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CA6140卧式车床数控化改造设计-横向进给系统设计【10张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

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CA6140型车床经济型数控改造横向装配图A0.dwg

CA6140车床数控化改造总体布置图A0.dwg

把手（A4）.dwg

法兰座（A3）.dwg

联接套(A4).dwg

联接支架(A3).dwg

螺母座(A3).dwg

轴6(A3).dwg

轴承盖（A4）.dwg

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关键词：: CA6140卧式车床卧式车床数控改造设计横向进给系统 cad图纸毕业论文开题报告横向进给系统设 CA6140卧式车床数控化改造外文翻译任务书

资源描述：

CA6140卧式车床数控化改造设计-横向进给系统设计

34页 13000字数+论文说明书+任务书+10张CAD图纸【详情如下】

CA6140车床数控化改造总体布置图A0.gif

CA6140型车床经济型数控改造横向装配图A0.gif

把手（A4）.gif

法兰座（A3）.gif

联接套(A4).gif

联接支架(A3).gif

螺母座(A3).gif

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CA6140型车床经济型数控改造横向装配图A0.dwg

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法兰座（A3）.dwg

联接套(A4).dwg

联接支架(A3).dwg

螺母座(A3).dwg

轴6(A3).dwg

轴承盖（A4）.dwg

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1 绪论 1

1.1 国内外数控机床的发展 1

1.2 机床进行数控化改造的意义 2

1.3 机床数控化改造的设计任务 3

2 总体方案的确定 4

2.1 主传动系统的改造方案 5

2.2 换装自动回转刀架 6

2.3 螺纹编码器的安装方案 7

2.4 进给系统的改造与设计方案 7

2.5 数控系统部分设计 8

3 横向进给系统的改造设计 10

3.1 横向进给系统的设计与计算 10

3.2 数控车床的传动装置设计 16

3.3 自动转位刀架的设计 22

4 微机数控部分设计 25

4.1 概述 25

4.2 数控系统的硬件电路设计 26

4.3 软件设计 27

结束语 29

致谢 30

参考文献 31

毕业设计说明书（论文）中文摘要

如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。

本文主要是采用微机数控技术对最大加工直径为400mm的普通卧式车床进行改造设计。首先对卧式车床的改造任务和功能需求进行了认真分析，其次确定了普通卧式车床数控改造的总体方案，包括主传动系统的改造方案、换装自动回转刀架、螺纹编码器的安装方案、进给系统的改造与设计方案。最后经过计算切削力、滚珠丝杠设计计算、齿轮及转矩有关计算对丝杠、齿轮等进行了选型，详细设计出了横向进给系统。

关键词数控技术改造设计横向进给车床

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Design of Horizontal Machine based on Numerical

Control Technology

--Design of Lateral Feeding System

Abstract

Today, rapid development of science and technology, especially micro-electronics technology and computer technology have expanded rapidly, and applied to the numerical control system, it can increase the degree of automation, machine tools, can improve the machining accuracy, so the most economical way is to carry out general transformation of the NC machine tool.

In this paper, using computer numerical control machining technology to the maximum diameter of 400mm for the general transformation of the design of horizontal lathe. First of all, the transformation of the horizontal lathe tasks and functions carried out a careful analysis of needs, and secondly to determine the general horizontal lathe CNC overall transformation program, including the main drive system of the transformation program, installed automatic rotary tool, the installation of encoder thread program, the transformation of feed system and design. Finally, after calculating the cutting force, ball screw design, the gear and the calculation of torque on the screw, gear selection, etc., the detailed design of a horizontal feed system.

Keywords CNC technology Transformation design Lateral feed Lathe1 绪论

1.1 国内外数控机床的发展

美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。

1.1.1 美国的数控发展史

美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

1.1.2 德国的数控发展史

德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。

1.1.3 日本的数控发展史

日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台结束语

迄今为止，经过3个多月的努力，毕业设计已基本完成。课题的主要设计内容有以下几点：

（1）分析国内外数控机床的发展趋势、机床改造的意义以及设计任务

（2）对CA6140卧式车床进行了总体方案的确定

（3）对横向进给系统进行了详细的改造设计

（4）微机部分的改造设计

通过以上设计了解掌握了一种系统设计的思维方法。不仅提高收集、阅读、分析和运用资料的能力，独立工作的能力，理论联系实际的设计和计算能力，和结构设计与编制技术文件的能力，而且使我的专业知识得到了进一步的巩固。在此之中遇到了一些问题，在老师和同学的帮助下得到了解决。由于自身的经验有限，面对这些关键性问题只能从理论上去寻求解决的方法。因此，自己所设计的结构和运用到生产实践中仍相距甚远。总而言之，这次毕业设计使我收益非浅，为我今后的工作打下了良好的基础。

致谢

本论文由指导老师审阅全搞。从课题的选择、方案制定、工作实施到论文的撰写、修改无不渗透着老师的心血。张老师以他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在学习和毕业设计过程中给予我很大的启迪与帮助，给我留下了极为深刻的印象，使我对以后的工作充满信心。同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀。许多同组设计人员和其他同学都提出了热情而中肯的建议，都对提高本论文质量给予了很大的帮助，我在此致以衷心的感谢。最后，由于我的水平和时间所限，误漏之处恐属难免，殷切期望广大老师和专家随时予以批评指正。

参考文献

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[17] 甘永立．几何量公差与检测 [M]．第五版,上海：上海科学技术出版社，2001.

内容简介：: 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院（系） ”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（ 2000 级为 10位数），不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕业设计（论文）任务书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：本课题主要是采用微机数控技术改造最大加工直径为 400普通卧式车床。要求学生在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及横向进给系统的详细设计。通过这一典型机电一体化产品的开发设计，培养学生综合运用所学专业知识改造开发新产品及解决工程实际问题的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本课题要求学生在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及横向进给系统的详细设计。具体内容及要求如下：（ 1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告；（ 2）改造任务及功能需求分析；（ 3）总体改造方案的确定；（ 4）横向进给系统机械部分和控制部分的详细设计；（ 5）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。相关设计技术条件及要求如下：（ 1）床身上最大加工直径： 400最大加工长度： 1000 （ 2）横向进给脉冲当量：冲，纵向进给脉冲当量：冲；（ 3）横向最快的工进速度： 400mm/向最快的工进速度： 800mm/ （ 4）换刀时刀架转速： 30r/ （ 5）统主用单片机。毕业设计（论文）任务书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：（ 1）资料翻译译文及开题报告；（ 2）总体改造方案的确定；（ 3）横向进给系统机械部分和控制部分的详细设计；（ 4）毕业设计说明书及使用说明书。 4主要参考文献： 1 张俊谟原理与应用 M 版 ,北京 :北京航空航天大学出版社 ,2006. 2 孙桓 ,陈作模 ,葛文杰 M北京 :高等教育出版社 ,2006. 3 濮良贵 ,纪名刚 M北京 :高等教育出版社 ,2006. 4 尹志强 M机械工业出版社 ,2007. 5 左建民 M机械工业出版社 ,2007. 6 梁景凯 ,盖玉先 M机械工业出版社 ,2007. 7 张立勋 ,黄筱调 ,王亮 M机械工业出版社 ,2006. 8 江思敏 ,姚鹏翼 ,胡荣路设计教程 M清华大学出版社， 2002. 9 刘朝儒 ,吴志军 ,高政一 M北京 :高等教育出版社， 2006. 10 成大先第 5 卷 )M. 第三版，北京：化学工业出版社 ,2000. 毕业设计（论文）任务书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2009 年 3 月 9 日 3 月 15 日 3 月 16 日 3 月 22 日 3 月 23 日 4 月 12 日 4 月 13 日 5 月 10 日 5 月 11 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 7 日 6 月 8 日 6 月 14 日接受毕业设计任务，熟悉毕业设计要求；查阅资料，完成外文资料翻译工作。撰写开题报告及文献综述。改造任务及功能需求分析，总体改造方案的确定。横向进给系统机械部分详细设计。控制部分硬件电路及控制软件的设计。文档整理、撰写毕业设计说明书。准备论文答辩。所在专业审查意见：负责人：年月日学院（系）意见：院（系）领导：年月日毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计 (论文 )题目：卧式车床数控化改造设计横向进给系统设计指导教师 : 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述摘要本文阐述了机床进行数控化改造的必要性，机床改造的方案以及数控化改造的优点。使其在生产过程中加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。机床的数控化改造已成为一种趋势。关键词机床数控改造横向进给随着我国市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，中、小批量的生产越来越多。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需更换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求 1。对于机械制造企业，单纯靠购买新的数控机床，所需投资大。为了节约资金，降低成本，利用原来的部分普通机床进行数控化改造，提高机械设备的数控化率，是一种有效的途径 2。 1 机床进行数控化改造的必要性 1 1 微观看改造的必要性微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍 3。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等 4。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行性制造单元）、性制造系统）以及算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术 5。 1 2 宏观看改造的必要性宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在 70 年代末、 80 年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、，还包括在产品开发中推行拟制造以及在生产管理中推行理信息系统）、等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到 1995 年只有而日本在1994 年已达因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性 6,7。 2 机床数控化改造的方案数控机床由机床、数控系统和外围技术三部分组成。普通车床改造的目的是利用数控系统控制车床自动完成机械加工任务，提高车床的加工精度和生产率。在考虑经济型数控机床改造具体方案时，所遵循的原则是在满足需要的前提下，对原有车床尽可能减少改动量，以降低改造成本。改造中需要解决的问题是：将机械传动部分的进给和手动控制的刀架转位改造成数控装置控制的刀架自动转位和自动进给的数控加工车床。根据机床的有关资料，确定总体方案为：利用数控系统对输入的加工程序进行运算处理，发出的进给指令通过 I/O 接口输出给 X 轴和 Z 轴步进电动机，经齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，由螺母带动刀架直线移动，从而实现纵向和横向的自动进给运动。换刀指令通过刀架控制器控制三相电动机实现刀架转位功能，由脉冲编码器协调完成车削功能，如图 1 所示。图 1 总体方案机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：（ 1）恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；（ 2），在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成床、；（ 3）翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的统以最新行更新；（ 4）技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造 8,9。 3 数控化改造的优点 (1) 减少投资额、交货期短同购置新机床相比，一般可以节省 60 80的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的 1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高 2 3 倍，与购置新机床相比，只能节省投资 50左右 10。 (2) 机械性能稳定可靠，结构受限所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。 (3) 熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转 11。 (4) 可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。 (5) 可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床 12。 4 结束语经数控化改造的机床就成为了数控机床，具有数控机床的特点，如数控机床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特点。但是改造后的机床也具有一定的局限性，主要有机床原有结构精度限制了改造后机床的加工精度和加工性能；机床原有的结构形式限制了改造后机床的加工范围和数控化程度。这些不利条件最终影响了改造后机床的速度和精度 13。随着数控产业整体水平的提高，数控系统的性能、伺服电动机及其驱动装置等配套产品的性能也提高很多，对数控化改造中机床速度和精度的提高都非常有利。我国现有机床中 ,近几年急需技术改造的约占 25%,这将蕴藏着无限商机。机床改造主要是采用数控和计算机控制技术 ,我国数控机床发展和机床数控化改造应紧跟世界潮流 ,发展多轴联动数控系统 ,开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术 ,向智能化方向发展 14,15。参考文献 1 闫素珍 J2002. 2 梁家惠 ,尹作友 J1998. 3 顾京 M高等教育出版社 ,2002. 4 夏展宏道声发射特征参数的实时提取 J2003. 5 尹作友 J2004. 6 高钦和设计 M人民邮电出版社 ,2005. 7 杨纶标 ,高英仪 M华南理工大学出版社 ,2001. 8 王福泉 ,郝启旺 J2002. 9 孙增圻 M清华大学出版社 ,2003. 10 张新义 M机械工业出版社 ,1994. 11 李洪 M辽宁科学技术出版社 ,1999. 12 陈宏钧 ,马素敏 M 械工业出版社 ,1994. 13 范云涨 ,陈兆年 M机械工业出版社 ,1994. 14 王启义 ,蔡群礼 ,胡宝珍 M东北工学院出版社 , 1989. 15 黄祖德 M北京理工大学出版社 ,1992. 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、本课题要研究或解决的问题：本课题要求在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及横向进给系统的详细设计。具体内容及要求如下：（ 1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告；（ 2）改造任务及功能需求分析；（ 3）总体改造方案的确定；（ 4）横向进给系统机械部分和控制部分的详细设计；（ 5）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。相关设计技术条件及要求如下：（ 1）床身上最大加工直径： 400大加工长度： 1000 （ 2）横向进给脉冲当量：冲，纵向进给脉冲当量：冲；（ 3）横向最快的工进速度： 400mm/向最快的工进速度： 800mm/ （ 4）换刀时刀架转速： 30r/ （ 5）统主用单片机。二、拟采用的研究手段（途径）：由于该设计是经济型数控改造，在考虑具体方案时，应遵守的基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。（ 1）机械部分改造横向进给机构的改造：拆掉原手动刀架和小拖板，安装上数控刀架；拆掉普通丝杆、光杆进给箱和溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，采用一级齿轮减速，步进电机、齿轮箱体安装在中拖板的后侧。（ 2）数控系统部分设计数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续 (轮廓 )控制系统根据设计要求，床要加工复杂零件轮廓，其各坐标轴的运动有着确定的函数关系。根据设计要求，本微机数控系统采用连续控制系统。采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。采用简易数控装置，以步进电机为驱动机构，实现在微机控制下的自动加工。其工作原理是：根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序，通过数控装置上的键盘输入微机，微机在监控程序的管理下工作，并通过专用控制程序，把用户加工程序转化成一定频率和数量的脉冲信号，经驱动电路放大后驱动纵横向二台步进电机转动，通过机械接口传动丝杠实现刀架纵、横两个方向的频率。自动回转刀架由单片机发出换刀转位指令，由自动刀架驱动电源驱动三相电机使刀架松开、抬起、旋转后再自动锁紧而完成转位换刀过程。该经济型微机横向进给系统拟采用步进电机作为驱动元件，改造方案如图 1 所示。微机通过 I/O 接口发出驱动脉冲，经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠传动，丝杠转动使工作台产生移动。图 1 车床数控改造的总体方案示意图综上所述，本设计改造的总体方案为：采用片机对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，步进电机经一级齿轮减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。数控改造后的车床不仅提高了原车床的精度和自动化程度，达到快速调整且仍能保持车床的通用性，而且提高了原车床的功能，利用数控方法准确地加工任意面的旋转体。光电隔离微机功率放大步进电机横向工作台 x x 毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语：该生通过阅读与本课题相关的参考文献，进行了一定的总结，撰写的本文献综述能够反映“卧式车床数控化改造设计横向进给系统设计”的课题背景以及相关知识，论文撰写较通顺，符合规范，达到了撰写文献综述要求和目的，为毕业设计后期分析打下了良好的基础。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： “卧式车床数控化改造设计横向进给系统设计”这一课题的深度、广度及工作量均适中，合适学生在毕业设计期间完成，希望该生能独立的进行总体改造方案设计及横向进给系统的详细设计的研究，完成课题的要求，撰写毕业论文，达到进行科研训练和本科毕业设计的要求。指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日本科毕业设计说明书（论文）第页共页目录 1 绪论 . 2 国内外数控机床的发展 . 2 机床进行数控化改造的意义 . 3 机床数控化改造的设计任务 . 4 2 总体方案的确定 . 5 主传动系统的改造方案 . 6 换装自动回转刀架 . 7 螺纹编码器的安装方案 . 8 进给系统的改造与设计方案 . 8 数控系统部分设计 . 9 3 横向进给系统的改造设计 . 11 横向进给系统的设计与计算 . 11 数控车床的传动装置设计 . 17 自动转位刀架的设计 . 23 4 微机数控部分设计 . 26 概述 . 26 数控系统的硬件电路设计 . 27 软件设计 . 28 结束语 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 本科毕业设计说明书（论文）第页共页毕业设计说明书（论文）中文摘要如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。本文主要是采用微机数控技术对最大加工直径为 400普通卧式车床进行改造设计。首先对卧式车床的改造任务和功能需求进行了认真分析，其次确定了普通卧式车床数控改造的总体方案，包括主传动系统的改造方案、换装自动回转刀架、螺纹编码器的安装方案、进给系统的改造与设计方案。最后经过计算切削力、滚珠丝杠设计计算、齿轮及转矩有关计算对丝杠、齿轮等进行了选型，详细设计出了横向进给系统。关键词数控技术改造设计横向进给车床本科毕业设计说明书（论文）第 1 页共 31 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 of to it of so is to of C In to 00mm of of of of a of to NC of of of of on of a 本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共 31 页 1 绪论国内外数控机床的发展美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国的数控发展史美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务 ,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究 “ 效率 ”和 “ 创新 ” ，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如 1952 年研制出世界第一台数控机床、 1958 年创制出加工中心、 70 年代初研制成 1987 年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪 80 代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于 1982 年被后进的日本超过，并大量进口。从 90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。德国的数控发展史德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。于 1956 年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。日本的数控发展史日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规 (如 “ 机振法 ” 、 “ 机电法 ” 、 “ 机信法 ” 等 )引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自 1958 年研制出第一台本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 31 页数控机床后， 1978 年产量 (7,342 台 )超过美国 (5,688 台 )，至今产量、出口量一直居世界首位 (2001年产量 46,604台，出口 27,409 台，占 59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪 80 年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工 3,674 人，科研人员超过 600人，月产能力 7,000 套，销售额在世界市场上占 50%，在国内约占 70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。我国的数控发展史我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过 “ 六五 ” 期间引进数控技术， “ 七五 ” 期间组织消化吸收 “ 科技攻关 ” ，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速， 1998 2004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国， 2004 年中国机床主机消费高达美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显， 70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控 ,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距 1。机床进行数控化改造的意义国外利用数字计算机进行控制加工是从 40 年代开始的。 1952 年美国麻省理工学院在一台立式铣床上装了一套试验性的数控系统，成功地实现同时控制三轴的运动，它成了世界上第一台数控机床。此后，从 60 年代开始，其他一些工业国家如德国、日本等陆续地开发生产及使用数控机床。 1974 年微处理机直接用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及应用和大力发展。随着数控机床的功能越来越完善，可靠性和性能越来越高，它在制造业中逐渐担当了越来越重要的角色 2。我国数控机床的研制是从 1958年开始的，经历了几十年的发展，直至 80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 31 页的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。这样既可以提高加工生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，减轻工人的劳动强度，缩短订购新的数控机床的交货周期时间。实践已经证明普通车床的经济型数控改造具有重大的实际价值，为此，在旧有车床上进行数控改造有着较好的市场前景 3。机床数控化改造的设计任务本课题来源于生产实践。将普通车床改造成经济型数控车床，应能实现机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。在整个设计过程中满足以下几点要求：（ 1）横向（进给脉冲当量为脉冲；（ 2）横向最快的工进速度： 400mm/级调速）；（ 3）床身上最大加工直径： 400大加工长度： 1000 （ 4）该设计的总体思路是采用以 8031 单片机为核心的数控装置控制加工过程。微机通过 I/过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠转动，从而使工作台产生移动，实现纵向、横向的进给运动。由于步进电机需要的驱动电压较高，电流较大，如果将 I/会引起强电干扰，轻则影响单片机程序运行，重则导致单片机接口电路的损坏，所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路，实现电气隔离 4。本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 31 页 2 总体方案的确定卧式车床是金属切削加工最常用的一类机床。它主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。示。图对其进行改造应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统选择，以及进给系统传动方式和执行机构的选择等。（ 1）卧式车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。（ 2）卧式车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统常采用步进电机的开环控制系统。（ 3）根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济型要求，决定选用 51 系列的 8 位单片机作为数控系统的 51 系列 8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。（ 4）根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 31 页路、 I/O 接口电路、 D/A 转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。（ 5）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给系统应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙、提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。（ 6）计算选择步进电机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有消间隙机构。（ 7）选择四工位立式自动回转刀架，选择螺纹编码器等 5 8。总体布局图如图 10 20部件 30 40 50图总体布局图主传动系统的改造方案经济型的数控机床动力系统可分为三类：（ 1）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，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选种速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有 2 3 种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面，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，普及。本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 31 页（ 2）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。光栅分辨率可达复定位精度为以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点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，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。（ 3）半闭环连续控制式采用直流伺服电机驱动，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机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进行强力切削。当丝杠螺在 6右时，快速可达 8 9m/不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强电计大大简化。对卧式车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可减少机械改造的工作量。主轴的正传、反转和停止可由数控系统来控制。若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用 24 速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，已实现无极变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于 70来的电动机可以不换，但所选变频器的功率应比电机大） 9。换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架。常见的自动回转刀架有四工位立式自动回转刀架和六工位卧式自动回转刀架。如图自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。为了保证转位之后具有高的复杂定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 31 页图自动回转刀架的外形螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动。螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在主轴箱的后端，一般尽量装在与主轴同步的旋转输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为 1： 1 的同步齿形带与主轴联接起来。需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性联接，且车床主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。进给系统的改造与设计方案（ 1）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找主轴的同步轴，安装螺纹编码器。（ 2）拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。（ 3）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在床鞍的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座与螺母座托架。（ 4）拆除四方刀架与小滑板总成，在中滑板上方安装四工位立式电动刀架。本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 31 页（ 5）拆除中滑板下的滑动丝杠螺母副，将滑动丝杠靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。（ 6）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到中滑板后部的床鞍上，并与滚珠丝杠的轴头相联。（ 7）拆去三杠（丝杠、光杠与操纵杠），更换丝杠的右支承 10。数控系统部分设计数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续 (轮廓 )控制系统根据设计要求，各坐标轴的运动有着确定的函数关系。根据设计要求，本微机数控系统采用连续控制系统。采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。采用简易数控装置，以步进电机为驱动机构，实现在微机控制下的自动加工。其工作原理是：根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序，通过数控装置上的键盘输入微机，微机在监控程序的管理下工作，并通过专用控制程序，把用户加工程序转化成一定频率和数量的脉冲信号，经驱动电路放大后驱动纵横向二台步进电机转动，通过机械接口传动丝杠实现刀架纵、横两个方向的频率。自动回转刀架由单片机发出换刀转位指令，由自动刀架驱动电源驱动三相电机使刀架松开、抬起、旋转后再自动锁紧而完成转位换刀过程。该经济型微机数控系统采用步进电机作为驱动元件。微机通过 I/过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠传动，丝杠转动使工作台产生移动。如图示。图数控改造的方案示意图光电隔离微机功率放大步进电机横向工作台 x x 本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 31 页综上所述，本设计改造的总体方案为：采用 I/进电机经一级齿轮减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。数控改造后的车床不仅提高了原车床的精度和自动化程度，达到快速调整且仍能保持车床的通用性，而且提高了原车床的功能，利用数控方法准确地加工任意面的旋转体 11。本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 31 页 3 横向进给系统的改造设计横向进给系统的设计与计算横向进给系统的设计步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证同轴度，提高传动精度。横向进给系统的设计计算已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算） 300 W 时间常数 25 滚珠丝杠基本导程 4 左旋行程 230 脉冲当量 s t 快速进给速度 1mm/1）切削力计算查参考文献 1可得知，横向进给量为纵向的 1/2 1/3,取 1/2,则切削力约为纵向的 1/2 7 6 3 7 6 . 3 8 k 2 ( 1 / 2 ) （在切断工件时： 3 8 1 . 9 . 1 9 k . 3 80 . 5 00 . 5 F （（ 2）滚珠丝杠设计计算（ a）强度计算对于燕尾型导轨： W)(F （取 f 则本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 31 页 30)( 7 6. 3 80 . 23 8 . 1 91 . 4 P 7 4 7 7 4 k g f （寿命值 51310 1500015601060 66 （最大动负载 .（根据最大动负荷 Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。查参考文献 2可知，选用型号为，其额定动负荷为 6100N，所以强度足够用。（ b）效率计算螺旋升角 933 r ，摩擦角 01 则传动效率 9 5 6001833833 .)t a n (t a n)t a n (t a n （（ c）刚度验算滚珠丝杠受工作负载 40107474 626 . .1（滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 2L 很小，可忽略，即： 1。所以，导程变形总误差为 m / 0 6 . （查表知 m 长为 15m/m ，故刚度足够。（ d）稳定性验算由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不用验算。（ 3）齿轮及转矩有关计算（ a）有关齿轮计算本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 31 页传动比 6713500503604750 . （故取 181Z 302Z 2mmm 20mmb 20 36d 60d 40 6448mma 齿轮传动示意图。如图图齿轮传动示意图（ b）齿轮传动间隙的消除措施进给伺服系统中的减速齿轮，除了本身要求较高的运动精度和工作平稳性外，还必须尽可能消除齿侧传动间隙，否则，进给运动会产生反向死区，影响传动精度和系统稳定性。常用的齿轮传动间隙消除的方法有以下两种。偏心套调整法如图动机 2通过偏心套 1装在壳体上，通过转动偏心套 1能够方便地调整两齿轮的中心距，从而达到消除侧间隙的目的。该方法结构简单，传动刚度好，能传递较大的转矩，但齿轮磨损后齿侧间隙不能自动补偿。本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 31 页 1 2图偏心套调整机构双片薄齿轮错齿调整法如图示，两个齿数相同的薄片齿轮 1、 2 与另外一个宽齿轮 6 啮合。薄片齿轮 1与轴整体铸造而成，保证了机构的强度。薄片齿轮 2套装在轴上，两片薄齿轮之间可作相对回转运动。每个薄齿轮上分别连接三个沉头螺钉 4、 5，并在齿轮 2上开有三个较大通孔。齿轮 1上的三个沉头螺钉 5从齿轮 2上三个大孔中穿过后，再通过拉簧 7与齿轮 2上的螺钉 4相联，螺母 3 可防止拉簧滑出。由于拉簧 7的拉力作用使齿轮 1、 2 相互之间产生回转，分别与宽齿轮 6 的两侧贴紧，从而消除了齿侧间隙。本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 31 页 1、 2、 634、 57图双片薄齿轮错齿调整机构（ c）转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 222 g 3 90010307501430 0 501 8 0 .).(W)180(J （丝杠转动惯量 24-4 6 2 4 k g 8 （齿轮的转动惯量 2 6 2 k g 6107 . 8 241 （ 0 2 2 k g 8 242 （电机转动惯量很小可忽略，因此，总的转动惯量 0439026200222624053 2 .J （本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 31 页（ d）所需转动力矩计算 r / m 51000.L （ 84010025069 7416258110 44 . . 6 m a xa m a x （ r / m i 1501001000 . L （ 750 74010025069 17332581 4 . .M （ g 705801432 3403020 . . 0f （ g 401938 2 . . （ 90g 415801432 3401938 . . FM （所以，快速空载启动所需转矩 g 321 1 602 8 70232 .m a x （切削时所需力矩： g 428 2 411 1 602 8 701 7 7 40 .（快速进给时所需力矩： g 301 1 602 8 70 .（从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时， g 32M .m 步进电机的选择 06332 .4（电动机选用三相六拍工作方式，查参考文献 1表 7 本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 31 页 8660 （所以，步进电机最大静转矩 60 8 2 565 . 8 6 6MM （步进电机最高工作频率 3 30 0 50601 0 0 0 .a xm a x （为了便于设计和计算，选用 110三相六拍步进电机，能满足使用要求。步进电机的安装尺寸见表 12。表反应式 /磁阻式步进电动机的安装尺寸型号 D D1 h1 d E b L 1010 85 4 8 14 29 112 186 9 132 平键 4 20 无图步进电动机外型及安装尺寸数控车床的传动装置设计数控机床的传动装置是指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机构。包括丝杠螺母副、导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术领域，传动装置是伺服系统中的一个重要环节。因此，数控车床的传动装置与普通车床中传动装置在概念上有重要差别，它的设计与普通车床传动装置的设计不同。数控车床传动装置的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态特本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 31 页性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。为确保数控车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、高刚度等要求。为了达到这些要求，采取主要措施如下：（ 1）尽量采用低摩擦的传动，以减少摩擦力；（ 2）链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度；（ 3）量消除传动间隙，减少反向死区误差 13。螺旋传动（ 1）概述螺旋传动主要用来把旋转运动变为直线运动，或把直线运动变为旋转运动。其中，有以传递能量为主的传力螺旋，有以传递运动为主，并要求有较高传动精度的传动螺旋，还有调整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。在经济型数控车床的进给系统中，螺旋传动主要用来实现精密进给运动，并广泛采用滚珠丝杠副传动机构。滚珠丝杠副传动是在具有螺旋滚道的丝杠和螺母间放入适当数量的滚珠。这些滚珠作为中间传动件，使螺杆和螺母之间的摩擦由滑动摩擦变为滚动摩擦的一种传动装置。它由丝杠、螺母、滚珠及滚珠循环返回装置等四个部分组成。当螺杆转动螺母移动时，滚珠则沿螺杆螺旋滚道面滚动，在螺杆上滚动数圈后，滚珠从滚道的一端滚出并沿返回装置返回另一端，重新进入滚道，从而构成闭和回路。（ 2）滚珠丝杠副传动的特点（ a）传动效率高，摩擦损失小。（ 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）启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。（ d）有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。（ e）磨损小，使用寿命长，精度保持性好。（ f）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度值别别小，故制造成本高。（ g）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于中立的作用，下降时当传动切断后，本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 31 页不能立刻停止运动，所以需要添加制动装置。（ 3）滚珠丝杠副的支承方式为了满足高精度、高刚度进给系统的需要，必须充分重视滚珠丝杠副支承的设计。（ a）一端固定一端自由丝杠的静态稳定性和动态稳定性都很低。结构简单轴向刚度小适用于较短的滚珠丝杠安装和垂直的滚珠丝杠安装（ b）两端铰支结构简单轴向刚度小适用于对刚度和位移精度要求不高的滚珠丝杠安装对丝杠的热伸长较敏感适用于中等回转速度（ c）一端固定一端铰支丝杠的静态稳定性和动态稳定性都较高，适用于中等回转速度结构稍复杂轴向刚度大适用于对刚度和位移精度要求较高的滚珠丝杠安装推力球轴承应安置在离热源（步进电机）较远的一端（ d）两端固定丝杠的静态稳定性和动态稳定性最高，适用于高速回转结构复杂，两端轴承均调整预紧，丝杠的温度变形可转化为推力轴承的预紧力轴向刚度最大适用于对刚度和位移精度要求高的滚珠丝杠安装适用于较长的丝杠安装详见表本科毕业设计说明书（论文）第 20 页共 31 页表滚珠丝杠副的支承形式支承形式简图特点双推界转速、压杆稳定性低双推杆稳定性较高有热膨胀的余地单推可根据预计温升产生的热膨胀量进行预拉伸双推压杆稳定性问题综上所述，本设计中滚珠丝杠副支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承。（ 4）滚珠丝杠副轴向间隙的调整滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙。为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。消除间隙的方法采用双螺母结构，利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，预紧力大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外，还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙 14。轴的结构设计（ 1）轴由前面滚珠丝杠副的设计可知：滚珠丝杠的直径为 20于丝杠与轴过联接套联接，考虑到轴的加工方便性和整体的连贯性，轴轴身部分直径与滚珠丝杠的直径相同，均为 20长度根据原车床实际需要的尺寸而定，轴颈部分直径为 17图本科毕业设计说明书（论文）第 21 页共 31 页图轴 2）轴考虑与轴承内经的配合，所以该轴两端支承部分直径为 17于该轴需与法兰盘联接，而且该轴相对较长，因此在设计时为了方便安装，降低装配难度，将轴身部分增加一个轴肩，直径适当减小，使其有一过渡，轴身直径为 15为该轴的右端还需安装一个透盖，用双螺母对其紧固。轴与透盖用一键使其周向固定。查参考文献3可知，根据轴的直径选用型号为 1098键，键槽宽度为 3图

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