经济型数控车床的改造设计毕业论文目录摘要 (1)Abstract (1)1.前言 (4)2.数控车床设计概述 (6)3.进给伺服系统概述 (9)4.横向进给系统的设计计算 (11)4.1主切削力及其切削分力计算 (11)4.2导轨摩擦力的计算 (11)4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (12)4.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 (12)4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (13)4.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (15)4.7计算机械传动的刚度 (16)4.8驱动电机的选型与计算 (18)4.9机械传动系统的动态分析 (23)4.10机械传动系统的误差计算与分析 (23)4.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (25)5.进给系统的结构设计 (25)5.1滚珠丝杠螺母副的设计 (25)5.2齿轮传动副的设计 (27)5.3齿轮箱的设计 (29)5.4床身及导轨 (31)5.5中间轴的设计 (34)5.6轴承端盖的设计 (36)总结与体会 (39)致谢词 (40)参考文献 (41)1.前言我国目前机床总量580余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。

近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。

机床的数控化率仅为6％。

这些机床中,役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。

可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。

用这种装备加工出来的产品国、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。

所以必须大力提高机床的数控化率。

而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：（1）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

（2）可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高3～7倍。

（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。

因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。

此外，机床数控化还是推行FMC （柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。

数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

本次设计的容是机床总体方案设计及总体布局图绘制、纵向及横向伺服进给机构的理论计算、结构设计及绘制装配图、典型零件绘制、数控系统（硬件连接图）设计、典型零件的数控车削加工程序编制及外文资料文献翻译，并撰写毕业设计论文。

设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力，提高综合素质和创新能力，受到本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、程序编制、使用手册等基本技能得到训练和提高，培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合作精神。

在设计中，先通过参观及查阅等了解有关系统的工作原理，作用及结构特点。

选择合适的算法，根据计算结果查阅手册，得出相关的结构或零件。

2.数控车床设计概述用数控机床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息变成加工程序，由输入部分送入数控装置，经过数控装置的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大进行伺服电动机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具和工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条件不紊乱地作，从而加工出零件的全部轮廓。

数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的程序可存储备用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长。

经济型数控车床，对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。

数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制。

所以，数控车床与普通卧式车床相比应具有有更好的精度．以确保机械传动系统的传动精度和工作平稳性。

数控改造对机械传动系统的要求为：（1）尽量采用低摩擦的传动副。

如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。

（2）选用最佳的降速比，为达到数控机床所要求的脉冲当量，使运动位移尽可能加速达到跟踪指今。

（3）尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。

（4）尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差。

如采用消除间隙的联轴节和消除传动齿轮间隙的机构等。

（5）尽景满足低振动和高可靠性方面的要求。

为此应选择间隙小、传动精度高高、运动平稳、效率高以及传递扭矩大的传动元件。

从应用的方面考虑，结合目前国大多数的情况，可采用更换滚珠丝杠来代替原机床上的T 型丝杠。

也可对原车床上T 型丝杠加以修复，但此时必须相应修配与与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提高配合精度。

—般说来．如原车床的工作性能良好．精度尚未降低，则应尽量保留机床的传动系统。

使改造后的数控车床同时具有微机控制和原机床操作的双重功能。

如原车床使用时间较长．运动部件磨损严重．除了对导轨精度进行修复外．还应将传动部件拆除或更换，以确保改造后车床的传动精度。

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床组成机床本体的各机械部件组成，如图2.1：图2.1数控机床的组成测量装置2.1电动机的选择（1）根据机械的负载特性和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。

（2）根据负载转矩、转速变化围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力额启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。

所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.8～0.9。

（3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护措施，选择电动机的结构型式。

（4）根据企业的电网电压标准和对功率因素的要求，确定电动机的电压等级和类型。

（5）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。

此外，还要考虑节能、可靠性、供货情况、价格、维护等等因素。

2.2电动机类型和结构型式的选择由于不同的机床要求不同的主轴输出性能(旋转速度，输出功率，动态刚度，振动抑制等)，因此，主轴选用标准与实际使用需要是紧密相关的。

总的来说，选择主轴驱动系统将在价格与性能之间找出一种理想的折衷。

表1简要给出了用户所期望的主轴驱动系统的性能。

下面将对各种交流主轴系统进行对比、分析。

表1.1 理想主轴驱动系统性能感应电机交流主轴驱动系统是当前商用主轴驱动系统的主流，其功率围从零点几个kW到上百kW，广泛地应用于各种数控机床上。

3.进给伺服系统概述数控机床伺服系统的一般结构如图3.1所示：图3.1 数控机床进给系统伺服由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。

伺服系统对伺服电机的要求：（1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。

（2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。

一般直流伺服电机要求在数分钟过载4-6倍而不损坏。

（3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。

电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以从静止启动到额定转速。

（4）电机应能随频繁启动、制动和反转。

4.横向进给系统的设计计算设计参数如下：纵向：工作台重量：W=600kg行程：S=0.7m最大进给速度：max V =0.2m/s工作速度：max V =0.1m/s4.1主切削力及其切削分力计算已知机床主电动机的额定功率m P 为7.5kw ，最大工件直径D=400mm ，主轴计算转速n=85r/m 。

在此转速下，主轴具有最大扭矩和功率，道具的切削速度为33.144001085 1.78/6060Dnv m s π-⨯⨯⨯=== 取机床的机械效率0.8η=，则有 3103370.79mz P F N N v η=⨯=走刀方向的切削分力x F 和垂直走刀方向的切削分力y F 为0.250.253370.79842.7x z F F N N ==⨯=0.40.43370.791348.32y z F F N N ==⨯=4.2导轨摩擦力的计算导轨受到垂向切削分力3370.79v z F F N ==，纵向切削分力c y F F ==1348.32N ，移动部件的全部质量（包括机床夹具和工件的质量）m=30.61kg(所受重力W=300N)，查表得镶条紧固力2000g f N =，取导轨动摩擦系数0.15μ=，则 ()g v c F W f F F μμ=+++0.15(30020003370.791348.32)=⨯+++ 1052.87N =计算在不切削状态下的导轨摩擦力0F μ和0F0()0.15(3002000)345g F W f N μμ=+=⨯+= 00()0.2(3002000)460g F W f Nμ=+=⨯+=4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力计算最大轴向负载力max a Fmax (1348.321052.87)2401.19a y F F F N N μ=+=+= 计算最小轴向负载力min a Fmin 0345a F F N μ==4.4确定进给传动链的传动比i 和传动级数取步进电动机的步距角 1.5α=︒，滚珠丝杠的基本导程06L mm =，进给传动链的脉冲当量0.004/p mm P δ=，则有0 1.566.253603600.004p L i αδ⨯===⨯按最小惯量条件，查得应该采用2级传动，传动比可以分别取13i =、2 2.1i =。

根据结构需要，确定各传动齿轮的齿数分别为120z =、260z =、320z =、442z =，模数m=2，齿宽b=20mm 。

4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算（1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷 已知数控机床的预期工作时间15000h L h =，滚珠丝杠的当量载荷m F =max a F2370.34N =，查表得载荷系数 1.3w f =；初步选择滚珠丝杠的精度等级为3级精度，取精度系数1a f =；查表得可靠性系数1c f =。