目录1 数控车床的加工特点分析 (1)1.1 数控车床的优点 (1)1.2 数控车床加工特点 (1)1.3 适合数控车床加工的零件 (2)2 总体方案设计 (3)2.1 主传动的组成部分 (4)2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 (5)2.3 机床参数的拟定 (5)2.4 各组成部件的特性与所应达到的要求 (8)3 机床主传动设计 (10)3.1 主要技术参数的确定 (10)3.2 电动机的选择 (18)3.3 齿轮传动的设计计算 (19)3.4 轴的设计计算 (21)4 横向进给系统的设计计算 (33)4.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算 (33)4.2 步进电机的选择 (37)5.1 绘制控制系统结构框图 (40)5.2 选择中央处理单元（CPU）的类型 (41)5.3 存储器扩展电路设计 (41)5.４I/O接口电路及辅助电路设计 (42)参考文献 (47)致谢 (48)附录 (49)1 数控车床的加工特点分析1.1 数控车床的优点数控车床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通车床无法比拟的优势，数控车床主要有以下几优点：（1）传动链短，与普通车床相比主轴驱动不再是电机皮带齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。

（2）刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控车床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。

（3）轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。

丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。

1.2 数控车床加工特点（1）自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。

数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督车床运行。

但是，由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。

（2）加工零件精度高、质量稳定。

数控车床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。

（3）生产效率高。

数控车床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通车床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。

（4）便于新产品研制和改型。

数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。

所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。

（5）可向更高级的制造系统发展。

数控车床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。

（6）初始投资较大。

这是由于数控车床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。

（7）维修要求高。

数控车床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。

1.3 适合数控车床加工的零件（1）最适合多品种中小批量零件。

随着数控车床制造成本的逐步下降，现在不管是国内还是国外，加工大批量零件的情况也已经出现。

加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。

（2）精度要求高的零件。

有于数控车床的刚性好，制造精度高，对刀精确，能方便的进行尺寸补偿，所以能加工尺寸精度要求高的零件。

（3）表面粗糙度值小的零件。

在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下，表面粗糙度取决于切削速度和进给速度。

在加工表面粗糙度不同的表面时，粗糙度小的表面选用小的进给速度，粗糙度大的表面选用大些的进给速度，可变性很好，这点在普通车床很难做到。

（4）轮廓形状复杂的零件。

任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近，数控车床具有圆弧插补功能，可以加工各种复杂轮廓的零件。

2 总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。

设计机床的目标就是选用技术先进。

经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。

我国是一个机床拥有量大、大部分机床役龄长、数控化程度不高的发展中国家。

因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。

要不断的吸收国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。

要不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。

设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。

图1 ck6136数控卧式车床2.1 主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。

主传动系统属于外联系传动链。

主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十部分组成。

2.1.1 动力源电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。

2.1.2 定比传动机构具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。

2.1.3 变速装置传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得18级转速。

2.1.4 主轴组件机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，2.1.5 开停装置用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。

2.1.6 制动装置用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。

本设计中采用电磁式制动器。

2.1.7 换向装置用来变换机床主轴的旋转方向的装置。

本设计中采用电动机直接换向。

2.1.8 操纵机构控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。

本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。

2.1.9 润滑与密封为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。

本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。

2.1.10 箱体上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。

本设计中采用灰铁铸造箱体。

2.1.11 刀架数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。

2.2 机床主要部件及其运动方式的选定2.2.1 主运动的实现根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。

其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。

所有的变速都采用液压操作。

2.2.2 进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y方向上，进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。

齿轮的消隙采用偏心环调整。

2.2.3 数字控制的实现采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。

2.2.4 机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。

2.3 机床参数的拟定2.3.1 主参数的拟定机床设计的初始，首先需要确定有关参数，它们是传动设计和结构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求。

机床主参数直接反映机床的加工能力、特性，决定和影响其它基本参数的数值，如车床的最大加工直径D。

机床基本参数是一些与加工工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的数，可归纳为：尺寸参数、运动参数和动力参数。

在拟定参数时，还要考虑机床发展趋势的要求，与国内外同类型机床的对比等，使拟定的参数能满足机床在经济合理的原则下，最大限度地适应各种不同的工艺要求。

设计题目中已直接给出CK6136数控车床的主参数：最大工件回转直径D=360㎜刀架上最大工件回转直径D1=180㎜选取最大工件长度L=1000㎜ 主轴通孔直径d=36㎜ 主轴头号：（JB2521-79）5号 2.3.2 拟定基本参数的步骤和方法 （1） 极限切削速度 V max 、V min根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。

允许的切削速度极限参考值如下：表1 极限切削速度参考值加 工 条 件V max （m/min ）V min （m/min ）硬质合金刀具粗加工铸铁工件 30~50 硬质合金刀具半精加工碳钢工件 150~300螺纹（丝杠等）加工和铰孔3~8通过比较最后选取： V max =300 min mV min =6 min m（2） 主轴的极限转速计算车床主轴极限转速时的的加工直径，按经验分别取（0.1~0.2）D 和(0.45~0.5)D 。

则主轴极限转速应为：max n =DV π)2.0~1.0(1000maxm i n rm i n n =DV π)5.0~45.0(1000minm i n r在n min 中考虑车螺纹和铰孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D 和50㎜左右。

在最后确定n max ，n min 时，还应与同类型车床进行对比。

根据切削需要，主轴极限转速确定为：n max =min 1000d V mav ⨯π=36013.03001000⨯⨯⨯π =2040 min rn min =max min 1000d V ⨯π=5061000⨯⨯π =38 min r转速范围 R=min max n n =382040=53.68考虑到设计的结构复杂程度要适中,故采用常规的扩大传动, 已知级数Z=18。

今以ϕ=1.26和1.41代入R=ϕ(z-1)式，得R=50.85和344,因此取公比ϕ ＝1.26更为合适。

各级转速数列可直接从标准数列表中查出。

标准数列表给出了以ϕ=1.06的从1~10000的数值，因ϕ＝1.26=1.064，从表中找到n max =2000，就可每隔3个数值取出一个数，得：2000， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500， 400， 315， 250， 200，160， 125，100， 80， 63， 50， 40共18级转速。

（3） 主轴转速级数Z 和公比ϕ已知 n max / n min =R n n R =ϕ(z-1) 且 Z=2a ⨯3b（4） 主电机功率——动力参数的确定合理地确定电机功率N ，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。