数控铣床设计

　　主要内容本书为《现代数控机床结构及设计丛书》之一。该书比较全面、系统地讲述了数控铣床的基本组成和工作原理，各主要部件的功能特点、传动计算和结构设计；重点介绍了数控铣床控制系统的基本概念、软硬件结构和应用实例。本书以数控铣床设计方法为主线，以总体设计、运动设计、结构设计为重点，内容取材新颖，理论与实际相结合，反映了当今数控铣床的技术发展前沿。 本书可供从事机械设计、制造和研究的工程技术人员参考，也可作为高等院校机械设计制造及其自动化、数控技术以及模具设计与制造等专业的教学参考书。 相关丛书本书前言数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。 我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势。一方面国内市场对数控机床有大量的需求；另一方面却有不少国产机床滞销积压。国外机床产品占据市场的现象，严重影响我国数控机床自主发展的势头。其原因除了有经营、产品质量和促销手段等因素外，还有一个主要的因素就是我国生产的数控机床品种少、性能差，新产品开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。 为了促进我国数控机床设计技术的发展，提升国内机床设计人员的整体水平，化学工业出版社组织国内有关专家编写了《现代数控机床结构及设计丛书》，包括《数控机床系统设计》、《数控机床本体》、《数控系统》、《数控检测装置》、《数控车床设计》、《数控铣床设计》、《数控加工中心设计》七个分册。丛书从设计人员的实际需要出发，对先进数控机床的结构、控制系统、检测装置及其设计方法进行了比较详细的介绍和分析，希望能够对我国机床设计人员消化、吸收国外的先进设计理念和技术，提高设计质量和设计水平有所帮助。 本书为《数控铣床设计》分册，主要讲述数控铣床及其部件的基本设计理论和方法，采用最新科技成果，力图反映国内外现代数控技术的发展趋势；重点介绍了常用装置或系统的工作原理和应用实例，体现了理论性和实践性的协调和统一；编写时既保证所介绍内容的系统性、新颖性和实用性，又体现精简的原则；既注重知识的传授，又突出思考及分析问题的方法。力求满足不同层次读者的需求，便于自学并指导设计工作。 本书第1章由孙波、文怀兴编写，第2章由文怀兴编写，第3章由夏田编写，第4章由孙波编写，第5章由陈婵娟编写，第6章由王芳编写。郭慧等同志对本书的部分文稿、图稿进行了校对或绘制。本书编写过程中，参阅了国内外同行的教材、资料和文献，得到了许多专家的支持和帮助，在此谨致谢意。 本书既可作为从事数控机床设计和机械设计制造的工程技术人员的参考书，也可供高等院校机械设计制造及其自动化、数控技术以及模具设计与制造等专业的教学参考书。 由于编者水平有限，书中的错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。 本书目录第1章数控铣床概论1 11数控机床的产生与发展1 111数控机床的产生1 112数控系统的发展1 113国内数控机床的发展2 114数控机床的发展趋势2 12数控铣床的功能和特点5 121数控铣床的主要功能5 122数控铣床的主要特点6 13数控铣床的分类和应用8 131数控铣床的分类8 132数控铣床的应用12 14数控铣床的组成及工作原理13 141数控铣床的组成13 142数控铣床的工作原理15 15数控系统的插补原理简介15 第2章数控铣床的结构设计18 21数控铣床的结构组成18 211数控铣床结构组成18 212数控铣床机械结构的主要特点18 22数控铣床总体设计20 221数控铣床设计的基本理论20 222卧式数控镗铣床的常用布局形式25 223立式数控镗铣床的常用布局形式26 224高速数控机床的布局形式26 225虚轴数控机床27 23数控铣床的主传动系统设计30 231主传动的结构特点和变速方式30 232采用直流或交流电动机无级调速31 233主轴主要结构参数的确定36 234主传动系统机械结构37 235高速主轴单元39 24数控铣床进给传动系统43 241进给传动系统的特点43 242滚珠丝杠螺母副44 243伺服进给系统降速传动设计48 244传动齿轮间隙消除机构48 245直线电动机进给系统50 246基于并联机构的高速进给系统51 25数控铣床的导轨52 251数控铣床对导轨的基本要求52 252数控铣床导轨的类型与特点53 253滚动导轨54 254静压导轨57 26数控铣床回转工作台58 261数控回转工作台58 262分度工作台59 27数控铣床的辅助装置61 271冷却系统61 272润滑系统63 273数控铣床排屑装置64 第3章伺服进给系统65 31伺服进给系统概述65 311伺服进给系统组成65 312伺服进给系统的基本要求66 32伺服电机66 321步进电机66 322直流伺服电机及其调速系统73 323交流伺服电机及其调速79 33伺服进给系统设计的基本要求82 34数控铣床伺服驱动应用实例83 341传动系统设计83 342滚珠丝杠选择84 343滚珠丝杠支承选择85 344选择伺服电机86 345伺服系统增益87 346精度验算88 第4章数控铣床位置检测装置90 41位置检测装置的要求与类型90 411位置检测装置的要求90 412位置检测装置的分类90 42常用位置检测装置91 421脉冲编码器91 422光栅位置检测装置94 423磁栅位置检测装置97 424旋转变压器101 425感应同步器103 426激光干涉检测仪108 第5章数控铣床控制系统111 51概述111 511数控系统的组成111 512数控系统的主要工作过程112 513数控系统的发展趋势114 52计算机数控系统116 521数控系统的硬件结构116 522数控系统的软件结构122 523数控系统的接口电路128 53可编程控制器134 531PLC的结构及工作原理135 532数控系统中的PLC138 54数控系统的应用143 541输入输出信号及其连接与调试143 542典型数控系统的应用149 第6章普通铣床的数控化改造159 61概述159 611普通铣床数控化改造的条件159 612普通铣床数控化改造的一般步骤160 62主要机械部件改造161 621主传动的数控改造161 622进给传动的数控改造162 63数控系统的选择162 631步进电动机拖动的开环系统 162 632异步电动机或直流电动机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统 163 633交/直流伺服电动机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统163 64数控铣床改造实例163 641X502型立式铣床的数控改造163 642XA6132型升降台卧式铣床的数控改造170 643X52K型升降台卧式铣床的数控改造177 参考文献180

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第1章 数控铣床概论
　1.1 数控机床的产生与发展
　　1.1.1 数控机床的产生
　　1.1.2 数控系统的发展
　　1.1.3 国内数控机床的发展
　　1.1.4 数控机床的发展趋势
　1.2 数控铣床的功能和特点
　　1.2.1 数控铣床的主要功能
　　1.2.2 数控铣床的主要特点
　1.3 数控铣床的分类和应用
　　1.3.1 数控铣床的分类
　　1.3.2 数控铣床的应用
　1.4 数控铣床的组成及工作原理
　　1.4.1 数控铣床的组成
　　1.4.2 数控铣床的工作原理
　1.5 数控系统的插补原理简介
第2章 数控铣床的结构设计
　2.1 数控铣床的结构组成
　　2.1.1 数控铣床结构组成
　　2.1.2 数控铣床机械结构的主要特点
　2.2 数控铣床总体设计
　　2.2.1 数控铣床设计的基本理论
　　2.2.2 卧式数控镗铣床的常用布局形式
　　2.2.3 立式数控镗铣床的常用布局形式
　　2.2.4 高速数控机床的布局形式
　　2.2.5 虚轴数控机床
　2.3 数控铣床的主传动系统设计
　　2.3.1 主传动的结构特点和变速方式
　　2.3.2 采用直流或交流电动机无级调速
　　2.3.3 主轴主要结构参数的确定
　　2.3.4 主传动系统机械结构
　　2.3.5 高速主轴单元
　2.4 数控铣床进给传动系统
　　2.4.1 进给传动系统的特点
　　2.4.2 滚珠丝杠螺母副
　　2.4.3 伺服进给系统降速传动设计
　　2.4.4 传动齿轮间隙消除机构
　　2.4.5 直线电动机进给系统
　　2.4.6 基于并联机构的高速进给系统
　2.5 数控铣床的导轨
　　2.5.1 数控铣床对导轨的基本要求
　　2.5.2 数控铣床导轨的类型与特点
　　2.5.3 滚动导轨
　　2.5.4 静压导轨
　2.6 数控铣床回转工作台
　　2.6.1 数控回转工作台
　　2.6.2 分度工作台
　2.7 数控铣床的辅助装置
　　2.7.1 冷却系统
　　2.7.2 润滑系统
　　2.7.3 数控铣床排屑装置
第3章 伺服进给系统
　3.1 伺服进给系统概述
　　3.1.1 伺服进给系统组成
　　3.1.2 伺服进给系统的基本要求
　3.2 伺服电机
　　3.2.1 步进电机
　　3.2.2 直流伺服电机及其调速系统
　　3.2.3 交流伺服电机及其调速
　3.3 伺服进给系统设计的基本要求
　3.4 数控铣床伺服驱动应用实例
　　3.4.1 传动系统设计
　　3.4.2 滚珠丝杠选择
　　3.4.3 滚珠丝杠支承选择
　　3.4.4 选择伺服电机
　　3.4.5 伺服系统增益
　　3.4.6 精度验算
第4章 数控铣床位置检测装置
　4.1 位置检测装置的要求与类型
　　4.1.1 位置检测装置的要求
　　4.1.2 位置检测装置的分类
　4.2 常用位置检测装置
　　4.2.1 脉冲编码器
　　4.2.2 光栅位置检测装置
　　4.2.3 磁栅位置检测装置
　　4.2.4 旋转变压器
　　4.2.5 感应同步器
　　4.2.6 激光干涉检测仪
第5章 数控铣床控制系统
……
第6章 普通铣床的数控化改造
参考文献