C6180普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）含開題及4張CAD圖
C6180普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）含開題及4張CAD圖,c6180,普通,車床,數(shù)控,改造,橫向,縱向,進給,系統(tǒng),開題,cad
附件6
中期報告
（學生用表）
系（部）： 專業(yè)： 班級：
學生姓名
學號
指導教師
課題名稱
C6180普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）
簡述開題以來所做的具體工作和取得的進展或成果：
1、 1查閱相關資料，熟悉C6180普通車床工作臺系統(tǒng)的工作原理幾結構特點
2、 編寫開題報告、任務書、申請表
3、 計算機械部件的參數(shù)值
4、 用CAD繪圖
5、編寫設計說明書20頁
存在的具體問題與解決方法：
問題：
1、車床的具體機構不太了解如：橫向與縱向進給結構。
2、在使用CAD繪制圖紙時，不能按照計算出的參數(shù)繪制出一致的圖紙，編寫設計說明書的摘要時還不能具體描述出自己在設計中進行設計的關鍵，條理不清晰。
解決方法：
當遇到問題時，向指導老師請教，查看與畢業(yè)設計相關系的書籍或與同學之間探討解決問題。
下一步工作的主要研究任務、具體設想與安排：
1、 完成C6180普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）的設計，繪制需要的裝配圖及零件圖。
2、編寫完成設計說明書，并完善設計說明書，要求條理清晰
指導教師對前期工作的評價：
指導教師簽名：
年 月 日
注：1、本表可根據(jù)內容續(xù)頁；2、指導教師評價及簽名手寫，其他內容電子版填寫。
附件3
任務書
（指導教師用表）
系（部）： 專業(yè)： 班級：
學生姓名
指導教師姓名
論文（設計）題目
C6180普通車床數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）
下達任務日期
任務起止日期
主要研究內容及方法
主要研究內容：
（1） 了解目前普通車床數(shù)控化改造的必要性及優(yōu)點。
（2） 設計方案的確定與選擇
（3） 機械部分的改造
（4） 參數(shù)的選擇與數(shù)據(jù)的計算
（5） 通過計算的數(shù)據(jù)繪制CAD圖紙
研究方法：
文獻研究法、對比分析法、實驗探究法、討論研究法
主要任務及目標
主要任務：
（1）本設計任務是對C6180普通車床工作臺進行數(shù)控改造
（2）熟悉普通車床6180的工作臺基本傳動機構（橫向和縱向）。
目標：
（1）利用微型計算機改造現(xiàn)有的普通車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手動控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工機床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。
（2）利用PLC對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。
（3）C6180普通車床通過數(shù)控化改造后可以較好地解決形狀復雜、精密、小批及多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)率。
主要參考文獻
[1]王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2002.1.
[2]師鴻飛等.我國數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[N].現(xiàn)代制造,2002.
[3]周毅.數(shù)控車床在汽車制造業(yè)中的應用[N].市場縱橫,2005.
[4]白恩遠.現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術[M].北京:北京工業(yè)出版社,2002.1.
[5]許兆豐等.車工工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1980.
[6]中華人民共和國機械工業(yè)部統(tǒng)編[M].科學普及出版社.
[7]成大先等.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社.
[8]徐灝主編.新編機械設計師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.
進度安排
各階段工作任務
起止日期
查閱相關資料，熟悉C6180普通車床工作臺系統(tǒng)的工作原理幾結構特點
第1-3周
編寫開題報告、任務書、申請表
第3-4周
計算機械部件的參數(shù)值
第4-5周
用CAD繪圖
第5-7周
編寫設計說明書，要求條理清晰
第7-10周
修改、完善設計說明書
第10-12周
任務下達人簽名
任務接收人
簽名
教研室指導小組組長簽名
系部領導小組組長簽名
注：1、本表可根據(jù)內容續(xù)頁； 2、本表一式兩份，學生、系部存檔各一份；3、簽名需手寫，其他內容電子版填寫。
附件7
工作中期檢查記錄
系（部）： 專業(yè)： 班級：
姓名
學號
指導教師
檢
查
主
要
內
容
1、 畢業(yè)設計說明書已經(jīng)接近完成。
2、CAD圖紙繪制完成兩張。
1、每個星期指導老帥都會檢查本組學生的畢業(yè)設計進度和完成情況并且
都公指出不足之處從而進行詳細的講解。
2.通過詳組的記錄每次的檢自問題，并列出下次的任務，保訓畢業(yè)設計的進度。
存在的具體問題與解決方法：
問題：
在繪制CAD圖紙時，不能使用計算出的參數(shù)繪制出一致的圖紙。
方法：
當遇到問題時，向指導老師請教，查看與畢業(yè)設計相關系的書籍或與同學之間探討解決問題。
畢業(yè)論文（設計）工作領導小組意見
組長簽名：
年 月 日
注：1、本表可根據(jù)內容續(xù)頁；2、領導小組意見手寫，其他內容電子版填寫。
批附件5
開題報告
（學生用表）
系（部） 專業(yè)： 班級：
課題名稱
C6180普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）
指導教師
學生
學號
1、 課題的來源及意義
課題的來源
隨著科學技術日新月異的發(fā)展，尤其是計算機技術的不斷成熟和完善，數(shù)字化在現(xiàn)代工業(yè)方面也得到了很大的應用，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床——數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。而普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝和提高生產(chǎn)效率的要求，有些機床必然要被數(shù)控機床所代替。但是，我國很多中小企業(yè)仍有大量的普通機床，數(shù)控機床價格昂貴，投資較大，完全用數(shù)控機床替換可能性不大，而且替代下來的機床閑置起來又會造成浪費。因此，對中小企業(yè)來說走普通機床數(shù)控化改造之路是比較理想的選擇，也是提升我國機床數(shù)控化的有效途徑。
課題的意義
數(shù)控機床可以較好地解決形狀復雜、精密、小批及多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機床的應用也受到其他條件的限制。首先，數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有余而力不足；目前，各企業(yè)都有大量的普通機床。完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且被替代下的機床閑置起來又會造成浪費；在國內，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；要較好地解決上述問題，應走普通機床數(shù)控改造之路。低成本普通車床數(shù)控化改造是一項適合我國實際情況的先進適用技術，也是一項提升我國機床數(shù)控化率的有效途徑。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。
二、國內外發(fā)展狀況及研究背景
我國正處于從以勞動密集性產(chǎn)業(yè)為主向以技術密集性產(chǎn)業(yè)為主的發(fā)展階段，對自動化設備的需求會越來越大、越來越積極。機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率還不是很高。近幾年，我國機床行業(yè)經(jīng)濟增長迅速，生產(chǎn)機床的數(shù)控化率有所提升。
但是我國有各類普通機床400多萬臺，其中有1/4的機床是超過30年役齡的，這些機床已無改造價值，需淘汰更新，剩余約七成的機床是可進行數(shù)控化改造。對眾多臺普通機床實施改造和更新，可形成上千億的更新市場需求，對保持經(jīng)濟增長可發(fā)揮一定的作用。所以，華夏模具網(wǎng)表示，數(shù)控化改造工程可形成數(shù)千億元的工業(yè)增加值。
目前，我國所使用的機床中絕大多數(shù)是普通機床。普通機床數(shù)量龐大，安全問題凸顯。所以，安全問題成為制約其發(fā)展的一大阻礙。增加安全性能，提高機床本質安全水平，解決數(shù)控化程度較低、人員傷害事故頻發(fā)、安全水平較低、生產(chǎn)效率不高的問題。?
普通機床完成數(shù)控化改造后，可大幅提高機床的加工效率和自動化、智能化程度。降低了操作者接觸危險部位的可能性;操作系統(tǒng)和操作界面越來越符合人機工程學的要求，可有效減少操作者的失誤率，減少因失誤產(chǎn)生的事故。華夏模具網(wǎng)指出，機床經(jīng)數(shù)控化改造后，安全性能得到明顯改善，事故率顯著降低，將帶來巨大的安全效益
現(xiàn)在，在美國、日本和德國等發(fā)達國家，普通車床它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，加工中心正處在黃金時代。由于機床及其技術地不斷進步，機床改造技術已經(jīng)相當成熟。在美國、日本和德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已經(jīng)成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。
三、本課題的研究目標和內容
研究目標：
（1）利用微型計算機改造現(xiàn)有的普通車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手動控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工機床。
（2）利用PLC對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。
（3）C6180普通車床通過數(shù)控化改造后可以較好地解決形狀復雜、精密、小批及多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)率。
研究內容：
（1） 了解目前普通車床數(shù)控化改造的必要性及優(yōu)點。
（2） 設計方案的確定與選擇
（3） 機械部分的改造
（4） 參數(shù)的選擇與數(shù)據(jù)的計算
（5）通過計算的數(shù)據(jù)繪制CAD圖紙
四、課題研究方法及進度安排
研究方法：
文獻研究法、對比分析法、實驗探究法、討論研究法
進度安排：
（1） 第1-3周：查閱相關資料，熟悉C6180普通車床工作臺系統(tǒng)的工作原理幾結構特點
（2） 第3-4周：編寫開題報告、任務書、申請表
（3） 第4-5周：計算機械部件的參數(shù)值
（4） 第5-7周：用CAD繪圖
（5） 第7-10周：編寫設計說明書，要求條理清晰
（6）第10-12周：修改、完善設計說明書
5、 實驗方案的可行性分析
（1）初步選擇及工作臺驅動方式
（2）對工作臺數(shù)控改造關鍵部分的功能分析。
（3）力學分析。
（4）驅動系統(tǒng)選擇設計，參數(shù)確定，元器件選型
（5）機械結構設計計算，數(shù)控系統(tǒng)的選擇設計和編制程序。
6、 參考文獻
[1]王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2002.1.
[2]師鴻飛等.我國數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[N].現(xiàn)代制造,2002.
[3]周毅.數(shù)控車床在汽車制造業(yè)中的應用[N].市場縱橫,2005.
[4]白恩遠.現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術[M].北京:北京工業(yè)出版社,2002.1.
[5]許兆豐等.車工工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1980.
[6]中華人民共和國機械工業(yè)部統(tǒng)編[M].科學普及出版社.
[7]成大先等.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社.
[8]徐灝主編.新編機械設計師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.
指導教師意見：
指導教師簽名：
年 月 日
注：1、本表可根據(jù)內容續(xù)頁；2、指導教師意見及簽名手寫，其他內容電子版填寫。
附件4
指導記錄
（指導教師用表）
系（部）： 專業(yè)： 班級：
姓名
學號
指導教師
職稱/學位
畢業(yè)論文
（設計）題目
C6180普通車床數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）
日 期
指導內容
存在問題
指導
學時數(shù)
2018.03.05
首次小組指導，課題下達，指導老師根據(jù)實際情況安排畢業(yè)設計課題的分配，并詳細介紹了設計中的注意事項，布置了開題報告。
1、不確定自己的實際情況，不好定題。
2、對題目的任務不了解，選題不明確。
2學時
2018.03.12
指導老師檢查每個同學的開題報告，指出各個同學的不足之處，提出修改意見。
1、沒有找到足夠的參考資料，不足以定題。
2、對格式安排不合理
2學時
2018.03.19
指導老師再此檢查開題報告，確定沒有錯誤以后，開始講解設計章節(jié)安排，布置下一階段的任務。
找不到足夠的參考文獻。
2學時
2018.03.26
聽取各個同學對自己課題設計思路的闡述，指導老師指出其中的不足之處并對每個同學的課題的重點進行詳細解釋。
在剛剛開始的時候，好多東西都不懂，不好上手。
2學時
2018.04.02
對各個同學目前主要設計的東西進行分析，讓同學們有了清晰的思路。
帶的型號計算出來的數(shù)據(jù)不能進行校核。
2學時
2018.04.09
檢查已經(jīng)計算的部分，敦促同學盡快完成計算，指導老師對每個同學遇到的問題進行耐心的回答，并對結構設計計算提出了一些建議。
伺服電機的計算選型不合理。
2學時
2018.04.16
本次指導過程主要針對的是各個設計中的計算，強調要嚴格按照國家標準進行計算，對計算結果要嚴格檢查，不能出現(xiàn)差錯，否則無法進行下一步的工作。
對機床主傳動之間的連接不了解。
2學時
2018.04.30
對已經(jīng)繪制的零件模型進行了查閱，并指出錯誤。
軸的繪制存在疑問。
2學時
2018.05.07
對已經(jīng)繪制的零件模型進行了進一步的查閱，并催促同學們進行裝配。
對進給系統(tǒng)的大體結構不清楚。
2學時
2018.05.18
對裝配圖的進度進行了檢查，并催促同學們完成裝配圖。
基本完成的裝配圖的繪制，但是還有一些細節(jié)問題需要優(yōu)化。
2學時
2018.05.21
本次指導老師檢查了裝配圖，給出了一定的指導意見，對圖中出現(xiàn)的問題進行仔細的講解。
裝配圖中的一些細節(jié)問題還需要進一步的優(yōu)化。
2學時
2018.05.25
本次指導時，在檢查圖紙的同時，還提到了說明書的重要性，催促我們盡快完成說明書。
說明書內摘要部分需要修改，同時還有格式部分也需要修改。
2學時
2018.05.28
本次檢查指導時，基本已經(jīng)完成了老師對其中的格式字體部分進行檢查，進一步加強了格式的重要性。
對說明書內一些細節(jié)性的格式還需要修改比如：行間距。
2學時
2018.06.01
打印初稿，并交給老師查閱，老師指出問題，進行指導。
注：本表可續(xù)頁，由指導教師根據(jù)畢業(yè)論文（設計）指導工作方案和實際指導情況填寫（可電子版填寫）。
C6180普通車床的數(shù)控化改造（橫向與縱向進給系統(tǒng)）
摘 要
伴隨著科學技術的快速發(fā)展，數(shù)控技術及數(shù)控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標志。鑒于我國目前機床擁有數(shù)量大，生產(chǎn)規(guī)模小的特點，用較小的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證生產(chǎn)質量，減輕勞動強度，提高經(jīng)濟效益，而實現(xiàn)這一任務的途徑就是對普通機床進行數(shù)控化改造。
本文對C6180普通機床數(shù)控化改造進行了深入研究，主要在機床橫向與縱向進給系統(tǒng)方面進行改造。通過對原有技術參數(shù)，橫向與縱向進給系統(tǒng)，機床關鍵部件參數(shù)的計算，對原機床進行橫向與縱向進給系統(tǒng)進行數(shù)控化改造設計、對機床改造方案的選擇以及在改造中應注意的事項等進行了詳細的論述。最終經(jīng)過改造的機床達到預期的功能和精度，完全能達到預期效果。提高了普通機床的生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，改造后的機床性能更加穩(wěn)定可靠，可以有效提高工件加工精度和生產(chǎn)效率。
關鍵詞：普通機床；數(shù)控化改造；橫向與縱向進給系統(tǒng)
Abstract
With the rapid development of science and technology,the important position and great benefit of numerical control technology and CNC machine tool in the modern machinery manufacturing industry show its strategic role in the modernization of national basic industry,and have become an important part of the traditional machinery manufacturing industry to upgrade and transform and realize automatization,flexibility and integrated production. Means and signs.In view of the large number of machine tools and small scale of production in China,the backward production features of the machinery industry are rapidly changed with smaller funds,so as to make it possible to improve the degree of automation,guarantee the quality of production,reduce labor intensity and improve economic efficiency,and the way to achieve this task is to carry out this task.Numerical control transformation.
In this paper,the NC transformation of C6180 ordinary machine tools has been deeply studied,mainly in the transverse and longitudinal feed system of machine tools.Through the calculation of the original technical parameters,the horizontal and longitudinal feed systems,the parameters of the key parts of the machine tools,the numerical control transformation design of the horizontal and longitudinal feed systems for the original machine tools,the selection of the transformation scheme of the machine tools and the matters to be paid attention to in the transformation are discussed in detail.Finally,the transformed machine tool achieves the expected function and accuracy,and achieves the desired effect.The production efficiency of the common machine tool is improved,the labor intensity is reduced,the performance of the machine tool after the transformation is more stable and reliable,and the machining accuracy and production efficiency can be improved effectively.
Key words:General machine tool;Numerical control transformation;Transverse and longitudinal feed system
目 錄
引 言 1
第1章 概述 3
1.1 機床數(shù)控化改造的必要性 3
1.2 普通機床數(shù)控改造的主要優(yōu)點 4
第2章 總體方案的設計 7
2.1 設計任務 7
2.2 總體方案的論證 7
2.3 總體方案的確定 7
2.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 8
第3章 機械部分改造 9
3.1 機械部件的選擇 9
3.2 數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)的設計計算 9
3.2.1 選擇脈沖當量 9
3.2.2 算切削力 9
3.3 滾珠絲杠螺母副的計算和橫向進給絲杠的選型 9
3.3.1 進給牽引力的計算 9
3.3.2 最大動負載的計算 9
3.3.3 選擇滾珠絲杠螺母副 10
3.3.4 傳動效率的計算 10
3.3.5 剛度的驗算 10
3.3.6 校核 12
3.4 齒輪傳動比計算 17
3.5 步進電機的計算和選型 17
3.5.1 等效轉動慣量計算 17
3.5.2 電機力矩的計算 18
3.5.3 步進電機空載啟動頻率和切削時的工作頻率 20
3.6 縱向進給系統(tǒng) 20
3.7 機械部分改造 26
3.8 主軸脈沖編碼器的安裝 28
結 論 31
參考文獻 33
致 謝 35
引 言
制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經(jīng)濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機械制造裝備的競爭。
隨著機械制造生產(chǎn)模式的演變,對機械制造裝備提出了不同的要求。在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動化程度,進行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟”實現(xiàn)降低成本和提高質量的目的。從90年代開始，為了對世界生產(chǎn)進行快速響應，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實制造和快速成形制造技術。
工業(yè)發(fā)達國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導致“剛性”強,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動化程度基本上還是“一個工人，一把刀，一臺機床”，導致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定。因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達國家的差距,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重。
通過這次畢業(yè)設計，可以達到以下目的：（1）培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力；（2）強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質和創(chuàng)新能力；（3）使本人受到從事本專業(yè)工程技術和科學研究工作的基本訓練,提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力；（4）培養(yǎng)正確的設計思想和工程經(jīng)濟觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。
第1章 概述
數(shù)控機床可以較好地解決形狀復雜、精密、小批及多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機床的應用也受到其他條件的限制。首先，數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有余而力不足；目前，各企業(yè)都有大量的普通機床。完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且被替代下的機床閑置起來又會造成浪費；在國內，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；要較好地解決上述問題，應走普通機床數(shù)控改造之路。低成本普通車床數(shù)控化改造是一項適合我國實際情況的先進適用技術，也是一項提升我國機床數(shù)控化率的有效途徑。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。
1.1 機床數(shù)控化改造的必要性
（1）從提高資本效率出發(fā)，改造閑置設備，能發(fā)揮機床的原有功能和改造后的新增功能，從而提高機床的使用價值；
（2）適用于多品種、小批量零件生產(chǎn)；
（3）數(shù)控改造費用低，減少了投資額，經(jīng)濟性好。數(shù)控改造費用僅為新購一臺數(shù)控機床的15％～25％，同購置新機床相比，一般可以節(jié)省75％～85％的費用。
（4）力學性能穩(wěn)定可靠，結構受限。所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續(xù)使用，應此數(shù)控化改造使原有的機械結構更為簡單；
（5）熟悉了解設備、便于操作維修，降低了操作者的技術要求，更易提高管理水平；
（6）可充分利用現(xiàn)有的條件。可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新地基；
（7）可以采用最新的控制技術；
（8）交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。
機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結構的概念發(fā)生了根本的轉變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先驅。
數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。
1.2 普通機床數(shù)控改造的主要優(yōu)點
（1）適應性強，適合加工單件或小批量的復雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。
（2）加工精度高；
（3）生產(chǎn)效率高；
（4）減輕勞動強度，改善勞動條件；
（5）良好的經(jīng)濟效益；
（6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。
數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。
我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。隨著數(shù)控機床越來越多的普及應用，數(shù)控機床的技術經(jīng)濟效益為大家所理解。在國內工廠的技術改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術改造普通機床，并取得了良好的經(jīng)濟效益。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。可以預料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設計實例具有典型性和實用性。
第2章 總體方案的設計
2.1 設計任務
本設計任務是對C6180普通車床工作臺進行數(shù)控改造
熟悉普通車床6180的工作臺基本傳動機構（橫向和縱向）。利用微型計算機改造現(xiàn)有的普通車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手動控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工機床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。
利用PLC對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。
2.2 總體方案的論證
對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。
（1）數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定：數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求C6180車床加工復雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用點位控制系統(tǒng)。
（2）伺服進給系統(tǒng)的改造設計：數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。
（3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計：任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。
2.3 總體方案的確定
經(jīng)總體設計方案的論證后，數(shù)控化改造設計時,在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件,因此確定總體改造方案如下：
（1）拆除原車床的縱向和橫向絲杠及光杠、溜板箱及掛輪箱的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實剛性聯(lián)接；
（2）橫向驅動電機及齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對操作者)，縱向驅動電機及齒輪減速裝置安裝在機床的右端，靠近尾座的位置；
（3）要實現(xiàn)自動換刀，需拆除原手動刀架，在小拖板上安裝數(shù)控轉位刀架；
（4）為了使改造后的車床能夠加工螺紋，需要加裝主軸脈沖編碼器，以實現(xiàn)對主軸轉速的同步檢測，編碼器安裝在掛輪箱內；
（5）為使加工過程中不超程，橫縱向要安裝行程限位開關；
（6）為實現(xiàn)回參考點的動作，必須在縱橫向安裝接近開關；
（7）縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩，以防臟物、油污和切屑等進入，機床整體也要加裝防護罩，以防止加工過程中的切屑飛濺傷人；
（8）考慮到改造的成本，盡可能采用可靠性高的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。圖2-1為總體改造示意圖
圖2-1 總體改造示意圖
1.橫向滾珠絲杠副 2.橫向電機 3.橫向減速器 4.尾座 5.縱向減速器
6.縱向電機 7.支架 8.縱向滾珠絲杠副 9.數(shù)控轉位刀架 10.主軸脈沖編碼器
2.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控化改造后機床要達到的各種精度、各種性能等選擇性價比較合適的系統(tǒng),避免系統(tǒng)功能過剩,同時應考慮到原車床的精度和改造成本、周期和難易程度等各方面因素,決定選擇步進電機作為驅動元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。SINUMERIK802S base line是西門子公司專門為中國數(shù)控機床市場開發(fā)的經(jīng)濟型CNC控制系統(tǒng)。其結構緊湊,具有高度集成于一體的數(shù)控單元、機床操作面板和輸入輸出單元,機床調試配置數(shù)據(jù)少,且容易改造成功。所以最終決定選擇西門子經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK802S base line。
第3章 機械部分改造
3.1 機械部件的選擇
為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負荷的結構。齒輪傳動也采用消除齒側間隙的結構。
3.2 數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)的設計計算
3.2.1 選擇脈沖當量
根據(jù)機床精度要求選擇脈沖當量，縱向脈沖當量：0.01mm，橫向脈沖當量：0.005mm。
3.2.2 算切削力
縱向車外圓時主切削力按經(jīng)驗公式估算：
橫向切端面時主切削力可取縱向主切削力的1/2：
按切削力各分力比例：
3.3 滾珠絲杠螺母副的計算和橫向進給絲杠的選型
3.3.1 進給牽引力的計算
橫向導軌為燕尾形，計算：
其中：F為滑動導軌摩擦系數(shù)：0.15-0.18取0.16
G為溜板箱及刀架重力：
3.3.2 最大動負載的計算
，其中：L=；n=
以上公式中：L為滾珠絲杠導程，初選：L=5mm；
為最大切削力下的進給速度，可取最快的進給速度：1/2-1/3，取1/2；
f為運轉系數(shù)，按一般運轉?。篺=1.2-1.5；取1.3；
L為壽命，106轉為41單位。
n===30
L===27
C=f=N
3.3.3 選擇滾珠絲杠螺母副
根據(jù)《機械設計師手冊》（機械工業(yè)出版社出版發(fā)行）第一版上冊，CDM2005-2.5外循環(huán)管式墊片預緊導珠管埋入型滾珠絲杠副的額定動載荷為可滿足要求，選定精度為3級。
3.3.4 傳動效率的計算
=0.965
式中：螺旋升角（CDM2005-2.5），
摩擦角，
3.3.5 剛度的驗算
橫向進給絲杠支承方式如橫向進給系統(tǒng)計算簡圖見下圖3-1所示：
圖3-1 橫向進給系統(tǒng)計算簡圖
最大牽引力為：2425N支承間距因絲杠長度較短，不需預緊，螺母及軸承預緊，計算如下：
（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量：
查資料，根據(jù)，查出：因此:
=
（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：
查資料：，因進行了預緊：
（3）支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形：
采用8012單向推力球軸承(GB301-84)，，，
考慮到進行了預緊，以：
綜合以上幾項變形量之和：
顯然，此變形量已大于定位精度的要求，應該采取相應的措施修改設計，因橫向溜板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力。重新計算如下：
從資料中查出，當時，，因此
和不變，所以綜合幾項變形量之和：
此變形量仍不能滿足要求，如果將滾珠絲杠再經(jīng)過預拉伸，剛度還可以提高四倍，則：
此變形量可以滿足設計要求。
3.3.6 校核
滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向負荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度由絲杠本身的拉壓剛度，絲杠副內滾道的接觸剛度，軸承的接觸剛度，螺母座的剛度，按不同支承組合方式的計算而定。扭轉剛度按絲杠的參數(shù)計算。
（1）臨界壓縮負荷
絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。所以設計中采用兩端固定的支承方式[9]。
臨界壓縮負荷按下式計算：
(3-1)
公式3-1中：
E——材料的彈性模量；
——最大受壓長度(m)；
——安全系數(shù)，?。?
——最大軸向工作負荷(N)；
——絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙推——雙推時，見下圖，，
)
——絲杠最小截面慣性矩()：
(3-2)
公式3-2中：
——絲杠公稱直徑(mm)；
——滾珠直徑(mm)。
絲杠螺紋部分長度，取
支承跨距，絲杠全長
由公式(3-1)
可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。
（2）臨界轉速
(3-3)
公式3-3中：
A——絲杠最小橫截面：
——臨界轉速計算長度：
取，
——安全系數(shù)，一般??；
——材料的密度：；
——絲杠支承方式系數(shù)，查表得，
滿足要求。
（3）絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率
絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度的計算公式：
兩端固定：
(3-4)
公式3-4中：
——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度；
——螺母座的剛度；
——絲杠副內滾道的接觸剛度；
——絲杠本身的拉壓剛度；
——軸承的接觸剛度。
①絲杠副內滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本。
②軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本。
③螺母座的剛度可近似估算為1000。
④絲杠本身的拉壓剛度：
對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式：
(3-5)
公式3-5中：
A——絲杠最小橫截面，；
E——材料的彈性模量，E=2.11011(N/m2)；
l——兩支承間距(m)；
a——螺母至軸向固定處的距離(m)。
已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度絲杠的最小拉壓剛度（見后面計算）。螺母座剛度
絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率：
（3-6）
公式3-6中：
m——絲杠末端的運動部件與工件的質量和；
——絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度。
（4）絲杠扭轉剛度
絲杠的扭轉剛度按下式計算：
（3-7）
公式3-7中:
——絲杠平均直徑：
L——絲杠長度
扭轉振動的固有頻率:
（3-8）
公式3-8中:
——運動部件質量換算到絲杠軸上的轉動慣量(kg·m2)；
——絲杠上傳動件的轉動慣量(kg·m2)；
——絲杠的轉動慣量(kg·m2)。
由文獻[7，8]得：
平移物體的轉動慣量為:
絲杠轉動慣量：
顯然，絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，可以滿足要求。
（5）傳動精度計算
滾珠絲杠的拉壓剛度:
(3-9)
導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為300mm和100mm。
最大與最小機械傳動剛度：
最大和最小機械傳動剛度：
由于機械傳動裝置引起的定位誤差為：
(3-10)
對于3級滾珠絲杠，其任意300mm導程公差為，機床定位精度，所以，，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高[10]。
滾珠絲杠副的幾何參數(shù)：
滾絲杠副型號：CDM2005-2.5；
公稱直徑：；
導程：；
鋼球直徑：；
絲杠外徑：；
螺紋底徑：；
旋環(huán)列數(shù)圈數(shù)：；
額定動載荷；
額定靜載荷：；
接觸剛度：
螺母安裝尺寸：
3.4 齒輪傳動比計算
已確定橫向進給脈沖當量:，滾珠絲杠導程：，初選步進電機步距角計算傳動比：
考慮到結構上的原因，不能使齒輪直徑太大，以免影響橫向溜板的有效行程，所以，可采用兩級齒輪降速：
因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)取。
3.5 步進電機的計算和選型
3.5.1 等效轉動慣量計算
傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉動慣量可由下式計算：
(3-11)
其中：
為步進電機轉子的轉動慣量；
為齒輪的轉動慣量；
為齒輪的轉動慣量；
為滾珠絲杠的轉動慣量；
參考同類型機床，初選反應式步進電機其轉子的轉動慣量為：。
；
代入上式：
(3-12)
考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題，基本滿足慣量匹配的要求。
3.5.2 電機力矩的計算
機床在不同的工況下，其所需轉距不同，下面分別按各階段計算：
（1）快速空載啟動力矩：
起在快速空載啟動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下：
(3-13)
啟動加速時間：
折算到電機軸上的摩擦力矩：
附加摩擦力距：
上述三項合計
(3-14)
（2）快速移動時所需力矩：
(3-15)
（3）最大切削負載時所需力矩：
(3-16)
從上面計算可以看出，、和三種工況下，以快速空載啟動力矩最大，所以，以此項作為初選步進電機的依據(jù)。
查資料，當步進電機為五項十拍時，；最大靜力矩：
按此最大靜力矩，型反應式步進電動機的最大靜轉矩為：大于所需最大靜力矩，作為初選型號。進一步考核電機的啟動頻率特征和運行矩頻特征
3.5.3 步進電機空載啟動頻率和切削時的工作頻率
根據(jù)《機電一體化機械系統(tǒng)設計》（機械工業(yè)出版社），型反應式步進電動機允許的最高空載啟動頻率為：允許的最高空載運行頻率為所以，必須采用升降速控制和高低壓驅動電路。
圖3-2 縱向進給系統(tǒng)圖
1.縱向步進電機 2.減速齒輪 3.縱向滾珠絲杠
4.工作臺 5.套筒聯(lián)軸器 6.支撐軸
3.6 縱向進給系統(tǒng)
縱向進給傳動系統(tǒng)的改造如圖3-2所示?？v向步進電機1通過一對減速齒輪2把動
力傳遞給縱向滾珠絲杠3,再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺4做往復移動。原車床的進給箱保留,滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結構，支撐軸6通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2個互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來，結構簡單，徑向尺寸小,可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附加應力。如圖3-3所
示,滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承承座4,通過一對深溝球軸承1實現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母(圖中未畫)。
圖3-3 縱向步進電機裝配圖
1.深溝球軸承 2.消隙齒輪 3.固定銷
4.滑動軸承支撐座 5.圓螺母 6套筒聯(lián)軸器
3.6.1 設計參數(shù)
縱向最大行程（Z軸）650mm；
工作進給速度為115000mm/min；
縱向快速進給速度：15m/min；
床鞍及其他的估計尺寸（長寬高）：600mm300mm100mm；
材料選為HT200。
加工最大直徑:在床面上小于400mm,在床鞍上小于210mm;加工最大長度:1000mm;溜板及刀架重力:縱向800N,橫向600N;刀架快速速度:縱向214mm/min,橫向112mm/min;最大進給速度:縱向016mm/min,橫向013mm/min;主電動機功率:715kW;起動加速時間:30ms;機床定位精度:±01015mm。根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量,縱向脈沖當量:0.01mm;橫向脈沖當量：0.005mm。
已確定縱向進給脈沖當量=0.01，滾珠絲杠導程=6mm。
3.6.2 滾珠絲杠的計算及選擇
（1）滾珠絲杠導程的確定
在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為，設電機的最高工作轉速為，則可得絲杠導程為：
(3-17)
（2）確定絲杠的等效轉速：
最大進給速度時絲杠的轉速：
(3-18)
最小進給速度時絲杠的轉速：
（3）絲杠等效轉速為：
(3-19)
①估計工作臺質量及工作臺承重：
橫向工作臺質量：
床鞍及其他：
總質量：
圖3-4 受力分析
②確定絲杠的等效負載：
取滑動導軌摩擦系數(shù)為0.025，則絲杠所受的力為（如圖3-4所示）：
其等效負載可估算：
(3-20)
確定絲杠所受的最大動載荷：
(3-21)
查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型，型號：CDM2510-2.5。絲杠公稱直徑為φ25mm，基本導程，其額定動載荷，額定靜載荷，圈數(shù)列數(shù)=2.51，絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑24.5mm，螺母長度為125mm，取絲杠的精度為3級。在本設計中采用雙螺母墊片預緊。兩邊的軸承選為φ17mm與φ20mm。
3.6.3 校核
（1）臨界壓縮負荷
軸向固定的長絲杠在承受壓縮負荷時，應驗算其壓桿穩(wěn)定性。臨界壓縮負荷按公式(3-1)(3-2)計算：
絲杠螺紋部分長度，取
支承跨距，絲杠全長
可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。
（2）臨界轉速
由公式(3-3)
?。海?
滿足要求。
（3）絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率
由公式(3-4)(3-5)(3-6)：
已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度（見后面計算）。螺母座剛度。
絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率：
顯然，絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。
（4）絲杠扭轉剛度
絲杠的扭轉剛度由公式(3-7)計算：
(3-22)
由文獻[7,8]得：
平移物體的轉動慣量為
(3-23)
絲杠轉動慣量：
(3-24)
扭轉振動的固有頻率按公式(3-8)計算:
顯然，絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，可以滿足要求。
（5）傳動精度計算
導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為650mm和
100mm。
由公式(3-9)，最大與最小機械傳動剛度：
最大和最小機械傳動剛度：
由于機械傳動裝置引起的定位誤差據(jù)公式(3-10)：
(3-25)
對于3級滾珠絲杠，其任意300mm導程公差為，機床定位精度，所以，，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（1/3~1/5）機床定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高。
（6）伺服電機計算
扭矩的計算
①理論動態(tài)預緊轉矩
查表知3級滾珠絲杠，而
②最大動態(tài)摩擦力矩
對于3級滾珠絲杠，，
③驅動最大負載所耗轉矩
④支承軸承所需啟動扭矩
查軸承表：
對于的軸承，其，
則。
⑤驅動滾珠絲杠副所需扭矩
(3-26)
⑥電機的額定扭矩
⑦電機的選擇
根據(jù)以上計算的扭矩及文獻[12]，選擇電機型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉矩為6.7。
3.7 機械部分改造
(1)橫向進給系統(tǒng)改造
橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動，三點支承的形式，也通過雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖3-5所示。橫向步進電機1及減速器2安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?，布置一根支撐短軸11，通過套筒聯(lián)軸器10與滾珠絲杠7連接起來。右端仍利用原支承橫向進給絲杠的滑動軸承支座作為徑向支承，并對原支承處作適當改造，布置一對推力球軸承12,以承受雙向軸向力。左端則將原車床的懸空結構改為支承結構，用一個聯(lián)軸套4和一根連接短軸6把滾珠絲杠7與減速器輸出軸3連接起來，并通過一對圓螺母5實現(xiàn)對整個絲杠的預拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過螺母座9直接固定在中拖板8上。
圖3-5 橫向進給系統(tǒng)圖
1.橫向步進電機 2.減速器 3.減速器輸出軸 4.連軸套
5.圓螺母 6.連接短軸 7.橫向滾珠絲杠
8.中拖板 9.螺母座 10.套筒聯(lián)軸器
圖3-6 縱向進給系統(tǒng)圖
1.縱向步進電機 2.減速齒輪 3.縱向滾珠絲杠
4.工作臺 5.套筒聯(lián)軸器 6.支撐軸
(2)縱向進給系統(tǒng)改造：
縱向進給傳動系統(tǒng)的改造如圖3-6所示?？v向步進電機1通過一對減速齒輪2把動力傳遞給縱向滾珠絲杠3,再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺4做往復移動。原車床的進給箱保留,滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結構，支撐軸6通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2個互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來，結構簡單，徑向尺寸小,可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附加應力。如圖3-7所示,滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承承座4,通過一對深溝球軸承1實現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母(圖中未畫出)實現(xiàn)滾珠絲杠的預拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動,三點支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調整方便。步進電機通過消隙齒輪2減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6與絲杠3(見圖3-6)聯(lián)接，固定銷3防止減速器轉動。
圖3-7 縱向步進電機裝配圖
1.深溝球軸承 2.消隙齒輪 3.固定銷
4.滑動軸承支撐座 5.圓螺母 6套筒聯(lián)軸器
圖3-8 主軸編碼器裝配圖
1.ZXB-1型主軸編碼器 2.固定支架
3.MC型聯(lián)軸器 4.悶頭 5.軸X
3.8 主軸脈沖編碼器的安裝
為了使改造后的車床能自動加工螺紋,必須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件,其目的是用來檢測主軸轉角的位置,通過主軸→脈沖編碼器→數(shù)控系統(tǒng)→步進電機的信息轉換系統(tǒng),實現(xiàn)主軸轉一轉,刀架縱向移動一個導程的車螺紋運動。主軸脈沖編碼器的安裝,通常采用2種方式:（1）同軸安裝；（2）異軸安裝。同軸安裝的結構簡單,缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件,限制了零件的加工長度,因此,宜采用異軸安裝。主軸通過主軸箱中58P58和33P33兩級齒輪(實現(xiàn)傳動比1:1)把動力傳遞給掛輪軸X,主軸編碼器1通過支架2固定,并通過聯(lián)軸器3與悶頭4相連,悶頭4通過過盈配合與主軸箱內軸X連接,如圖3-8所示
結 論
通過此次畢業(yè)設計，對普通車床(縱向及橫向進給系統(tǒng))進行了數(shù)控化改造，完成了系統(tǒng)中尺寸的計算和結構的設計，并對其進行了一系列的校核，使各項性能指標都能滿足要求，說明設計的結構是合理的。然后選擇軸承和電機，并設計了床身等。由于專業(yè)知識的限制，無法對復雜的數(shù)控系統(tǒng)進行設計，但是，通過選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，對數(shù)控原理有了一定的了解，并掌握了數(shù)控系統(tǒng)的一些連接方法。最后完成了典型零件的數(shù)控程序編制，對程序的代碼加深了印象，并對現(xiàn)代數(shù)控編程增進了了解。
數(shù)控機床是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的巨大源動力，它給機械制造業(yè)帶來了高倍率的效益增長和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，高品質，高可靠性，高性價比的CNC系統(tǒng)具有豐富的功能，為數(shù)控技術的發(fā)展提供了充足的物質技術條件。同時，也給數(shù)控機床的機械結構提出了更高的要求。因此，研究一臺數(shù)控車床對現(xiàn)代加工具有重要的意義。
數(shù)控車床具有結構簡單、價格便宜、故障率低、維修簡單方便、效率高、操作編程簡單等諸多優(yōu)點，所以數(shù)控車床在很多加工行業(yè)都會成為應用的主體，隨著數(shù)控技術和機床行業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床將有著廣闊的發(fā)展前景。
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致 謝
感謝呂梁學院對我?guī)啄甑呐囵B(yǎng)！
感謝礦業(yè)工程系各個科目老師對我在學術上的諄諄教誨。在呂梁學院學習的這四年中，我不僅學到了知識，而且學到了做人的準則和嚴謹?shù)闹螌W作風。
眨眼間，四年的大學生活就在本論文的完成之際即將宣告結束。四年的不斷學習，不僅是為了今天的畢業(yè)設計，也是為今后走上工作崗位作了準備。
在一個學期的畢業(yè)設計中，在賈育秦老師和李晉老師的嚴格要求及悉心指導下，按時完成了設計任務，并在此過程中鞏固了本專業(yè)的知識，分析解決問題的能力也得到了進一步的提高。在此，謹向賈育秦老師和李晉老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！
此外，在畢業(yè)設計過程中，也得到了其他老師和同學的幫助，設計任務一直在很好的氛圍中進行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！
在此，向設計中所有提供過幫助的人表示衷心的感謝和崇高的敬意！
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