数控技术毕业设计[1]的[1]

1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)江西农业工程职业学院毕业论文（设计）浅谈数控加工与编程学生指导教师专业数控技术层次大学专科班级学号1江西农业工程学院科研处制原创性声明本人声明所呈交的毕业论文（设计）是我个人进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，已在毕业论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。学生签名： 时间：年月日关于论文（设计）使用授权的说明本人完全了解江西农业工程职业学院本、专科毕业论文（设计）工作条例（暂行规定）对：“成绩为优秀毕业

2、论文（设计） ，江西农业工程职业学院将有权选取部分论文（设计）全文汇编成集或者在网上公开发布。如因著作权发生纠纷，由学生本人负责”完全认可，并同意江西农业工程职业学院可以以不同方式在不同媒体上发表、传播毕业论文（设计）的全部或部分内容。江西农业工程职业有权保留送交论文（设计）的复印件和磁盘，允许论文（设计）被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编论文（设计）。 保密的毕业论文（设计）在解密后应遵守此协议学生签名：时间：年月日密级：第一章 、综合作业的目的、要求和参考题目第一节、综合作业的目的()生学完技术基础课和专业课，特别是数控技术及应用课程之后进行的。是培养工程技术人员

3、理论联系实际、解决生产实际问题能力的重要步骤，它起到毕业设计的作用。机电一体化专业综合作业是以机电一体化的典型课题- 数控机床的应用和设计为主线，通过对数控机床加工程序的编制、数控系统设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分设计、计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生综合运用所学的机械、电子和微机的知识，进行一次机电结合的全面训练。从而培养学生具有加，编程能力、初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机、电方面技术问题的能力。第二节、综合作业的内容及要求综合作业要求学生在全面了解一台数控设备的使用和设计过程的基础上，完成以下内容：一、数控加工程序的编制（ 1）零件工艺分析及确定工艺路线。

4、（ 2）选择数控机床设备。（ 3）确定装夹方法及对刀点。（ 4）选择刀具。（ 5）确定切削用量。（ 6）编制加工程序。二、进给伺服系统机械部分设计计算(1) 确定脉冲当量。(2) 滚珠丝杠螺母副的计算和选型。(3) 滚动导轨的计算和选型。(4) 进给伺服系统传动计算。(5) 步进电机的计算和选用。(6) 设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。三、单片微机控制系统的设计（ 1）控制系统方案的确定及框图绘制。（ 2） 8031 单片微机及扩展芯片的选用。（ 3） 1O 接口电路及译码电路的设计（ 4）设计绘制一台数控机床单片微机应用系统电路原理图。第三节、综合作业的工作量一、图纸部分(1)

5、进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图(2) 单片微机应用系统电路原理图一张(A1(A0 图纸一张图纸一张 )。)。二、说明书部分·说明书是综合作业整个设计计算过程的叙述说明，应包括以下内容:(1) 加工程序的编制及说明。(2) 控制系统总体方案的分析及控制框图。(3) 机械部分设计计算、结构设计说明。(4) 硬件电路部分设计说明。说明书应不少于 8000 字第四节、考核方法、考核内容及成绩评定一、考核内容学生接到综合作业题目以后， 首先必须仔细阅读本指导书的内容， 以求对设计的内容和要求有一全面系统的了解， 并熟悉书中及书后附录中的资料， 然后再按照指导书的步骤逐项进行，应避免在没有消

6、化理解资料的情况下生搬硬抄。二、考核方法学生在完成作业的每一项之后，必须由指导教师审核并签字盖章。三、考核评定学生完成全部作业后，统一由学校组织考核小组，对学生完成综合作业的情况，以及对下述考核内容掌握情况评定成绩。下面列出综合作业各部分的考核点：l、进给伺服系统机械部分考核点(1) 滚珠丝杠螺母副如何预紧？(2) 怎样保证滚珠丝杠螺母的螺母座与两端支承同心?(3) 滚珠丝杠所受的辆向力如何通过支承件传递到床身上?(4) 滚珠丝杠上的向心推力球釉承如何预紧?（ 5）齿轮传动副如何消除齿侧间隙 ?（ 6）消隙齿轮装配过程是怎样的 ?（ 7）步进电机在齿轮箱体上怎样定位?（ 8）滚动导轨怎样预紧

7、?(9) 贴塑导轨摩擦系数多少 ?应该贴在导轨的什么部位 ?(10) 各部件的配合表面应该采用什么性质的配合及精度等级?(11) 设计和装配时，如何保证滚珠丝杠在垂直面和水平面内与机床导轨的平行度?（ 12）在什么情况下需要对滚珠丝杠进行预拉伸?怎样进行预拉伸 ?2、微机数控系统电路设计部分考核点（ 1）各芯片名称及功能。（ 2） 8031 的四个 10 口的功能。（ 3）线选法地址译码方法。（ 4）全地址译码方法及各芯片地址编码。（ 5）扩展 10 口芯片口地址。 "（ 6） 8155 或 8255 可编程接口芯片各10 口输入、输出情况及控制字。（ 7）键盘及显示接口电路工作原理

8、。（ 8）扩展数据存储器及程序存储器地址范围？为什么必须允许地址重叠(即独立编址 )？（ 9）步进电机环形分配器工作原理、硬件环配芯片备引脚的功能。（ 10）光电隔离电路工作原理。（ 11）高低压驱动电路工作原理。（ 12）其他辅助电路，如越界报哲电路、复位电路、时钟电路系工作原理。四、综合作业的参考题目一、数控机床加工程序编制以下题目所选用的数控车床或数控铣床可以按照例题中的经济型数控机床的规格参数去编程，也可以选用自己熟悉的数控机床去编程。（ 1）如图 l-l 所示零件，毛坯为 5mm 棒料，材料为 45 钢， HBS=235，尺寸及表面粗糙度见图。试编出精加工程序单（各表面留余量均为 0

9、.2mm ）。图 1-l（ 2）如图 1-2 所示零件，毛坯为 65mm 棒料，材料为 45 钢， HBS=235 ，其全部加工 (粗加工、半精加工、精加工 )在数控车床上完成，试安排加工工艺路线，绘制刀具布置图，编制加工程序单。图1-2（ 3）如图 1-3 所示零件，毛坯已按零件形状铸成铸件，材料为可锻铸铁，HBS=220一 260。表面加工余虽为4mm。图1-3（ 4）如图 1-4 所示凸轮，毛坯采用可锻铸铁，铸造成形，工件硬度HBS=230 ，凸轮两端面及 4mm 孔已加工完毕。凸轮周边的余量为3mm，须在数控铣床上加工，试编制其加工程序。图 1-4（ 5）如图 1-5 所示零件，毛坯采

10、用铸钢铸造成形，材料为中碳钢，工件两端面及20m 孔已加工完毕，圆弧与直线组成的周边轮廓加工余量为控铣床上加工，试编制加工程序。HBS=160 200，2mm 需在数图 1-5（ 6）如图 1-6 所示板状零件 40mm 孔及 A 、 B 表面已加工好。零件材料为钢HBS=150 ，现在 XH754 卧式加工中心上铣四周平面和钻4 一 12mm 孔试编制其加工程序。要求，1)零件四周余量l 毫米，一次铣成，编加工程序时，利用刀具位置偏置；2)编制钻 4 一 12 孔加工程序时，利用固定循环。编制程序时的刀具T ，主铀转速S，进给速度F 可参考实例的程序的工艺规程卡来确定（ 7）如图 l-7 所

11、示板状零件 40mm 孔及 A 、B 表面已加工好。现在工中心上铣四周轮廓和加工4 一 Ml6 螺纹孔 (钻底孔、孔端倒角、攻螺纹HBS=150 ，试编制其加工程序。要求：XH754 卧式加)。零件材料为钢l) 零件四周余量 lmm，一次铣成编加工程序时，利用刀具半径补偿。2)编制加工4 一 M16 螺纹孔程序时，利用固定循环。图 l-7二、进给伺服系统机械部分设计题目将以下普通车床改造成用MCS 一 51 系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电机开环控制，纵例和横向均具有直线和圆弧插补功能。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。 设计参数如表1-1 所示。要求计算和设计一个坐标系

12、统的进给伺服机构；题目如下 :(l)、CA6140(或 C6140、C620、 C620-1 等) 普通车床微机数控化改装设计。(2) 、C6150普通车床微机数控化改装设计。(3) 、C6163( 或 C630) 普通车床微机数控化改装设计。(4) 、C6132( 或 C616) 普通车床微机数控化改装设计。(5) 、 4OOmm经济型数控车床进给伺服系统机械结构设计。(6) 、 50Omm经济型数控车床进给伺服系统机械结构设计。(7) 、 630mm经济型数控车床进给伺服系统机械结构设计。表 1-1 、经济型数控车床设计及改装技术参数最大加工最大留板及刀刀架快移最大进给主电启动速度速度规格

13、直径（ mm） 加工架重力（N）定位精机功加速（ mmin）(mmin)（型号）长度度（ mm） 率时间面鞍上纵向横向纵向横向纵向横向（ mm）(KW)（ ms）上4002107501006002.41.20.60.3±7.530400mm100000.015CA6140C620)5002807501107002.41.20.60.3±5.530500mm100000.015C615063035014001208002.01.00.50.2±1035630mm2900050.015C6163CW61633201757008005002.41.20.80.4

14、7; 0.014.525320mmC6132C616以下经济型数控铣床的设计或改造设计要求, 采用 MCS一 51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，要求计算、设计和绘制一个坐标系统的进给伺服机构，具体设计参数见表 1-2 ，题目如下 :(8) 、 X52K立式铣床 ( 或 X62W万能铣床 ) 微机数控化改装设计。(9) 、 X53K立式铣床微机数控化改装设计。(1O) 、工作台面宽度32Omm(或25Omm,2OOmm)经济型数控铣床进给伺服机构设计。表 1-2 、经济型数控铣床设计及改装设计技术参数工作台行工作台及加具工作台尺程(mm)工件重力 (mm)寸（长&

15、#215;宽工作台快进给速度移速度（ mmin）（ mmin）主电启动定位精机功加速度率时间mm）纵横（mm）纵向横向纵向横向纵向横向(KW) （ms）向向320× 12506824300050001.61.60.60.6(K52X)00400× 16008830350055001.41.40.60.6(X53X)00±0.017.530±0.011030以下题目为经济型数控台钻X-Y工作台设计，此台钻用于加工印刷电路板之小孔，采用步进电机，点位控制，不要求具备插补功能，具体设计技术参数见表1-3 ，题目如下 :(11)、数控台钻 X-Y工作台进给伺服系

16、统设计。表 1-3 、数控台钻 X-Y工作台设计参数最大转孔工作台最大移动速度启动加速直径工作台加工范围（ mm）（mmin）定位精度时间加工材（mm）料(mm)X向Y向X向Y向（ms） 42001601.61.6±0.0125青铜 51801401.41.4±0.0125青铜 61601201.21.2±0.0125青铜三、单片微机控制系统硬件电路设计数控机床控制系统可以采用MCS-51系列单片机、 也可以采用其他CPU作为控制器， 控制系统中要求包括程序存储器、数据存储器、IO接口、键盘、显示等外设。题目如下：（ 1）、经济性数控车床控制系统硬件电路设计。应包

17、括车螺纹用的光电脉冲发生器和自动回转刀架的 IO接口。（ 2）、经济性数控铣床控制系统硬件电路设计。（ 3）、数控转台 X-Y工作台控制系统硬件电路设计。第二章微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分机械部分和电气部分进行设计计算。现以机电一体化的典型产品-数控机床为例，分析总体方案拟定的内容和应该考虑的问题。机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容: 系统运动方式的确定，伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。一般应根据设计任务和要求提出数

18、个总体方案，从经济性、环保、运动精度、可靠性、操作方便等多个方面进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。总体方案的确定没有唯一的结论。总体方案设计的内容包括：一、系统运动方式的确定：数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线系统和连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。二、伺服系统的选择：伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。三、执行机构传动方式的确定：为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。在设计中应考虑以下几点:1) 、尽量采用低

19、摩擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。2) 、尽量消除传动间隙。例如采用消除齿轮等。3) 、提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副等。四、计算机的选择随着技术的发展， 用于机电一体化系统的计算机也发生着不断的变化，从单片机、 DSP、PC机都可以使用，对于性能要求较高的系统，还可以采用多CPU结构；在总体方案设计时，就需要根据设备的要求，并考虑将来的改进，选定最合适的计算机，并不是越先进越好。第二节总体方案设计举例例 1、将普通车床改造成经济型数控车床。1、设计任务将

20、CA6140普通车床改造成用 MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床。 要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率：纵向： 0.Olmm, 横向： O.0O5mm。设计参数如下，最大加工直径:在床面上40Omm在床鞍上2lOmm最大加工长度:10OOmm快进速度：纵向2.4mmin横向1.2 mmin最大切削进给速度:纵向0.5mmin横向0.25了 min代码制 :ISO脉冲分配方式:逐点比较法输入方式 :增量值、绝对值通用控制坐标数 :2最小指令值 :纵向0.Olmm脉冲横向0.0O5mm脉冲刀具补偿量：099.99mm进给传动链间隙补

21、偿量:纵向0.l5mm横向0.075mm自动升降速性能:有2 、总体方案确定(1) 、系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。(2) 、计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于 MCS-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， 具有很高的性能价格比等特点，决定采用 MCS-51系列的 8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、10接口及光电隔离电路、

22、步进电机功率放大电路等组成。 系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用两排数码管显示加工数据及机床状态等信息。(3) 、机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动 精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。系统总体方案框图见图3-1 。图 1经济型数控车床总体方案框图第四章机床进给伺服系统机械部分设计计算伺服系统机械部分设计计算内容包括 : 确定系统的负载、确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向

23、元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图及零件工作图等。现分述如下:第一节、确定系统脉冲当量一个进给脉冲，使机床运动部件产生的位移量，称为脉冲当量，也称为机床的最小设定单位。 脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。 经济型数控车床铣床常采用的脉冲当量是 0.01 0.005mm脉冲，经济型数控磨床经常采用脉冲当量为0.002 0.00lmm 脉冲。脉冲当量有时也由设计任务书中直接给出。第二节、切削力计算在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都需要用到切削力，常用的计算切削力的方法有：1、用经验公式计算主切削力：简单而实用。2、按切削用量计算切削力：较准确。3

24、、按照机床主电机功率计算：上面介绍的按切削用量计算切削力虽然比较准确，但只能适用于加工某种工件的专用机床， 对于通用机床的数控化改造或设计通用的经济型数控机床来说，切削用量选择的范围较大， 这样将会导致切削力计算结果差别很大；这就需要按照进行数控改造设计的普通车床的主电机功率来计算切削力。第三节、滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型: 确定滚珠循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。结构类型确定之后，再计算和确定其他技术参数，包括: 公称直径 d。 ( 或丝杠外径d) 、导程 L0、滚珠的工作圈数 j 、列数 K、精度等级等。滚珠丝杠副的计算步骤如下 :一、计算进给率

25、引力 Fm:作用在滚珠丝杠上的进给率引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。因而其数值大小和导轨的型式有关。二、计算最大动负载C选用滚珠丝杠副的直径d0 时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C。三、计算最大静负载C当滚珠丝杠副在静态或低速 (n lOrmin) 情况下工作时， 滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生塑性变形， 当塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。 产生这样大的塑性变形量时

26、的负载称为允许的最大静负载C。四、传动效率计算五、刚度验算滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑引起轴向变形的各种因素。包括：1、 的拉伸或压缩变形量 1 在总的变形量中占的比重较大。2、 滚珠与螺纹滚道间接触变形量 2 在总变形量中也占比较大的比重。3、支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形量 3。4、滚珠丝杠的扭转变形引起导程的变化量 4。5、螺母座及轴承支座的变形。因此，滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算 1、 2和 3之和应不大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。六、稳定性验算。对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向

27、负载时，应验算其有没有产生向弯曲 ( 失稳 ) 的危险。七、滚珠丝杠螺母副几何参数计算。八、滚珠丝杠副的精度等级。九、滚珠丝杠副的标注方法。滚珠丝杠副的种类、 结构、 计算方法和参数， 可在网上查到， 国内的生产厂家很多，常用的有：济宁丝杠厂、南京工艺设备厂等。第四节、滚动导轨的计算和选型目前，滚动导轨在数控机床上的应用非常广泛， 因为其摩擦系数小， f=0.0025-0.005; 动、静摩擦系数很接近，且几乎不受运动速度变化的影响，运动轻便灵活，所需驱动功率小 , 摩擦发热小， 磨损小，精度保持性好, 低速运动时不易出现爬行现象，因而定位精度高。滚动导轨的设计包括选择结构形式，确定预紧方式，

28、计算和确定几何参数。一、选择滚动导轨的结构形式滚动导轨可分为滚动体不作循环运动的直线运动导轨和滚动体作循环运动的直线运动导轨两大类。二、滚动导轨预紧方式的确定常用的预紧方法有两种 : 采用过盈配合或采用调整元件，三、滚动导轨几何参数的确定包括：1、滚动体尺寸和数目的选择2 、滚动导轨的长度四、滚动导轨承载能力的计算计算承载能力时，要求滚动体的最大载荷不得超过许用载荷，其计算步骤如下:(1) 、计算最大载荷时所需原始数据G ：运动部件 ( 包括工件 ) 重力 (N);Xp、 Yp、 Zp:在不利的工作条件下切削力作用点的坐标Xg、 Yg:运动部件( 包括工件 ) 重心的坐标(cm);(cm);(

29、2) 、计算导轨所承受力矩： Mx、 My、 Mz(3) 、计算导轨反作用力 A、 B、C和滚动体的平均负载(4) 、计算导轨端部滚动体的最大负载(5) 、滚动体许用负载的计算五、滚动导轨的刚度验算。滚动导轨应验算其接触刚度，即验算接触变形 的大小。第五节、进给伺服系统传动计算由于步进电机的工作特点是一个脉冲走一步，每一步都有一个加速过程，因而对负载惯量很敏感。为满足负载惯量尽可能小的要求，同时也为满足一走的脉冲当量，常采用齿轮降速传动。当机床脉冲当量滚珠丝杠导程L。确定以后，可以先初选步进电机的步距角，用下式计算进给伺服系统的传动比i ：i=(360 p)(bL0)式中 : p :脉冲当量(

30、mm步 );L 。 :滚珠丝杠的基本导程 (mm); b :步进电机的步距角。第六节、步进电机的计算和选用选用步进电机时，必须首先根据机械结构草图计算机械传动装置及负载折算到电机轴上的等效转动惯量， 分别计算各种工况下所需的等效力矩， 再根据步进电机最大静转矩和起动、运行矩频特性选择合适的步进电机。包括：一、转动惯量计算1 、齿轮、轴、丝杠等圆柱体惯量计算。2 、丝杠折算到电机轴上的转动惯量。3 、工作台折算到丝杠轴上的转动惯量。4 、丝杠传动时传动系统折算到电机轴上的总转动惯量。二、电机力矩的计算电机的负载力矩在各种工况下是不同的，须分别计算快速空载起动时所需力矩、快速进给时所需力矩和最大切

31、削负载时所需力矩等几部分。三、步进电机的选择1、 首先根据最大静转矩，初选电机型号。必须特别注意，这样初选出来的步进电机型号并不一定能满足实际工作时的要求，也就是说， 尽管最大静转矩坞瞄数值能满足要求， 但是并不能保证在快速空载起动和运行时不失步。 所以还必须用起动矩频特性和运行矩频特性两条重要的性能曲线来检查所选步进电机的型号是否能满足要求。2 、计算电机工作频率可以分别计算快速进给时步进电机的最大空载起动频率和切削时的最大工作频率。3 、校核 步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。步进电机由于本身性能的限制，其起动频率一般都较低，带负载时的起动频率约为数百赫芝。而数控系统要求的工作频率通常都

32、远远大于起动频率。 因此必须采用升降速措施。步进电机以较低的频率起动后，逐渐升速，以保证不失步，升速到规定的运行频率后，开始恒速运行，在到达终点前，要逐步降速，降到起动频率以下，以保证准确定位。升降速控制是由软件实现。在采用升降速控制以后，如果步进电机起动力矩还不能满足要求，还可采用高低压驱动功放电路，将步进电机起动力矩再扩大一倍左右。国内生产步进电机的厂家很多，可在网上查到相关资料。第七节、进给伺服系统机械部分的结构设计在对伺服系统进行了运动和动力计算， 已选定滚珠丝杠螺母副规格型号， 步进电机型号，降速齿轮几何参数之后，就可进行结构设计。对于经济型数控机床进给伺服系统设计和普通车床微机数控

33、化改造设计中，应该注意以下问题:一、尽量减少普通车床数控化改造设计时的改动量对于普通车床数控化改造设计时在满足机床总体布局的前提下应尽可能利用原来的零、部件，尽量减少改动量。尤其是对机床上较大的部件，例如床身、床鞍、工作台等，尽量利用原来的部件，作少量的加工改造。这样可以大大的降低成本，缩短制造周期。在进行经济型数控机床设计时，虽然结构尺寸不像改造设计那样限制严格，但也应参考同类型机床。在初步计算以后，再进行类比，使结构尺寸比较紧凑合理。二、要求设计完整清楚的进给伺服机构装配图在设计绘制进给伺服机构装配图时，要求视图完整，按一定的比例画出主视图，向视图和必要的剖面图。要能清楚完整地表达出装配图

34、中每- 零件的几何形状和尺寸，应能拆出零件图。图中需标出必要的尺寸和配合，例如: 电机止口和箱体配合处，轴承外圈和箱体内孔之间，轴承内孔和轴之间均应标注尺寸和配合。三、设计时注意装配的工艺性在设计绘制进给伺服机构时， 应注意装配工艺性， 考虑到正确的装配顺序， 保证安装、调试、拆卸方便。四、要求标注清楚装配图的技术条件绘制机械装配图时，应标注必要的技术条件。例如要求滚珠丝杠中心与导轨平行度在水平及垂直方向在全长上应小于 0.O5mm(中型机床 ); 丝杠的轴向窜动量应小于 0.Olmm，纵向进给丝杠两端的支承距安装基准面的尺寸应相同，以保证在水平面内丝杠与导轨平行度。而在垂直面内可利用安装螺钉

35、的过孔调整，当丝杠与导轨平行度达到要求以后，再紧固螺钉并打上定位销。五、消隙齿轮安装调整要方便。第八节、经济型数控机床进给伺服系统设计计算实例将 - 台 CA6140普通车床改造成微机数控车床，采用 MCS-51系列单片机控制系统，机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，具有升降速控制功能。其主要设计参数如下加工最大直径:在床面上 4OOmm在床鞍上 21Omm步进电:加工最大长度:10OOmm溜板及刀架重力:纵向横向刀架快速速度:纵向横向最大进给速度:纵向横向800N600N2.4mmin1.2mMin0.6mmin0.3mmin主电机功率 :7.5kW起动加速时间:30ms机床定位精度:

36、77; 0.015mm此机床进给伺服系统运动及动力计算如下：一、进择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向:0.01mm 步，横向:0.005mm步 ( 半径 ) 。二、计算切削力1、纵车外圆主切削力 Fz (N) 按经验公式估算:1.5Fz=0.67Dmax1.5按切削力各分力比例: F z :F x:F y =l:0.25:0.4Fx = 5360 x 0.25 = 1340Fy = 5360 x 0.4 = 21442、横切端面主切削力 Fz (N) 可取纵切的 12:此时走刀抗力为F y(N) ，吃刀抗力为 F x(N) 。仍按上述比例粗略计算 :F z:F y:F x=1:0.2

37、5:0.4Fy=2680 x 0.25 = 670F x=2680 x 0.4 = 1072三、滚珠丝杠螺母副的计算和选型(-) 、纵向进给丝杠1、计算进给率引力Fm(N)纵向进给为综合型导轨：Fm KF xf ' (Fz G)1.1513400.16(5360800)2530式中： K 考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K 1.15;- 滑动导轨摩擦系数 :0.15-0.18;G -溜板及刀架重力: G = 800N。2、 计算最大动负载c:式中 :L0滚珠丝杠导程，初选L =6mm;0vs最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（12 13），此处 vs 0.6mmin ；f

38、w 运转系数，按一般运转取 fw 1.2 1.5 ；L寿命、以 106转为 1单位。n1000vs1000 0.60.5L0650r / minL60 n T60501500010610 645C3 L f w Fm3 451.22530 10798.7 N3 、滚珠丝杠螺母副的选型可采用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列 2.5 圈，其额定动负载为16400N，精度等级选 3级。4、传动效率计算式中： 螺旋升角，10WL4O0b =2 44' 摩擦角取 10' 滚动摩擦系数 0.003 0.004tgtg 2044'0.94tg () tg (20 44

39、9; 10' )5、刚度验算一般滚珠丝杠比较细长，它的刚度应该给与充分重视。先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图。最大牵引力为2530N。支承间距 L=15OOmm丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的13。图 4-1、纵向进给系统计算简图(1) 、丝杠的拉伸或压缩变形量 1根据 Pm=2530N,Do=4Omm,查资料可查出 LL=l.2 lO-5 ，可算出 : 1= LL× 1500=1.2 ×10-5 × 1500=1.8 × 10-2 (mm)由于两端均采用向心推力球轴承， 且丝杠又进行了预拉伸， 故其拉压刚度可以提高4倍。其实

40、际变形量 1 (mm) 为 :(2) 、滚珠与螺纹滚道间接触变形2查资料 W系列 1列 2.5 圈滚珠和螺纹滚道接触变形量 Q因进行了预紧，(3) 、支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 3采用 8107 型推力球轴承，d1=35mm，滚动体直径dQ=6.35mm，滚动体数量z=18,Fm20.0024325320.0075(mm)c0.0024326.35 182dQ Z注意，此公式中Fm单位应为 kgf因施加预紧力，故31C10.0075 0.0038mm22根据以上计算：1230.00450.00320.00380.0115mm定位精度6、稳定性校核滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作

41、稳定性校核。( 二 ) 、横向进给丝杠1、计算进给牵引力F m:横向导轨为燕尾形，计算如下:Fm'1.4 Fy'f '( FZ2Fx'G')1.46700.2( 2680 2 1072 600) 2023N2、计算最大动负载 cn1000vs10000.30.530L05L60 nT6030 1500027106106c3 L f w Fm '3 271.22.307283mm3、选择滚珠丝杠螺母副查资料， W1L20051列 2.5 圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为 8800N，可满足要求，选定精度为 3级。4、传动效率计算tgtg 4

42、033'0.965tg ()tg( 40 33' 10' )5、刚度验算横向进给丝杠支承方式如图所示，最大牵引力为2425N，支承间距 L=45Omm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。计算如下:(1) 、丝杠的拉伸或压缩变形量 1(mm)查图 4-6 ，根据 F'm2023N， D。 =2Omm，查出 L L=5*lO -5 ，可算出1LL 4.2 105450 1.89 10 2 mmL图 4-2 、横向进给系统计算简图(2) 、滚珠与螺纹滚道间接触变形2查资料：因进行了预紧 2=12 Q m(3) 、支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3采用 810

43、2 推力球轴承，dQ=4.763,z=12 ， d=l5mmc0.00243p'm20.00243202.320.0094(mm)dQz 24.763 12 2考虑到进行了预紧，故110.00940.0047mm32 c2综合以上几项变形量之和:1230.01890.00430.00470.0279mm显然此变形量已大于定位精度的要求， 应该采取相应的措施修改设计， 因横向溜板空间限制，不宜再加大滚珠丝杠直径，故采用贴塑导轨减小摩擦力，从而减小最大牵引力。重新计算如下:F 'm1.4F 'yf '( Fz2FxG')1.46700.04(26802 1072600)1155N从资料查出，当Fm =1155N时， LL=2.4*lO -51LL 2.4 105450 0.0108