n=
L=
C=
（3）、选择滚珠丝杠螺母副
查阅《实用数控机床技术手册》，可采用W1L2005 1列3.5圈，其型号为W1L2005—3.5×1/ELH
（4）、传动效率计算
（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2417.2N,则在此力下引起
每一导程的变化量 为
1）丝杠的拉伸或压缩变形量 为：
16.788
接触直径
dz
36.0355
16.835
螺母
螺纹直径
D
44.016
23.212
内径
D1
40.7938
20.635
（三）齿轮传动比计算
1、纵向进给齿轮箱传动比计算
已确定纵向进给脉冲当量 ，滚珠丝杠导程 =6mm,初选步距角0.75，可计算出传动比 ：
可选定齿轮齿数为：
2、横向进给齿轮箱传动比计算
f ——滑动导轨摩擦系数：f 取0.16；
G——溜板及刀架重力，取1400N。
（2）、计算最大动负载C
式中 ——滚珠丝杠导程，初选6mm;
—最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的1/2～1/3，此处VS为0.5m/min;
—使用寿命，按15000h;
——运转系数，按一般运转取1.2～1.5，取1.4；
—摩擦角取10＇滚动摩擦系数0.003～0.004
η= = =0.94
（5）、刚度验算
先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，最大牵引力为2572.3N，则在此力下引起每一导程的变化量ΔL为：
—滚珠丝杠的导程
——材料的弹性模量
——滚珠丝杠截面积
1）丝杠的拉伸或压缩变形 为
δ1= ×L= ×1600=1.6×10-2mm
2、横向进给步进电机
（1）初选步进电机
1）计算步进电机负载转矩
式中 —脉冲当量（mm/step）；
—进给牵引力(N);
—步距角，初选双拍为0.75°
—电机-丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99和0.94。
C6140普通车床改造
摘要：
本文系统阐述了对C6140普通车床改造成经济数控车床设计的主要内容，包括项目改造的意义，改造内容，改造技术参数，机床进给伺服系统机械部分设计计算，数控系统硬件电路设计，电气原理设计等。
C6140车床改造成的经济性数控机床，采用MCS-51系列单片机控制，采用开环伺服系统，步进电机作驱动元件，系统的定位精度一般可达到 ±0.005至0.01mm，已能满足一般通用数控机床的加工要求和普通车床改造后加工零件的要求。
步进电机
相数
三相
四相
五相
六相
拍数
3
6
4
8
5
10
6
12
0.5
0.866
0.707
0.707
0.809
0.951
0.866
0.866
4)步进电机运行频率fe和最高起动频率fk(HZ)
式中 —最大脉冲当量（m/min），本例为0.5m/min；
—最大快移速度（m/min）,本例为2.4m/min；
—脉冲当量，取0.01mm/step。
2）滚珠与螺纹滚道间接触变形
查综合作业指导书图3-6以W系列1列3.5圈滚珠螺纹滚道接触变形量 为 =7.5µm
因进行了预紧
3)支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形
采用8102推力球轴承，dQ=4.763 z=12 d=15
考虑到进行了预紧,故
综合以上几项变形量之和：
的要求,应采取相应的措施修改设计,因横向进给定位精度应为纵向进给定位精度的 ,应为0.011175小于机床定位精度.
（6）、稳定性校核
计算临界负载FK(N)
式中E－材料弹性模量(N/cm2),钢为20.6×106N/cm2;
I－截面惯性距(cm4)，对于丝杠为 (d1为丝杠内径)；
L－丝杠两支承端距离(cm);
fZ－丝杠支承方式系数，从综合指导作业书表3.15中查出一端固定、一端简支fz为2.00.
一般[nk]=2.5～4
40
20
25
分度圆
64
80
48
80
40
50
齿顶圆
68
84
52
844454齿圆597543
75
35
45
齿宽
20
20
20
20
20
20
中心距
72
64
45
（四）步进电机的计算和选型
1、纵向进给步进电机
（1）、初选步进电机
1）计算步进电机负载转矩Tm
式中 —脉冲当量（mm/step）；
Fm——进给牵引力（N）；
此滚珠丝杠不会产生失稳.
3、纵向及横向滚珠丝杠副几何参数见下表：
参数名称
符
号
关系式
W1L4006
W1L2005
螺纹
滚道
公称直径
40
20
导程
6
5
接触角
ß
钢球直径
3.969
3.175
滚道法面半径
R
2.064
1.651
偏心距
e
0.056
0.045
螺纹升角
=arctan
螺杆
外径
d
39
19.4
内径
d1
35.984
—寿命以106转为1单位。
n= = =41.67r/min;-
L= = =37.5
（3）、滚珠丝杠螺母副的选型
查阅《实用数控机床技术手册》，可采用W1L4006外循环螺纹调整预紧的双螺珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动载荷为16400N，精度等级按表3—17选为3级。
（4）、传动效率计算
η=
式中γ—螺旋升角，W1L4006γ=2044＇
最大加工直径：在床面上φ400mm
在床鞍上φ210mm
加工最大长度：1000mm
溜板及刀架重量：纵向1400N
横向800N
刀架快移速度：纵向2.4m/min
横向1.2m/min
最大进给速度：纵向0.5m/min
横向0.25m/min
主电机功率：7.5kw
起动加速时间：30ms
最小指令值：纵向0.01mm/脉冲
参考文献·································································22
一、C6140车床技术参数
将一台CA6140普通车床改造成经济型微机数控车床，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，设计参数如下：
折算到电机轴上的摩擦转矩
—导轨的摩擦力（N）；
—运动部件的总重量（N）；
—导轨摩擦系数；
—齿轮降速比；
—传动链总效率，一般取0.7 0.85。
附加摩擦转矩
式中 —滚珠丝杠预加负荷，一般取 ， 为进给牵引力（N）；
—滚珠丝杠预紧时的传动效率，一般取 0.9；
所以
b、快速移动时所需转矩
c、最大切削负载时所需转矩
G=1400N
代入上式：
考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。
基本满足惯量匹配的要求。
2）电机转矩计算
机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：
a、快速空载起动转矩M
在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例最大，具体计算公式如下：
将前面数据代入，式中各符号意义同前。
起动加速时间ta=30ms
采用8107型推力球轴承，d1=35mmm滚动体直径dQ=6.35mm,滚动体数量z=18,
=0.0077mm
因施加预紧力，故
根据以上计算：
（6）、稳定性校核
滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。
2、横向进给丝杠
（1）、计算进给牵引力
横向导轨为燕尾型，计算如下：
（2）、计算最大动负载C
（四）、步进电机的计算和选型··············································11
三、自动换刀机构·····················································20
总结······································································21
已确定横向进给脉冲当量 =0.005mm/step,滚珠丝杠导程 =5mm,初选步进电机步距角0.75°可计算传动比 :
考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两极齿轮降速：
则 , , ,
因进给运动齿轮受力不大,模数为2.有关参数请参照下表
齿数
Z
32
40
24
—步距角,初选双拍制为0.75°；
—电机一丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99和0.94。
2）估算步进电机起动转矩
3）计算最大静转矩Tjmax
查表3-22，如取五相十拍时，则步进电机启动转矩和最大静转矩的关系如下表
最大静转矩Tjmax与启动转矩的关系如下表，Tjmax和步进电机通电方式有关。
（一）、计算切削力·························································4
（二）、滚珠丝杠螺母副的设计，计算和选型·································4
（三）、齿轮传动比的计算··················································10