毕 业 设 计（ 文）
设计（文）题目：C616型普通车床
改造济型数控车床
系 ：机械工程系
专 业：机电体化
班 级：02机电（1）
姓 名：宋文娟
学 号：110203110
指导老师：邹寿南
完成时间：05年6月
目录
序言 3
设计方案确定4
（） 设计务4
（二） 总体设计方案确定4
二机械部分改造设计4
（） 进系统设计计算4
（二） 横进系统设计计算10
三步进电机选择13
（）步进电机选基原13
（二）步进电机选择14
四机床导轨改造15
五动转位刀架选16
六济型数控机床改造时数控系统选17
七典型零件工艺设计应程序编制18
（）工艺分析18
（二）工作坐标系设定19
（三）手动钻孔19
（四）编制加工程序19
结21
参考文献22
序言
毕业设计课题：C616型普通车床改造济型数控车床
课题简介：
课题围绕普通机床改造成济型数控机床展开设计济型数控机床指价格低廉操作方便适合国国情装简易数控系统高效动化机床中型企业发展生产常希原旧机床进行改造实现数控化动化济型数控机床系统结合现实生产实际结合国国情满足系统基功前提降低价格价格便宜性价格适中特点特适合设备中占较重普通车床改造适合生产第线面积推广企业应济型数控型系统设备进行改造提高产品加工精度批量生产力时保持万加工专高效两种属性提高设备身产品更新换代应变力增强企业竞争力
利微机改造现普遍车床应该解决问题机械传动进手工控制刀架转位进改造成计算机控制刀架动转位动进加工车床济型数控车床
进行数控机床改造非常必数控机床解决形状复杂精密批量变零件加工问题够稳定加工质量提高生产效率数控机床运受条件限制：数控机床价格昂贵次性投资巨等普通车床数控改造适合国济水教育水生产水已成国设备技术改造方
现选C616普通车床例进行数控改造
设计方案确定
C616型车床种加工效率高操作性社会拥量普通车床实践证明种车床改造数控车床已收良济效果
（） 设计务
设计务C616普通车床进行数控改造利微机横进系统进行开环控制脉量001mm脉横脉量0005mm脉驱动元件采步进电机传动系统采滚珠丝杠副刀架采动转位刀架
(二)总体设计方案确定
济型数控改造考虑具体方案时基原满足求前提机床改动减少降低成根C616车床关资料数控车床改造验确定总体方案采微机数进行计算处理IO接口输出步进脉级齿轮减速带动滚珠丝杠转动实现横进运动
二机械部分改造设计计算
1． 进系统设计
济型数控车床改造般步进电机减速驱动丝杠螺母固定溜板箱带动刀架左右移动步进电机布置放丝杠意端车床改造说外观必象产品设计求高改造方便实方面考虑般步进电机放丝杠右端
2． 进系统设计计算 已知条件：
工作台重量： W80kgf80N(根图纸粗略计算)
时间常数： T25ms
滚珠丝杠基导程：L06mm
行程： S640mm
脉量： δp001mmstep
步距角： α075°step
快速进速度： Vmax2mmmin
(1)切削计算 〈〈机床设计手册〉〉知切削功率
NcNηK
式中 N——电机功率查机床说明书N4KW
η——传动系统总效率般06～07取η065
K——进系统功率系数取K096
：
Nc4×065×0962496KW
NC
FZ
式中 v——切削线速度取v100mmin
切削力
FZ 15276(kgf)15276(N)
〈〈金属切削原理〉〉知切削力
FZCFz apx Fz fYFz KFz
查表： CFz188kgfmm21880Mpa
XFz1 YFz075 KFz1
计算FZ 表（1）示：
表（1） FZ计算结果
ap(mm)
2
2
2
8
8
8
f(mm)
02
03
04
02
03
04
FZ(N)
1125
1524
1891
1687
2287
2837
FZ1520N 时切削深度ap2mm 走刀量f03mm参数做面计算
〈〈机床设计手册〉〉中知般外圆车削时：
FX （01～06）FZ FZ(015～07) FZ
取：
FX05 FZ05×152767638N
FY06 FZ06×152769165N
(2)滚珠丝杠设计计算
综合导轨车床丝杠轴力：
PKFX+f′(FZ+W)
式中 K115f′015～018取016
P115×7638+016×(15276+800)12508N
1) 强度计算：
寿命值 L1
n1
取工件直径 D80 mm查表T I15000h
：
n120rmin
L118
动负载 Q
查表： 运转系数 fw12 硬度系数 fH1
Q×12×1×12508399336N
根动负载Q值选择滚珠丝杠型号例滚珠丝杠参汉江机床厂产品样选取FC1B系列滚珠丝杠直径φ32mm型号FC1B32×6—5—E2额定动载荷10689N强度足够
2）效率计算：根〈〈机械原理〉〉公式丝杠螺母副传动效率η：
η
式中 摩擦角ψ10′ 螺旋升角γ3°25′
η
3)刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起导程变化量
△L1±
式中 L06mm06cm
E206×166N cm2
滚珠丝杠截面积 F()2π（）2×314
△L1±±59×106㎝
滚珠丝杠受扭矩引起导程变化量△L2忽略：△L△L1：
导程变形总误差△
△ ×59×10698μmm
查表知E级精度丝杠允许螺距误差（1m长）15μmm刚度足够
4）稳定性验算：机床原丝杠直径φ30mm现选滚珠丝杠直径φ32 mm支承方式变稳定性存问题
(3)齿轮转距关计算
1）关齿轮计算
传动
i125
取 Z132mm Z240
m2mm b20mm α20°
d1m Z12×3264mm
d2 m Z22×4080mm
dα1 d1 +2ha*68mm
dα2d2+2ha*84mm
α72㎜
2) 转动惯量计算
工作台质量折算电机轴转动惯量：
J1()2W()2×800468㎏·㎝2
468N·㎝2
丝杠转动惯量：
JS78×104×D4L178×104×324×1403
11475㎏·㎝211475N·㎝2
齿轮转动惯量：
JZ178×104×644×22617㎏·㎝22617 N·㎝2
JZ278×104×84×2639㎏·㎝2639 N·㎝2
电机转动惯量忽略
总转动惯量：
J(JS+JZ2)+ JZ1+ J1
(11475+639)+2617+0468
14519㎏·㎝214519N·㎝2
3）需转动力矩计算
快速空载启动时需力矩
MMamax＋Mf＋M0
切削负载时需力矩
MMat＋Mf＋M0＋Mt
快速进时需力矩
M Mf＋M0
式中 Mamax ——空载启动时折算电机轴加速度力矩
Mf ——折算电机轴摩擦力矩
M0 ——丝杠预紧引起折算电机轴附加摩擦力矩
Mat ——切削时折算电机轴加速度力矩
Mt ——折算电机轴切削负载力矩
Ma×104N·m
nnmax时 Mamax Ma
nmax4167rmin
Mamax×104252N·m2572㎏f·㎝
nnt时 MaMat
nt2488rmin
Mat×10401505N·m1536㎏f·㎝
Mf
η008 f′016时
Mf 1223㎏f·㎝
M0 (1η02)
η009时预加载荷P0Fx：
M00462㎏f·㎝462N·㎝
Mt7297㎏f·㎝7297 N·㎝
快速空载启动时需力矩：
MMamax＋Mf＋M0
2572＋1223＋046227405㎏f·㎝
27405N·㎝
切削时需力矩：
MMat＋Mf＋M0＋Mt
1536＋1223＋0462＋729710518㎏f·㎝
10518 N·㎝
快速进时需力矩：
M Mf＋M01223＋04621685㎏f·㎝
1685 N·㎝
分析计算知：
需力矩Mmax发生快速启动时
Mmax27405㎏f·㎝27405 N·㎝
(二)横进系统设计计算
1 横进系统设计
济型数控改造横进系统设计较简单般步进电机减速驱动滚珠丝杠刀架横运动步进电机安装拖板法兰盘步进电机机床拖板连接起保证轴度提高传动精度
2．横进系统设计计算
横进系统设计计算类似公式详细说明计算结果
已知条件：
工作台重（根图纸粗略计算） W30㎏f300N
时间常数 T25ms
滚珠丝杠基导程 L04㎜ 左旋
行程 S190㎜
脉量 δp0005㎜step
步距角 α075° step
快速进速度 vmax1mmin
(1)切削力计算 横进量12～13取12切削力约12
FZ05×152767638㎏f7638N
切断工件时：
Fy05 FZ05×76383819㎏f3819N
(2)滚珠丝杠设计计算
1）强度计算：燕尾型导轨：
PKFy＋f′(Fz＋W)
取K14 f′02
P14×3819＋02(7638＋30)
7474㎏f7474N
寿命值
L1135
动负载
Q21355㎏f21355N
根动负载Q值选择滚珠丝杠型号例滚珠丝杠参汉江机床厂产品样选取FC1B系列滚珠丝杠公称直径φ20㎜型号FC1B20×4—5—E2左额定动负载5393N强度足够
2）效率计算：螺旋升角γ3°38′摩擦角ψ10′
传动效率
η0956
3）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起导程变化量
△L1±±±596×106㎝
滚珠丝杠受扭矩引起导程变化量△L2忽略 ：△L△L1导程变形总误差
△
查表知E级精度丝杠允许螺旋误差（1m长）15μmm刚度足够
4）稳定性验算：选滚珠丝杠直径原丝杠直径相支承方式原端固定端悬空端固定端径支承稳定性增强验算
(3)齿轮转矩关计算
1）关齿轮计算
传动 i
取 Z118 Z230
m 2㎜ b20㎜ α20°
d136㎜ d220㎜
dα1 40㎜ dα164㎜
a48㎜
2)传动惯量计算
工作台质量折算电机轴转动惯量：
J1㎏·㎝2
丝杠转动惯量：
JS78×104×D4L178×104×24×500624㎏·㎝2
齿轮转动惯量：
JZ178×104×364×20262㎏·㎝2
JZ278×104×64×22022㎏·㎝2
电机转动惯量忽略
总转动惯量：
J
1258㎏·㎝2
3）需转动力矩计算
nmax
MamaxN·m223㎏f·㎝
nt3317rmin
Mat00174 N·m01775 f·㎝
Mf0287㎏f·㎝0028 N·m
M00116㎏f·㎝0011 N·m
Mt1824㎏f·㎝0182 N·m
快速空载启动时需转矩：
MMamax＋Mf＋M0
223＋0287＋01162633㎏f·㎝2633N·㎝
切削时需力矩：
MMat＋Mf＋M0＋Mt
01774＋0287＋0116＋1824
2404㎏f·㎝2404 N·㎝
快速进时需力矩：
M Mf＋M00287＋0116
0403㎏f·㎝403 N·㎝
计算知：转矩发生快速启动时Mmax2633㎏f·㎝2633 N·㎝
三步进电机选择
() 步进电机选择基原
合理选步进电机较复杂问题需根电机整系统中实际工作情况分析正确选择现仅选步进电机基原介绍：
1． 步距角α 步距角应满足：α≤
式中 i——传动
αmin——系统步进电机驱动部件转角
2． 精度
步进电机精度步矩误差积累误差衡量积累误差指转子意位置开始意步转子实际转角理转角差值积累误差衡量精度较实选进电机应满足
△Q≤i[△θs]
式中 △Q——步进电机积累误差
[△θs]——系统步进电机驱动部件允许角度误差
3．转矩
步进电机正常运行（失步越步）正常启动满足转速求必须考虑：
1）启动力矩 般启动力矩选取：
Mq≥
式中 Mq——电动机启动力矩
ML0——电动机静负载力矩
根步进电机相数拍数启动力矩选取表（2）示Mjm步进电机静转矩步进电机技术数中出
表(2) 步进电机相数拍数启动力矩表
运行
方式
相数
3
3
4
4
5
5
6
6
拍数
3
6
4
8
5
10
6
12
Mg Mjm
05
0866
0707
0707
0809
0951
0866
0866
2）求运行频率范围电动机运行力矩应电动机静载力力矩电动机转动惯量（包括负载转动惯量）引起惯性矩
3． 启动频率
步进电机启动频率着负载力矩转动惯量增降低相应负载力矩转动惯量极限启动频率应满足：
ft≥[fcp]m
式中 ft——极限启动频率
[fcp]m——求步进电机高启动频率
（二）步进电机选择
1．C616进系统步进电机确定
Mq 685125 N·㎝
满足步矩求电动机选三相六拍工作方式查表知：MqMjm0866步进电机静转矩Mjm：
Mjm79114 N·㎝
步进电机高工作频率
fmaxHz
综合考虑查表选110BF003型直流步进电机满足求
4． C616横进系统步进电机确定
Mq N·㎝
电动机选三相六拍工作方式查表知：
MqMjm0866
步进电机静转矩Mjm：
Mjm N·㎝
步进电机高工作频率
fmax33333 Hz
便设计采购选110BF003型直流步进电机满足求
四机床导轨改造
卧式车床运动部件刀架工作台着机床导轨面运动导轨支承导支承运动部件保证运动部件外力作准确着定方运动导轨导精度精度保持性低速运动稳性直接影响机床加工精度承载力性
数控机床常滑动导轨滚动导轨滚动导轨摩擦系数动静摩擦系数接运动灵活轻便低速运行时易产生爬行现象精度高价格贵济型数控般滚动导轨尤数控改造滚动导轨太增加机床床身改造工作量改造成数控改造般滑动导轨
滑动导轨具结构简单刚性抗振性强等优点普通机床导轨般铸铁—铸铁铸铁—淬火钢导轨种导轨缺点静摩擦系数动摩擦系数速度变化变化低速时易产生爬行现象影响行动稳性定位精度克服滑动导轨述缺点数控改造般原机床导轨进行修整贴塑成贴塑导轨
贴塑导轨摩擦系数动静摩擦系数差防止低速爬行现象耐磨性抗咬伤力强加工性化学性稳定 良润滑性抗振性加工简单成低
目前应较聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带美国生产Twrcite—B国生产TSF软带材料次种软带厚度08㎜16㎜32㎜等种规格考虑承载变形宜厚度规格果考虑加工余量选厚度16㎜宜
贴塑软带粘贴工艺非常简单直接粘结原滑动导轨面受导轨形式限制种组合形式滑动导轨均粘结粘结前导轨精度求金属导轨面进行加工修理根导轨尺寸长度放3～4㎜切贴塑软带金属粘结面软带结面应清洗干净特殊配制粘合剂粘结加压固化完全固化进行修整加工作导轨面表面根需进行磨铣刮研开油槽钻孔等加工满足装配求
五动转位刀架选
动转位刀架选普通机床数控改造机械方面关键数控系统控制动转位刀架具重复定位精度高工件刚性性寿命长工艺性袄等优点
济型数控车床动刀架生产中常常州武进机床数控设备厂生产系列刀架具重复定位精度高工作刚性寿命长工艺性等优点达国先进水生产中量现选常州武进机床数控设备厂生产LD4—工型系列四工位动刀架C616适配刀架
刀架技术参数：
刀位数：4
电动功率：60W
电机转速：1400rmin
夹紧力：1t
刀体尺寸：152×152
刀体尺寸：161×171
技术指标：重复定位精度：≤0005㎜
工作性：＞30000次
换刀时间：90° 180° 270°
29s 34s 39s
六济型数控机床改造时数控系统选
数控系统台数控机床核心系统选择机床数控改造中关重
现系统济性实性选择开环伺服系统JWK—15T
现该济性数控系统性参数列表：
1
生产厂家
南京微分电机厂江南机床数控工程公司
2
户容量
24K
3
设定单位
X0005 Z001
4
控制轴数
XZ两轴
5
联动轴数
二轴
6
编程尺寸
±999999
7
快速(XZ)
316㎜
8
G功
G00～G04 G22～G29 G32G33G36G37G9G80G92
9
M功
M00～M09 M20～M29 M92～M99
10
S功
S01～S04 S05～S10
11
T功
T1X～T8X
12
步进电机
～220V ±1050HZ
13
控制精度
1步
14
功耗W
360
15
环境温度
0～40°C
16
相温度
80（25°C）
17
外形尺寸（㎜）
340×400×220
18
系统重量
17 kg
七典型零件工艺设计应程序编制
需加工零件材料45号钢加工零件图示：
（）工艺分析
1该零件分七工步完成加工先φ16麻花钻钻孔粗车外圆第三步粗镗孔第四步精镗孔第五步精车外圆第六步车M30细牙螺纹（螺距F075）切断
2较突出问题保证φ38φ18长度50尺寸公差长度方中间凹槽粗车粗车刀副偏角45°棒料伸出三爪卡盘65mm装夹工件
3选择01号车刀（副偏角45°）02号螺距纹刀03号孔镗刀04号割槽刀四刀
4G73进行外圆粗加工时单边粗车吃刀量175U175R切削次数4次精车余量05mm
G71进行孔粗加工时单边粗车吃刀量1mmU1R退刀量值05mm精车余量05mm
（二）工件坐标系设定
选取工件右端面中心点O工件坐标系原点
（三）手动钻孔
夹工件φ16麻花钻手动钻孔孔深55mm
（四）编制加工程序
N001 G94G54T1
M03S700M08
N002 G00Z0X32
N003 G01X1F30
N004 G00Z1X306
N005 G01Z44F80
N006 G00X31Z1
N007 G00X27
N008 GO1Z224F80
N009 G00X28Z1
N010 G00X25
N011 G01Z224F80
N012 G00X26Z1
N013 G00X239
N014 G01Z20
N015 G00Z1X25
N016 G00X80Z120M09M05
N017 T2M06M08M03
N018 G00Z0X24
N019 G01X25F30
N020 G01X239 CHF2
N021 G01Z8F80
N022 G01X22Z96
N023 G01Z198
N024 G01X246
N025 G01X27
N026 G01X305Z384
N027 G01Z44
N028 G00X31Z8
N029 G00X24
N030 G01X239
N031 G01X208Z96
N032 G01Z198
N033 G02X246Z224CR56F50
N034 GO1X304Z384
N035 G01Z44
N036 G00X80Z100M09M05
N037 T3M06M08M03
N038 G00Z3X233
N039 G33Z11K075
N040 G00X25
N041 G00Z3
N042 G00X231
N043 G33Z11K075
N044 G00X25
N045 G00Z3
N046 G00X23
N047 G33Z11K075
N048 G00X25
N049 G00X80Z120M09M05
N050 T4M06M08M03
N051 G00Z3X0
N052 G01Z44F15
N053 G01Z3F50
N054 G00X80Z120M09M05
N055 T5M06M08M03
N056 G00X142Z1
N057 G01Z41F50
N058 GOOX14Z1
N059 GOOX144
N060 G01Z41
N061 G00X14Z1
N062 G00X16Z0
N063 G01X144Z8
N064 G00Z0
N065 G00X176
N066 G01X144Z8
N067 G00Z1
N068 G00X80Z120M09M05
N069 T6M06M08M03
N070 G00X32Z40
N071 G01X12F30
N072 G00X80Z120
N073 M05M09M02
结
三年学学机械设计制造方面知识系统全新认识毕业设计学中重实践性环节综合性较强设计务事技术工作良基础掌握学知识情况进行全面直观检测够较完成次毕业设计投入
万分精力做充分准备工作
首先先针毕业课题考虑指导老师指点帮助需资料进行搜集整理根设计求资料做简单类
次指导老师出设计务求先制定设计总体方案指导老师求设计进度步步完成次设计务前周数控拆装综合实验次毕业设计做铺垫做起没太陌生感觉更加心应手
毕业设计已结束想想中学知识遇困难记忆犹新明白设计新产品改造原先老产品复杂技术程容半点含糊设计员应先明白设计目解产品价值实性次设计产品进行构思确定总体方案查阅资料编写产品设计说明书进行绘图
次毕业设计培养独立设计思考分析解决问题力拓宽知识面次锻炼机会感谢指导老师焦课外指导老师邹工次毕业设计指导
参考文献
张新义 济型数控机床设计 机械工业出版社
余英良 机床数控改造设计实例 机械工业出版社
铭新 机械制图 高等教育出版社
徐 灏 机械设计手册第2版 第4卷 机械工艺出版社
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毕 业 设 计（ 文）
设计（文）题目：C616型普通车床
改造济型数控车床
系 ：机械工程系
专 业：机电体化
班 级：02机电（1）
姓 名：宋文娟
学 号：110203110
指导老师：邹寿南
完成时间：05年6月
目录
序言 3
设计方案确定4
（） 设计务4
（二） 总体设计方案确定4
二机械部分改造设计4
（） 进系统设计计算4
（二） 横进系统设计计算10
三步进电机选择13
（）步进电机选基原13
（二）步进电机选择14
四机床导轨改造15
五动转位刀架选16
六济型数控机床改造时数控系统选17
七典型零件工艺设计应程序编制18
（）工艺分析18
（二）工作坐标系设定19
（三）手动钻孔19
（四）编制加工程序19
结21
参考文献22
序言
毕业设计课题：C616型普通车床改造济型数控车床
课题简介：
课题围绕普通机床改造成济型数控机床展开设计济型数控机床指价格低廉操作方便适合国国情装简易数控系统高效动化机床中型企业发展生产常希原旧机床进行改造实现数控化动化济型数控机床系统结合现实生产实际结合国国情满足系统基功前提降低价格价格便宜性价格适中特点特适合设备中占较重普通车床改造适合生产第线面积推广企业应济型数控型系统设备进行改造提高产品加工精度批量生产力时保持万加工专高效两种属性提高设备身产品更新换代应变力增强企业竞争力
利微机改造现普遍车床应该解决问题机械传动进手工控制刀架转位进改造成计算机控制刀架动转位动进加工车床济型数控车床
进行数控机床改造非常必数控机床解决形状复杂精密批量变零件加工问题够稳定加工质量提高生产效率数控机床运受条件限制：数控机床价格昂贵次性投资巨等普通车床数控改造适合国济水教育水生产水已成国设备技术改造方
现选C616普通车床例进行数控改造
设计方案确定
C616型车床种加工效率高操作性社会拥量普通车床实践证明种车床改造数控车床已收良济效果
（） 设计务
设计务C616普通车床进行数控改造利微机横进系统进行开环控制脉量001mm脉横脉量0005mm脉驱动元件采步进电机传动系统采滚珠丝杠副刀架采动转位刀架
(二)总体设计方案确定
济型数控改造考虑具体方案时基原满足求前提机床改动减少降低成根C616车床关资料数控车床改造验确定总体方案采微机数进行计算处理IO接口输出步进脉级齿轮减速带动滚珠丝杠转动实现横进运动
二机械部分改造设计计算
1． 进系统设计
济型数控车床改造般步进电机减速驱动丝杠螺母固定溜板箱带动刀架左右移动步进电机布置放丝杠意端车床改造说外观必象产品设计求高改造方便实方面考虑般步进电机放丝杠右端
2． 进系统设计计算 已知条件：
工作台重量： W80kgf80N(根图纸粗略计算)
时间常数： T25ms
滚珠丝杠基导程：L06mm
行程： S640mm
脉量： δp001mmstep
步距角： α075°step
快速进速度： Vmax2mmmin
(1)切削计算 〈〈机床设计手册〉〉知切削功率
NcNηK
式中 N——电机功率查机床说明书N4KW
η——传动系统总效率般06～07取η065
K——进系统功率系数取K096
：
Nc4×065×0962496KW
NC
FZ
式中 v——切削线速度取v100mmin
切削力
FZ 15276(kgf)15276(N)
〈〈金属切削原理〉〉知切削力
FZCFz apx Fz fYFz KFz
查表： CFz188kgfmm21880Mpa
XFz1 YFz075 KFz1
计算FZ 表（1）示：
表（1） FZ计算结果
ap(mm)
2
2
2
8
8
8
f(mm)
02
03
04
02
03
04
FZ(N)
1125
1524
1891
1687
2287
2837
FZ1520N 时切削深度ap2mm 走刀量f03mm参数做面计算
〈〈机床设计手册〉〉中知般外圆车削时：
FX （01～06）FZ FZ(015～07) FZ
取：
FX05 FZ05×152767638N
FY06 FZ06×152769165N
(2)滚珠丝杠设计计算
综合导轨车床丝杠轴力：
PKFX+f′(FZ+W)
式中 K115f′015～018取016
P115×7638+016×(15276+800)12508N
1) 强度计算：
寿命值 L1
n1
取工件直径 D80 mm查表T I15000h
：
n120rmin
L118
动负载 Q
查表： 运转系数 fw12 硬度系数 fH1
Q×12×1×12508399336N
根动负载Q值选择滚珠丝杠型号例滚珠丝杠参汉江机床厂产品样选取FC1B系列滚珠丝杠直径φ32mm型号FC1B32×6—5—E2额定动载荷10689N强度足够
2）效率计算：根〈〈机械原理〉〉公式丝杠螺母副传动效率η：
η
式中 摩擦角ψ10′ 螺旋升角γ3°25′
η
3)刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起导程变化量
△L1±
式中 L06mm06cm
E206×166N cm2
滚珠丝杠截面积 F()2π（）2×314
△L1±±59×106㎝
滚珠丝杠受扭矩引起导程变化量△L2忽略：△L△L1：
导程变形总误差△
△ ×59×10698μmm
查表知E级精度丝杠允许螺距误差（1m长）15μmm刚度足够
4）稳定性验算：机床原丝杠直径φ30mm现选滚珠丝杠直径φ32 mm支承方式变稳定性存问题
(3)齿轮转距关计算
1）关齿轮计算
传动
i125
取 Z132mm Z240
m2mm b20mm α20°
d1m Z12×3264mm
d2 m Z22×4080mm
dα1 d1 +2ha*68mm
dα2d2+2ha*84mm
α72㎜
2) 转动惯量计算
工作台质量折算电机轴转动惯量：
J1()2W()2×800468㎏·㎝2
468N·㎝2
丝杠转动惯量：
JS78×104×D4L178×104×324×1403
11475㎏·㎝211475N·㎝2
齿轮转动惯量：
JZ178×104×644×22617㎏·㎝22617 N·㎝2
JZ278×104×84×2639㎏·㎝2639 N·㎝2
电机转动惯量忽略
总转动惯量：
J(JS+JZ2)+ JZ1+ J1
(11475+639)+2617+0468
14519㎏·㎝214519N·㎝2
3）需转动力矩计算
快速空载启动时需力矩
MMamax＋Mf＋M0
切削负载时需力矩
MMat＋Mf＋M0＋Mt
快速进时需力矩
M Mf＋M0
式中 Mamax ——空载启动时折算电机轴加速度力矩
Mf ——折算电机轴摩擦力矩
M0 ——丝杠预紧引起折算电机轴附加摩擦力矩
Mat ——切削时折算电机轴加速度力矩
Mt ——折算电机轴切削负载力矩
Ma×104N·m
nnmax时 Mamax Ma
nmax4167rmin
Mamax×104252N·m2572㎏f·㎝
nnt时 MaMat
nt2488rmin
Mat×10401505N·m1536㎏f·㎝
Mf
η008 f′016时
Mf 1223㎏f·㎝
M0 (1η02)
η009时预加载荷P0Fx：
M00462㎏f·㎝462N·㎝
Mt7297㎏f·㎝7297 N·㎝
快速空载启动时需力矩：
MMamax＋Mf＋M0
2572＋1223＋046227405㎏f·㎝
27405N·㎝
切削时需力矩：
MMat＋Mf＋M0＋Mt
1536＋1223＋0462＋729710518㎏f·㎝
10518 N·㎝
快速进时需力矩：
M Mf＋M01223＋04621685㎏f·㎝
1685 N·㎝
分析计算知：
需力矩Mmax发生快速启动时
Mmax27405㎏f·㎝27405 N·㎝
(二)横进系统设计计算
1 横进系统设计
济型数控改造横进系统设计较简单般步进电机减速驱动滚珠丝杠刀架横运动步进电机安装拖板法兰盘步进电机机床拖板连接起保证轴度提高传动精度
2．横进系统设计计算
横进系统设计计算类似公式详细说明计算结果
已知条件：
工作台重（根图纸粗略计算） W30㎏f300N
时间常数 T25ms
滚珠丝杠基导程 L04㎜ 左旋
行程 S190㎜
脉量 δp0005㎜step
步距角 α075° step
快速进速度 vmax1mmin
(1)切削力计算 横进量12～13取12切削力约12
FZ05×152767638㎏f7638N
切断工件时：
Fy05 FZ05×76383819㎏f3819N
(2)滚珠丝杠设计计算
1）强度计算：燕尾型导轨：
PKFy＋f′(Fz＋W)
取K14 f′02
P14×3819＋02(7638＋30)
7474㎏f7474N
寿命值
L1135
动负载
Q21355㎏f21355N
根动负载Q值选择滚珠丝杠型号例滚珠丝杠参汉江机床厂产品样选取FC1B系列滚珠丝杠公称直径φ20㎜型号FC1B20×4—5—E2左额定动负载5393N强度足够
2）效率计算：螺旋升角γ3°38′摩擦角ψ10′
传动效率
η0956
3）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起导程变化量
△L1±±±596×106㎝
滚珠丝杠受扭矩引起导程变化量△L2忽略 ：△L△L1导程变形总误差
△
查表知E级精度丝杠允许螺旋误差（1m长）15μmm刚度足够
4）稳定性验算：选滚珠丝杠直径原丝杠直径相支承方式原端固定端悬空端固定端径支承稳定性增强验算
(3)齿轮转矩关计算
1）关齿轮计算
传动 i
取 Z118 Z230
m 2㎜ b20㎜ α20°
d136㎜ d220㎜
dα1 40㎜ dα164㎜
a48㎜
2)传动惯量计算
工作台质量折算电机轴转动惯量：
J1㎏·㎝2
丝杠转动惯量：
JS78×104×D4L178×104×24×500624㎏·㎝2
齿轮转动惯量：
JZ178×104×364×20262㎏·㎝2
JZ278×104×64×22022㎏·㎝2
电机转动惯量忽略
总转动惯量：
J
1258㎏·㎝2
3）需转动力矩计算
nmax
MamaxN·m223㎏f·㎝
nt3317rmin
Mat00174 N·m01775 f·㎝
Mf0287㎏f·㎝0028 N·m
M00116㎏f·㎝0011 N·m
Mt1824㎏f·㎝0182 N·m
快速空载启动时需转矩：
MMamax＋Mf＋M0
223＋0287＋01162633㎏f·㎝2633N·㎝
切削时需力矩：
MMat＋Mf＋M0＋Mt
01774＋0287＋0116＋1824
2404㎏f·㎝2404 N·㎝
快速进时需力矩：
M Mf＋M00287＋0116
0403㎏f·㎝403 N·㎝
计算知：转矩发生快速启动时Mmax2633㎏f·㎝2633 N·㎝
三步进电机选择
() 步进电机选择基原
合理选步进电机较复杂问题需根电机整系统中实际工作情况分析正确选择现仅选步进电机基原介绍：
1． 步距角α 步距角应满足：α≤
式中 i——传动
αmin——系统步进电机驱动部件转角
2． 精度
步进电机精度步矩误差积累误差衡量积累误差指转子意位置开始意步转子实际转角理转角差值积累误差衡量精度较实选进电机应满足
△Q≤i[△θs]
式中 △Q——步进电机积累误差
[△θs]——系统步进电机驱动部件允许角度误差
3．转矩
步进电机正常运行（失步越步）正常启动满足转速求必须考虑：
1）启动力矩 般启动力矩选取：
Mq≥
式中 Mq——电动机启动力矩
ML0——电动机静负载力矩
根步进电机相数拍数启动力矩选取表（2）示Mjm步进电机静转矩步进电机技术数中出
表(2) 步进电机相数拍数启动力矩表
运行
方式
相数
3
3
4
4
5
5
6
6
拍数
3
6
4
8
5
10
6
12
Mg Mjm
05
0866
0707
0707
0809
0951
0866
0866
2）求运行频率范围电动机运行力矩应电动机静载力力矩电动机转动惯量（包括负载转动惯量）引起惯性矩
3． 启动频率
步进电机启动频率着负载力矩转动惯量增降低相应负载力矩转动惯量极限启动频率应满足：
ft≥[fcp]m
式中 ft——极限启动频率
[fcp]m——求步进电机高启动频率
（二）步进电机选择
1．C616进系统步进电机确定
Mq 685125 N·㎝
满足步矩求电动机选三相六拍工作方式查表知：MqMjm0866步进电机静转矩Mjm：
Mjm79114 N·㎝
步进电机高工作频率
fmaxHz
综合考虑查表选110BF003型直流步进电机满足求
4． C616横进系统步进电机确定
Mq N·㎝
电动机选三相六拍工作方式查表知：
MqMjm0866
步进电机静转矩Mjm：
Mjm N·㎝
步进电机高工作频率
fmax33333 Hz
便设计采购选110BF003型直流步进电机满足求
四机床导轨改造
卧式车床运动部件刀架工作台着机床导轨面运动导轨支承导支承运动部件保证运动部件外力作准确着定方运动导轨导精度精度保持性低速运动稳性直接影响机床加工精度承载力性
数控机床常滑动导轨滚动导轨滚动导轨摩擦系数动静摩擦系数接运动灵活轻便低速运行时易产生爬行现象精度高价格贵济型数控般滚动导轨尤数控改造滚动导轨太增加机床床身改造工作量改造成数控改造般滑动导轨
滑动导轨具结构简单刚性抗振性强等优点普通机床导轨般铸铁—铸铁铸铁—淬火钢导轨种导轨缺点静摩擦系数动摩擦系数速度变化变化低速时易产生爬行现象影响行动稳性定位精度克服滑动导轨述缺点数控改造般原机床导轨进行修整贴塑成贴塑导轨
贴塑导轨摩擦系数动静摩擦系数差防止低速爬行现象耐磨性抗咬伤力强加工性化学性稳定 良润滑性抗振性加工简单成低
目前应较聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带美国生产Twrcite—B国生产TSF软带材料次种软带厚度08㎜16㎜32㎜等种规格考虑承载变形宜厚度规格果考虑加工余量选厚度16㎜宜
贴塑软带粘贴工艺非常简单直接粘结原滑动导轨面受导轨形式限制种组合形式滑动导轨均粘结粘结前导轨精度求金属导轨面进行加工修理根导轨尺寸长度放3～4㎜切贴塑软带金属粘结面软带结面应清洗干净特殊配制粘合剂粘结加压固化完全固化进行修整加工作导轨面表面根需进行磨铣刮研开油槽钻孔等加工满足装配求
五动转位刀架选
动转位刀架选普通机床数控改造机械方面关键数控系统控制动转位刀架具重复定位精度高工件刚性性寿命长工艺性袄等优点
济型数控车床动刀架生产中常常州武进机床数控设备厂生产系列刀架具重复定位精度高工作刚性寿命长工艺性等优点达国先进水生产中量现选常州武进机床数控设备厂生产LD4—工型系列四工位动刀架C616适配刀架
刀架技术参数：
刀位数：4
电动功率：60W
电机转速：1400rmin
夹紧力：1t
刀体尺寸：152×152
刀体尺寸：161×171
技术指标：重复定位精度：≤0005㎜
工作性：＞30000次
换刀时间：90° 180° 270°
29s 34s 39s
六济型数控机床改造时数控系统选
数控系统台数控机床核心系统选择机床数控改造中关重
现系统济性实性选择开环伺服系统JWK—15T
现该济性数控系统性参数列表：
1
生产厂家
南京微分电机厂江南机床数控工程公司
2
户容量
24K
3
设定单位
X0005 Z001
4
控制轴数
XZ两轴
5
联动轴数
二轴
6
编程尺寸
±999999
7
快速(XZ)
316㎜
8
G功
G00～G04 G22～G29 G32G33G36G37G9G80G92
9
M功
M00～M09 M20～M29 M92～M99
10
S功
S01～S04 S05～S10
11
T功
T1X～T8X
12
步进电机
～220V ±1050HZ
13
控制精度
1步
14
功耗W
360
15
环境温度
0～40°C
16
相温度
80（25°C）
17
外形尺寸（㎜）
340×400×220
18
系统重量
17 kg
七典型零件工艺设计应程序编制
需加工零件材料45号钢加工零件图示：
（）工艺分析
1该零件分七工步完成加工先φ16麻花钻钻孔粗车外圆第三步粗镗孔第四步精镗孔第五步精车外圆第六步车M30细牙螺纹（螺距F075）切断
2较突出问题保证φ38φ18长度50尺寸公差长度方中间凹槽粗车粗车刀副偏角45°棒料伸出三爪卡盘65mm装夹工件
3选择01号车刀（副偏角45°）02号螺距纹刀03号孔镗刀04号割槽刀四刀
4G73进行外圆粗加工时单边粗车吃刀量175U175R切削次数4次精车余量05mm
G71进行孔粗加工时单边粗车吃刀量1mmU1R退刀量值05mm精车余量05mm
（二）工件坐标系设定
选取工件右端面中心点O工件坐标系原点
（三）手动钻孔
夹工件φ16麻花钻手动钻孔孔深55mm
（四）编制加工程序
N001 G94G54T1
M03S700M08
N002 G00Z0X32
N003 G01X1F30
N004 G00Z1X306
N005 G01Z44F80
N006 G00X31Z1
N007 G00X27
N008 GO1Z224F80
N009 G00X28Z1
N010 G00X25
N011 G01Z224F80
N012 G00X26Z1
N013 G00X239
N014 G01Z20
N015 G00Z1X25
N016 G00X80Z120M09M05
N017 T2M06M08M03
N018 G00Z0X24
N019 G01X25F30
N020 G01X239 CHF2
N021 G01Z8F80
N022 G01X22Z96
N023 G01Z198
N024 G01X246
N025 G01X27
N026 G01X305Z384
N027 G01Z44
N028 G00X31Z8
N029 G00X24
N030 G01X239
N031 G01X208Z96
N032 G01Z198
N033 G02X246Z224CR56F50
N034 GO1X304Z384
N035 G01Z44
N036 G00X80Z100M09M05
N037 T3M06M08M03
N038 G00Z3X233
N039 G33Z11K075
N040 G00X25
N041 G00Z3
N042 G00X231
N043 G33Z11K075
N044 G00X25
N045 G00Z3
N046 G00X23
N047 G33Z11K075
N048 G00X25
N049 G00X80Z120M09M05
N050 T4M06M08M03
N051 G00Z3X0
N052 G01Z44F15
N053 G01Z3F50
N054 G00X80Z120M09M05
N055 T5M06M08M03
N056 G00X142Z1
N057 G01Z41F50
N058 GOOX14Z1
N059 GOOX144
N060 G01Z41
N061 G00X14Z1
N062 G00X16Z0
N063 G01X144Z8
N064 G00Z0
N065 G00X176
N066 G01X144Z8
N067 G00Z1
N068 G00X80Z120M09M05
N069 T6M06M08M03
N070 G00X32Z40
N071 G01X12F30
N072 G00X80Z120
N073 M05M09M02
结
三年学学机械设计制造方面知识系统全新认识毕业设计学中重实践性环节综合性较强设计务事技术工作良基础掌握学知识情况进行全面直观检测够较完成次毕业设计投入
万分精力做充分准备工作
首先先针毕业课题考虑指导老师指点帮助需资料进行搜集整理根设计求资料做简单类
次指导老师出设计务求先制定设计总体方案指导老师求设计进度步步完成次设计务前周数控拆装综合实验次毕业设计做铺垫做起没太陌生感觉更加心应手
毕业设计已结束想想中学知识遇困难记忆犹新明白设计新产品改造原先老产品复杂技术程容半点含糊设计员应先明白设计目解产品价值实性次设计产品进行构思确定总体方案查阅资料编写产品设计说明书进行绘图
次毕业设计培养独立设计思考分析解决问题力拓宽知识面次锻炼机会感谢指导老师焦课外指导老师邹工次毕业设计指导
参考文献
张新义 济型数控机床设计 机械工业出版社
余英良 机床数控改造设计实例 机械工业出版社
铭新 机械制图 高等教育出版社
徐 灏 机械设计手册第2版 第4卷 机械工艺出版社
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