(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 优秀论文审核通过未经允许切勿外传毕业设计（论文）题目经济型数控车床设计姓名学号所在学院专业班级指导教师日期年月日毕业设计（论文）任务书学院指导教师职称学生姓名专业班级学号设计题目经济型数控车床设计设计内容目标和要求（设计内容目标和要求、设计进度等）设计内容：(1)普通车床的改造成经济型数控机床总体设计方案,(2)经济型数控机床进给伺服系统机械部分计算及校核，(3)脉冲当量的选择，(4)切削刀的计算，(5)滚珠丝扣螺母的设计计算及造型，(6)进给伺服系统的传动计算，(7)步进电动机的造型。
设计要求：(1)绘制相关机构原理图，(2)两张A0图纸,(3)计说明书一份。
指导教师签名：年月日毕业设计（论文）学生开题报告课题名称Φ320mm（工件最大回转直径）经济型数控车床改造设计课题来源课题类型 1 指导教师学生姓名学号专业班级本课题的研究现状、研究及目的一、研究现状从上世纪80年代起，机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技术和数控机床2开题报告(2)目录第一章普通车床改造成经济型数控车床总体设计方案拟定第一节总体方案的设计内容一系统运动方式的确定二伺服系统的选择三执行机构传动方式的确定四计算机的选择第二节总体方案设计的应用举例一设计任务二总体方案确定三机械传动方式第二章经济型数控机床进给伺服系统机械部分设计第一节脉冲当量的选择第二节计算切削力第三节滚珠丝杠螺母副的设计，计算及选型第四节步进电机的计算及选型第三章微机控制系统的设计第一节设计内容第二节设计步骤第三节主控制器的选择第四节存储器扩展电路设计第五节步进电机驱动电路设计第四章结束语参考文献第一章普通车床改造成经济型数控车床总体设计方案拟定第一节总体方案的设计内容机床数控系统通体方案的拟定应包括以下内容：系统的运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的机构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。
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，点倒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，例如：数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。
对点位控制的要求是快速定位，保证定位精度。
如果要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系及连续控制系统，应具有控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。
具备这种控制能力的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件。
所以李旭控制系统又称轮廓控制系统。
例如：数控铣床、数控车床等均属于此种运动方式。
在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中缺具有点位系统的功能。
二、伺服系统的选择伺服系统科飞为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统中没有反馈电路，不带检测装置，指令信号时单方向传送的，指令放出后，不在反馈回来，古称开环控制。
开环伺服系统主要有步进电机驱动。
开环伺服系统机构简单，成本低廉、容易掌握、调试和维修都比简简单方便。
闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件。
用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。
闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。
闭环系统造价高、架构和调试复杂、多用于精度要求高的场合。
半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接监测工作台的位移量，而是用检测元件测出驱动轴的转角，在间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开缓和闭环系统之间。
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，在设计机械传动时，通常提出低摩擦，低惯量、高刚度、无间隙、告谐振以及有诗意的阻尼比的要求。
在设计过程中应考虑以下几点：（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。
如采用滚珠丝杠螺母传动副（2）尽量消除传动间隙。
例如采用消隙齿轮（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的刚度。
四、计算机的选择微机数控系统是由CPU、存储器扩展电路、I10接口电路伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。
微机是数控系统的核心，其他装置均是在微机的指挥下进行工作的。
系统功能和系统中所用微机直接相关。
数控系统对微机的要求是多方面的，但主要是字长和速度。
目前，一些高档的CNC系统，已普遍使用32位微机，主机频率由5MHz提高到20-30 MHz，有的采用多CPU系统，进一步提高控制速度。
经济型CNC系统则普遍采用8位微机。
第二节总体方案设计的应用举例一、设计任务将普通车床改造成用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。
系统分辨率设计参数如下：最大加工直径 288mm最大加工长度 630mm快进速度纵向 2.16m/min横向 1.08m/min最大切削进给速度纵向 0.72 m/min横向 0.36 m/min二、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，顺圆和逆圆插补，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。
有雨经济型数控机床加工精度要求高，为了降低成本，故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，性能价格比高等特点，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，I10接口及光隔离电路，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，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
三、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而传动丝杠选用滚珠丝杠螺母副，同时，齿轮传动也要消除间隙的结构。
1、绘制总体方案框图（图1-1）图1-1 经济型守护空车床总体方案框图根据设计任务的要求。
决定采用点位控制，用步进电机驱动的开环控制系统。
第二章经济型数控机床进给伺服系统驱动的开环控制系统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，计算空载起动反切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计，计算及选用，会直接写部分装配图及零件工作图等。
1、C6136A型普通车床微机数控化改造设计将一台C6136型普通车床改造成经济行为及数控车床，采用MCS-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，其主要设计参数如下：加工最大直径： 288mm最大加工长度 630mm刀架快速速度：纵向 2.16m/min横向 1.08m/min最大进给速度：纵向 0.72 m/min横向 0.36m/min主电机功率 4.5kw第一节脉冲当量的选择一个进给脉冲使机床运动部件的位移量称为脉冲当量，也称为机床的最小设定单位。
根据机床精度要求确定脉冲当量，最小：0.01mm/脉冲，横向：0.005mm/脉冲。
第二节计算切削力总车外圆：主切削力（横向进给传动系统的计算）主电机功率4.5KW,最大工件直径D=288mm，主轴计算转速n=85r/min，刀具切削速度V=πDn/60=（3.14*288*0.001*85）/60=1.28m/s取机床的机械效率η=0.8，Fz=ηPm/V*0.001=0.8*4.5*1000/1.28=2812.50(N)各切削分力：Fx=0.25Fz=0.25*2812.50=703.13（N）Fy=0.4*Fz=0.4*2812.50=1125（N）如图纵切和横切时切削力的示意图纵车外圆横切外圆二导轨摩擦力计算：1.垂直切削分力Fv=Fz=2812.50（N），横向切削分力Fc=Fx=1125(N),横向移动部件的重力W=450（N），m=46kg查表2-3，镶条紧固力fg=1500（N）,贴塑导轨μ=0.15，Fμ=μ（W+Fv+Fc+fg）=0.15*(450+1500+2812.50+1125)=883.13(N) 2.不切削时，导轨摩擦力Fμo和Fo：Fμo=μ（W+fg）=0.15*（450+1500）=292.50(N)Fo=μo（W+fg）=0.2*（450+1500）=390(N)3.计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力：1）最大轴向负载力Famax=Fy+Fμ=1125+883.13=2008.13(N) 2）最小轴向负载力Famin=Fμo=292.5(N)4.确定进给传动系统链的传动比i和传动级数，取步进电机步距角α=1.5°，滚珠丝杠导程Lo=6mm，脉冲当量δp=0.005mm/脉冲I=αLo/(360δp ) =1.5*6/(360*0.005) =5 查图2-42，图2-43，减速器采用2级传动，传动比,i1=2，i2=2.5，传动齿轮的齿数Z1=20，,Z2=40，Z3=20，Z4=50，模数m=2，齿宽b=20mm。
普通车床数控改造计算简图第三节滚珠丝杠螺母副的设计，计算及选型滚珠丝杠动载荷计算与直径估算：数控车床的预期工作时间Lh=1500h，滚珠丝杠的当量载荷Fm=Famax =2008.13(N)，查表2-28得，载荷系数fw=1.3，查表2-29，初步滚珠丝杠的精度等级为1级，取精度系数为fa=1，查表2-30，可靠性系数fc=1，滚珠丝杠的当量转速n=nmax（该转速为最大切削进给速度Vmax 时的转速），已知Vmax=0.36m/min,滚珠丝杠的基本导程Lo=6mm，则nmax=1000Vmax/Lo=1000*0.36/6=60r/minCam= (60nLh) Fm*fw/ (100fa*fc)=(60*60*1500) *2008.13*1.3/(100*1*1)=4580.1(N)按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m，1）根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形，已知车床横向进给系统的定位精度为20um，重复定位精度为4um，δmax1=（1/3-1/2）*4=2-2.66umδmax2=(1/5-1/4)*20=4-5um取计算结果较小值，即δmax=2.66um。
2)估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m，滚珠丝杠采用一端固定，一端游动的支承方式，滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离为：L=行程+安全行程+2*余程+螺母长度+支承长度=（1.2-1.4）行程+ （25-30）Lo取：L=1.4行程+30Lo=1.4*200+30*6=460mm则：d2m≥0.078*（Fo*L/δmax）=0.078*（390*320/2.66）=16.89mm 初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号：Lo=6mm，d2=27.9>d2m=16.89 mmCa=1300>4580(N)Do=32mm Lo=6mm 选择型号：FFZ3206-3Ca=1300N ，d2=27.9mm6.滚珠丝杠螺母副的承载能力校验1）滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷Fc的校验已知d2=27.9mm，滚珠丝杠螺母副的最大受压长度L1=313mm ，丝杠垂直安装时取：K1=1/3,查表2-44得K2=2，则：Fc=K1K2*d2/L1*10=1/3*2*27.9/313*10=412322.35(N) 本车床横向进给系统滚珠丝杠螺母副的最大轴向载荷Famax=2008.13(N)远小于其临界压缩载荷Fc，故满足要求。