数控车床设计案例
机械机床毕业设计16CA6150数控车床主轴箱及传动系统系统的设计业设计
机械机床毕业设计16CA6150数控车床主轴箱及传动系统系统的设计业设计一、设计背景目前，数控车床是机械加工行业中常用的一种设备。
其主要作用是通过数控系统控制刀具的运动轨迹，对工件进行加工。
本设计的目标是设计一个适用于16CA6150数控车床的主轴箱及传动系统，以提高车床的加工准确性和效率。
二、设计要求1.主轴箱及传动系统要具备足够的刚性和稳定性，以确保整个车床在工作过程中不发生振动和变形；2.主轴箱传动系统的设计应使得主轴的旋转速度能够达到要求，并且有一定的速度范围可调；3.主轴箱传动系统的设计应保证传动效率高，噪音低，并且易于维护和保养；4.主轴箱和传动系统的设计应满足机械加工的要求，对于各个工件的加工均能保证高精度和高质量。
三、主轴箱设计主轴箱是数控车床中的核心部件，其作用是连接主轴和机床床身，并提供主轴的旋转运动。
为了保证主轴和工件的高精度加工，主轴箱设计应满足以下要求：1.主轴箱整体结构应具备足够的刚性和稳定性；2.主轴箱应具备一定的自冷却和监测功能，以保证主轴的温度和振动处于合理范围内；3.主轴箱应具备一定的调节装置，方便对主轴进行润滑和保养。
四、传动系统设计传动系统是主轴箱的重要组成部分，其作用是将动力传递给主轴，使得主轴能够旋转。
在设计传动系统时，应满足以下要求：1.传动系统应选择合适的传动方式，如齿轮传动、带传动等；2.传动系统的设计应保证传动效率高、噪音低，且易于维护和保养；3.传动系统应满足主轴旋转速度的要求，并具备一定的速度调节范围；4.传动系统应具备自动化控制功能，以便实现数控车床的自动操作。
五、总结本设计对16CA6150数控车床的主轴箱及传动系统进行了设计，并提出了相应的要求。
在设计主轴箱和传动系统时，应注重刚性和稳定性的提升，以及传动效率的提高。
同时，还应考虑主轴箱的自冷却和监测功能，以及传动系统的自动化控制功能。
通过合理设计和选用适当的材料和部件，可以提高数控车床的加工准确性和效率，满足机械加工的要求。
CA6140普通车床经济型数控改造设计
摘要近20年来.我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。
目前.数控机床己经成为机床行业的新的经济增长点.发展迅速,正方兴未艾。
应用数控技术对 C A 6140普通车床进行自动化和精密化的改装，改装技术主要为:在车床上附加数控装置和执行元件，选择合适的机床伺服系统和计算机系统等.结果表明:经改造后的机床完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度采用数控技术改造的有效途径.术对企业原有机床进行改造，即发展经济型的数控机床是当前工矿企业的成功之路。
关键词：车床数控技术技术改造AbstractIn the recent 20 years.Our country numerical control technology and the numerical control engine bed passed through the introduction technology, the digestion have absorbed and realize the industrial production course. At present.Numerical control engine bed oneself after becomes the engine bed profession the new economical point of growth.Develops rapidly,Is being on the rise.The application numerical control technology 6140 conventional lathes carries on automated and the precision re-equipping to C the A, the re-equipping technology mainly is:Attaches the numerical control installment and the functional element on the lathe, chooses the appropriate engine bed servosystem and the computer system and so on.The result indicated that,Definitely can realize the processing outer annulus, the taper, the thread, the end surface after the transformation engine bed and so on the automatic control, enhanced the original engine bed production efficiency, reduced the labor intensity to use the numerical control technology to carry on the transformation to the enterprise original engine bed, namely the development economy numerical control engine bed was the current industry and mining enterprise engine bed technological transformations effective way.KeyWords：Lathe; Numerical control technology;Technological transformations目录摘要 (1)Abstract (2)1绪论 (5)1.1引言 (5)1.2机床数控改造的目的 (6)1.3数控系统的产生和发 (7)1.3.1数控系统的出现和发展 (7)1.3.2数控系统的发展趋势 (8)1.4数控改造的必要性 (8)1.5数控机床改造的优点 (9)1.6数控机床改造的设计步骤 (10)1.7 CA6140的数控改造 (11)1.7.1数控系统的选择 (11)1.7.2 CPU和存储器 (12)1.7.3 I/O接口电路 (13)1.7.4其它部件的选择 (13)2数据参数的选择及其计算 (15)2.1纵向进给系统得设计计算（装配图2） (15)2.1.1选择脉冲当量： (15)2.1.2计算切削力： (15)2.1.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型： (17)2.1.4齿轮及转距的有关计算： (18)2.2横向进给系统的设计计算： (20)2.2.1切削力计算： (21)2.2.2滚珠丝杠设计计算： (21)2.2.3齿轮及设计的有关计算： (23)2.2.3步进电机的选择： (24)2.3自动刀架的设计 (26)2.3.1刀架的抬起： (26)2.3.2刀架的回转和选位 (26)2.3.2刀架的下降定位和压紧 (27)2.3.3减速机构的设计计算 (28)2.3.3蜗杆传动的设计计算 (31)2.3.4螺旋升降装置得设计计算 (35)3数控系统硬件电路设计 (40)3.1概述 (40)3.2 8088微处理器控制系统设计 (41)3.2.1主要技术特性及硬件配置 (41)3.2.2存储空间的分配 (41)3.2.3I/O地址分配 (41)3.2.4单片机部分电路设计图如图纸所示 (41)3.2.5光电隔离电路 (41)3.2.6功率放大电路 (42)3.2.7其他辅助电路 (43)4软件设计部分 (44)4.1概述 (44)4.2总体方案设计 (44)4.3插补方法的确定 (45)4.4进给控制字FCW的设置 (47)4.5环行分配器的子程序 (47)附录Ⅰ (48)附录Ⅱ (54)致谢 (59)参考文献 (60)1绪论1.1引言提高数控车床的可靠性已成为当前数控车床制造企业自身生存和发展的关键。
数控车床四工位刀架设计
即校验下式是否成立：
式中 ........涡轮齿根弯曲应力，单位为Mpa;
..........涡轮齿形系数；
.........螺旋角影响系数
.........涡轮的许用弯曲应力，单位为MPa
由蜗杆头数Z1=1，传动比i=48,可以算出涡轮齿数
则涡轮的当量齿数：
根据涡轮变位系数x2=1和当量齿数ZV2=48.46,得齿形系数 =1.95
2.
GB/T10085----1988推荐采用渐开线蜗杆（Z1蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）。本设计采用结构简单，制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(Z1型)。
2.
刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此蜗杆的材料选择45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，以提高表面耐磨性；涡轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,采用金属模铸造。
“现代设计与制造综合实践”报告
题目：数控车床设计
学院：机械与电子控制工程
专业：机械工程及其自动化
学生姓名：
学号：
平时成绩：
报告与答辩成绩：
最终成绩：
指导教师：
年月日
摘要
数控车床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。本文较为详细的介绍了对车床重要组成部分的设计和它们的结构和工作原理，通过查阅各种资料对这些部分进行结构设计，工艺设计，软件模拟仿真等，让我们对数控车床的了解得到很大提高，同时也熟练掌握了很多专业软件。
按齿面接触疲劳强度进行设计
刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
CA6140普通车床经济型数控改造设计
优秀设计XXXX大学毕业设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：CA6140普通车床经济型数控改造设计指导教师：职称:职称:20**年XX月XX日毕业设计（论文）任务书注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。
另，学生所做毕业设计(论文)的工作的研究成果归河北理工大学所有，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。
目录摘要 (6)Abstract (7)1绪论 (8)1.1引言 (8)1.2机床数控改造的目的 (9)1.3数控系统的产生和发 (10)1.3.1数控系统的出现和发展 (10)1.3.2数控系统的发展趋势 (11)1.4数控改造的必要性 (11)1.5数控机床改造的优点 (12)1.6数控机床改造的设计步骤 (13)1.7 CA6140的数控改造 (14)1.7.1数控系统的选择 (14)1.7.2 CPU和存储器 (15)1.7.3 I/O接口电路 (16)1.7.4其它部件的选择 (16)2数据参数的选择及其计算 (18)2.1纵向进给系统得设计计算（装配图2） (18)2.1.1选择脉冲当量： (18)2.1.2计算切削力： (18)2.1.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型： (20)2.1.4齿轮及转距的有关计算： (21)2.2横向进给系统的设计计算： (23)2.2.1切削力计算： (24)2.2.2滚珠丝杠设计计算： (24)2.2.3齿轮及设计的有关计算： (26)2.2.3步进电机的选择： (27)2.3自动刀架的设计 (29)2.3.1刀架的抬起： (29)2.3.2刀架的回转和选位 (29)2.3.2刀架的下降定位和压紧 (30)2.3.3减速机构的设计计算 (31)2.3.3蜗杆传动的设计计算 (34)2.3.4螺旋升降装置得设计计算 (38)3数控系统硬件电路设计 (43)3.1概述 (43)3.2 8088微处理器控制系统设计 (44)3.2.1主要技术特性及硬件配置 (44)3.2.2存储空间的分配 (44)3.2.3I/O地址分配 (44)3.2.4单片机部分电路设计图如图纸所示 (44)3.2.5光电隔离电路 (44)3.2.6功率放大电路 (45)3.2.7其他辅助电路 (46)4软件设计部分 (47)4.1概述 (47)4.2总体方案设计 (47)4.3插补方法的确定 (48)4.4进给控制字FCW的设置 (50)4.5环行分配器的子程序 (50)附录Ⅰ (51)附录Ⅱ (57)致谢 (62)参考文献 (63)摘要近20年来.我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。
机床设计方案
机床设计方案1. 引言机床是制造业中不可或缺的工具，它用于加工各种材料和构件，以满足不同行业的需求。
机床设计方案的核心目标是提供高效、高精度、可靠、灵活的机床，以满足不断发展的制造需求。
本文将介绍机床设计方案的一般要求和常见的设计原则。
2. 机床设计方案的一般要求2.1 功能要求机床设计方案应满足所需加工的材料和构件的要求。
这包括对加工精度、加工范围、加工速度和加工质量的要求。
2.2 结构要求机床设计方案还应考虑机床的结构特点，以保证机床的稳定性、刚性和动态性能。
这包括对机床各个部件的设计和选择，如床身、主轴、刀具夹持装置等。
2.3 控制要求机床的自动化控制是现代制造业的趋势，因此机床设计方案还需考虑控制系统的设计。
控制系统应满足对加工过程的精确控制，并具备良好的人机界面，以方便操作和监测。
3. 机床设计方案的常见原则3.1 系统性原则机床设计需要以整体系统为出发点，从系统的角度来考虑各个部件的设计和选择。
这样可以保证机床在整个加工过程中的协调性和稳定性。
3.2 模块化原则以模块化的设计原则来设计机床，可以有效提高机床的灵活性和可维修性。
模块化设计使得机床的组装和调试更加简单，同时也方便后期的维护和升级。
3.3 精度原则机床的加工精度是衡量其质量的重要指标。
因此，机床设计方案需注重提高机床的刚性和精密度，以满足不同行业对加工精度的要求。
3.4 节能原则随着环境保护意识的提高，节能成为机床设计中的重要指标。
机床设计方案应考虑降低能源消耗，减少环境污染的方法和措施，以提高机床的可持续发展能力。
4. 机床设计方案的案例分析以数控车床为例，介绍一个机床设计方案的案例。
4.1 功能要求数控车床应具备高精度、高效率、高刚性的加工能力。
它需要能够切削各种材料，具有多种加工方式，如车削、镗削、钻削等。
4.2 结构要求数控车床的床身要具备高刚性和稳定性，以保证加工过程中的精度和稳定性。
主轴需具备较大的转速范围和刚性，以满足不同材料和构件的加工需求。
C6136车床数控改造设计
摘要经济型数控是我国80年代科技发展的产物。
这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造车床，投资少、见效快，成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。
十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。
由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。
对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。
毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。
其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。
毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。
本说明书分为概述、设计内容、总结三部分，分别介绍了此次设计任务将普通卧式车床（C6136）改造为经济型数控车床；有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序编制；主要是对本次毕业设计的心得。
本书在编写过程中，得到了指导老师和各位老师及同学的大力支持和热心帮助，在此表示谢意由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。
关键字：数控改造C6136车床经济型数控进给系统Abstrac tEconomic type CNC is the product of80time of our country science and technology development.This NC system as suitable function,cheap price,use it to transform lathe,less investment,quick effect,become China's"seven five","eight five"focus on the promotionof new technologies.Come ten years,with the development of science and technology,economic type CNC technology is also in constant progress,continuous improvement of CNC system products,and has been a breakthrough,the economical CNC system function more new,more stable reliability,increased power,simple structure,convenient repair.Due to the development ofthis technology to enhance the economic type CNC vitality,according to the situation of our country,the technology in the next period of time w ill also is a good way to the reform of old equipment machinery industry in china.For the old economy CNC lathe,especially at the endof the80's transfor mation device,due to many reasons,idle waste;in the equipment use hasmore than ten years,also face further problems can improve the technical level of the original equipment,through the trans formation,greatly impr ove the production efficiency,and create more economic benefit.Graduation design is the last teaching link of students learning stage,is very importantfor students to complete the basic training engineer.The purpose is to cultivate students' comprehensive use of academic and professional knowledge,ability to solve engineering problems of the professional independence,set up the design ideology and work style of the correct.The graduation design instruction not only reflects the design ideas,methods and procedures,but also reflects the students of Arts and culture and the style.This manual is divided into introduction,design content,conclusion of three parts, respectively,intr oduced the design task will ordinar y horizontal lathe(C6136)for the trans formation of economic CNC lathe;the economic CNC lathe transformation overall scheme,and the block diagram of servo feed system of the mechanical part design,calculation and checking the numerical control system hardware circuit design,processing programming;mainly for the graduation design experiences.In the process of writing this book,guided by the teachers and the teachers and studentsof the strong support and help,thanks her eBecause of the limited level of the author,the book was har d to avoid oversights and inadequacies,invite the reader to criticism.Keywords:CNC lathe C6136transformation of economical NC feed system目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (4)第一章概述 (6)1.1设计目的 (6)1.2设计任务 (6)第二章设计内容 (8)2.1总体方案的确定及框图 (8)2.2机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核 (10)第三章硬件电路的设计 (26)3.1控制系统构成 (26)3.1.1控制系统的功能 (26)3.1.2CPU、存储器及I/O接口 (26)3.1.3存储器及I/O口芯片地址分配 (27)3.2硬件电路图 (28)第四章数控机床加工程序编制 (29)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)第一章概述1.1设计目的通过毕业设计，学习了系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深时所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充了知识，使认识提高到一个新的水平，通过毕业设计的实践，培养了调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择设计计算公式，正确计算，并能以图纸和说明书表达设计的思想和结果，通过毕业设计，不但提高了解决具体问题的独立工作能力，具体动脑动手能力，而且建立了正确的设计和科研思想，加强了科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。
数控车床零件加工毕业设计
阜阳职业技术学院毕业论文题目盘类零件的数控加工设计姓名徐国柱所在学院工程科技学院专业班级10级数控（2）班学号*********指导教师张宣升日期2013 年 5 月日摘要数控技术，是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
数控是先进制造技术的基础技术。
数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。
数控加工就是在对工件材料进行加工前，事先在计算机上编写好程序，再将这些程序输入到使用计算机程序控制的机床指令性加工。
本次的课题就是以盘型零件的加工为例子，先用AutoCAD软件画出三个配合件的直观图,再运用斯沃数控仿真软件,选择FANUC-0i数控系统输入事先编好的程序来进行模拟加工。
通过仿真加工，详细描述了零件的整个加工过程。
其中包括一些加工前准备工作：一、分析零件的加工工艺：（1）分析零件图、（2）选择设备、（3）确定定位基准及装夹方式；二、合理确定加工步骤、加工方式、路线以及切削用量；三、根据工艺分析和零件的形状特点进行刀具选择、主轴转速和进给速度的确定；四、零件工序卡的填写以及程序的编写；五、输入程序以及刀补修正系统等；最后根据安排的加工步骤和选择的刀具和夹具对零件进行仿真加工关键词盘类零件，编程，工艺，斯沃数控仿真目录一绪论.................................................... - 6 -（一）数控车床及其加工技术在国内(外)的现状.................... - 6 - （二）本论文设计的内容....................................... - 7 -二零件数控加工工艺.......................................... - 8 -（一）零件图的工艺分析........................................ - 8 -1、分析零件图................................................ - 8 -2、选择设备.................................................. - 9 -3、确定零件的定位基准和装夹方式以及加工起点、换刀点.......... - 9 -（二）加工路线的工艺分析..................................... - 11 -1、零件加工必须遵守的安排原则................................ - 11 -2、进给路线.................................................. - 12 -（二）切削用量的确定......................................... - 13 -（三）刀具的选择 ..............................................- 13 -（四）建立工件坐标系 ..........................................- 16 -三加工过程工序卡片及.......................................- 16 -（一）工艺文件的填写.......................................- 16 -1、数控加工工序卡及工序卡片................................- 16 -（三）程序编制..............................................- 19 -1、注意事项..................................................- 19 -2、工件加工参考程序............................................- 20 -四配合零件的数控加工仿真....................................- 24 -（一）仿真操作..............................................- 25 -1、打开仿真软件并选择机床....................................- 25 -2、工件的定义和刀具的选择...................................- 26 -（二）刀补修正..............................................- 27 -1、程序输入及刀具补正系统....................................- 27 -2、精度自检..................................................- 27 -3、仿真效果图..............................................- 27 -五总结与展望 .................................................- 28 -（一）总结 .....................................................- 28 -（二）展望 .....................................................- 29 -六谢辞.....................................................- 30 -七参考文献................................................- 31 -盘类零件的数控加工设计一绪论（一）数控车床及其加工技术在国内(外)的现状数控车床是数字程序控制车床的简称，数控车床能自动完成轴类及盘类零件内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹以及各种回转曲面切削加工，并能进行切槽、钻孔等工作。
数控车床主轴设计
数控车床主轴系统分析报告学院：机械工程学院班级：09创新一班姓名：学号：*******xxxMJ-50数控车床主轴结构下图为MJ-50数控车床主轴结构。
交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。
主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。
松开螺母8的锁紧螺钉，就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。
主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。
主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。
前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。
主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。
主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。
脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。
1、主传动系统的传动方式：机床主传动系统可分为无极变速传动和有级变速变速传动。
与普通机床相比，数控车床的主传动采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。
为了适应不同的加工需要，数控车床的主传动系统有一下三种传动方式：1.1由电机直接驱动：主轴电机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动，如下图a所示。
采用直接驱动大大简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。
这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。
但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能，因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。
1.2采用定比传动：主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。
定比传动可采用带传动或齿轮传动，带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上。
采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求，但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。
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1 绪论随着科学技术的不断发展,对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要的措施。
它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。
1.1 先进制造技术的提出当今世界各国经济的竞争，主要是制造技术的竞争。
在企业的生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。
美国现在正推行以微电子带动的第三次产业革命，重点就是发展先进制造技术。
当前，制造技术已经进入了计算机辅助制作时代，它是通过一个计算机分级结构网络来监测、控制和管理制作过程中各个阶段的工作，其中包括生产管理与控制、工程分析与设计、财务与销售等方面。
在制造系统中，存在着以生产对象为中心，由原材料→毛坯→零件→成品构成的物质流，以生产管理和信息管理等管理技术为主题的信息流以及为了保证生产活动正常进行而必须的能量流。
其中，信息流的引入是形成先进制造系统最关键的要素。
以机械制造为代表的先进制造技术，对一个国家的技术经济发展起着至关重要的作用。
它的水平高低在很大程度上反映了一个国家工业发展的水平，是现代企业最重要的看家本领，是企业竞争力的最重要因素，也是提高产品自主开发能力和技术创新能力、提高产品质量的技术基础。
1.2 先进制造技术的特点先进制造技术已经不是传统意义上的机械制造技术，它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、管理科学与许多领域最新成就于一体的新兴技术与新兴工业，是各种先进技术与制作技术的有机结合，具有以下六个特点。
(1) 先进性作为先进技术的基础——制造技术，必须是经过优化的先进工艺。
因此，先进制造技术的核心和基础必须是优质、高效、低耗、清洁的工艺。
它从传统工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。
(2) 通用性先进制造技术不是单独分割在制造过程中的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、维修服务、甚至回收再生的整个过程。
(3) 系统性随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。
先进制造技术能驾驭生产过程的物质流、能源流和信息流的系统工程。
(4) 集成性先进制造技术由于专业、学科间不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化，以发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术于一体的新兴交叉学科，因此有人称其为制造工程。
1.3 数控化改造的优缺(1) 减少投资额、交货期短同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。
特别是大型、特殊机床尤其明显。
一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。
但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。
(2) 机械性能稳定可靠，结构受限所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。
但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
(3) 熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。
改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。
改造的机床一一安装好，就可以实现全负荷运转。
(4) 可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。
2 设计方案的确定初步确定设计的任务后（初步拟定三种传动方案即 1 电机直接与丝杠相连；2 电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动）数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。
闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于所改造的数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。
若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。
故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动即保证改造后的性能不低于原车床，又保证较高的性价比。
步进电机具有如下优点：1)电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量；2)电动机的转速与输入的脉冲频率成正比，与要控制脉冲频率就能调节步进电动机的转速；3)停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变，电动机轴可以保持在某个固定位置上，不需要机械制动装置；4)变通电相序即可以改变电动机的转向；5)进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差；6)进电动机转动惯量小，启动、停止迅速。
滚珠丝杠副具有摩擦因数小，传动效率高，所需的传动转矩小；灵敏度高，传动平稳，不易产生爬行；随着精度和定位精度高，磨损小，寿命长，精度保持性好，可通过预紧间隙消除措施提高轴承刚度和反向精度，运动具有可逆性。
故在本次设计中采用它带动车床工作。
传动方案1的结构简单，但是消除由步进电动机引起的振动等现象能力较差，故在本次设计中不采用。
传动方案2的同步带传动保持恒定传动比，传动精度高工作平稳，结构紧凑，无噪声，有良好减振性能，但制造工艺比较复杂，传递功率较小，寿命较低，故在本次设计中不易采用，所以本次设计中采用齿轮传动，其主要特点是效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定，传动过程中采用消隙齿轮，消除正反转齿轮间隙提高传动精度，性价比高。
控制部分设计要求能控制坐标轴的运动，考虑使用方便决定采用单片机8031，以及8155等芯片组成键盘、显示控制面板等机床控制电路。
3 机械部分设计与计算3.1 切削力的计算若工件为(45#HB250)，取：CF = 1063.12，VF=0.129，dF=0.903 ，fF=0.956，f F f=0.966V=18m/min ，d=6mm，f=0.102mm/r则：F= CFV F V d F d f F f（3-1）=1063.12×180129×60905×0.1020966 =877.82(N)对于麻花钻钻削加工：FX=0.57F=0.57⨯877.82=500.4(N)FY=0.4F=0.4⨯877.82=351.128(N)FZ=0.03F=0.03⨯877.82=26.33(N)3.2 滚珠丝杠设计计算1) 强度计算对于燕尾型导轨的牵引力计算：Fm =KFX+f(FZ+2FY+G) （3-2）取 K=1.4 f=0.2考虑工作台在移动过程中只受G影响故： F1m=fG=0.2×450=90(N)考虑工作台在加工时静止只受FX影响故： F2m = KFX=1.4× 500.4=700.56(N)取Fm ax = F2m2) 计算最大动载荷 C初选螺母副导程 L 0=6mm ，丝杠的转速 n=100r/min ，且L=61060nT查机械手册取 T=15000h ，则：L=61060nT=6101500010060⨯⨯ =90 考虑滚珠丝杠在运转过程中有冲击振动和考虑滚珠丝杠的硬度对寿命的影响。
查机械手册取 f W =1.2 ， f H =1.0 得：Q=3L f W f H F （3-3）=390×1.2×1×877.82=4.72 (KN)由机械手册选知W2506型滚珠丝杠(Ca=13.1 KN > Q),所以刚度足够。
3) 效率计算根据公式，丝杠螺母副的传动效率η为： η=)tan(tan φ+v v（3-4）摩擦角 Φ=10′ ，螺旋角γ=4°22′，代入上述公式，得：η=)tan(tan φ+v v=)01224tan(224tan '+''=0.963滚珠丝杠的传动效率高，这可使丝杠副的温度变化较小，对减小热变形，提高刚度、强度都起了很大作用。
4) 刚度验算：滚珠丝杠受工作载荷Fm 引起的导程变化量：△L1=±ZFL F m 0（3-5） 取L 0=6 mm=0.6 cm ，E=21×106N/cm 2则：F= 22）（d 2π=3.46 (cm 2)△L1=±ZFL F m 0=±46.310216.056.7006⨯⨯⨯ =±5.78×106- 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L2很小，可忽略，既△L=△L1 所以导程变形总误差△为：△=100L ∆=6.01078.51006-⨯⨯=9.64(μm/m )查机械手册知 E 级精度丝杠允许的螺距误差（1m 长）为15 μm/m，故刚度足够。
5) 稳定验算机床的进给丝杠通常是轴向力的压杆，若轴向力过大，将使丝杠失去稳定而产生弯曲，依据欧拉公式计算:F K =2)(L ZJμπ （3-6） 式中截面惯性矩，对实心圆柱有:J=6441d π=64984.2014.3⨯=0.95 (N·cm)F K =2)(L ZJμπ =262)101(95.01021⨯⨯⨯⨯π=1972613.719 (N)由机械手册知：[n K ]=2.4～4 而：n K =mKF F （3-7）=56.700719.1972613=2815.77 > [n K ]所以滚珠丝杠安全不至失稳 6) 滚珠丝杠基本尺寸如表3.1所示表3.1滚珠丝杠副主要尺寸列表3.3 齿轮的相关计算1) 传动比的计算：i t =PL δα3600（3-8） =005.0360675.0⨯⨯=2.52) 初步分配传动比由上按获得最小转动惯量的原则分配传动比：i t =i 1i 2 i 2=21i得 i 1=1.52 i 2=1.64 3)初步估计齿轮模数m=1.25主要尺寸 计算公式 计算结果 公称直径 d0 —— 25 基本导程 L0 —— 6 滚珠直径 d3 —— 3.969 滚珠圆弧半径 R —— 2.064 螺旋升角 γ —— 4°22′ 滚道圆弧偏心距 e —— 0.056 丝杠大径 d —— —— 丝杠小径 d1 d 1=d 0+2e-2R 20.984 丝杠长度 S S 〈700 —— 螺母大径 D —— 45 螺母小径 D0 —— —— 螺母长度——58（2列）小齿轮：Z1=27大齿轮：Z2= i1Z1=1.52⨯27= 41b 1=17mm b2=20mmd 1=mZ1=1.25⨯27=33.75mmd2= mZ2=1.25⨯41=51.25(mm)a 1=221dd+=225.5175.33+=42.5(mm)小齿轮：Z3=30大齿轮：Z4 = i2Z3=1.64⨯30=49b3=26mm b4=28mmd3= mZ3=1.25⨯30 =37.5(mm)d4= mZ4=1.25⨯49=61.25(mm)a2=243dd+=225.615.37+=49.375(mm)3.4 转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=(παδ180)2·G（3-9）=(75.0005.0 180⨯⨯π)2×450=65.66(N·cm2)丝杠的转动惯量：Js=7.84⨯104-P4L=7.8×10-4×24×48=5.9904(N·cm2)齿轮的转动惯量：J1Z=7.84⨯104-P4L=7.8×10-4×(3.775)4×1.7=1.72(N·cm2)J 2Z =7.84⨯104-P 4L=7.8×10-4×(5.125)4×2=1.076(N·cm 2) J 3Z =7.84⨯104-P 4L=7.8×10-4×(3.75)4×2.6=4(N·cm 2)J 4Z =7.84⨯104-P 4L=7.8×10-4×(6.125)4×2.8=30.738(N·cm 2)总传动惯量：J=22214Z Z J J Z S ++2123Z J J Z Z ++J 1Z +J 1=22227076.144127738.309904.5++⨯++1.72+65.66=79.679(N·cm 2) 快速空载时所需的力矩：M=M m ax a +M f +M 0 （3-10）当n=n m ax 时 M m ax a =M a ，则： n m ax =0m ax L i v =625100⨯=416.67(r/min)M m ax a =4106.9-⨯TJn=1.66(Ncm) M f =i wL f πη20'=5.28.026.045016.0⨯⨯⨯⨯⨯π=3.44(N·cm) 当η=0.9时 预加载荷 P 0=3XF ，则： M 0=i L F X πηη61200）（-=5.28.069.016.056.7002⨯⨯⨯-⨯⨯π）（=3.44(N·cm)M t =i L F X πη20=5.28.026.056.700⨯⨯⨯⨯π=33.45 所以快速启动时所需力矩： M=M m ax a +M f +M 0=1.66+2.865+1.765=6.29(N·cm) 切削时所需力矩： M=M at +M f +M 0=0+0+1.765+27.87=29.635(N·cm)3.5 步进电机的选择由前面分析计算可知所需最大力矩M m ax 发生切削启动时 M=M m ax =35.568 N·cmM q =6.0max M =4.0568.35=74.0875 (N ·cm) 为满足最小步进距要求，电动机选用三相三拍工作方式 查机械手册知：jMq M M =0.886M jM =866.0q M=102.68( N·cm)步进电动机的最高频率：f m ax =pv δ60max=005.0601000⨯=3333.33(HZ)选用110BF003型直流步进电机，能满足使用要求3.6 齿轮的验算1）材料的选择由机械设计表选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS2）第一对齿轮按齿面接触强度设计 由设计计算公式：d t 121211])([))(1(32.2H d E t i Z i T K σφ±≥ （3-11）(1) 确定公式内的各计算值 ①试选择载荷系数 K t =1.3 ②小齿轮传递的转矩T=8000(N·m ) ③选出齿宽系数d φ=0.5④查得材料的弹性影响系数Z E =189MPa 21⑤由机械手册（按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度）1lim H σ=600MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限2lim H σ=550MPa 小齿轮的接触疲劳强度极限 ⑥计算应力循环次数:N 1=60n 1j h=60⨯833⨯1⨯（2⨯8⨯300⨯15）=3.6⨯109 N 2=11i N =52.1106.39⨯=2.368⨯109⑦查得接触疲劳寿命系数K 1HN =0.92 K 2HN =0.96 ⑧计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%安全系数S=1 由公式，得:[H σ]1=SK H HN 1lim 1σ （3-12）=160092.0⨯=552(MPa) [H σ]2=SK H HN 2lim 2σ=155096.0⨯=528( MPa) (2) 计算①试算小齿轮分度园直径d t 带入[H σ] 中较小的值,得：d t 121211])([))(1(32.2H d E t i Z i T K σφ±≥ （3-13） =2.32⨯22)528(52.15.0)8.189()152.1(80003.1⨯⨯⨯+⨯⨯=38.18(mm)②计算圆周速度v:v=10006011⨯n d t π=10006083318.38⨯⨯⨯π=1.665(m/s)③计算齿宽：b=t d d 1φ=0.5⨯38.18=19.09(mm)④计算齿宽与齿高之比 b/h 模数：m t =11Z d t=1.414(mm) 齿高：h=2.25m t =2.5⨯1.414=3.18(mm)h b =735.309.19≈6 ⑤计算载荷系数根据v=1.665m/s 7级精度 得动载系数K v =1.1 直齿轮 假设bF K tA 〈 100 N/mm 得K αH = K αF =1.2 由机械手册查得，使用系数K A =1由设计手册查得 7级精度小齿轮相对支承悬臂布置时：K βH =1.12+0.18⨯（1+0.72d φ）⨯2d φ+0.23⨯103-⨯b （3-14）=1.24由hb=5.1 ，K βH =1.24 得 K βF =1.28 故载荷系数：K=K A K αH K βH=1⨯1.1⨯1.2⨯1.24=1.6368⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度园直径，得：d 1=d t13tK K =38.18⨯33.16368.1=41.23(mm) ⑦计算模数mm=11Z d =2723.41=1.527(mm) 3）第一对齿轮按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式： m 311][2F d SaFa Z Y Y KT σφ≥ （3-15）(1) 确定公式内的各计算值①小齿轮的弯曲疲劳强度极限1FZ σ=500MPa,大齿轮的弯曲疲劳强度极限2FZ σ=380MPa②弯曲疲劳寿命系数 K 1FN =0.8 K 2FN =0.87 ③计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳完全系数.S=1.4[1F σ]=SK FZ FN 11σ=4.150086.0⨯=307.14(MPa) [2F σ]=SK FZ FN 22σ=4.138087.0⨯=236.14(MPa) ④计算载荷系数K=K A K V K αF K FR （3-16）=1⨯1.1⨯1.2⨯1.28=1.6896⑤查取齿形系数由机械设计手册查得 Y 1Fa =2.57 Y 2Fa =2.39 ⑥查取应力校正系数由机械设计手册查得 Y 1Sa =1.6 Y 2Sa =1.672 ⑦计算大，小齿轮的][F SaFa Y Y σ并加以比较 1][11F Fa Fa Y Y σ=14.3076.157.2⨯=0.01342][22F Sa Fa Y Y σ=14.23662.139.2⨯=0.0169大齿轮数值大 (2) 设计计算：m 311][2F d SaFa Z Y Y KT σφ≥=32)27(5.00169.080006896.12⨯⨯⨯⨯=1.078 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度多决定的承载能力，而齿面接触强度多决定的承载能力，仅与只论直径归类，可取由弯曲强度算得的模数1.078〈m m=1.25 故：齿轮强度适合。