学位论文—计算机数字控制(cnc)机床.doc

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1、毕业设计前 言本课题是围绕将普通机床改造成经济型数控机床展开设计的，经济型数控机床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的高效自动化机床。中小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、自动化。经济型数控机床系统就是结合生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控型系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的

2、竞争能力。利用微机改造现有的普遍车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给加工车床，即经济型数控车床。 进行数控机床的改造是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、精密、小批量及多变零件的加工问题。但是数控车床的运用也受到其他条件的限制。如：数控车床价格昂贵，一次性投资巨大等，因此，普通车床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。第一章 概述（一）、经济型数控改造的实际意义 目前，各企业一般都有不少普通车床，完全用数控车床加以替换根本不可能。解决这个问题，

3、必须走普通车床数控改造之路。日本大企业中有26%的机床经过数控化改造，而中小企业则占74%，美国有许多数控专业化公司为用户提供数控改造服务。我国拥有300万台机床，其中大量的是通用车床。因此，普通车床的数控改造，大有可为。 数控改造一般是指对普通车床某些部位作一定的改造，配上数控装置，从而使车床具有数控加工能力。1、社会分析在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大。如今微电子技术、计算机技术应用到机床控制系统上，它既能提高车床自动化程度，又能提高加工精度，有些企业已在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床满足了技术发展的需要，提高了生产率和产品精度，又增大了设备适应能力和型面

4、加工范围。2、经济分析由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用数控技术对旧机床加以改造，和购买新机床相比，则可以节省50 以上的资金。一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的13到l5，一般用户都能够承担得起，这为资金紧张的中小型企业的技术改造开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了较大的吸引力。3、 生产分析在现代机械制造工业中，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重。若要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。数机床与普通机床相比，

5、其主要有以下的优点：适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。加工精度高，生产效率高；减轻劳动强度，改善劳动条件；具有良好的经济效益；有利于生产管理的现代化。数控机床已成控为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/1

6、0左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国机床需要量大，但是经济资源有限，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。4、 综合分析从上

7、述分析中不难看出，数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上，具有可靠性高、柔性强、易于实现机电一体化、经济性可观等优点。为此，在旧有机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较大的经济效益。（二）、 数控车床的基本结构结构特点及工作原理下面对其各组成部分加以介绍。数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。（1）输入

8、装置数控加工程序可通过键盘，用手工方式直接输入数控系统。零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工，另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从存储器中逐段调出进行加工。（2）数控装置数控装置是数控车床的中枢。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制车床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能

9、是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求。因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动各执行部件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。（3）驱动装置和检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加“出符合图样要求的零件。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。检测装置将数控车床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到车床的数控装置中。数控装置将反馈回来的实

10、际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。（4）辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动车床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和车床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。现广泛采用可编程控制器（PLC）作数控机床的辅助控制装置。（5）车床本体数控车床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却

11、装置等组成。与传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：（1）由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联结带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。（2）多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。（3）数控车床的第三个结构

12、特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球辆承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。（4）为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。（5）由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。（6）数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。（7）数控车床一般还配有自动排屑装置。数控车床

13、加工零件的工作过程分以下几个步骤实现：（1）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序。（2）所编程序指令输入机床数控装置中。（3）数控装置对程序（代码）进行翻译、运算之后，向车床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动车床的各运动部件，并控制所需要的辅助运动。（4）在车床上加工出合格的零件。（三）、 数控车床的特点及应用范围1、 数控车床的加工特点（1）加工精度高目前数控车床的脉冲当量普遍达到了0001 mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿。数控车床的加工精度由过去的 001 mm提高到 0005 mm。定位精度 90年代初中期已

14、达到0.002mm0005 mm。（2）对加工对象的适应性强在数控车床上改变加工零件时，只需重新编制（更换）程序，输入新的程序后就能实现对新零件的加工。（3）自动化程度高，劳动强度低数控车床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的,操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察车床的运行外，其他的车床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到了相应的改善。（4）生产效率高数控车床能有效的减少机动时间与辅助时间，每一道工序都能选用最有利的切削用量，选用了很高的空行程运动时间。因而消耗在快进、快退、和定位的时间比一般

15、车床少得多。（5）良好的经济效益在单件、小批量生产的情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，因此能够获得良好的经济效益。（6）有利于现代化管理用数控车床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。2、数控车床的应用范围与传统车床相比，数控车床比较适合于车削具有以下要求和特点的回转体零件： （1）精度要求高的零件。由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。在有些场合可以以车代磨。此外，由于数控车削时刀具运动是通过高

16、精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。（2）表面粗糙度好的回转体零件。数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性好和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度小的部位可以用减小进给速度的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。（3）轮廓形状复杂的零件。数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接

17、使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列表曲线。如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床，那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。（4）带一些特殊类型螺纹的零件。传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能加工等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能加工任何等节距直、锥面，公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹。数控车床加工螺纹时主轴转向不必像传统车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直至完成，所以它车削螺纹

18、的效率很高。数控车床还配有精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。（5）超精密、超低表面粗糙度的零件。磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度值，它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。以往很难加工的塑料散光用的透镜，现在也可以用数控车床来加工。超精加工的轮廓精度可达到0.1m，表面粗糙度司达0.02m。超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷。第二

19、章 经济型车床数控改造总体方案的确定（一）、设计任务现我选用C616普通车床为例进行数控改造。C616型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。因此对该型号机床进行数控化改装具有良好的社会价值。本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对纵向以及横向进给系统进行开环控制。纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用常州武进机床数控设备厂生产的LD4工型系列四工位自动刀架。 （二）、设计方案由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能减少

20、，以降低成本。根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为：进给系统采用步进电机通过减速后驱动滚珠丝杠运动，在纵向进给系统中通过一级齿轮减速后驱动滚珠丝杠，在横向进给系统中通过一级齿轮减速驱动滚珠丝杠；刀架改为自动转位刀架(四工位)从而实现自动换刀；通过MCS-51系列8051单片机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲信号控制进给速度和行程。图21 数控化改造示意图第三章 机械部分改造设计与计算（一）、纵向进给动力需求的计算1、纵向进给系统的设计经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端

21、。对车床改造来说，外观不必象产品设计要求那么高，而从改造方便、实用方面来考虑，把步进电机放在纵向丝杠的右端。步进电机的布局示意图如下: 图31步进电机纵向布局示意图2、纵向进给系统的计算 已知条件： 工作台重量： W=80kgf=80N(根据图纸粗略计算)时间常数： T=25ms滚珠丝杠基本导程：L0=6mm行程： S=640mm脉冲当量： p=0.01mm/step步距角： =0.75/step快速进给速度： Vmax=2mm/min(1)切削计算 由机床设计手册可知，切削功率Nc=NK式中 N电机功率，查机床说明书，N=4KW； 主传动系统总效率，一般为0.60.7取=0.65； K进给系

22、统功率系数，取为K=0.96。则： Nc=40.650.96=2.496KW又因为 NC= FZ=所以 式中 v切削线速度，取v=100m/min。主切削力 FZ =152.76(kgf)=1527.6(N)由金属切削原理可知，主切削力 FZ=CFz apx Fz fYFz KFz查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1则可计算FZ 如表1所示： 表31 FZ计算结果ap(mm)222888f(mm)0.20.30.40.20.30.4FZ(N)112515241891168722872837当FZ=1520N 时，切削深度ap=2mm,

23、走刀量f=0.3mm，以此参数做为下面计算的依据。从机床设计手册中可知，在一般外圆车削时： FX =（0.10.6）FZ FZ=(0.150.7) FZ取： FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.61527.6=916.5N(2)滚珠丝杠设计计算综合导轨车床丝杠的轴向力： P=KFX+f(FZ+W)式中 K=1.15，f=0.150.18，取为0.16。则 P=1.15763.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N1) 强度计算：寿命值 L1=n1=取工件直径 D=80 mm,查表得T I=15000h则：n1=20r/minL1=18最大

24、动负载 Q=查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1则Q=1.211250.8=39933.6N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠直径为32mm,型号为FC1B3265E2，其额定动载荷是10689N，所以强度足够用。2）效率计算：根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为： =式中 摩擦角=10螺旋升角=325则=3)刚度验算：滚珠丝杠受到工作负载P引起的导程的变化量 L1=式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6166N/ cm2。滚珠丝杠截面积 F=()2=（）23.14则 L1=5.910-6滚珠

25、丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小,可忽略,即：L=L1。所以：导程变形总误差为 =5.910-6=9.8m/m查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。4）稳定性验算：由于机床原丝杠直径为30mm，现选用的滚珠丝杠直径为32 mm，支承方式不变，所以稳定性不存在问题。(3)齿轮及转距的有关计算1）有关齿轮计算传动比 i=1.25故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm =20 d1=m Z1=232=64mm d2= m Z2=240=80mm d1 =d1 +2ha*=68mm d2=d2+2ha*=84mm=722) 转动惯量计算工作台质量折算

26、到电机轴上的转动惯量：J1=()2W=()280=0.4682 =4.68N2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3=11.4752=114.75N2齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-46.442=2.6172=26.17 N2JZ2=7.810-4842=6.392=63.9 N2电机转动惯量很小可以忽略。因此,总的转动惯量：J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1=(11.475+6.39)+2.617+0.468=14.5192=145.19N23）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩M=MamaxMfM0最大切削负载时所需力矩 M=MatMfM

27、0Mt快速进给时所需力矩M= MfM0式中 Mamax 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； Mf 折算到电机轴上的摩擦力矩； M0 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩； Mat 切削时折算到电机轴上的加速度力矩； Mt 折算到电机轴上的切削负载力矩。Ma=10-4Nm当n=nmax时 Mamax =Ma nmax=416.7r/minMamax=10-4=2.52Nm=25.72f当n=nt时 Ma=Matnt=24.88r/minMat=10-4=0.1505Nm=1.536fMf =当0=0.8 f=0.16时Mf =1.223f M0 =(1-02)l 当0=0.9时预

28、加载荷P0=Fx则：M0=0.462f=4.62NMt=7.297f=72.97 N所以, 快速空载启动时所需力矩：M=MamaxMfM0=25.721.2230.462=27.405f=274.05N切削时所需力矩：M=MatMfM0Mt=1.5361.2230.4627.297=10.518f=105.18 N快速进给时所需力矩：M= MfM0=1.2230.462=1.685f=16.85 N由以上分析计算可知：所需最大力矩Mmax发生在快速启动时，Mmax=27.405f=274.05 N（二）、横向进给动力需求的计算1、 横向进给系统的设计经济型数控改造的横向进给系统的设计比较简单,

29、一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠,使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。2、 横向进给系统的计算由于横向进给系统的设计和计算与纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算） W=30f=300N时间常数 T=25ms滚珠丝杠基本导程 L0=4 左旋行程 S=190脉冲当量 p=0.005/step步距角 =0.75/ step快速进给速度 vmax=1m/min(1)切削力计算 横向进给量为纵向的1/21/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2FZ=0.5152.76=76.38f

30、=763.8N在切断工件时：Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19f=381.9N(2)滚珠丝杠设计计算1）强度计算：对于燕尾型导轨：P=KFyf(FzW)取K=1.4 f=0.2则P=1.438.190.2(76.3830)=74.74f=747.4N寿命值 L1=13.5最大动负载Q=213.55f=2135.5N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠公称直径为20，型号为FC1B2045E2左，其额定动负载为5393N，所以强度足够用。2）效率计算：螺旋升角=338，摩擦角=10则传动效率=0.9563）刚度

31、验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量L1=5.9610-6滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小，可忽略，即：L=L1所以导程变形总误差为=查表知E级精度丝杠允许的螺旋误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。4）稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。(3)齿轮及转矩有关计算1）有关齿轮计算传动比 i=故取 Z1=18 Z2=30 m =2 b=20 =20 d1=36 d2=20 d1 =40 d1=64 a=482)传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=2丝杠的转动

32、惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-42450=0.6242齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-43.642=0.2622JZ2=7.810-4642=2.0222电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J=1.25823）所需转动力矩计算nmax=Mamax=Nm=2.23fnt=33.17r/minMat=0.0174 Nm=0.1775 fMf=0.287f=0.028 NmM0=0.116f=0.011 NmMt=1.824f=0.182 Nm所以，快速空载启动时所需转矩：M=MamaxMfM0=2.230.2870.116=2.633f=26.33N切削时所需力矩：

33、M=MatMfM0Mt=0.17740.2870.1161.824=2.404f=24.04 N快速进给时所需力矩：M= MfM0=0.2870.116=0.403f=4.03 N从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，Mmax=2.633f=26.33 N第四章 步进电机的选择（一）、步进电机的选择的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。1 步距角步距角应满足：式中 i传动比 min系统对步进电机所驱动部件的最小转角。2 精度步进电机的精度可用步矩误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际

34、转角与理论转角之差的最大值。用积累误差衡量精度比较实用。Qis式中 Q步进电机的积累误差； s系统对步进电机驱动部件允许的角度误差。3转矩 为了使步进电机正常运行（不失步、不越步），正常启动并满足对转速的要求，必须考虑：1）启动力矩 一般启动力矩选取为：Mq式中 Mq电动机启动力矩； ML0电动机静负载力矩。根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表（2）所示。Mjm为步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的。表4-1 步进电机相数、拍数、启动力矩表运行方式相数33445566拍数3648510612Mg /Mjm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.8

35、662）在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。3 启动频率 由于步进电机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足：ftfcpm式中 ft极限启动频率； fcpm要求步进电机最高启动频率。（二）、步进电机的选择 1C616纵向进给系统步进电机的确定Mq = 685.125 N为满足最小步矩要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步进电机最大静转矩Mjm为：Mjm=791.14 N步进电机最高工作频率fmax=Hz综合考虑，根据河南科技大

36、学机床数控化改造指导手册选用110BF003型直流步进电机，能满足使用要求。2C616横向进给系统步进电机的确定Mq = N电动机仍选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以，步进电机最大静转矩Mjm为：Mjm= N步进电机最高工作频率fmax=3333.3 Hz为了便于设计和采购，仍选用110BF003型直流步进电机，能满足使用要求。第五章 车床导轨改造卧式车床上的运动部件，如刀架、工作台都是沿着机床导轨面运动的。导轨就是支承和导向，即支承运动部件并保证运动部件在外力作用下，能准确的沿着一定的方向运动。导轨的导向精度、精度保持性和低速运动平稳性，直接影响机床的加工精度、承载能

37、力和使用性能。常使用滑动导轨和滚动导轨。滚动导轨摩擦系数小，动静摩擦系数接近，因而运动灵活轻便，低速运行时不易产生爬行现象，其精度高，但价格贵。经济型数控一般不使用滚动导轨，尤其是数控改造，若使用滚动导轨，将太大增加机床床身的改造工作量和改造成本。因此，数控改造一般仍使用滑动导轨。滑动导轨具有结构简单，刚性好，抗振性强等优点。普通车床的导轨一般是铸铁铸铁或铸铁淬火钢导轨。这种导轨的缺点是静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化，低速时易产生爬行现象，影响行动平稳性和定位精度，为克服滑动导轨的上述缺点，数控改造一般是将原车床导轨进行修整后贴塑，使其成为贴塑导轨。贴塑导轨摩擦系数小，且动静摩擦

38、系数差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性、抗咬伤能力强、加工性和化学性能稳定，且具有良好的自润滑性和抗振性，加工简单，成本低。目前应用较多的聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带，如美国生产的TwrciteB和我国生产的TSF软带材料，此种软带厚度为0.8、1.6、3.2等几种规格。考虑承载变形，宜选用厚度小的规格，如果考虑到加工余量，选用厚度为1.6为宜。贴塑软带粘贴工艺非常简单，可直接粘结在原有的滑动导轨面上，不受导轨形式的限制，各种组合形式的滑动导轨均可粘结。粘结前按导轨精度要求对金属导轨面进行加工修理。根据导轨尺寸长度放大34，切下贴塑软带。金属粘结面与软带结面应清洗干净，用特殊配制的粘合剂粘结

39、，加压固化，待其完全固化后进行修整加工。作为导轨面的表面，根据需要可进行磨、铣、刮研、开油槽、钻孔等加工，以满足装配要求。第六章 转位刀架的选用自动转位刀架的选用是普通车床数控改造机械方面的关键，而由数控系统控制的自动转位刀架，具有重复定位精度高，工件刚性好，性能可靠，使用寿命长以及工艺性能袄等优点。在该次经济型数控车床的改造中，其自动刀架选用的是常州武进机床数控设备厂生产的系列刀架。该刀架具有重复定位精度高，工作刚性好，使用寿命长，工艺性能好等优点达到国内先进水平。现选用常州武进机床数控设备厂生产的LD4工型系列四工位自动刀架。刀架技术参数：表6-1 刀架技术参数 刀位数电动功率电机转速夹紧

40、力上刀体尺寸下刀体尺寸重复定位精度工作可靠性换刀时间 460W1400r/min1t1521521611710.00530000次90：2.9s 180：3.4s 270：3.7s第七章 经济型数控机床改造时数控系统选用数控系统是一台数控机床的核心。对系统的选择在机床数控改造中是至关重要的，现从系统的经济性和实用性选择为开环伺服系统为JWK15T。数控系统与机床硬件的匹配示意图如下：图71 数控系统与机床硬件的匹配示意图现将该经济性数控系统JWK15T性能参数列表如下：1生产厂家南京微分电机厂江南机床数控工程公司2用户容量24K3设定单位X=0.005 Z=0.014控制轴数X、Z两轴5联动轴

41、数 二轴6编程尺寸9999.997快速(X/Z)向316/8G指令G00G04 G22G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G929M指令M00M09 M20M29 M92M9910S功能S01S04 S05S1011T功能T1XT8X12步进电机220V 10%50HZ13控制精度1步14功耗W36015环境温度040C16相对温度80%（25C）17外形尺寸（）34040022018系统重量17 kg第八章 典型零件的工艺设计及应用程序编制所需加工零件的材料为45号钢，加工零件如下图所示：图81 加工零件图（一）、工艺分析1、 加工步骤（1）、该零件分七个工步来完成加工，即先用16的麻花钻来钻孔；再粗车外圆；第三步粗镗孔；第四步精镗内孔；第五步精车外