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CA6140卧式车床数控化改造设计-纵向进给系统的设计【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

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关键词：: ca6140 卧式车床数控改造设计纵向进给系统 cad图纸毕业论文开题报告纵向进给系统 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-纵向进给系统的设计

38页 15000字数+论文说明书+任务书+5张CAD图纸【详情如下】

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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

毕业设计说明书（论文）中文摘要

数控技术的水平高低和机床的数控化率是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前我国机床的数控化率还不到5%,无论从数控技术水平和机床的数控化率都大大落后于西方发达国家。加快发展我国的机床改造业，具有重要的现实意义和使用价值。

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。首先对普通卧式车床的改造任务和功能需求进行了认真分析，其次设计出总体改造方案，包括主传动系统、进给系统、回转刀架及微机控制系统的方案设计，最后经过对切削力的计算、滚珠丝杠副、齿轮副及步进电机的选型，给出了纵向进给系统的详细设计。

关键词数控改造车床纵向进给

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 Longitudinal Feeding System

Abstract

Level of numerical control technology and CNC machine tool is a measure of the rate of a national industrial development an important indicator of the level. CNC machine tools in China is less than the rate of 5%, CNC technology in terms of the level and rate of NC machine tools are lagging far behind developed countries in the West. Speed up the transformation of the development of China's machine tool industry, has important practical significance and value.

This paper mainly using computer numerical control technology to alter the ordinary horizontal lathe whose maximum machining diameter is 400mm.

first of all, horizontal lathe for ordinary tasks and functions of the transformation of a careful analysis of needs,Second, the design of the overall reform program, including the main drive system, feed system, rotary tool holder and the program of microcomputer control system design, after the final calculation of cutting force, ball screw, gear and stepper motor selection, vertical feed is given for the detailed design.

Keywords Numerical control Transformation lathe Vertical feeding system

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。出口的数控机床品种以中低档为主。

1.1.2 国内数控机床的特点

（1）新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。

（2）数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。

2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。

（3）数控机床发展的关键配套产品有了突破。

1.1.3 国外数控机床的发展现状

（1）国际机床市场的消费主流是数控机床。

1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。

（2）国外数控机床的网络化。

随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备——数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。

结束语

随着微电子技术的发展，我国的机床数控化在近十年来有了很大的发展，而普通机床的数控化改造后在满足完成同样的加工任务的前提下，可大大降低技术改造的投资经费，在实际中得到广泛应用。基于对C6140普通车床进行经济型数控改造设计过程中，我认为普通机床的数控改造具有很多的优点、必要性及其良好的发展趋势。

全功能的数控系统虽然功能丰富，但成本高，我国的一般中小企业购置困难，但是中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，进行数控化、自动化、以提高生产效率。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。目前我国经济型数控系统发展迅速，研制了几十种简易NC系统，有力地促进了我国数控事业的发展。

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。首先对普通卧式车床的改造任务和功能需求进行了认真分析，其次是对卧式车床数控化改造总体方案的设计和纵向进给系统机械部分的设计与计算，由于时间的原因纵向进给系统控制部分硬件与软件设计有所考虑，但做的不够完善，当然还存在一些不足之处，恳请各位老师批评与指正。

改造后的车床，可手动、机动操作，操作简单，使用方便，价格低廉，其性能价格比适中；而且还能解决复杂零件的加工精度控制问题，节约大量工装费用，减轻工人的劳动强度，提高工人素质。

企业应用经济型数控对设备进行改造后，增强了企业应变能力，为提高企业竞争能力创造了条件，提高了加工精度和批量生产的能力，提高了设备自身对产品更新换代所需要的应变能力，增强了企业的竞争能力。

致谢

本设计是在学院机械工程及自动化专业所有教师的悉心指导下完成的。我系教师们严谨的治学态度，丰富的专业知识和工作经验，平易近人的优秀品质，对我产生了良好而深远的影响。在设计进行期间，得到老师的大力支持和帮助，他们不仅在学业上给予我很多帮助，提出了很多宝贵意见，而且在生活上也给予了我无微不至的关怀，使我顺利的完成了设计，尤其是张老师工作勤勤恳恳，兢兢业业，从不计较个人得失的高尚品质给我留下了深刻的印象。对我以后的工作、生活起到了榜样的作用。

在设计后期审图工作交由张少文老师负责，张老师认真负责的态度，一丝不苟的精神使我受益非浅。在此，我向所有在我设计期间曾给予我帮助的老师，同学们表示最真诚的感谢。

参考文献

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内容简介：: 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纵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：文献综述摘要目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到 3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本文介绍了机床数控改造的意义，阐述了数控技术发展趋势，最后总结了数控化改造的分析方法以及机床数控改造的特点。关键词数控改造车床 1 机床数控改造的意义 1 1 普通车床的数控化改造设计机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态，改造后的组成结构如图 1 所示。图 1 改造后系统组成结构数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近 1。 1 2 节省资金机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型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，并可以利用现有地基 45。 1 3 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。 1 4 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至 5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 2 数控技术发展趋势随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，床联网，实现了中央集中控制的群控加工 6,7。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过个制造过程中复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正而影响此可见，传统制了不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行 89。 3 数控化改造的分析方法其改造涉及到机械、电气、计算机等领域，是一项理论深、实践强的系统工程。在进行数控改造时，应该做好改造前的技术准备。改造过程中，机械修理与电气改造相结合，先易后难、先局部后全局。由于本次设计是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，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。我们主要的任务是对其主传动系统、进给传动系统进行改造，通过改造使其具有数控机床的一般特性 10。 3 1 主轴系统改造拆除了原来的主轴变速箱，采用机械无级变速器和分级齿轮变速相结合的方案，分级齿轮采用拨叉的方式，主轴的调速范围可以从 100000原来的多级齿轮调速相比，其机械结构大大简化，而且实现了从有级调速到无级调速的跨越。 3 2 进给系统的设计对纵向进给系统可进行开环控制 , 驱动元件可采用步进电机 , 传动系统采用滚珠丝杠，纵向进给系统如图 2所示。步进电机经一级齿轮减速后 , 带动滚珠丝杠转动 , 从而实现进给运动。在进行该传动系统设计时，通常先根据系统的要求 , 对各个部分进行单独设计，如滚珠丝杠副、齿轮副等 11。图 2 纵向进给系统 4 机床数控改造的特点我国制造企业现在有很大一部分机床属于比较陈旧的普通车床，由于使用时间较长、保养不利、操作不当等原因，已经不能适合当今企业所面临的激烈竞争。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益 1213。 5 总结经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。其改造涉及到机械、电气、计算机等领域，是一项理论深、实践强的系统工程。在进行数控改造时，应该做好改造前的技术准备。改造过程中，机械修理与电气改造相结合，先易后难、先局部后全局 , 我国企业的传统机床存量很大，随着数控技术的推广应用，众多中小企业面临的机床数控改造任务很大，利用先进的数控系统改造传统机床是成本低，见效快，效率高的好办法。在数控改造中应注意机械传动系统和电气系统对数控机床加工精度和机床性能的影响，否则，将直接影响数控机床的工作精度和工作稳定性，影响产品质量和生产效率 1415。参考文献 1 吴振彪 . 机电综合设计指导 M. 北京：中国人民大学出版社， 2001. 2 能光华 . 数控机床 M. 北京：机械工业出版社， 2004. 3 余英良 . 机床数控改造设计与实例 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 4 张俊生 . 金属切削机床与数控机床 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 5 吴国华 . 金属切削机床 M. 北京：机械工业出版社， 1998. 6 董玉红，邵俊明 . 机床数控技术 M. 第二版，哈尔滨工业大学出版社， 2001. 7 王志平 . 数控机床及应用 M. 北京：高等教育出版社， 1999. 8 韩建海 . 数控技术及装备 M. 武汉 : 华中科技大学出版社 ,2007. 9 朱晓春主 . 数控技术 M机械工业出版社， 1999. 10 张新义经济型数控机床系统设计 M北京：机械工业出版社， 1998. 11 余英良机床数控改造设计与实例 M北京：机械工业出版社， 1994. 12 王明数控实用技术 M北京：机械工业出版社， 2001. 13 张建纲 ,胡大锋数控技术 M武汉：华中科技大学出版社， 2000. 14 张建明机电一体华系统控制 M北京：高等教育出版社， 2001. 15 邓星钟机电传动控制 M武汉：华中科技大学出版社， 2001. 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主要是采用微机数控技术改造最大加工直径为 400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纵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。二本毕业设计（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纵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）纵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。三本课题拟采用的研究手段（途径）（ 1）整体进给系统的设计当数控车床的性能和精度等内容基本选定后，可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。因此，较典型的车床数控改造方案可选择为：配置专用车床数控改造系统，更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能：（ a）采用单片微机为主控有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。 (b）配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为： Z 为 X 与相应导程的丝杠相配套）。 (c）加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，掉电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。 (d）具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。 (2)纵向进给系统的设计对纵向进给系统可进行开环控制 , 驱动元件可采用步进电机 , 传动系统采用滚珠丝杠，纵向进给系统如图 3 所示。步进电机经一级齿轮减速后 , 带动滚珠丝杠转动 , 从而实现进给运动。在进行该传动系统设计时，通常先根据系统的要求 , 对各个部分进行单独设计，如滚珠丝杠副、齿轮副等。图 3 纵向进给系统数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。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。所以，本设计决定采用开环控制系统，开环控制系统如图 4 所示，采用步进电机开环系统方案如图 5 所示。图 4 开环控制系统图 5 采用步进电机开环系统方案毕业设计（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纵向进给系统设计”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纵向进给系统设计 ”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纵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：年月日题目 :卧式车床数控化改造设计纵向进给系统设计机程工程及其自动化专业 2 主要内容一、课题研究的背景和现状二、课题研究的目的和意义三、课题研究的主要内容四、课题研究的展望 3 一、课题研究的背景和现状目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到 3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。 4 一、课题研究的背景和现状国内数控机床的发展现状 : 1) 除少量机床以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。 2) 国产数控机床不能满足市场的需求国外数控机床的发展现状 : 1) 国际机床市场的消费主流是数控机床 2) 国外数控机床的网络化 5 一、课题研究的背景和现状数控系统的发展趋势 : 1)继续向开放式、基于 2)向高速化和高精度化发展 3)向智能化方向发展 6 二、课题研究的目的和意义本课题研究的目的：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纵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。 7 二、课题研究的目的和意义本课题研究的意义：数控机床是制造业实现生产现代化的主机 ,数控技术的水平高低和机床的数控化率是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前我国机床的数控化率还不到 5%,新机床的数控化率也仅为 6%。无论从数控技术水平和机床的数控化率都大大落后于西方发达国家。由于机床以及技术的不断进步 ,机床改造已是个”永恒”的课题。我国的机床改造业 ,也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业 ,具有重要的现实意义和使用价值 : （ 1）节省资金。（ 2）性能稳定可靠。（ 3）提高生产效率。 8 三、课题研究的主要内容车床类机床 ) 6落地及卧式车床组 ) 1卧式车床系 ) 40最大工件回转直径的 1/10) 9 机械工程及其自动化专业 10 三、课题研究的主要内容主轴箱是支撑主轴并带动工件作回转运动。进给箱是进给传动系统的变速机构。交换齿轮箱是用来将主轴的回转运动传递到进给箱。溜板箱是接受光杆传递的运动，驱动床鞍和中、小滑板及刀架实现车刀的纵横进给运动。 11 主要结构及运动特点由主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆、光杆、床身等组成 12 主轴变速箱功能：支承主轴和传动其旋转 13 进给箱：变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量 14 溜板箱：将丝杠或光杠旋转运动变为溜板和车刀的直线进给运动 15 16 三、课题研究的主要内容总体方案的确定作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。 17 三、课题研究的主要内容普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。车床数控化改装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，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用 8位微机。在 8位微机中， 51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、具有很高的性价比，因此，可选 51系列单片机扩展系统。 18 三、课题研究的主要内容根据系统的功能要求，微机数控系统中除了包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、 I/括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。设计自动回转刀架及其控制电路。纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。 19 三、课题研究的主要内容机械系统的改造设计方案进给系统的改造与设计方案。主传动系统的改造方案。安装电动卡盘。换装自动回转刀架。螺纹编码器的安装方案。 20 三、课题研究的主要内容向进给系统的详细设计与计算脉冲当量的确定。切削力的计算。滚珠丝杠螺母副的设计及计算。齿轮传动的计算。步进电动机的选择。 21 三、课题研究的主要内容数控系统硬件电路设计和软件设计数控系统基本硬件组成。单板机控制系统的设计。软件设计。 22 四、课题研究的展望全功能的数控系统虽然功能丰富，但成本高，我国的一般中小企业购置困难，但是中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，进行数控化、自动化、以提高生产效率。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。目前我国经济型数控系统发展迅速，研制了几十种简易力地促进了我国数控事业的发展。改造后的车床，可手动、机动操作，操作简单，使用方便，价格低廉，其性能价格比适中；而且还能解决复杂零件的加工精度控制问题，节约大量工装费用，减轻工人的劳动强度，提高工人素质。 23 致谢我的论文写作和课题研究是在各位老师和同学的关心、帮助下完成的。在此，我感谢他们对我的支持，我要深深感谢用心血汗水教育我的老师们：张卫老师和张少文老师，他们渊博的知识，对教育的执著，严谨的治学态度，使我终身受益。感谢我周围的同学们，他们给了我无微不至的关心和帮助，他们勤奋严谨的学习态度是我学习的榜样。 24 本科毕业设计说明书（论文）第 I 页共页目录 1 绪论 . 2 国内外数控机床的发展现状 . 2 数控系统的发展趋势 . 3 普通机床数控改造的意义 . 4 本文的设计任务 . 4 2 . 6 . 6 总体方案的确定 . 7 机械系统的改造设计方案 . 9 3 纵向进给系统的详细设计与计算 . 14 脉冲当量的确定 . 14 切削力的计算 . 14 滚珠丝杠螺母副的设计及计算 . 15 齿轮传动的计算 . 19 步进电动机的选择 . 20 4 传动间隙的调整与预紧及导轨的设计 . 23 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 . 23 进给系统传动齿轮间隙的消除 . 24 数控改造床导轨设计 . 25 5 数控系统硬件电路设计和软件设计 . 29 数控系统基本硬件组成 . 29 单板机控制系统的设计 . 29 软件设计 . 32 结束语 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 36 本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共页毕业设计说明书（论文）中文摘要数控技术的水平高低和机床的数控化率是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前我国机床的数控化率还不到 5%,无论从数控技术水平和机床的数控化率都大大落后于西方发达国家。加快发展我国的机床改造业，具有重要的现实意义和使用价值。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。首先对普通卧式车床的改造任务和功能需求进行了认真分析，其次设计出总体改造方案，包括主传动系统、进给系统、回转刀架及微机控制系统的方案设计，最后经过对切削力的计算、滚珠丝杠副、齿轮副及步进电机的选型，给出了纵向进给系统的详细设计。关键词数控改造车床纵向进给本科毕业设计说明书（论文）第 1 页共 35 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 of NC is a of of a an of is %, in of C in up of s to 00of of of a of of of of is 本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共 35 页 1 绪论国内外数控机床的发展现状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，达次于美国的费额比上一年增长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，达上年增长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。出口的数控机床品种以中低档为主。国内数控机床的特点（ 1）新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。（ 2）数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达台，比上年增长金切机床行业产值数控化率从 2000 年的高到 2001 年的（ 3）数控机床发展的关键配套产品有了突破。国外数控机床的发展现状（ 1）国际机床市场的消费主流是数控机床。 1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达 70%，我国为 60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。（ 2）国外数控机床的网络化。随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 35 页最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的虚 ” 没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。以这些系统中，除了传统的口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。数控系统的发展趋势（ 1）继续向开放式、基于基于具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。（ 2）向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。（ 3）向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。（ a）应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。（ b）引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。（ c）引入故障诊断专家系统（ d）智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 35 页普通机床数控改造的意义数控机床是制造业实现生产现代化的主机 ,数控技术的水平高低和机床的数控化率是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前我国机床的数控化率还不到 5%,新机床的数控化率也仅为 6%。无论从数控技术水平和机床的数控化率都大大落后于西方发达国家。从 20 世纪后期 ,我国调整产业结构、产品结构和生产方式 ,作为自动化生产的基础设备已远远满足不了工厂逐年增加的生产需求。对于机械制造企业 ,单纯靠购买新的数控机床 ,所需投资大 ,周期长 ,常使许多中小企业望而怯步。因此 ,利用原有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 ,无疑是一种有效的途径。就是在美国、日本和德国等发达国家 ,机床的改造作为新的经济增长行业 ,也是生意盎然 ,正处于黄金时代。在美国、日本、德国 ,用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场 ,已形成了机床和生产线数控改造的新行业。在美国 ,机床改造业称为机床再生业。从事再生业的著名公司有 :程公司、床公司、宝 )服务集团、美国得宝公司已在中国开办公司。在日本 ,机床改造业称为机床改装业。从事改装业的著名公司有 :大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。由于机床以及技术的不断进步 ,机床改造已是个 ” 永恒 ” 的课题。我国的机床改造业 ,也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业 ,具有重要的现实意义和使用价值 : （ 1）节省资金。机床的数控改造同购置新数控机床相比一般可以节省 60%左右的费用 ,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新数控机床购置费的 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数控机床 60%的费用 ,并可以有效地利用现有地基。（ 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期生产的磨合和不断改进完善 ,几乎不会产生应变力变形而影响精度。（ 3）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至 5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多 ,且可以不用或少用工装 ,不仅节约了费用 ,而且可以缩短生产准备周期 1。本文的设计任务本课题主要是采用微机数控技术改造最大加工直径为 400要本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 35 页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纵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。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）纵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 （ 2）最大加工长度： 1000 （ 3）横向进给脉冲当量：冲，纵向进给脉冲当量：冲；（ 4）横向最快的工进速度： 400mm/向最快的工进速度： 800mm/ （ 5）换刀时刀架转速： 30r/ （ 6）本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 35 页 2 通车床数控改造的总体方案设计通车床介绍式车床的结构布局如图当工件随主轴回转时 ,通过刀架的纵向和横向移动 ,能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等 ,借助成形刀具 ,还能加工各种成形回转表面。图式车床的结构布局（ 1）主轴箱是支撑主轴并带动工件作回转运动。箱内装有齿轮、轴等零件，组成变速传动机构，变换箱外手柄位置，可使主轴得到多种不同的转速。（ 2）进给箱是进给传动系统的变速机构。它把交换齿轮箱传递来的运动，经过变速后传递给丝杆，以实现各种螺纹的车削或机动进给。（ 3）交换齿轮箱是用来将主轴的回转运动传递到进给箱。更换箱内的齿轮，配合进给箱变速机构，可以得到车削各种螺距的螺纹的进给运动；并满足车削时对不同纵、横向进给量的需求。（ 4）溜板箱是接受光杆传递的运动，驱动床鞍和中、小滑板及刀架实现车刀的纵横进给运动。溜板箱上装有一些微手柄和按钮。可以方便地操纵车床上来选择诸如机动、手动、车螺纹及快速移动等到运动方式。（ 5）床身是车床的大型基础部件，精度要求很高，用来支撑和连接车床的各个本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 35 页部件。床身上面有两条精确的导轨，床鞍和尾座可沿着导轨移动。（ 6）刀架部分由床鞍、两层滑板和刀架体共同组成用于装夹车刀并带动车刀作纵向、横向和斜向运动。（ 7）尾座安装在床身导轨上，并可沿着导轨纵向移动，以调整结构其工作位置。尾座主要用业安装后顶尖，以支撑较长的工件，也可以安装钻头、铰刀等切削刀具进行孔加工。（ 8）床身前后两个床脚分别与床身前后两端下部连为一体，用以支撑床身及安装在床身上的各个部件。可以通过调整垫块把床身调整到水平状态，并用其所长地脚螺栓固定在此工作场地上。（ 9）冷却装置主要通过冷却泵将切削液加压后经冷却嘴喷射到切削区域 23。式车床的功能如图图式车床的功能总体方案的确定普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 35 页突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。（ 1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。（ 2）车床数控化改装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，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。（ 3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用 8位微机。在 8位微机中， 51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、具有很高的性价比，因此，可选 1系列单片机扩展系统。（ 4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、 I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。（ 5）设计自动回转刀架及其控制电路。（ 6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。（ 7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。（ 8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。控改造的总体方案如图本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 35 页图控改造的总体方案示意图机械系统的改造设计方案（ 1）进给系统的改造与设计方案（ a）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（ b）拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。（ c）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座与螺母座托架。（ d）拆除四方刀架与上溜板的总成，在横溜板上方安装四工位立式电动刀架。（ e）拆除横溜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。（ f）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相连。（ g）拆去三杠（丝杠、光杠与操纵杠），更换丝杠的右支承。（ 2）主传动系统的改造方案对普通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。主轴的正转、反转、何停止可由数控系统来控制。本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 35 页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 2 4 档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，以实现无级变速。当采用有级变速时，可选用速三相异步电动机，实现 2 4档变速；当采用无级变速时，应加装交流变频器，推荐型号为：配（ 3) 安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松动采用电动卡盘，选用电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧和松开由数控系统发信控制。（ 4）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，选用现自动换到需要配备相应的电路，由数控系统完成。（ 5）螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器和圆光栅。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。改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是 24 冲） =2400脉冲。考虑到编码器的输出有相位差为 90的 A、 B 相信号，可用 A、 B 异或后获得 2400 个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到 1200 线（ A、 B 信号）。另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲 Z。基于上述要求，选择螺纹编码器的型号为：源电压 +5V，每转输出 1200个 A/个号为电压输出，轴头直径 15 螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是将变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床头箱的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴。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连接，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 4 数控改造后的车床传动系统如图示。本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 35 页 1 电动刀架 2 联轴器 3 横向步进电机 4 纵向步进电机 5 联轴器 6 纵向微调机构 7 横向滚珠丝杠 8 横向螺母 9 纵向螺母 10 横向微调机构 11纵向滚珠丝杠图数控改造后的车床传动系统数控车床的布局形式结构：平床身、斜床身、平床身与斜滑板、立床身。平床身：工艺性好、运动精度较高，但排屑困难，一般用于经济形数控车床。斜床身：排屑方便、占地面积小、外形美观、便于安装机械手、可实现单机自动化，一般用于中小型机床。数控车床的布局形式如图（ a）平床身（ b）斜床身（ c）平床身与斜床身（ d）立床身图数控车床的布局形式纵、横向结构示意图齿轮传动装置是转矩、转速、和转向的变换器。在机电一体化进给伺服系统中，采用齿轮传动装置的主要目的有二：一是降速，将伺服电动机的高速、小转矩输出变本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 35 页成克服负载所需的低速、大转矩；二是使滚珠丝杆和工作台的转矩惯量在传动系统中所占比重减少，以保证传动精度。对齿轮传动装置的总体要求是传动精度高、稳定性好、灵敏度高、响应速度快。对于开环伺服系统，传动误差将直接影响工作精度，因此，要尽可能缩短传动链的长度，消除传动间隙，以提高传动精度和传动刚度。纵、横向结构示意图如图 1 步进电机 2 齿轮减速装置 3 支承装置 4 丝杠 5 托板图纵、横向结构示意图自动转位刀架的设计自动转位刀架的设计是普通机床数控化改造的关键。它要求刀架要具有抬起、回转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回转直径的条件下，提供选用的多把刀的可能性。电动刀架的安装较方便，只要将原车床上的刀架拆下将电动刀架装即可，但要注意两点（ 1）电动刀台的两侧面应与车床的横向进给方向平行。（ 2）电动刀台与系统的连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后面，再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线，走线到系统。其好处在于：避免走线杂乱无章，而使得加工时切屑、冷却液以及其它杂物磕碰电动刀架系统。下面是数控改造位刀架工作原理图本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 35 页 1 刀架 2 固定安装丝杠 3 安全离合器 4 电机图自动转位刀架工作原理图本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 35 页 3 纵向进给系统的详细设计与计算经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必象产品设计要求的那么高，而从改造方便，实用方面来考虑。一般都把步进电机放在纵向滚珠丝杠的左端。脉冲当量的确定根据设计任务的要求 , 横向进给脉冲当量： 0 5 m m / 脉冲，纵向进给脉冲当量：0 m m / 脉冲。切削力的计算电机初步估算转速为 1500r/进给速度m a x 4 m / m 根据机械设计手册可知式中为滚珠丝杠的基本导程丝杠的最大移动速度 mm/ 丝杠副最大相对转速 r/ i 传动比则 4000 2 . 1 3 m 2 5 1 5 0 0所以根据滚珠丝杠基本导程的基本系列可在机械设计手册中查到 6 m 。已知条件工作台重量 9 5 k g 9 5 0 步距角 0 /se 滚珠丝杠基本导程 0 6行程 6 脉冲当量 0 . 0 1 m m /p 本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 35 页快速进给速度 m a x 4 m / m 切削力计算由机床设计手册可知，切削功率 cp p k式中 p 电机功率，查机床说明书，；主传动系统总效率，一般为； k 进给系统功率系数，取为。则 7 . 5 0 . 6 5 0 . 9 6 4 . 6 8 k 又因为切削力应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力和最大切削速度来计算，即 31060 所以 360 10cZ pF v式中 v 切削线速度 m/取 150m /m ；主切削力 N 。主切削力 36 0 4 . 6 8 1 0 1 8 7 2 由机床设计手册中可得知，在一般外圆车削时 1 0 51 0 0 . 5 0 . 5 1 8 7 2 9 3 6 0 . 6 0 . 6 1 8 7 2 1 1 2 3 . 2 滚珠丝杠螺母副的设计及计算（ 1）工作载荷 p 的计算工作负载的数值可机床设计手册中进给牵引力的实验公式计算，对于综合导轨 P X F f F W W 本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 35 页式中 F、为向上的切削力； W 为工作台的重量 950N ； f 导轨的摩擦系数 , 0 0 f ，取为 k 考虑颠覆力矩影响的实验系数 , 。则 1 . 1 5 9 3 6 0 . 1 6 1 8 7 2 9 5 0 1 5 2 7 . 9 2 （ 2）最大动载荷66010 ii 式中为滚珠丝杠当量转速；使用寿命时间 15000h 。由以上条件，可以确定步进电机与滚珠丝杠齿轮之间的传动比 0 0 . 7 5 6 1 . 2 53 6 0 3 6 0 0 . 0 1 由于电机轴与滚珠丝杠之间是降速传动，所以滚珠丝杠的转速为 m a x 11 1 5 0 0 r / m i n 1 2 0 0 r / m i 2 5nn i 电机由机械设计手册可知，当量转速 m a x m 取r/ 则 1 2 0 0 1 6 0 0 . 5 r / m i 取 6 0 0 r/m 则 666 0 6 0 0 1 5 0 0 0 5 4 0 1 010 转本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 35 页最大动负载 3Q i P H F f f 其中滚珠丝杠的轴向力；寿命值；运动系数；硬度系数。根据工作负载； 1；则 3 5 4 0 1 . 2 1 5 2 7 . 9 2 1 1 4 9 3 0 . 6 9 根据最大动负载选择滚珠丝杠的型号。可在机械计手册中查到适合的滚珠丝杠。型号为 C M F Z D 4 0 0 6 3 . 5 3额定动载荷 18800N ，所以强度足够用。（ 3）效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率0为 0 ta n 式中为螺旋升角；为摩擦角。 00d 其中 0 0 6a r c t a n 2 4 43 . 1 4 4 0a r c 滚珠丝杠副的滚动摩擦系数 0 3 0 4f ,其中摩擦角可计算为 a r c t a n 1 2f 则本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 35 页 02 4 4 0 . 9 3( 2 4 4 1 2 )（ 4）刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，将引起基本导程0 滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量1L为 00 S 式中 0L 滚珠丝杠的基本导程工作负载 N ； E 弹性模量， 622 0 . 6 1 0 N / c ； S 滚珠丝杠截面积（按内径定） 2 滚珠丝杠截面积 22 其中 0 22d d e R 式中 e 滚珠丝杠滚道圆弧偏心距； R 滚道圆弧半径。其中 c o 式中滚珠直径；接触角。根据机械设计手册中的滚珠标准系列选 4； 045 则本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 35 页 1 . 0 4 1 . 0 4 4 2 . 0 8 m 04c o s 2 . 0 8 c o s 4 5 0 . 0 5 7 m 0 2 2 4 0 2 0 . 0 5 7 2 2 . 0 8 3 5 . 9 5 m md d e R 2223 . 5 9 5 3 3 . 1 4 1 0 . 1 4 7 c 因此 600 61 5 2 7 . 9 2 0 . 6 4 . 3 9 1 0 c . 6 1 0 1 0 . 1 4 7S 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量1L很小，可忽略。即 0所以，导程变形总误差 L总为 601 0 0 1 0 0 4 . 3 9 1 0 7 . 3 1 m / 6 总查表可知 3级精度滚珠丝杠允许的螺距误差（ 1米）长为 19m/m ，故刚度够用。（ 5）稳定性验算由于滚珠丝杠两端采用固定支承，所以稳定性没有问题。齿轮传动的计算有关齿轮计算传动比 i 0 0 . 7 5 6 1 . 2 53 6 0 3 6 0 0 . 0 1 故取 1 32z ； 2 40z ； 2m ； 20 ； 20 ； 11 2 3 2 6 4 m md m Z 本科毕业设计说明书（论文）第 20 页共 35 页 22 2 4 0 8 0 m md m Z 11 2 6 8 m d h 22 2 8 4 m d h 12 6 4 8 0 7 2 m 步进电动机的选择（ 1）工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 2 2 2 21180 1 8 0 0 . 0 1( ) ( ) 9 5 5 5 . 5 k g g m m 5 . 5 5 N g c 1 4 0 . 7 5 丝杠的转动惯量 44 17 . 8 1 0 L 式中 D 滚珠丝杠的公称直径； 1L 丝杠长度。则 4 4 2 27 . 8 1 0 4 1 5 0 2 9 . 9 5 2 k g g m m 2 . 9 9 5 2 N g c 齿轮的转动惯量 4 4 21 7 . 8 1 0 6 . 4 2 2 6 . 1 7 N g c 4 4 22 7 . 8 1 0 8 2 6 3 . 9 N g 电机的转动惯量很小可忽略。因此，总转动惯量 2 1 122211 ( 2 9 9 . 5 2 6 3 . 9 ) 2 6 . 1 7 5 . 5 5 2 6 4 . 3 N g c 2 5s Z J J （ 2）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩 m a x 0 M M 本科毕业设计说明书（论文）第 21 页共 35 页最大切削负载时所需力矩 0a t f M M M 快速进给时所需力矩 0 M 式中空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的摩擦力矩； 0M 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；切削时折算到电机轴上的加速度力矩；折算到电机轴上的切削负载力矩。 41 0 N g 6a 当 m a xm a x 4 0 0 0 1 . 2 5 8 3 3 . 3 3 r / m i 4m a x 2 6 . 4 3 8 3 3 . 3 3 1 0 9 . 1 7 7 N g m 9 1 . 7 7 k g f g c 6 0 . 0 2 5 当 a 0010001 0 0 0 1 5 0 0 . 3 1 . 2 5 1 4 2 . 1 7 r / m i 1 4 2 1 6f i 42 6 . 4 3 1 4 2 . 1 7 1 0 1 . 5 7 1 5 . 7 k g f g c 6 0 . 0 2 5 g m 00 022f FL f W LM i h i 当时，时 0 . 1 6 9 5 0 . 6 1 . 4 5 2 2 k g f g c m 1 4 . 5 2 2 N g c . 1 4 0 . 8 1 . 2 5 本科毕业设计说明书（论文）第 22 页共 35 页 00 20012i 当0 时预加载荷 13则 220001 9 5 .

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