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课程设计说明书设计题目：普通车床的数控化改造设计指导老师：设计：班级：学号：时间：一、概述普通车床是金属切削加工中最常见的一类机床，当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向移动和横向移动，车床能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等。
借助成形刀具，车床还能加工各种成形回转表面。
普通车床刀架纵向、横向的进给运动由主轴的回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杠带动溜板箱、纵溜板移动。
进给参数要靠手工预先调整好，如果改变参数，则要停车进行操作。
刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动。
对普通车床进行数控改造，主要是将纵向和横向进给系统改造为CNC装置控制的，能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成为能自动换刀的回转刀架，这样利用CNC装置，车床就可以按顺序进行切削加工。
由于切削参数、切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量、多品种负责零件的加工二、总体方案设计总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式、伺服系统的类型计算机以及传动方式的选择等。
1.数控系统的选择。
普通车床数控化改造后应具有定位、快速进给、直线查补、圆弧查补、暂停、循环加工和螺纹加工等功能，因此，普通车床数控化改造所选用的数控系统应为连续控制系统。
目前，市场上适用于普通车床数控化改造的数控系统较多，如西门子公司的SIEMENS802S型系统、华中数控公司的“世纪星”21/22型系统、广州数控公司的980T型系统等。
2.伺服系统的选择。
普通车床数控化改造后一般为经济型数控机床。
在保证具有一定加工精度的前提下，从改造的成本考虑，应简化结构，降低成本。
因此，进给伺服系统采用一步进电动机为驱动装置的开环系统为宜。
当然，也可以采用以伺服电动机为驱动装置的半闭环系统。
这主要取决于加工精度的要求。
个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途用华中Ⅰ数控系统对 C6132 车床进行数控改造 2008-4-21 20:16:00 来源：中国自动化网 网友评论 1 条 点击查看 1 机械部分的改造把 C6132 普通车床改成数控车床的主要改造部位：主电 动机和水泵电动机能分别通过 M03、M04、M05、阴刀、M09 等指 令来进行控制；把原来的手动进给改成微机控制，实现二轴联 动；为实现螺纹车削在主轴后端加一光电编码器。
机械部分的改造，在原机床的基础上，去掉挂轮箱(保留三星齿 轮>、进给箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖板、中拖板。
光电编码器的安装利用挂轮箱中的三星齿轮，找到与主1 / 16个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途轴传动比为 1:1 的传动齿轮，采用同心套通过一个固定支架与 光电编码器相联，结构示意图如图 1 所示。
纵、横向丝杠的改造去掉机床的进给传动系统，安装上 滚珠丝杠、减速器接口、步进电动机。
X 轴传动比为 5:3, Z 轴 的传动比为 1:1。
这类小型机床在中间设置一级传动结构的目 的是提高伺服电动机的使用寿命。
对于瞬时性的快速起、停起 到一定的缓冲作用。
改造后机床的传动进给示意图如图 2 所 示。
2 电控部分的改造华中Ⅰ型数控系统开放性好，所以改造非常简单。
具体 方法为全部拆除原车床的电控线路。
对单速电动机，直接从数 控系统的电控柜中出线与主轴电动机的 U2、 V2、W2 和冷却泵 电动机的 U6、V6、W6 连接。
对于双速电动机，除了直接连线以 外还应对电控柜和系统软件中的内置 PLC 系统程序 STEP.DAT 进 行相应的修改。
3 微机系统控制部分的设置对于一般车床的改造只须对以下两部分系统配置进行参 数设置就可以了。
一是轴参数，二是内置 PLC 的编码。
在华中Ⅰ型数控系统软件中输入正确的口令以后就可以 对轴参数进行设置了。
不同的用户在改造车床时步进电动机与 丝杠之间选择的传动比是不同的，同时丝杠的螺距也不同，所 以为了适用不同的传动比，华中Ⅰ型数控系统开发了一个有用 的工具，通过设置一对电子齿轮的比值来对实际的传动比进行 调整。
普通车床数控化改造设计
一、引言
二、设计方案
1.机床结构设计
机床结构设计是普通车床数控化改造的关键环节之一、首先需要对原有车床结构进行分析和评估，确定是否适合改造。
然后根据数控系统的要求进行设计改造，包括添加刀塔、伺服电机、控制系统等。
同时还要考虑加工精度、刚性和工作台移动等因素。
2.操作系统选择
操作系统是数控车床的核心，直接影响数控系统的性能和稳定性。
常见的操作系统有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等，选择合适的操作系统需要考虑产品性能、技术支持和成本等因素。
3.传感器和执行器选型
传感器和执行器是实现数控车床动作控制的关键元件。
合理选择传感器和执行器可以提高系统的稳定性和精度。
常见的传感器有光栅尺、编码器等，执行器有伺服电机、步进电机等。
三、设备选型
设备选型是普通车床数控化改造的重要环节之一、根据设计方案选择合适的数控系统、传感器和执行器等设备。
1.数控系统选型
数控系统是普通车床数控化的核心设备之一、常见的数控系统有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等，根据操作系统的选择确定数控系统的型号和配置。
2.传感器和执行器选型
根据设计方案确定合适的传感器和执行器。
传感器需要具有高精度、高稳定性的特点，执行器需要具有高速度、高精度、高扭矩的特点。
五、总结。
毕业设计车床数控改造系统设计学生姓名年级学号指导教师专业学院摘要主要介绍了CA6140型普通车床进给系统数控化改造的方案，详细分析了机械、电气部分改造的方法和原理。
通过机床数控改造使普通机床不仅具有好的加工精度，而且还具有数控机床的功能，有利于提高机床的柔性和自动化程度本文为企业进行数控化改造提供了一种途径。
CA6140普通车床进给系统数控改造设计包括机械和数控部分。
机械部分采用滚珠丝杠副，控制信号经过功率放大器驱动步进电机，从而实现纵向、横向的进给，数控部分的硬件采用MCS 51系列8031单片机。
关键词车床；数控改造；单片机；步进电机The design of NC improvement on CA6140 lathe was introduced, the improvement method and principle of mechanism and electric parts was analyzed. After improving, the new lathe runs reliably and makes great benefit. It provides the path of technical improvement on traditional lathe to numerical control lathe in factories. The accuracy of machine tool of many enterprises is not up to standard and with high rate of breakdown. The reform of digital control machine tool can bring not only a good processing accuracy but also the function of digital control machine tool to common machine tool.C618K common machine numerical control design consist of mechanical part and numerical control part. In the mechanical part design, I use ball bearing quid screw assistant, micro-computer sent out control signal across power amplifier, then derive step-motor, thus carry out vertical or landscape orientation go along, I put to use 8031 single chip of MCS-51 in the hardware design.KeywordsLathe; numerical control; microcomputer; step-motor目录摘要 (I)Abstract.................................................................................................................................. I I1 绪论 (1)2 总体方案设计 (5)2.1 计参数和技术要求 (5)2.2 总体方案的拟定 (5)2.2.1 机械部分改造 (5)2.2.2 主传动的数控化改造 (7)2.3 基本参数的确定 (7)3 传动设计 (9)3.1 设计参数 (9)3.2 减速齿轮设计及校核 (10)3.3 轴的初步确定 (13)3.4 轴的校核 (14)3.5 键的校核 (16)4 进给系统设计 (17)4.1 纵向进给丝杠设计 (17)4.2 横向进给丝杠设计 (19)4.3 传动齿轮的校核 (19)5 控制原理设计 (24)5.1 数控系统的基本硬件组成 (23)5.2 步进电机的控制 (23)5.2.1 步进电机的工作原理 (23)5.2.2 步进电机的控制 (24)5.2.3 译码法寻址 (25)5.2.4 键盘显示器接口 (25)6 经济技术分析 (27)总结 (30)参考文献 (31)附录1 (32)附录2 (33)附录3 (40)1 绪论1.1 数控系统发展简史及趋势1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。
摘要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能有效提高产品的加工数量与生产质量，大幅度提高生产效率。
但从目前看来，数控机床价格昂贵，很多企业难以一次性投资大量购买，于是，普通机床的数控化改造成为了研究热点。
本文对C6132普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机床结构的设计、对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。
关键词: C6132普通车床; 数控化改造; 步进电机; 经济型数控系统ABSTRACTCNC machine tool as a typical mechatronic products, play an important role in the mechanical manufacturing industry, a good solution to the problem of machining complex structure of modern machinery manufacturing, precision, small batch, changeable parts, and can effectively improve the processing quantity and the quality of the products, the production efficiency is greatly improved. But from look at present, NC machine tools is expensive, many enterprises to buy large one-time investment, therefore, CNC transformation of general machine tools has become a research focus.This paper makes a deep research on the numerical control transformation of C6132 common lathe, including feasibility analysis, calculation, the key part of the machine parameters design, the machine structure of machine tool transformation scheme optimization selection, machine tool servo system and computer system for machine tools, and should pay attention to in the transformation of matters such as discussed in detail. Keyw ord s:Lathe C6132; Numerical control transformation; Stepping motors; CNC system目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1数控技术与数控机床 (1)1.2机床数控化改造的兴起及意义 (1)1.2.1 国外机床改造业的兴起 (1)1.2.2 我国机床数控化改造的意义 (2)1.3本文所研究的主要内容 (3)1.4本章小结 (4)2 车床总体改造方案设计 (5)2.1总体方案设计 (5)2.2主传动系统的改造 (5)2.2.1 主轴无级变速的实现 (5)2.2.2 主轴脉冲编码器的安装 (7)2.3横向进给传动系统的改造 (8)2.3.1 横向传动系统的改造 (8)2.3.2齿轮传动间隙的消除 (8)2.4导轨的改造 (9)2.5刀架部分的改造 (10)2.6数控系统的类型及选择 (13)2.6.1 数控系统的分类 (13)2.6.2 数控系统的选择 (15)2.7计算机系统的选择 (15)2.8本章小结 (16)3 C6132 车床数控化改造机械部分改造设计与计算 (17)3.1纵向进给系统的设计计算 (17)3.1.1切削力计算 (17)3.1.2 滚珠丝杠设计计算 (18)3.1.3 同步带减速箱设计 (20)3.1.4步进电动机的选择 (23)3.2横向进给系统的计算 (25)3.3车床改造的机械结构特点 (26)3.3.1纵向滚珠丝杠 (26)3.3.2横向滚珠丝杠 (26)3.3.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型 (27)3.3.4导轨副 (27)3.3.5主轴脉冲发生器 (27)3.3.6 安装电动卡盘 (28)3.4安装 (28)3.5本章小结 (29)4 电气控制部分设计 (29)4.1硬件电路设计 (29)4.2单片机数控系统硬件电路设计内容 (30)4.3MCS--51系列单片机简介 (33)4.4存储器扩展电路设计 (34)4.4.1 地址锁存器选用 (34)4.4.2 外部程序存储器选择 (34)4.4.3 内部程序存储器选择 (34)4.4.4 外部I/O接口电路的扩展 (34)4.4.5 键盘接口电路的设计 (35)4.5译码电路设计 (36)4.6其他辅助电路设计 (37)4.7步进电机的控制 (37)4.7.1 步进电机的工作原理 (37)4.7.2 步进电机的控制 (38)4.7.3 步进电机接口及驱动电路 (39)4.8C6132普通车床微机数控化改装硬件设计说明 (40)4.9控制软件设计 (40)4.9.1 总体方案设计 (41)4.9.2 环形分配器软件设计 (41)4.9.3 逐点比较法的直线插补软件设计 (42)4.9.4 逐点比较法的圆弧插补软件设计 (43)4.9.5 步进电机自动升降速控制 (43)4.10本章小结 (48)结论 (49)致谢 (51)参考文献 (52)1 绪论1.1 数控技术与数控机床数控技术，简称数控(Num eri cal C orlt ro l——NC)，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。
普通车床的数控改造及加工编程作者：韩枫来源：《中小企业管理与科技》2009年第06期摘要：机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。
其改造涉及到机械、电气、计算机等领域，是一项理论深、实践强的系统工程。
在进行数控改造时，应该做好改造前的技术准备。
改造过程中，机械修理与电气改造相结合，先易后难、先局部后全局。
要实现数控加工，编程是关键。
由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。
关键词：车床加工改造0 引言数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，因此有必要提高机床的数控化率。
1 车床数控改造的意义一是机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60％左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。
一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。
即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60％的费用，并可以利用现有地基。
二是因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
三是机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。
对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。
且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
2 普通车床的数控改造方法及设计2.1 普通车床的数控化改造设计机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。
数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。
然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论)。
传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。
C6150普通车床的数控化改造摘要：与普通车床相比较，数控机床作为机电液气一体化的典型产品，可以解决在机械加工中结构比较复杂多变的零件加工的问题，而且加工质量好，生产效率也高。
随着科学技术的快速发展，数控机床的占有率已经成为衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。
购买新的数控机床或者从国外进口是提高产品质量和效率的主要方法，但是费用高，许多工厂在较短时间内没有办法实现，这样就严重阻碍企业设备更新的脚步。
采用经济型数控系统对普通机床进行数控化改造，特别适合我国普通机床拥有量大，生产规模小的具体国情。
本次设计是对C6150普通车床的数控化改造设计计算，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。
其中主要对伺服系统、数控系统等方面做了详细的计算和设计。
设计时我先对数控机床系统进行了总体方案的设计，然后对进给系统、齿轮箱传动比及步进电机进行了设计、选型和计算，最后对微机数控系统硬件电路进行了设计。
关键词：数控改造步进电动机单片微机Reforming design of NC for C6150 general l-atheAuthor’s Name: Qi Yan-ting Tutor: XueXiao-lanABSTRACT: As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining.Along with the science technical fast fierce development, numerical controlling tool machine has already become the important marking which measures a national machine manufacture industry level.Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Adopt the economic number controls system to carry on a number to control to turn a reformation to the common tool machine, particularly in keeping with our country the common tool machine own to have great capacity, the small concrete state of the nation of the production scale.This design is to control to turn a reformation to the number of C6150 common lather，mainly on the creative design of original structure of lathe to make lathe relative perfect. While in the process, we do detailed calculation and design of servo system, NC and so on. Design when I first CNC machine tool system, the overall design, and then calculated the feeding system, the gearbox ratio and the stepper motor, computer numerical control system hardware circuit design.KEYWORDS：Numerical transformation of Mechatronics Stepping motor Single chip microcomputer目录1 绪论 (4)2 机床改造总体设计方案的拟定 (5)2.1 设计任务 (5)2.2 总体方案设计内容 (5)2.3 总体方案确定 (6)3 机床伺服系统机械部分设计和计算 (7)3.1 确定系统的脉冲当量 (7)3.2 计算切削力 (7)3.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (9)3.4 齿轮箱的计算 (16)3.5 步进电动机的选型和计算 (17)3.6 绘制进给传动机构的装配图 (23)4微机数控系统硬件电路的设计 (24)4.1硬件电路的设计 (24)4.2 8031单片机的简介及其扩展 (26)4.3 步进电机驱动电路 (31)4.4 数控系统的软件设计 (34)5总结 (41)参考文献 (42)1 绪论一个企业要在当前竞争激烈的环境中存活就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。
摘要普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括：(1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。
(2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。
这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。
(3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。
(4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。
通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。
关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架一绪论我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。
由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。
如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。
如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。
机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。
普通车床的数控化改造方案数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势。
结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。
利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。
一、总体方案：图1 数控系统的总体框架配置总体框架说明：1、PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
2、运动控制卡。
我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。
该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。
因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
3、光电耦合电路是自己设计的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
4、机床本体是由C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
5、步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。
驱动器的输入电压式45V，考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z 轴的脉冲当量是0.0025。
完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
6、各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。
减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
二、进给系统的设计考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。
本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机＋刚性联轴器＋滚珠丝杆的传动方案。
拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。
根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。
我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。
普通车床数控化改造中机械结构的设计
发表时间：2019-05-13T10:35:33.893Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：曾玉成唐良军
[导读] 车床在机械加工中是重要的基础设备，车床的性能是影响生产的关键。
广东科达洁能股份有限公司广东省佛山市 528313
摘要：车床在机械加工中是重要的基础设备，车床的性能是影响生产的关键。
随着社会的发展，新型的数控车床具有精度高、效率高等特点，可以实现自动化控制，普通的车床无法满足当前企业的生产现状，因此对一些普通车床进行数控改造，既达到了使用要求，还为企业节约了成本。
关键词：数控；机械；车床；改造
随着数控机床的普及，各加工企业都在更改机械加工工艺，将原来普通车床加工的流程都尽可能地安排到数控机床上来进行。
普通车床具有操作简单、精度保持性好、故障率低等特点，在机械加工企业中一般都大量使用。
通过改造可以使普通车床达到数据化生产的要求，提高企业的生产效能。
1普通车床改造总体方案设计
普通车床的数控化改造是一项技术性很强的工作，首先根据车床的规格与技术性能指标，设计基于该车床的整体改造方案，并给出详细的改造流程；然后进行任务分解，确定各部分的实施方案。
普通车床数据化改造一般按如下步骤进行。
1.1对被加工对象进行工艺分析
普通车床主要用于回转类（轴类、盘类）以及螺纹零件加工，这些零件具有不同形状、不同技术要求，因而加工方法也不同，对车床改造后的要求也不相同。
故应在工艺分析的基础上计算切削力及切削功率，计算进给系统和主轴所需的参数。
1.2被改造车床的现状分析
一定要掌握原始数据。
车床改造时，一些零部件被拆掉同时还要增添一些新的机构，这就必须要确定相关的尺寸和连接方式。
了解被改造车床当前的主要缺陷，如外圆车削产生锥度、端面车削平面度超差等，通过分析，在改造中采取措施予以解决。
充分估计实际载荷，保证整机及各组成件的刚度，才能使数控改造后的车床加工精度和工作性能满足要求。
1.3制定总体设计方案
在充分进行技术分析并确定改造后，首先需要确定车床的现状及参数；根据机床现有的规格参数，再确定改造所需的硬件的型号和数量，机械部分主要有丝杠、丝母、轴承、轴承座、刀架等，电气部分主要有伺服驱动电机、变频器、强电元器件等。
以普通车床数控改造为例，在查阅其主要技术参数及对现状分析后，对滚珠丝杠副、步进电动机的选用进行梳理，给出较为实用的设计计算及应用方案。
2车床数控改造传动部件滚珠丝杠副的设计
2.1切削力的计算
总切削力沿X、Y、Z方向分解为互相垂直的Fc、Ff和Fp三个分力。
主切削力Fc用于计算机床主运动机构及刀具强度，是选择切削用量的主要依据，是消耗功率最多的；进给力Ff是校验进给机构强度和确定进给功率的主要依据；背向力Fp是使工件在切削过程中产生振动的力，用来计算工艺系统刚度。
切削力可按下列经验公式计算：
Fc=0.67D1.5max.（1）
Ff=（0.1~0.6）Fc.（2）
Fp=（0.15~0.7）Fc.（3）
其中：Dmax为车床床身的最大加工直径，mm。
横切端面时主切削力可取纵切时Fc的1/2。
为简便起见，也可按照以下比例分别计算出另外两个切削分力。
Fc∶Ff∶Fp=1∶0.25∶0.4.（4）
2.2滚珠丝杠螺母副的计算与选型
滚珠丝杠螺母副已经标准化，其主要作用是将旋转运动转换为直线运动，从而使机床能够加工出所需零件。
滚珠丝杠螺母副的型号可通过导程、动负载、螺纹底径等参数确定。
2.2.1滚珠丝杠上的牵引力计算
作用在滚珠丝杠上的牵引力Fm是根据切削分力和运动部件的重力引起的进给抗力来计算的，其数值大小与导轨形状有关。
对于矩形导轨：
Fm=kFf+f′（Fc+Fp+G）.（5）
对于燕尾形导轨：
Fm=kFp+f′（Fc+Ff+G）.（6）
对于三角形或综合导轨：
Fm=kFf+f′（Fc+G）.（7）
其中：G为移动部件的重量，N；f′为导轨上的摩擦因数；k为考虑颠覆力矩影响的试验系数。
正常情况下，矩形导轨k=1.1，f′=0.15；燕尾形导轨k=1.4，f′=0.2；三角形或综合导轨k=1.15，f′=0.15~0.18。
2.2.2计算滚珠丝杠副的动负载、静负载
动负载C即滚珠丝杠承受的轴向负载的最大值，通过牵引力和要求的寿命值进行如下计算：
其中：fh为硬度系数，硬度为60HRC时，取fh=1，小于60HRC时，fh>1；fw为运转系数，一般情况下fw取1.2~1.5，有冲击时fw取
1.5~
2.5；L为寿命，以100万转为一单位，L=60nT/106，T为使用寿命，n为丝杠转速，r/min，n=1000vs/L0，vs为最大切削条件下的进给速度，m/min，L0为丝杠导程，mm。
滚珠丝杠在静态或低速（n≤10r/min）情况下工作，其破坏形式主要为滚珠接触面上产生的塑性变形，塑性变形超出规定范围就会影响滚珠丝杠副的正常工作，要求其塑性变形量不得超过滚珠直径的万分之一。
产生这样的大塑性变形量时的负载即最大静负载C0：
C0=fsFmax.（9）
其中：Fmax为滚珠丝杠最大轴向负荷，N；fs为静态安全系数，一般运转时取fs=1~2，有冲击或振动时取fs=2~3。
2.2.3滚珠丝杠副的选型
选用滚珠丝杠副的方法较多，采用经验或类比法容易出现结构尺寸过大、驱动装置负荷增加等不合理问题。
合理的方法是根据计算的动负荷（n>10r/min）和静负荷（n≤10r/min）传动比的要求，从《机床设计手册》滚珠丝杠产品样本中选择丝杠的型号，确定滚珠丝杠副的结构尺寸规格和结构类型。
3进给齿轮箱传动比的计算
齿轮减速箱能够降低输出轴的转速，提高输出轴的扭矩，有减速增扭的作用。
由于电动机的工作转速较高，工作台速度较低，因此需要齿轮传动来带动工作台运动，以满足工作部件对转速和工作扭矩的要求。
传动比i通过脉冲当量δp、步距角θb、滚珠丝杠导程L0确定： i=360δp/θb·L0.（10）
4步进电动机的选择
以经济型数控改造车床为例，一般选择步进电动机作为驱动。
步进电动机在选用时，应从计算传动装置及负载折算到电动机轴上的等效转动惯量入手，分别计算各种工况下所需的等效力矩，考虑系统的精度和速度要求，根据负载力矩查出启动频率，只要启动频率小于查出值，步进电动机就可直接带负载启动。
因步进电动机对转矩和进给速度都有不同要求，需要通过工作频率的计算在步进电动机工作频矩特性曲线找到相应的转矩值看步进电动机是否能达到要求。
4.1负载转动惯量的估算
折算到步进电动机轴上的转动惯量JF（kg·cm2）可按下式估算：
JF=J1+(J2+J3)/i2+GI/i2g(180δ/πθ)2.（11）
其中：J1、J2为齿轮Z1、Z2的转动惯量，kg·cm2；J3为丝杠的转动惯量，kg·cm2；GI为工作台重量，N；δ为估算系数；θ为工作台转过的角度。
4.2电动机负载力矩的计算
对数控车床来说，电动机力矩主要用来产生加速度，而负载力矩往往小于加速力矩。
为了保证其动态性能，系统时间常数较小，而等效转动惯量又比较大，故常采用空载启动力矩作为选择步进电动机的依据。
快速空载启动所需力矩M启（N·cm）为： M启=Ma max+Mf+M0.（12）
其中：Ma max为空载启动时折算到电机轴上的加速力矩，N·cm；Mf为折算到电机轴上的摩擦力矩，N·cm；M0为丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩，N·cm。
Ma max=JΣε=JΣ2πnmax/60ta×10-2.（13）
其中：JΣ为传动电动机折算到电机轴上的总等效转动惯量，kg·cm2；ε为电动机的最大角速度，rad/min；nmax为电动机最高转速，r/min；ta为运动部件从停止启动加速到最大快进速度所需时间，s。
Mf=(F0L0/2πη)i.（14）
其中：F0为导轨的摩擦力，N；η为传动链总效率，一般η=0.7~0.85。
M0=(Fp0L0/2πη)i(1-η20）.（15）
其中：Fp0为滚珠丝杠预加载，N；η0为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取η0≥0.9。
4.3步进电动机的最高工作频率计算
由于根据快速空载启动所需力矩初选的步进电动机不一定能满足实际工作的需要，因此还须计算步进电动机的最高工作频率fmax： fmax=1000vmax/60δ.（16）
其中：vmax为步进电动机最高线速度，m/s。
5结语
根据普通车床数控改造的总体设计方案，重点对滚珠丝杠副、步进电动机的选用进行了必要的分析计算，从而对其做出合理的选择，使改造的机床可靠、成本降低，从而保证了重要部件在设备上运行良好，并实现了设备所要求的运动特性与精度。
参考文献：
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[3]黄莜调，丁文政，洪荣晶.机床数控化改造理论、方法及应用[M].北京：科学出版社，2012.
[4]魏效玲，张宝刚.数控化改造中滚珠丝杠副的选型计算及误差分析[J].煤矿机械，2015，36（4）：151-153.。
