与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺机服电动机做成个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。.驱动元件选择步进电动机，直流伺服电动机，交流伺服电动机是目前常用的驱动元件。步进电机是种将电的脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件，它能快速的启动，制动和反转在定频率范围内各种运动方式都能任意的改变且不会失步，具有自整步的能力没有周累计误差，所以定位精度很高价格便宜。但由于步进电机的动态特性远不如交，直流伺服电机，尤其是运行的可靠性得不到保证。采用步进电机驱动的缺点是效率低，驱动惯量负载能力差，作高速运动时容易失步，目前已使用的较少。直流伺服电动机具有良好的启动制动和调速特性，可以方便地在宽范内实现平滑无级调速，因此在对伺服电动机的调速性能和启动性能要求较高的设备中，大都采用直流伺服电动机驱动。但由于直流伺服电动机存在着些固有的缺点，如它的电刷和换向器易磨损，需要经常维护等换向器换向时会产生火花，使电动机的最高转速受到限制，也使应用环境受到限制此外，它结构复杂，制造困难，所用钢铁材料消耗大，制造成本高，因此，现在已很少选用直流伺服电动机。交流伺服电动机则没有直流伺服电动机的上述缺点，且转子惯量较直流伺服电动机小，使得动态上响应更好。般来说，在同样的体积下，交流伺服电动机的输出功率可比直流伺服电动机提高，此外，交流伺服电动机的容量也比直流伺服电动机大，达到更高的电压和转速。在交流伺服系统中可以用交流同步电机也可以用交流感应电机。交流感应电机结构简单，与同容量的直流伺服电机相比质量轻价格便宜它的缺点是不能经济地实现范围较大的平滑调速。所以，在数控铣床的进给系统中般不用这种电机。对于交流同步电机的转速与所用电源的频频之间存在种严格的关系，即在电源电压和频率固定不变时，它的转速是稳定不变的。由变频电源供电给同步电机时，便可方便地获得与频率成正比的可变速度。并可得到非常硬的机械特性及较宽的调速范围。其结构虽然比感应电机复杂，但比直流电机简单。同步电机又分为电磁式和非电磁式两大类。在后类中又有磁滞式永磁式和反应式多种。在数控铣床的进给驱动系中，多数采用永磁式交流同步电机。经过以分析并考虑对系统调速的加速时间的要求本题选用直流伺服电动以满足设计任务书的要求。.传动机构择选本课题选用的是滚珠丝杠螺母副。因为滚珠丝杠螺母副是种低摩擦高精度高效率的机构，在数控机床上得到广泛应。它的传动特点是在具有螺旋槽的丝杠螺母之间装有滚珠作为中间传动元件。当丝杠和螺母相对运动时，滚珠沿丝杠螺旋槽滚道滚动，因此丝杠和螺母之间基本上为滚动摩擦。并且滚珠丝杠螺母副的动静摩擦系数相差极小，配以滚动导轨，起动力矩很小，运动灵敏，低速时不会出现爬行。滚珠丝杠螺母机构是回转运动与直线运动相互转动的传动装。它具有以下优点摩擦损失小传动效率高传动效率可达，是普通丝杠传动的倍，而驱动转矩仅为滑动丝杠螺母机构的。运动平稳，摩擦力小灵敏度高低速时无爬行由于主要存在的是滚动摩擦，不仅动静摩擦因数都很小，且其差值小，因而启动转矩小，动作灵敏。轴向刚度高反向定位精度高由于可以完全消除丝杠与螺母之间的间隙并可实现滚珠的预紧，因而轴向刚度高，反向时无空行程，定位精度高。滚珠丝杠螺母副主要零件均经过热处理，其滚道表面的硬度值可达，因而耐磨性好，寿命长，精度稳定性好。磨损小寿命长维护简单使用寿命是普通滑动丝杠的倍。传动具有可逆性不能自锁由于摩擦因数小不能自锁，因面使该机构的传动具有可逆性，可以把旋转运动转化为直线运动，还可以把直线运动转化为旋转运动。由于不能自锁，在作垂直运动时应附加装或防止逆转的装置，防止工作台因自重而下降。因为滚珠丝杠螺母副与普通丝杠螺母副相比有这么多的优点，因此，本题目选用滚珠丝杠螺母副。.联轴器选择联轴器有刚性联轴器与弹性联轴器之分，本课题选用的是无弹性的定位十字滑块联轴器。这种十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和个两面带有凸牙的中间盘组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件的材料可用钢，工作表面需要进行热处理，以提高其硬度要求较低时也可用钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。定位十字滑块联轴器主要性能特点有高扭距刚性和灵敏度零回转间隙弹性十字滑快补偿较大的径向角向轴向偏差结构简单抗油腐蚀和电气绝缘定位螺丝固定铝合金材料.导轨副选择目前，在普通机床上仍广度泛地应用滑动导轨，因其具有结构简单制造方便刚性好抗振性强等优点。但是传统的铸铁铸铁铸铁淬火钢滑动导轨副，其静摩擦系数大，动摩擦系数随速度变化而变化，摩擦损失大，低速时易出现爬行，影响运动的平稳性和定位精度，力矩损失大。而将导轨改造为滚动导轨或静压导轨工艺复杂，费用大，周期长。因此目前在数控机床上已不采用，取而代之的是铸铁塑料或镶钢塑料导轨。它们主要包括以下两种类型贴塑导轨是以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉二硫化钼和石墨等填充剂混合烧结而成。它具有摩擦特性好耐磨性好减振性好等特点，这种导轨已经在中小型数控机床上广泛应用。这种软带可在原有滑动导轨面上粘结剂粘结，加压固化后进行精加工，故般称之为贴塑导轨。由于其工艺较简单，对原有滑动导轨不需作大的改动，故在普通机床数控机床改装上应用广泛。涂塑导轨它是以环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨以及铁粉等混合而成，再配以固化剂调匀涂刮或注入导轨面。这种涂塑导轨具有良好的摩擦特性和耐磨性，可使用在大型重型数控机床上。经过分析与比较结合实际产品所需求的加工精度，本题改造的数控铣床的导轨副选用贴塑导轨以满足设计任务书的要求。.总体设计方案的确由于改造成后的数控铣床应具有定位直线插补顺逆圆插补。暂停循环加工对工件进行钻扩铰锪镗以及攻螺纹等功能，故应选择连续控制系统，考虑到属于经济控铣床加工精度有定要求，为了简化结构降低成本，采用伺服电机半闭环系统。根据机床要求，采用位微机。由于系列单片机具有集成度高，可靠性好功能强速度快。抗干扰能力强，具有很高的性能价格比特点。决定采用系列单片机组成微机作为数控装置的核心，其代表为，经过比较采用具有价格底功能强使用灵活等优点的有扩展系统的单片机，即用外接及扩展接口等芯片扩展个较简单的微机控制系统。该系统中有时钟电路模块，复位及复位电路，数码显示接口电路，光电耦合器等组成。系统的加程序和控制命令通过键盘操作实现。为了实现机床所要求的分辨率，采用伺服机电机通过联轴器带动丝杠转动，为保证定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。系统设计总体方案图如图所示图型立式铣床数控改造的总体方案示意图纵向进给系统的改造纵向进给系统需作以下改动将带轮去掉，将带轮的轴通过联轴器与伺服电机相连，丝杠传动副改用滚珠丝杠螺母副，其余部分不动，仍保留机床纵向进给的机构部分，这种改造成本最低。撤除原机床的进给箱，溜板箱,光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及其相应的安装装置，纵向驱动的伺服电机安装在车床的床尾，并不占据丝杠空间。滚珠丝杆仍安置在原丝杆的位置,采用端轴向固定,端浮动的结构形式为便于安装滚珠丝杆螺母副,丝杆不是整体的,而是采用分体式,即用连接套筒刚性连接。由于采用了滚珠丝杠可提高系统的精度和纵向进给整体刚度。纵向进给机构和横向进给机构均由伺服电动机滚珠丝杆螺母副通过型弹性膜片式联轴器组成。第四章纵向进给机构的设计与计算.已知参数条件工作台尺寸宽长纵向行程最大纵向进给力工作台夹具及工件重力工作台快速速度最大进给速度.主电动机功率.启动加速时间机床定位精度.脉冲当量滚珠丝杆副主要参数的确定在数控机床的设计中,滚珠丝杠副的作用是将伺服电机的旋转运动转变为直线运动,用较小的转矩可以获得很大的推力。滚珠丝杠副的传动是种应用较广的机构,尤其是将旋转运动变为直线运动的各种机构中,滚珠丝杠副的传动是最简单经济而又可靠的。所以滚珠丝杠副的选择对整个机床的制造起着不可忽视的作用。滚珠丝杠副的精度是影响机床的定位精度及重复定位精度的最主要的因素。为了在机床的设计中更合理的选用滚珠丝杠副,使其充分发挥效能,必须进行系列的计算。滚珠丝杠副已经标准化,因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。般情况下,设计滚珠丝杠时,已知条件为最大工作负载或平均工作负载作用下的使用寿命,丝杠的工作长度或螺母的有效行程,丝杠的转速或平均转速,滚道的硬度及丝杠的运转情况。.设计步骤通常的设计步骤为计算作用在滚珠丝杠上的最大动载荷从滚珠丝杠列表指出相应最大动负载的近似值,并初选几个型号根据具体工作要求，对于结构尺寸循环方式调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑出比较合适的直径导程滚珠列数等，确定型号。根据所选的型号,列出或计算出其主要参数的数值,计算传动效率,并验算刚度及稳定系数是否满足要求。如不满足要求,则另选其他型号,再作上述计算和验算,直至满足要求为止。.设计计算根据进给系统定位精度的要求，初步选用半闭环伺服系统。如果经计算后半闭环系统不能满足定位精度要求，改用全闭环伺服系统。从产品目录中查得伺服电动的最高转速为或。取伺服电机通过联轴器与丝杠直接，即。工作台快速进给的最高速度要求达到。取电动机的最高转速，则丝杠的最高转速也为。基本丝杠导程公式如下根据精度要求，数控机床的脉冲当量可定为脉冲。伺服电机每转应发出的脉冲数由以下公式可知伺服系统中常用的位置反馈器有旋转变压器和脉冲编码器。如果采用旋转变压器方案，因旋转变压器的分解精度为每转个脉冲，则在伺服电动机和旋转变压器轴之间安装的升速齿轮。当采用脉冲编码器方案时，因脉冲编曲码器有每转脉冲等数种产品，故编码器后应加倍频器。如选用每转脉冲的编码器，则位频器的倍数为.。在速度反馈装置中，与旋转变压器配套的，可采用测速发电机的转速为时，输出定的电压量例如，输出。如采用脉冲编码器方案，则可在倍频器后加频率电压转换器，其转换比例为每输出电压为例如。即相当于测速发电机转速达到时，才能输出的电压，而此时脉冲编码应实现。图为上述种方案的传动系统图。这种方案目前都有使用，各配不同的数控系统。本设计采用图方案。图伺服系统的传动系统图.滚珠丝杠选择滚珠丝杠精度由于本系统要求达到.的定位精度，根据此要求查阅滚珠丝杠样本，对于级精度丝杠，任意内导程允差为.，级精度丝杠的导程允差为.。初步设计时先设计丝杠的任意行程内的行程变动量为定位精度的，即，因此，取滚珠丝杠精度为级，即为级精度丝杠。滚珠丝杠选择滚珠丝杠的名义直径滚珠的列数和工作圈数应按当量动载荷选择。丝杠的最大载荷为切削力的最大进给力加摩擦力最小载荷即摩擦力。已知最大进给力，工作台加工件与夹具的重力为，贴塑导轨的摩擦系数为.，故丝杠的最小载荷即摩擦力丝杠最大载荷平均载荷丝杠最高转速为，工作台最小进给速度为，故丝杠的最低转速为.,可取为，则平均转速。丝杠使用命取，故丝杠工作寿命由公式可知式中工作寿命，以为个单位丝杠转速，丝杠的使用寿命，对数控机床可取，本题选取。代入公式可得丝杠的当量动载荷为式中精度响影系数，对于级精度的滚珠丝杠取，对于级精度滚珠丝杠取，本题取载荷性质系数，无冲击取.般情况取，有较大冲击振动时取，本题取。查滚珠丝杠样本中与相近的额定动载荷，使得选择，然后由