就更凸起。
在进给伺服机构中应用的是经由改进构造，进步其特点的大年夜功率直流伺服电念头，重要有以下两种类型：（1）小惯量直流电念头。
重要构造特点是其转子的迁移转变惯量尽可能小，是以在构造上与通俗电念头的最大年夜不合是转子做成细长形且滑腻无槽。
CA6140车床横向进给系统
CA6140车床横向进给系统数控化改造设计1、绪论1.1数控化改造背景数字控制简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法，对数控车床来说控制对象就是金属切削车床，数控车床与普通车床相比，增加了功能，提高了性能，较好的解决形状复杂，精密的小批量的零件加工问题，能获得稳定的加工质量和较高的生产率在美国、日本和德国等发达国家，他们的机床改造业作为新的经济增长行业，生机勃勃，正处在黄金时期。
由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造成了一个“永恒”的课题。
在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线有着广阔的市场，这已经形成了机床和生产线的数控改造的新的行业。
在美国机床数控化改造被称作机床再生业。
从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-BuUavd（得宝）服务集团、US设备公司等。
1.2车床数控化改造的意义我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。
我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。
用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国内市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。
所以必须提高机床的数控化率。
在过去的几十年，虽然金属切削的基本原理变化不大，但随着社会生产力的发展，要求制造业向自动化和精密化方向发展，而刀具材料和电子技术的进步，特别是微电子技术、电子计算机的技术进步，运用到控制系统中，既能帮助机床的自动化，又能提高加工精度。
这些都要求对旧机床进行改造。
另外，在经济方面，用机床的数控改造比更新设备节约50%的资金。
再加上市场的原因，由于目前机床市场供给无法满足大量的机床设备的更新需要，因此更显示出机床数控改造的必要性。
1.3我国在这领域已取得的成果我国从1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。
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数控车床纵向进给系统和横向进给系统的设计11绪论1.1数控系统的发展简史1952年第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。
20世纪50年代末，完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统——晶体管数控系统被研制成功，取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。
随着集成电路技术的发展，1965年出现了第三代数控系统——集成电路数控系统。
1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了第四代数控系统——小型计算机数控系统，然后，随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业，1974年，第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。
应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)。
综上所述，由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统也随着不断更新，发展非常迅速，几乎5年左右时间就更新换代一次[1]。
数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高科技含量的机电一体化产品。
欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产品进程，1990年日本机床产值数控化率达75％，美国达70．1％，德国达57％。
目前世界数控机床年产量超过15万台，品种超过1500多种[2]。
1.2我国数控系统的发展现状及趋势1.2.1 数控技术状况目前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭型向开放型过渡的时期。
我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术(包括核心技术)，已达到国际先进水平。
自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。
例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆术对我们已不再是难题，0.1m齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。
尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。
特别重要的是，我国数控系统的可靠性已有很大提高，MPBF 值可以在15000h以上。
同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过60%。
这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础[1]。
我国进行改革开放后，由于政策的开放，使得金属切削行业得以和世界上先进的机床制造国家进行技术交流，并通过引进技术，到80年代初，国产数控机床进入实用化阶段，1991年数控机床的产值数控化率为14．3％，到1997年数控机床产值数控化率为24．5％。
目前，我国数控机床(包括经济型机床)品种约有500个[2]。
但是，与国外数控车床相比，在性能、质量设计、制造等各方面存在较大差异，并存在许多不足：机械件的材质、加工精度、加工工艺存在较大差距，装配工艺也存在一定差距；主轴及卡盘刚性差，主轴定位准停不好；安全性较差，软硬件保护功能不够；刀片磨损快，生产成本高，效率低；硬件设计方面不规范，不符合国标，比如使用电压等级、电线颜色使用、图纸资料的绘制装订、提交等等，有的机床厂家甚至仍然停留在十年二十年前的设计思想；程序设计方面缺乏标准，不规范，逻辑性不强，故障率高，在使用过程中需不断对程序进行修改；外围元件布置及走线不规范，标牌线号不清，图纸与实物不符，维修困难；使用的元器件本身质量差，使用寿命短，故障率高，有的机床厂家为了降成本却忘记了质量、忘记了可靠性，选用一些国产的轴承、接触器、继电器、接近开关等元件，在生产过程中小故障连绵不断；柔性化不强，多品种生产困难。
而国外数控车床无论是设计水平，还是制造水平，都要高出国内数控车床。
机械件材质、加工精度、加工工艺、装配工艺比较好；软硬件设计有专门的标准，设计规范合理，配套件齐全，标牌标示清楚齐全；使用的元器件质量好，故障率低；新技术的应用及时领先；概括来说，精度及可靠性高、性能稳定故障率低[3]。
1.2.2数控系统的发展趋势随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统性能日臻完善，数控系统应用领域日益扩大。
为了满足社会经济发展和科技发展的需要，数控系统正朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。
1.3伺服系统的特点数字控制，是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。
数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。
数控机床是典型的数控化设备，它一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床四部分组成。
1.信息载体信息载体又称控制介质，用于记录数控机床上加工一个零件所必需的各种信息，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。
常用的信息载体有穿孔带等，通过相应的输入装置将信息输入到数控系统中。
数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘将加工信息直接输入，或通过窜行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。
高级的数控系统可能还包含一套自动编程机或者CAD/CAM系统。
2.计算机数控系统计算机数控系统是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。
它由硬件和软件组成。
硬件除计算机外，其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、面板、机床接口等。
软件由管理软件和控制软件组成。
数控装置控制机床的动作可概括为：机床主运动、机床的进给运动、刀具的选择和刀具的补偿、其它辅助运动等。
3.伺服系统它是数控系统的执行部分，包括驱动机构和机床移动部件,它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。
伺服电动机可以是步进电机、电液马达、直流伺服电机或交流伺服电机。
4.机床它是用于完成各种切削加工的机械部分，是在普通机床的基础上发展起来的，但也做了很多改进和提高，它的主要特点是：由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短；为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小；更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等；不少数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率[1]。
数控机床集中了传统的自动机床、精密机床和万能机床三者的优点，将高效率、高精度和高柔性集中于一体。
而数控机床技术水平的提高首先依赖于进给和主轴驱动特性的改善以及功能的扩大，为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电机、机械传动等方面都有很高的要求。
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。
伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。
这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。
进给伺服系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。
它包含机械、电子、电机(早期产品还包含液压)等各种部件，并涉及到强电与弱电控制，是一个比较复杂的控制系统。
要使它成为一个既能使各部件互相配合协调工作，又能满足相当高的技术性能指标的控制系统，的确是一个相当复杂的任务。
提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数控机床具有重大意义，研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。
数控机床伺服系统的一般结构如下图所示：由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。
伺服系统对伺服电机的要求：1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。
2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。
一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。
3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。
电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。
4）电机应能随频繁启动、制动和反转。
随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。
数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高[4]。
图1.1伺服系统结构图1.4设计的内容、目的和方法本次设计的内容是机床总体方案设计及总体布局图绘制、纵向及横向伺服进给机构的理论计算、结构设计及绘制装配图、典型零件绘制、数控系统（硬件连接图）设计、典型零件的数控车削加工程序编制及外文资料文献翻译，并撰写毕业设计论文。
设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力，提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高，培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合作精神。
在设计中，先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理，作用及结构特点。
选择合适的算法，根据计算结果查阅手册，得出相关的结构或零件。
在图图纸。
最后，完成硬件连接纸的绘制中，充分利用软件的先进性，完成三张A设计，编制典型零件的车削程序，撰写说明书。
2 总体方案设计2.1 方案设计及总体布局机床结构可以布置成卧式、立式、倒立式及斜置式等，根据设计任务——加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，采用卧式斜床身形式。
主轴水平安装，横向成45°布置。
根据纵横向长度定外观总长度，布局图如附录1所示。
数控机床的伺服系统是连接数控系统和机床主体的重要部分，在设计中，在伺服方式上选择最广泛应用的半闭环方式。
采用螺旋传动，计算滚珠丝杠副尺寸规格，接着进行丝杠的校核并进行精度等验算，根据计算的扭矩选择伺服电机。
2.2 主切削力的计算切削力的大小可用各种测力仪测得，也可用实验得出的近似公式计算：PZ PZ X Y Z PZ P C t s k=(2.1)vPZ PZ PZ hPZPZ k k k k k k ϕγ=料(2.2)PZ PZ X Y Z PZ vPZ PZ PZ hPZ PZ P C t s k k k k k ϕγ=料(公斤力)(2.3)式中 PZ C ——系数。
决定于工件材料和加工方法，在一定的切削条件（v 、s 、t 固定）下，PZ C 为一常数。