数控机床系统总体设计方案的确定和设计内容注：下面内容中所指：横向即为X轴方向,纵向即为Y轴方向最大加工直径为400和500mm的设计方案确定计算内容和公式与320mm的一样，把各自的参数代入即可。
总体方案设计的内容接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟订总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计计算。
机床数控系统总体方案的拟订包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算系统的选择等内容。
一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析，比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。
2.2 总体方案设计2.2.1 设计任务用微机数控技术改造最大加工直径为320毫米普通车床的进给系统主要技术参数：最大加工直径（mm）：在床身上：320 在床鞍上：175最大加工长度（mm）： 750溜板及刀架重量（N）：纵向：800 横向：400刀架快移速度（m/min）：纵向：2 横向：1最大进给速度（m/min）：纵向：0.8 横向：0.4最小分辨率（mm） : 纵向：0.01 横向：0.005定位精度（mm） : 0.02主电机功率（KW）：3起动加速时间（ms）：252.2.2 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，暂停，循环加工，公英制罗纹加工等功能，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）数控系统根据机床要求，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，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS-51系列的80C51单片机扩展系统。
控制系统由微机部分，键盘及显示器，I/O接口，步进电机驱动器等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用液晶显示模块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，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。
同时，为提高刚度和消除间隙。
采用有预加负荷的结构。
齿轮传动也要消除齿侧间隙的结构。
综上所述，系统总体方案框图见下图。
机床进给系统机械部分设计计算3.1确定系统脉冲当量脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。
经济型数控车床常采用的脉冲当量是0.01-0.005mm/step.根据设计要求的主要技术参数车床的纵向分辨率为0.01mm ，横向的分辨率为0.005mm 。
3.2切削力的计算0.80.83 2.460000Z N N N KW N F V ηη=⨯==⨯==⨯切电机切切车2.4100/minN KW V m ==切车所以 2.4600001440100Z F N =⨯= 对于数控车床Z 轴：0.50.514407200.60.61440864X Z Y Z F F N F F N ==⨯===⨯=对于数控车床X 轴：7202Z Z FF N '==43223602YX X Y F F N FF N'=='==3.3滚珠丝杠螺母副的选型和计算3.3.1 纵向进给丝杠因为Z 向为矩形-三角形导轨，计算进给力m F()m X Z F KF f F G '=++式中G —移动部件的重量 G=800Nf '—导轨上的摩擦系数，随导轨型号而不同K —考虑颠复力矩影响的实验系数 在正常情况下：K ，f '可取以下数值： 燕尾形导轨： 1.4,0.2K f '==三角形或综合形导轨： 1.15,0.15~0.18K f '==1.159600.16(1440800)1186.4m F N =⨯+⨯+= 计算最大动载荷Q6060101000w m st Q F n TL V n L =⨯⨯==动 式中 L —寿命，以610转为一单位，t n --为丝杠转速，（r/min ）0L --为丝杠导程 取06L mm =,对于数控车床T=15000h w f __运转系数，为一般运转，取w f =1.2S V 为最大进给速度的（11~23），因为0.8V =进，所以s V =0.4m/min 所以10000.466.76t n ⨯==r/min 66066.7150006010L ⨯⨯==所以 1.21186.45255Q N =⨯=动根据它的动载荷选用济宁市化珠机械有限公司GD 系列规格代号为2506-2的内循环螺纹预紧双螺母式滚珠丝杠副，额定动载荷为 9.3KN ，1列2圈。
（1） 丝杠的拉伸或压缩变形量1δ001421186.4,25,6,20.72110/m F N D mm L mm d mm E N mm=====⨯222120.7 3.14336.422d A mm π⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭丝杠导程0L 的变化量为：4041186.461102110336.4m F L L mm EA -⨯∆===⨯⨯⨯ 总长度L=850mm,丝杠上的变形量1δ，由于两端采用推力球轴承，则值：4101108500.0146L L mm L δ-∆⨯=⨯=⨯=（2） 滚珠丝杠与螺纹滚道之间接触变形2δ 由于钢珠直径w D =4mm1571m F N = 承载滚珠数量252139.254Z π∑=⨯⨯=由于对滚珠丝杠副施加预应力，且预紧力p F 为轴向负载的1/3，则变形30.0013 2.4710mm δ-===⨯所以总的变形量1/20.014/20.002470.01050.90.9mm δδδ++===所以0.01050.02(mm mm δ=<=定位精度） 满足要求合格。
3.3.2 横向进给丝杠在X 轴方向上，因为横向为双燕尾形导轨：(2) 1.44320.2(7202360400)973m x Z y F KF f F F G N '''''=+++=⨯++⨯+=计算最大动载荷Q6060101000w m t St Q F n TL V n L '===动式中 L —寿命，以610转为一单位，t n --为丝杠转速，（r/min ）0L --为丝杠导程 取05L mm =对于数控车床T=15000h w f —运转系数，为一般运转，取w f =1.2S V 为最带进给速度的（11~23），因为0.4V =进，所以S V =0.2m/min t n =10000.2405⨯= r/min L =66040150003610⨯⨯= Q动 1.29733855=⨯=N根据它的动载荷选用济宁市化珠机械有限公司G 系列规格代号为2005-2的内循环螺纹预紧双螺母式滚珠丝杠副，额定动载荷为6KN ，1列2圈。
(1) 丝杠的拉伸或压缩变形量1δ0011290,20,5,16.4m F N D mm L mm d mm '====422110/E N mm =⨯222116.4 3.1421122d A mm π⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭丝杠导程0L 的变化量为：40497351.10102110211m F L L mm EA -'⨯∆===⨯⨯⨯ 总长度L=240mm,丝杠上的变形量1δ，由于两端采用推力球轴承，则值:410 1.1102600.00535L L mm L δ-∆⨯=⨯=⨯=(2)滚珠与罗纹滚道见的接触变形2δ 由于滚珠直径W D =3.175mm 973m F N '= 承载滚珠数量20241.873Z π∑=⨯=由于滚珠丝杠副施加预紧力且预紧力p F 为轴向载荷的1/3则变形20.00130.00228δ'===mm所以总的预紧12/20.0053/20.002280.0050.90.9mm δδδ++===0.0050.02(mm mm δ=<=定位精度） 所以所选的滚珠丝杠螺母副符合要求。
3.4齿轮传动计算（1） 已确定纵向进给脉冲当量0.01p mm δ=，滚珠丝杠导程06L mm =，初选电机步距角0.9b θ=，可以计算出传动比i ，根据公式0360pb i L δθ=得3603600.010.670.96pb i L δθ⨯===⨯，因为0.60.8i ≤≤，所以用一对齿轮传递由此可选定齿轮数为2842i =（2） 已确定横向进给脉冲当量0.005p mm δ=，滚珠丝杠导程05L mm =，初选电机步距角0.6b θ=，可以计算出传动比i ，根据公式0360pb i L δθ=得3603600.0050.60.65pb i L δθ⨯===⨯，因为0.6i =，所以用两对齿轮传递，由此可选定齿轮数为20244020i =⨯ 因为进给运动齿轮受力不大，所以模数取2m mm =3.5步进电机的计算和选型3.5.1纵向步进电机的计算和选型 1. 等效转动惯量计算步进电机有步距角，（涉及到相数）静转矩及电流三大要素组成。
三大要素确定下来步进待年纪的型号便确定下来。
考虑到经济性，实用性及精度。
选择二相的混合式步进电机，步矩角为0.9。
由此，我选用北京和利时电机技术有限公司生产的86BYG250B —SAFRBL —0402二相混合式步进电机。
它的相关参数如下图传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量2()J kg cm ∑⋅可有下式计算：22011232[()]2M L z WJ J J J J z g π∑⎛⎫⎛⎫=++++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭式种J ∑—步进电机转子转动惯量2()kg cm ⋅1J ，2J —齿轮1z ，2z 的转动惯量2()kg cm ⋅ 3J —滚珠丝杠的转动惯量2()kg cm ⋅ 所以M J =32()kg cm ⋅1J =340.7810 5.62 1.53-⨯⨯⨯=2()kg cm ⋅ 2J =340.78108.427.77-⨯⨯⨯=2()kg cm ⋅ 3J =340.7810 2.585 2.6-⨯⨯⨯=2()kg cm ⋅()22011232222[()]2280.68003 1.53 2.67.77422109.46M L z WJ J J J J z g kg cm ππ∑⎛⎫⎛⎫=++++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎛⎫=++++⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦=⋅4.280.31713.85M J J ∑==，因为0.250.4M J J ∑≤≤，所以所选电机转动惯量合格合格 2. 电机力矩计算 （1） 快速空载起动力矩max 0a f M M M M =++起M 起—快速空载起动力矩，max a M —空载起动时折算到电机轴上的加速力矩 f M —折算到电机轴上的摩擦力矩，0M —由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩。