机电一体化系统设计课程设计报告车床经济型数控改装设计
普通车床的经济型数控化改造设计开题报告
普通车床的经济型数控化改造设计开题报告【开题报告】一、选题背景和意义普通车床是机械加工中常见的设备之一，其具有结构简单、操作方便、制造成本低廉等优点，广泛应用于各个行业。
然而，普通车床存在着加工效率低、加工精度不高等缺点，不适用于一些需要高精度、高效率加工的领域。
为了解决普通车床存在的问题，数控技术被引入到车床加工中，实现了自动化、智能化的生产过程。
数控车床经济型数控化改造设计是将传统的普通车床通过加装数控装置和系统进行改造，使其具备数控车床的一些基本功能，提高加工效率和加工精度。
本课题的开展，旨在设计一套适用于普通车床经济型数控化改造的方案，并进行实际改造验证。
通过这项研究，可以将数控技术应用于传统车床中，提高设备的加工精度和效率，提高企业的生产竞争力。
二、研究目标和内容2.1研究目标：（1）设计一套适用于普通车床经济型数控化改造的方案，实现数控系统的加装和改造。
（2）提高普通车床的加工精度和加工效率，满足高精度加工生产的需求。
（3）通过改造后的数控车床进行实际加工验证，验证方案的可行性和有效性。
2.2研究内容：（1）普通车床的数控化改造设计理论研究。
（2）数控系统的选择和加装设计。
（3）改造后的数控车床的加工效果验证。
三、研究方法和流程3.1研究方法：（1）文献综述法：对普通车床数控化改造的相关理论和应用进行归纳总结。
（2）实地调研法：了解普通车床数控化改造的实际需求和应用场景。
（3）方案设计法：根据研究对象的特点和需求，设计符合实际应用的数控化改造方案。
3.2研究流程：（1）搜集普通车床数控化改造的相关文献资料，进行归纳总结，分析存在的问题和改进方向。
（2）开展普通车床数控化改造需求调研，了解普通车床数控化改造的实际需求和应用场景。
（3）设计普通车床数控化改造的方案，包括数控系统的选择和加装设计。
（4）对改造后的数控车床进行实际加工验证，评估方案的可行性和有效性。
四、预期成果（1）普通车床经济型数控化改造的方案设计。
机电一体化系统设计报告模板
机电一体化系统设计报告模板
1. 项目背景
简明扼要地介绍项目的背景信息，包括项目的目的、需求和约束条件等。
2. 系统架构设计
详细描述机电一体化系统的整体架构设计方案，包括各个子系统的模块组成和功能划分。
2.1 机械子系统设计
描述机械子系统的设计方案，包括机械结构、传动装置和运动控制等。
2.2 电子子系统设计
描述电子子系统的设计方案，包括电路设计、传感器选择和信号处理等。
3. 控制系统设计
详细介绍机电一体化系统的控制系统设计方案，包括控制算法、信号采集和实时控制等。
4. 可行性分析
对设计方案进行可行性分析，包括技术可行性、经济可行性和
环境可行性等方面的评估。
5. 实施计划
制定机电一体化系统设计的实施计划，包括工作进度、资源需
求和风险管理等。
6. 结论
在此部分总结机电一体化系统设计报告的关键信息，强调设计
方案的重要性和可行性。
参考文献
列出在报告中引用的所有参考文献的详细信息，包括作者、标题、出版日期和出版商等。
附录
提供与报告相关的补充信息，例如设计图纸、测试数据和计算结果等。
以上是机电一体化系统设计报告的基本模板，可根据具体项目需求进行适当的调整和修改。
希望对你的文档撰写有所帮助！。
机电一体化系统设计报告
机电一体化系统设计报告一、引言二、设计目标本设计的目标是开发一种智能家居系统，实现家庭电器和设备的远程自动化控制。
该系统能够根据用户需求进行智能调整，提高家庭的舒适度和能源利用效率。
三、系统组成1.硬件部分硬件部分主要包括各种传感器、执行器、控制器和通信模块等。
传感器用于感知环境的温度、湿度、光照等参数，执行器用于控制家电设备的开关、调节等动作，控制器用于数据处理和决策，通信模块用于与用户远程交互和传输数据。
2.软件部分软件部分包括嵌入式系统的开发和云端平台的搭建。
嵌入式系统负责实时数据采集、处理和控制执行器，云端平台负责用户界面的设计、数据分析和远程控制指令的传输。
四、系统功能1.环境感知与自动调节系统通过传感器感知室内的温度、湿度和光照等参数，根据预设的调节策略自动调节空调、加湿器、照明等设备，提供舒适的生活环境。
2.节能和安全控制系统根据室内外环境的变化调节电器设备的运行状态，达到节能的目的。
同时，系统还能够通过云端平台进行远程监控和控制，保障家庭安全。
3.远程操控用户可以通过手机等移动终端实时监控家庭环境和设备状态，并远程操控家电设备。
用户可以随时随地调整温度、湿度、照明等参数，提高生活便利性。
五、系统优势本设计的机电一体化系统具有以下优势：1.高效智能：系统能够根据用户需求智能调节设备，提高能源利用效率和居住舒适度。
2.远程操控：用户可以通过移动终端实时监控和操控家电设备，提高生活便利性。
3.节能环保：系统通过预设策略和远程监控实现节能控制，减少能源浪费和环境污染。
六、系统应用本系统可广泛应用于家庭、办公室、酒店等场所，满足人们对生活环境的需求，提高生活品质和工作效率。
七、结论通过机电一体化系统的设计和开发，可以实现家庭电器和设备的智能控制，提高能源利用效率和生活舒适度。
该系统具有远程操控、节能环保等优势，可应用于家庭、办公室等场所。
在未来的发展中，还可进一步完善系统功能，提升系统的性能和可靠性。
经济型数控车床自动化加工系统的改造
经济型数控车床自动化加工系统的改造一、引言- 引入经济型数控车床及其发展现状- 阐述需要对该车床进行自动化改造的原因和意义二、经济型数控车床自动化加工系统的设计- 分析并描述原有车床的结构和性能- 设计并介绍改造方案和具体实施步骤- 介绍自动化加工系统所需的硬件和软件配置三、自动化加工系统的实现- 详细介绍所采用的控制系统和传感器技术- 介绍自动化加工系统的具体实现过程和结果- 分析实现中的优缺点及可改进之处四、经济型数控车床自动化加工系统实用性测试- 通过实际案例测试自动化加工系统的加工精度和生产效率- 对测试结果进行分析和总结，评估自动化改造的效果和经济效益五、结论- 总结经济型数控车床自动化加工系统的设计和实施- 强调其在提高企业生产效率、降低生产成本、促进企业发展方面的作用- 提出对未来改进和发展的建议。
第一章引言随着科技的快速发展和制造业的快速转型升级，数控技术作为现代制造业的核心技术，正发挥着越来越重要的作用。
经济型数控车床作为数控技术的重要代表，在制造行业中得到了广泛应用。
然而，传统的经济型数控车床难以满足现代工业对加工过程的自动化、精度、稳定性和高效性的要求。
为此，将经济型数控车床进行自动化改造，是一项非常迫切的任务。
本文旨在从经济角度考虑，探讨如何对经济型数控车床进行自动化改造，提升其生产效率，降低生产成本，促进企业发展。
第二章经济型数控车床自动化加工系统的设计2.1 原有车床的结构和性能分析经济型数控车床通常采用传统的机械结构，其工作精度和生产效率受到很大的限制。
为了有效地改善这种情况，必须对其结构和性能进行深入的分析和研究。
首先，我们来分析经济型数控车床的结构。
其主要部分分为床身、主轴、滑板、进给系统、切削液系统等。
其中，床身是整个数控车床的支撑结构，它负责承担机床的全部静载荷。
主轴是数控车床的核心部件，负责带动刀具实施切削加工。
滑板在床身的导轨上运动，实现工件的退刀和进刀。
普通车床的数控化改造设计
普通车床的数控化改造设计1.设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。
本课程设计是以机电一体化的典型课题——数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
2.设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。
通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。
课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。
如精密执行机的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。
该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1)采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。
主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。
2)选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。
主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。
3)精密执行机构的设计。
主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。
4)学会使用手册及图表资料，计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。
二.总体方案设计1.系统运动方式：普通车床数控化改造应具有定位。
机电一体化系统设计报告
机电一体化系统设计报告
摘要：本报告旨在介绍机电一体化系统的设计内容，包括系统需求分析、系统设计原理、硬件选型、软件开发以及系统测试与验证。
通过详细
的阐述和分析，展现了我们团队在机电一体化技术领域的研究和实践成果。
1.引言
1.1背景介绍
1.2研究目的
2.系统需求分析
2.1功能需求
2.2性能需求
2.3可靠性需求
2.4安全性需求
3.系统设计原理
3.1机电一体化系统原理
3.2动力学分析
3.3控制策略选择
4.硬件选型
4.1电机选型
4.2驱动器选型
4.3传感器选型
4.4控制器选型
5.软件开发
5.1系统架构设计
5.2控制算法设计与实现
5.3数据处理与通信模块设计
5.4用户界面设计
6.系统测试与验证
6.1功能测试
6.2性能测试
6.3可靠性测试
6.4安全性测试
7.结果与讨论
7.1实验数据分析
7.2系统优化与改进
8.结论
附录：系统设计图纸、电气原理图、控制流程图等技术资料
总之，本报告涵盖了机电一体化系统设计的相关内容，从系统需求分析到系统设计原理、硬件选型、软件开发以及测试验证等方面，对系统设
计的全过程进行了详细的阐述和分析。
希望这份报告能为机电一体化技术的应用和研究提供一定的参考价值。
机电一体化系统设计报告
机电一体化系统设计报告机电一体化系统是指机械结构、电气控制和计算机软件三者相互协调、相互约束、相互补充的系统，它集机械设计、电气控制和计算机技术于一体，实现对工业设备的全面控制和管理。
本报告主要介绍机电一体化系统设计的相关内容。
一、系统设计原则1.开放性原则：系统设计应该尽可能采用通用性的设计，能够兼容和集成各种不同厂家的设备和系统。
2.模块化原则：系统设计应将机械、电气和计算机控制分模块进行设计，每个模块都有特定的功能和接口，并且可以独立测试和维护。
3.可拓展性原则：系统设计应考虑到未来的技术发展和应用需求，具备可扩展性，可以方便地增加新的功能和设备。
4.可靠性原则：系统设计应具备高可靠性，能够在恶劣环境下稳定工作，并能及时处理各种异常情况。
5.安全性原则：系统设计应满足安全性要求，包括设备自身的安全性和对操作人员的安全保护。
二、系统设计流程1.需求分析：通过与用户沟通了解用户的需求、技术要求和性能指标，明确系统设计的目标。
2.总体设计：根据需求分析结果，确定系统的模块划分、功能分配和接口设计。
3.详细设计：对系统的每个模块进行详细设计，包括机械结构设计、电气控制设计和软件设计。
4.系统集成：将各个模块进行集成，进行功能联调和性能测试。
5.系统验收：对集成的系统进行全面测试，满足用户需求后进行验收。
三、系统设计的关键技术1.机械结构设计：根据用户需求和功能要求，设计机械部分的结构和传动装置。
2.电气控制设计：设计电气控制系统的硬件结构和软件逻辑，包括传感器的选型和布置、执行器的选择和控制算法的设计。
3.计算机软件设计：编写控制和管理系统的软件程序，实现对机械和电气系统的全面控制和管理。
四、案例分析以工业机器人为例，机电一体化系统设计的具体流程如下：1.需求分析：了解用户对机器人的工作任务、工作环境和性能需求。
2.总体设计：根据需求分析结果，将机器人分为机械结构、电气控制和软件系统三个模块，并确定各个模块之间的接口和功能划分。
C620型普通车床进行经济型数控改造设计毕业设计(1)
摘要本次毕业论文主要是将一台C620型普通车床进行经济型数控改造设计，针对现有的普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。
论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，比较详细的介绍了C620机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。
采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。
论文中车床改装设计如下：（1）机械部分的改装，包括纵向进给方向的改装和横向进给方向的改装。
主要包括对滚珠丝杠螺母副及反应式步进电机的计算选择及纵向、横向机构装配图方案的制定。
（2）电气控制部分的设计，主要包括MCS-51系列单片机及8031单片机扩展芯片的选用和电气控制图的设计,数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。
因为MCS—51系列的单片机具有集成度高、可靠性高、功能强、速度快、抗干扰能力强等优点。
设计改造后的经济型数控机床具有定位、直线插补、顺逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，且加工质量稳定可靠。
零件加工的适应性强，自动化程度高。
关键词：数控；单片机；步进电机；滚珠丝杠；改造ABSTRACThe main thesis is a C620-type CNC lathe economic transformation of the design for the shortcomings of the existing general made CNC lathe conversion program and microcomputer system design, higher precision and expand the use of machine tools, and increase productivity. Paper describes the transformation of CNC Lathe design process, a more detailed description of the mechanical transformation of C620 part of the design and numerical control parts of the system design. To adopt a 8031 control system for the CPU to process the signal from the I / O interface, the output pulse stepping through a gear reducer, the drive rolling screw rotation,In order to achieve vertical and horizontal movement of the feed.Paper lathe design modifications are as follows: (1) modification of the mechanical parts, including the vertical direction of feed conversion and horizontal direction of feed conversion. Include ball screw pair and reaction to the stepping motor selection and the calculation of vertical and horizontal body assembly drawing program development. (2) The electrical control part of the design include MCS-51 MCU 8031 Series MCU and expanding the selection of chips and electrical control chart design, numerical control system adopts MCS-51 series of 8031 micro-expansion system.Because the MCS-51 family of microcontrollers with a high integration, high reliability, strong function, high speed, anti-interference ability and so on.After transformation, the economic design of CNC machine tools with a positioning, linear interpolation, circular interpolation good times or bad, pause, loop processing, processing and other functions of public Inch thread, and the processing quality stable and reliable. Parts processing adaptability, high degree of automation.key words: NC,;microcontroller; stepper motors,;ball screws; transformation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (I)前言 (1)第1章主要方案的设计 (4)1.1设计任务 (4)1.2总体方案的论证 (4)1.2.1机械部分的改造设计 (4)1.2.2伺服进给系统的改造设计 (5)1.2.3 数控系统的硬件电路设计 (5)1.3 总体方案的确定 (6)第2章机械部分的改造设计 (5)2.1纵向进给系统的改造设计 (5)2.1.1纵向滚珠丝杠副的选用 (5)1 确定系统的脉冲当量 (6)2.1.2步进电机的选用 (11)2.2横向进给系统的改造设计 (14)2.2.1横向进给系统滚珠丝杠螺母副的选用 (14)2.2.2 横向步进电机的选用 (18)2.3齿轮传动间隙的调整 (20)第3章电气控制部分的设计 (20)3.1单片机的选择 (20)3.2步进电机的驱动 (21)3.2.1环形脉冲分配器的选择 (21)3.2.2功率放大器的选用 (22)3.3步进电机的微机控制 (25)结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附件1外文资料 (31)附件2外文资料翻译 ................................................................... (41)前言1 今国内外数控技术的发展现状近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。
机电一体化系统设计实验报告完整版
机电一体化系统设计实验报告完整版
实验目的：通过对机电一体化系统的设计，对机电一体化技术有进一步的认识，学习
机械、电气、控制等知识，提高综合能力。
实验要求：
1.设计一个包括机械、电气、控制等部分的机电一体化系统。
2.系统要求能够实时监测、控制和调整系统的工作状态。
3.设计一份完整的实验报告，包括系统的实现原理、系统软硬件环境以及测试结果等
内容。
实验步骤：
1.设计机械结构：本实验采用的是一种简单的小型输送带机械结构，由电机、减速机、皮带、导轨等组成。
2.设计电气部分：电气部分包括电源、电动机启停控制、传感器信号处理、电机驱动
器等，采用PLC控制。
3.设计控制部分：控制部分采用数字PID控制算法，通过对传感器信号的采集，实时
调整输送带速度，达到对输送带运行状态的监测和控制。
4.软硬件环境的设计：系统的软硬件环境采用LabVIEW 2016版本和SIEMENS S7-300 PLC进行设计，实现软硬件的有机融合，高效稳定地完成了系统的控制。
5.测试结果：经过实验测试，本系统实现了对输送带运行状态的实时监测和控制，具
备了一定程度的自动化操作能力，满足了以第二、第三产业为主的工业自动化生产环境下
对智能机电一体化系统的需求。
实验总结：
本实验通过对机电一体化系统的设计，综合应用了机械、电气、控制等多学科知识，
以及PLC、PID控制和LabVIEW编程等技术，对机电一体化技术有了较深入的认识和理解。
通过实验，不仅使我们掌握了智能机电一体化技术的基本原理和应用方法，同时也提高了
实践操作能力和综合解决问题的能力。
第八章卧式车床数控化改造设计
二、总体方案的确定 （7）选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，
选择螺纹编码器等。
机电一体化系统设计
三、机械系统的改造设计方案
1．主传动系统的改造方案
对普通车床进行 数控化改造时，一 般可保留原有的主 传动机构和变速操 纵机构，这样可减 少机械改造的工作 量。主轴的正转、 反转和停止可由数 控系统来控制。
L0 = 119.7（单位为： 106 r）。 查表3-30，取载荷系数fW = 1.15，硬度系数fH = 1 ，代入下式，得到最大动载荷：
FQ 3 L0 fW fH Fm 9703N
机电一体化系统设计四、来自给传动部件的计算和选型 （3）初选型号
根据计算出的最大动载荷，查表3-33， 选择启东润泽机床附件有限公司生产的 FL4006型滚珠丝杠副。其公称直径为40 mm，基本导程为6 mm，双螺母滚珠总圈 数为3 × 2 = 6 圈，精度等级取4级，额定 动载荷为13200 N，满足要求。
机电一体化系统设计
三、机械系统的改造设计方案
螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异 轴安装。
同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与 主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通 孔。
异轴安装是指将编码器安装在床头箱的后端，一 般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同 步轴，可将编码器通过一对传动比为1：1的同步齿形 带与主轴联接起来。
机电一体化系统设计
四、进给传动部件的计算和选型
纵、横向进给传动部件的计算和选型主 要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选 择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步 进电动机等。以下详细介绍纵向进给机构， 横向进给机构与纵向类似，在此从略。
机电一体化系统设计
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《机电一体化系统设计》课程设计题目一一、任务分析1．设计题目：CA6140车床经济型数控改装设计2．设计内容与要求：将CA6140普通车床改造成经济型数控车床。
要求该车床具有切削螺纹的功能，纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。
系统分辨率纵向：0.01mm，横向：0.005mm。
设计参数如下：最大加工直径：在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工长度：1000mm快进速度纵向 2.4m/min横行 1.2m/min最大切削进给速度纵向0.5m/min横行0.25m/min代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数 2最小指令值纵向0.01mm/pulse横行0.005mm/pulse刀具补偿量0~99.99mm进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横行0.075mm自动升降速性能有二、总体方案设计接到数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分机械部分和电气部分进行设计计算。
现以机电一体化的典型产品经济型数控机床为例，分析总体方案的拟定的内容和应该考虑的问题。
机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，微型计算机数控系统的选择、设计等。
应根据毕业设计任务书及要求提出系统总体方案，对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案。
1．总体设计方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在考虑总体设计方案时，应遵守的基本原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改造应尽可能少，以降低成本。
1)数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续（轮廓）控制系统。
由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控（MNC）系统采用连续控制系统。
2)伺服进给系统的选择数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。
采用直流或交流伺服电机驱动的闭环控制方案的优点是可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差、传动间隙及干扰等对加工精度的影响。
但它结构复杂、技术难度大、调试和维修困难、造价高。
对于所改造的CA6140车床的加工精度要求不很高。
采用闭环控制系统的必要性不大。
采用直流或交流伺服电机驱动的半闭环控制，其性能介于开环和闭环控制之间。
由于调速范围宽、过载能力强，又具有反馈控制，因此性能远优于以步进电机驱动的开环控制。
由于反馈环节不包括大部分机械传动元件，调试比闭环简单，系统的稳定性较易保证，所以比闭环容易实现。
但是，采用半闭环控制，调试比开环要复杂，设计上有其自身的特点，技术难度较大。
本设计任务书的要求不高，是经济性数控的改造，通常的情况下均采用以步进电机驱动的开环控制。
因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。
缺点是步进电机没有过载能力。
启动频率低，工作频率也不高等。
开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济性数控设备中。
经过上述比较，决定采用开环控制系统。
纵向进给机构的改造：拆去原有机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及其相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾，并不占据丝杠空间。
由于采用了滚珠丝杠可提高系统的精度和纵向进给整体刚度。
横向进给机构的改造：由于原横向进给的丝杠空间有限，一种方法是拆除横向丝杠换上滚珠丝杠，但在现有的滚珠丝杠系列中选出合适的丝杠副较困难，需特制滚珠丝杠副，为了便于安装，滚珠丝杠副的丝杠轴不是整体的，而采用分移式，然后用联轴器联接；另一种方法是采用原丝杠，这样做就避免了特制滚珠丝杠副的麻烦，减少了成本，但需采用电气补偿丝杠精度和反向间隙的措施。
本方案采用前者，并保留横向原手动机构，横向步进电机和减速箱安装在机床后侧。
3)数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都有硬件和软件两部分组成。
硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。
有了硬件，软件才能有效地运行。
数控系统中的关键部分是数控装置。
数控装置的设计方案选择也有多种方案，通常有：①.可以全部自己设计、制作；②.可以采用单板机或STD模块或工业控制机改制；③.可以选用现成的数控装置作少量的适用化改动或配接。
在普通机床的经济性数控改造中，一般多采用后两种方法。
一般情况下，所需的数控功能和要求如果有现成的数控装置可以满足，这时通常都采取购置现成数控装置的方案，因为自行设计制作不但费时间，且不经济，同时质量上也难于保证，另一种情况是购置现成的数控装置产品满足不了所需的数控功能，这时可将购置的数控装置经自行补充或改造其硬件电路，来满足本设计要求。
但作为毕业设计即使是采用上述两种数控装置的设计方案，也需对其结构、原理、控制方式等有所了解，才能提出自己的处理办法，也可以采用自行设计数控装置的方案和数控装置，可以更全面地训练学生运用计算机、数控系统硬件电路的设计和应用的能力，其难度比较大，也为今后从事其它类似的工作打下坚实的基础。
本设计实例采用第一种方法即自行设计数控装置。
在自行设计的数控装置中，CPU的选择是关键。
选择CPU应考虑以下要素：a)时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切关系；b)可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；c)指令系统功能的强弱与编程的灵活性相关；d)I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关；e)开发手段，包括支持开发的软件和硬件电路，与开发周期、推广应用相关；除此之外，还应根据数控系统应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。
2．总体设计方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济性数控改造的总体方案示意图如图3.2.1所示。
CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，既手动变速。
车床的纵向（Z 轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。
由MCS-51系列单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、软件环形分配器（硬件环分器）与放大器控制功率步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。
刀架改成由微机控制的经电动机驱动的自动控制的自动转位刀架。
为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转。
发出两路信号；每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。
图3.2.1 总体方案示意图三、机床进给伺服系统机械部分设计计算过程伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的负载、确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图及零件工作图等。
现分述如下：1．确定系统脉冲当量一个进给脉冲，使机床运动部件产生的位移量，称为脉冲当量，也称为机床的最小设定单位。
脉冲当量是衡量数控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市0.01~0.005mm/pulse。
脉冲当量有时也由设计任务书中直接给出。
2．切削力计算在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都需要用到切削力，此处列举三种常用的计算切削力的方法。
一、 用经验公式计算主切削力。
例如车床的主切削力)(N F z 可用下式计算 纵切外圆：5.1max 67.0D F z =式中 max D ——车床床身上加工最大直径单位为mm 横切端面是主切削力'z F 可取纵切时z F的21。
求出主切削力z F 以后再按以下比例分别求出分力x F 和y F 。
4.0:25.0:1::=y x z F F F式中 x F ——走刀方向的切削分力（N ）； y F ——垂直走刀方向的切削分力（N ）。
图3.2.2为纵切和横切时切削力的示意图。
横切时的切削力可取纵切时的1/2。
图3.2.2 纵切和横切时切削力的示意图二、 按切削用量计算切削力上面介绍的按经验公式计算切削力的方法是比较简单而实用的。
但是对于不同的专用机 床来说，计算结果不一定非常准确。
所以对某一指定了专门用途的专用数控机床，应该根据具体加工条件、不同的工况，选用合理的切削用量，用切削力计算公式来计算切削力。
外圆车削时切削力计算z zF zF z F z F n y xp F z K v fa C F ⋅⋅⋅⋅=)60(81.9y yF yF y Fy F n y x p F y K v fa C F ⋅⋅⋅⋅=)60(81.9x xF xF x F x F n y xp F x K v fa C F ⋅⋅⋅⋅=)60(81.9式中 x y z F F F ,,——主切削力、切深抗力、进给抗力单位为(N)； p a ——切削深度，(mm)；v ——切削速度，(m/s)；f ——进给量，(mm/r)；x y z F F F K K K ,,——总修正系数，包括由于工件材料强度、硬度改变、刀具材料改变、刀具几何角度不同等因素对切削力的修正系数。
式中各指数和系数的数值可参考《金属 切削机床设计》。
切削用量的选择可参考《机械加工手册》。
三、 按照机床主电机功率计算对于通用机床的数控化改造或设计通用的经济型数控机床来说，切削用量选择的范围较 大，这样将会导致切削力计算结果差别很大。
这里介绍第三种方法，就是按照需要进行数控改造设计的普通车床的主电机功率来计算切削力。
其具体方法如下：P P c η=式中 c P ——切削功率，（KW ） P ——机床主传动功率，（KW ）η——主传动系统总的机械效率，可近似地取以下数值： 精密机床 =η0.8~0.85 中型机床 =η0.75~0.8 大型机床 =η0.7~0.85nP M cn 9550= 式中 n M ——主轴传递的扭矩，（N ·m ）； n ——主轴计算转速（r/min ），是主轴传递全部功率时的最低转速。
3102⨯=dM F nz 式中 z F ——主切削力，（N ）； d ——工件直径可采用在床鞍上加工的最大直径。
主切削力求出以后再按比例求出y x F F 、。
3． 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型：确定滚珠循环方式，滚珠丝杠副的预紧方式。
结构类型确定之后，再计算和确定其他技术参数，包括：公称直径d 0（或丝杠外径d ）、导程L 0、滚珠的工作圈数j 、列数K 、精度等级。
滚珠循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。
可参照《机电一体化技术手册》选用。
滚珠丝杠副的预紧方式有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等预紧方式。
可参照《机电一体化技术手册》选用。