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科学技术学院毕业设计论文题目：CA6140普通车床进给系统数控化改造学科部：理工学科部专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：填表日期： 2016 年 4 月 8目录第1章摘要和要求1.1 摘要 (1)1.2 改造要求 (1)第2章机床进给伺服系统的设计和计算2.1 脉冲当量的确定 (1)2.2 切削力的计算 (1)2.2.1Z轴切削力的计算 (1)2.2.2 X轴切削力的计算 (2)2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (2)2.3.1Z轴进给丝杠螺母副的选型 (2)2.3.2 X轴进给丝杠螺母副的选型 (5)2.4 齿轮传动比的计算 (8)2.4.1 Z轴进给齿轮箱传动比的计算 (8)2.4.2 X轴进给齿轮箱传动比的计算 (9)2.5 步进电机的计算和选型 (9)2.5.1 Z轴进给步进电机的选型 (9)2.5.2 X轴进给步进电机的选型 (14)2.6 电动刀架的选型 (17)第3章第1章任务和要求将一台CA6140普通车床改造成经济型微机数控车床，采用MCS-51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能。
其主要设计参数如下：加工最大直径：在床面上Φ400mm在床鞍上Φ210mm加工最大长度：500mm溜板及刀架重量：纵向1000N横向500N刀架快速移动速度：纵向2m/min横向1m/min最大进给速度：纵向 1.6m/min横向0.8m/min主电机功率：3kW机床定位精度：0.02第2章 机床进给伺服系统的设计和计算2.1选择脉冲当量，根据车床精度要求为0.02，可选择脉冲单量为纵向：p δ =0.01mm/step横向：'p δ =0.005m/step2.2计算切削力一、Z 轴切削力的计算主切削力()Z F N 按电机功率计算如下：kw kw P Pc 55.285.03=⨯=⨯=η额N N v Pc Fz c 153010055.26000060000=⨯=⨯=其中 C P —切削功率（kw ）；P 额—机床主传动额定功率（kW ）；C v —切削速度：90～100m/min 取100m/min ；η—主传动系统总的机械效率，这里η=0.85。
CA6140普通车床数控改造数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中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。
但目前大力发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多职业类学校和中小型企业难以承受。
再者普通车床经过多次大修后，故障率仍然较高，且维修费用成本较高。
因此普通车床进行数控改造势在必行。
一、改造方案本文结合我校教学实际，针对CA6140车床机床进行数控改造。
对于普通车床的经济型数控改造，总体改造方案应遵循的原则是：数控车床的改造目的是要求车床稳定可靠，合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。
并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：首先，机床基础件必须有足够的刚性。
其次，改造的费用要合适，经济性好。
加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。
为实现主轴自动无级变速，在主轴上增加交流异步电动机变频调速系统、主轴脉冲发生器，从而不需进行机械换档。
（1）数控部分的改造。
第一，数控系统运动方式的确定。
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。
点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。
由于CA6140车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。
第二，伺服进给系统的设计改造。
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。
闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。
但它结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。
半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。
但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。
经过以上比较，由于所改造的CA6140车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1.1问题提出数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。
企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。
购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐；同时目前大多数企业还有数量众多，而且还具有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相对较低、不能批量生产，生产的自动化程度不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性和转型周期，又不能马上淘汰。
目录第一章设计任务--------------------------------------------------- 1 第二章总体体方案的确定------------------------------------------- 1 第三章主传动系统的改造方案--------------------------------------- 2 3.1主传动系统的改造方案------------------------------------------ 2 3.2换装自动回转刀架---------------------------------------------- 2 3.3螺纹编码器的安装方案------------------------------------------ 3第四章进给传动部件的计算和选型----------------------------------- 4 4.1脉冲当量的确定------------------------------------------------ 4 4.2切削力的计算-------------------------------------------------- 4 4.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型（纵向）---------------------------- 4 4.4同步带减速箱的设计（纵向）------------------------------------ 6 4.5步进电动机的计算和选型（纵向）-------------------------------- 6 4.6同步带传递功率的校核----------------------------------------- 12 第五章控制系统硬件电路设计------------------------------------- 14 第六章步进电动机驱动电源的选用--------------------------------- 16 第七章控制系统的部分软件设计--------------------------------- 16 总结------------------------------------------------------------- 22 参考文献----------------------------------------------------------22第一章设计任务题目：C6140普通车床数控化改造设计任务：将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床，主要技术指标如下：1.床身最大加工直径400mm；2.最大加工长度1000mm；3.X（横向）方向定位精度±0.01mm，Z（纵向）方向±0.02mm；4.X方向最快移动速度vxmax =3m/min，Z方向为vzmax=6m/min；5.X方向最快工进速度vxmaxf =0.3m/min，Z方向为vzmaxf=0.6m/min；6.可以采用LED液晶数码管显示；7.冷却泵自动启动/停止；8.制动控制主轴正反转、停止；9.纵横向安装限位开关；10.选择51系列的单片机作为控制系统的CPU，扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A装换电路等。
前言毕业设计是学校对我们在大学中所学知识的一个检验，它几乎包含了我们学习的全部专业知识。
课程设计工作做的好坏，直接体现了个人现阶段实力的强弱，我们必须拿出百分之百的热情，用心搞好毕业设计。
随着科技的进步和生产的发展，机械产品和机械制造技术的内涵正在不断的发生变化。
在企业的生产第一线，从事机电产品设计、制造、质量、销售、服务、维修等技术和管理工作的人员，强调要有较宽的知识面和跨学科综合解决工程实际问题的能力。
因此，在高等教育的专业技术人才培养上，不仅要求他们学习和掌握计算机技术等多方面的新知识、新技术，而且对切削原理、切削机床和机械制造工艺等必备的理论和知识，要运用全新的观念，重新进行科学的优化组合，以形成新的课程体系与结构。
而随着机械技术、微电子技术的飞速发展与应用，机械技术与微电子技术的相互渗透，则标志着机电有机结合的机电一体化技术也在飞速发展。
机电有机结合的本质是从系统的观点出发，用机械技术与微机控制技术构造最佳的一体化系统，从而实现系统或产品的短小轻薄和智能化，达到节能省源，节省材料，多功能、高性能和高可靠性的目的。
机床技术是70年代发展起来的一种机床自动控制技术。
数控机床是典型的机电一体化产品，是高新技术的重要组成部分。
采用数空机床，提高机械工业的自动化生产水平和产品质量，是当前机械制造业技术改造的必由之路。
现代数控机床是柔性制造单元，柔性制造系统乃至计算机集成组成制造系统中不可缺少的基础设备。
目前被广泛应用的数控机床就是典型的机电结合。
数控，即数字控制（NumbericalＣontrol，NC），在机床领域是指用数字华信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
如果采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算几数控（Computeized Numerical Control，CNC）。
数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
毕业设计任务书目录一.普通车床简易数控化改造设计的任务及设计要求（一）设计任务（二）设计要求二.总体方案（一）设计方案的确定（二）总体方案的确定1.系统的运动方式与伺服系统的选择2.计算机系统3.机械传动方式三.机床进给伺服系统机械部分的设计和计算(一)进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案1.纵向进给机械结构改造方案2.横向进给机械结构改造方案(二)进给伺服机构机械部分的设计计算1.选择脉冲当量2.计算切削力1)纵车外圆2)横切端面3.珠丝杆螺母副的计算和选型3.1纵向进给丝杆3.1.1计算进给牵引力Fm（N）3.1.2计算最大动负荷C3.1.3滚珠丝杆螺母副的选型3.1.4传动效率计算3.1.5刚度验算A.丝杠的拉伸或压缩变形量δ1B.珠与螺纹滚道间接触变形δqC.滚珠丝杆轴承的轴向接触变形δ33.1.6稳定性校核。
3.2横向进给丝杆3.2.1 计算进给牵引力Fm（N）3.2.2计算最大动负荷C3.2.3滚珠丝杆螺母副的选型3.2.4传动效率计算3.2.5刚度验算A.丝杠的拉伸或压缩变形量δ1B.珠与螺纹滚道间接触变形δqB.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3.2.6稳定性校核4.传动比计算4.1纵向进给齿轮箱传动比计算4.2横向进给齿轮箱传动比计算5.步进电机的计算和选型5.1纵向进给步进步电机计算5.1.1等效传动惯量计算5.1.2计算最大动负荷A.快速空载启动力矩M起B.快速移动时所需力矩M快C.快速切削负载时所需力矩 M切5.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率5.2纵向进给步进电机计算5.2.1等效传动惯量计算5.2.2电机力矩计算A.快速空载起动力B.快速切削负载时所需力矩 M切C.快速移动时所需力矩M快。
5.2.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率2)横向进给步进电机计算和选型①等效转动惯量计算②电机力矩计算A．快速空载起动力矩MB．快速移动时所需力矩M快。
C.最大切削福载时所需力矩M切③计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率四.数控系统硬件电路设计(一) 硬件电路的基本组成(二)控制系统的功能(三)CPU和存储器(四)I/O接口电路(五)隔离电路和功率放大电路(六) 辅助电路(七)地址分配及编码五.软件设计（一）主程序（二）自动升降控程序CA6140型普通车床数控化改造设计一. 普通车床简易数控化改造设计的任务及设计要求（一）设计任务本次设计任务是将CA6140型普通车床进行简易数控化改造与设计。
第一章: 微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容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、计算机系统的选择等内容。
一、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、连续控制系统和点位/直线控制系统。
如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。
例如，数控钻床，在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。
对于点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。
连续控制系统要求工作台和刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，能够控制刀具沿任意直线或曲线运动，控制每一个轴的位置和速度，使得各个轴同步协调到达目标点。
连续控制系统不仅控制目标点，而且控制刀具到达这些目标点的整个路径，使刀具始终接触工件并制造出希望的形状，所以具有连续控制系统的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，故而连续控制系统又称为轮廓控制系统或仿型系统。
在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。
例如，数控铣床、数控车床等。
点位-直线系统，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工作，进行简单的车削和铣削作业。
其控制方法与点位系统十分相似，故有时也将这两种系统统称为点位控制系统。
例如，数控镗铣床等。
二、伺服系统的选择伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。
指令发出后，不再反馈回来，故称为开环控制。
开环控制系统主要由步进电机驱动。
开环伺服系统结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单。
目前国内大力发展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。
闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。
闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。
计算机数字控制系统（Computer Numerical Control 简称为CNC 系统）。
一个完整的现代化数字控制机床由数控装置，可编程控制器，电源模块，伺服模块，伺服电机，反馈系统，机床控制面板，人机通讯单元，手持单元，液压系统，润滑系统，冷却系统，机床本体，滚珠丝杠，自动换刀系统，等等组成。
数控机床的生产率高，设备柔性好，使工人的劳动强度大为减轻，具有较高的经济效益，能加工普通机床所不能加工的复杂形面。
由于数控机床的优越性，在国际竞争日益激烈、产品品种变化频繁的形势下，各国都致力与开发生产各种数控机床，其中将普通机床改造为经济型数控机床，简单方便，易于实现，使系统的性能价格比大为提高。
本次的设计题目是将C6140普通车床改造成为MCS-51系列单片机控制的经济数控车床。
由于是初次设计，所以经验有限，在设计过程中难免会出现不足之处，还请各位老师，同学们多多指导，帮助。
设计项目设计过程及说明主要结果一、脉冲当量的选择脉冲当量由设计任务书可知：纵向：0.01mm/脉冲横向：0.005mm/脉冲纵向：0.01mm/脉冲横向：0.005mm/脉冲二、切削力计算1、设计任务书给出床面上最大加工直径为：D MAX=400mm2、用经验公式计算下图纵车外圆时的各切削分力：①主切削力：F Z =0.67* D MAX1.5=0.67*4001.5=5360N纵车外圆时的主切削力：F Z =5360N设计项目设计过程及说明主要结果二、切削力计算②再按以下比例可求出分离力F X和F YF X:F Y:F Z=1:0.25:0.4走刀方向的切削力:F X =0.25*F Z=0.25*5360=1340N垂直走刀方向的切削力:F Y =0.4*F Z=0.4*5360=2144N3、用经验公式计算如下所示横车端面时的各切削分力：①主切削力F`Z(N)可取纵切的一半如下：F`Z=F Z/2=5360/2=2680②继续用经验工式粗略计算：F`Z:F`Y:F`X=1:0.25:0.4走刀抗力为： F`Y=2680*0.25=670吃刀抗力为： F`X=2680*0.4=1072纵车外圆时的切削分力：F X = 1340NF Y =2144N横车端面时的切削分力：F`Y=670F`X=1072设计项目设计过程及说明主要结果一、纵向进给率引力计算。
目录第一章设计任务--------------------------------------------------- 1 第二章总体体方案的确定------------------------------------------- 1 第三章主传动系统的改造方案--------------------------------------- 2 3.1主传动系统的改造方案------------------------------------------ 2 3.2换装自动回转刀架---------------------------------------------- 2 3.3螺纹编码器的安装方案------------------------------------------ 3第四章进给传动部件的计算和选型----------------------------------- 4 4.1脉冲当量的确定------------------------------------------------ 4 4.2切削力的计算-------------------------------------------------- 4 4.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型（纵向）---------------------------- 4 4.4同步带减速箱的设计（纵向）------------------------------------ 6 4.5步进电动机的计算和选型（纵向）-------------------------------- 6 4.6同步带传递功率的校核----------------------------------------- 12 第五章控制系统硬件电路设计------------------------------------- 14 第六章步进电动机驱动电源的选用--------------------------------- 16 第七章控制系统的部分软件设计--------------------------------- 16 总结------------------------------------------------------------- 22 参考文献----------------------------------------------------------22第一章设计任务题目：C6140普通车床数控化改造设计任务：将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床，主要技术指标如下：1.床身最大加工直径400mm；2.最大加工长度1000mm；3.X（横向）方向定位精度±0.01mm，Z（纵向）方向±0.02mm；4.X方向最快移动速度vxmax =3m/min，Z方向为vzmax=6m/min；5.X方向最快工进速度vxmaxf =0.3m/min，Z方向为vzmaxf=0.6m/min；6.可以采用LED液晶数码管显示；7.冷却泵自动启动/停止；8.制动控制主轴正反转、停止；9.纵横向安装限位开关；10.选择51系列的单片机作为控制系统的CPU，扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A装换电路等。
CA6140车床数控改造总体设计说明书(doc 21页)CA6140车床数控改造设计说明书目录1.绪论 (1)2.设计要求 (3)2.1总体方案设计要求 (3)2.2设计参数 (4)2.3.其它要求 (4)3.进给伺服系统机械部分设计与计算 (8)3.1进给系统机械结构改造设计 (9)3.2横向进给伺服系统机械部分的计算与选型 (10)3.2.1确定系统的脉冲当量 (10)3.3.3 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 (14)3.3.4齿轮有关计算 (16)3.3.4 (2)横向齿轮及转矩的有关计算 (20)4. 步进电动机的计算与选型 (23)4.1步进电动机选用的基本原则 (23)4.2步进电动机的选折 (24)5.主轴交流伺服电机 (24)5.1机床主运动电机的确定 (26)5.2主轴的变速范围 (26)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。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。
普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。
进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。
刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。
对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。
陕西理工学院课程设计姓名：张亚军学号：0715014092专业：机械设计制造及其自动化设计题目：CA6140普通车床纵向进给系统的数控改造指导教师：王长乾2010 年12 月目录第1章总体方案的确定1.1设计任务 (3)1.2总体设计 (3)第2章机械部分设计计算2.1切削力计算 (4)2.2滚珠丝杠设计计算和选择 (5)2.3步进电机的设计计算与选择 (13)2.4导轨的设计改造 (21)2.5画机械部分的装配图 (22)第3章控制系统硬件设计3.1C P U选择 (22)3.2存储器的选择和扩展办法 (23)3.3输入输出接口电路分析 (24)3.4其他部分电路设计（隔离、报警、运行指示等） (26)3.5画硬件原理图 (30)结论 (30)参考文献 (31)第1章总体方案的确定1 .1 设计任务课程设计的目的课程设计是一个实践性很强的环节,是诸多实践教学环节的最后一环,是培养学生理论联系实际、解决生产实际问题能力的重要步骤。
机电一体化专业课程设计是以机电一体化的典型产品----数控机床的应用与设计为主线,进行一次所学机电知识有机结合的全面训练。
从而培养学生具有绘图能力、机械传动机构设计计算能力以及分析和处理生产中所遇到的机、电方面技术问题的能力。
课程设计的内容1)、总体方案的选择。
2)、进给伺服系统机械部分的设计计算,要求数据具有科学性3)、绘制装配图及其零件图若干张4)、控制部分包括硬件和软件设计5)、编写设计说明书课程设计的要求1)、对纵向进给系统进行开环控制2)、脉冲当量:0.01mm/脉冲3)、主控单元采用单片机1.2节总体设计考虑具体的改造方案时，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少，以减低成本。
在机械机构的改造设计中，主要针对原车床的进给系统进行数控化改造，主传动系统中保留CA6140车床的主轴机械部分和三相交流电动机，只在与主轴同步旋转的轴上，加装一个脉冲编码器，实现螺纹的数控加工。
在进给传动系统中，数控系统对纵向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机。
进给传动机构如下图所示，纵向采用步进电动机—减速齿轮—滚珠丝杆螺母副—床鞍的传动方式。
进给传动示意图1—步进电动机 2—齿轮减速装置 3—支撑装置 4—丝杠 5—床鞍为实现机床所需要的分辨率，采用步进电动机经齿轮减速再传动丝杠，同时为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦，选用滚珠丝杠螺母副。
改装时先拆除原机床的进给箱、溜板箱、光杠 和丝杠，在原丝杆的部位安装上滚珠丝杠。
第2章 机械部分设计计算 2.1 切削力的计算（1）纵车外圆主切削力z F 按经验公式估算：1.5m a x 0.67z F D =式中 z F —主切削力；m a x D —车床面上最大加工直径； 则 ：1.51.5m a x0.670.674005360z F D N ==⨯= 按切削力各分力比例：4.0:25.0:1::F z =y x F FN 134025.05360F x =⨯=纵向进给计算2.2 滚珠丝杠设计计算和选择（1）螺纹滚道型面的选择：单圆弧型面、双圆弧型面。
要求：经济、易调试、稳定。
方案：选用双圆弧型面。
原因：双圆弧型面接触角不变，双圆弧交接处尚有小空隙可容纳一些脏物，这对滚珠丝杠有利而不致堵塞。
（2）滚珠循环方式：内循环、外循环。
方案：选择外循环。
原因：结构简单、工艺性优良、适合成批生产、经济实用，适用于重载荷传动、高速驱动及精密定位系统，是目前应用最广泛的结构。
（3）轴向间隙的调整和预紧力的选择：垫片式、螺纹式、齿差式。
要求：经济可靠、易拆装、刚度高。
方案：选用双螺母垫片式预紧。
原因：结构简单、装卸方便、刚度高。
（4）计算进给牵引力()m F N 。
可根据《机床设计手册》中进给牵引力的试验公式计算，纵向为综合型导轨，可由式()m X z F K F f F G '=++式中 X F —切削分力（N ）；K —颠覆力矩影响的试验系数，K =1.15；f '—滑动导轨摩擦系数，f =0.15～0.18，取f =0.16； G —溜板及刀架重力，800G N =。
则 ：()1.1513400.1653608002530m F N N =⨯+⨯+=⎡⎤⎣⎦ ① 滚珠丝杠的转速n 。
可由下式计算100010000.50.6/m in 50/6sn r r m in L ν⨯⨯⨯===② 丝杠寿命L 由下式求得 6660605015000451010nT L ⨯⨯===③ 计算最大动载荷C 。
w m C F =其中 66010nT L =1000sv n L =式中 ： L —丝杆寿命，以610转为1单位；n —丝杠转速）（min r ； 0L —滚珠丝杠导程，初选06L m m =；s v —最大切削力下的进给速度)min m (，可取最高速度的1/3～1/2，本机床取1/2；w f —运转系数，按一般运转w f =1.2～1.5，取w f ＝1.2； T —机床的设计寿命（h ），对于数控机床T=15000h 则1.2253010798.7C N N =⨯=滚珠丝杠的选择根据C ＜a C （a C 是丝杠的额定载荷）的原则，是选用的滚珠丝杠的额定动载荷大于计算的最大工作载荷。
查《机械零件手册》，由于导程为6mm ，所以选取滚珠丝杠的型号为CDM4006—5,公称直径为40mm ，其额定动载荷是28770N ＞10798.7N ，故强度足够。
CDM4006—5表示外循环插管式、双螺母垫片预紧、导珠管埋入式的滚珠丝杠，其为右旋螺纹，载荷钢球为5圈，精度为3级的定位滚珠丝杠副。
具体数据见下表。
CDM4006—5型滚珠丝杠具体参数公称直径/mm基本导程/mm钢球直径/mm丝杠外径/mm螺纹底径/mm 额定载荷/N 接触刚度/(N/um)d 0 P 0 D W d1d动载荷a C静载荷a C ︒ 40 6 3.969 39.5 35.1 28770959702191螺母安装连接尺寸/mmD D 1 D 3 D BD 5D 6 h LL 1 C A M 71- 1109015 91591385473 M6滚珠丝杠的验算（1）传动效率计算。
根据《机械设计》，丝杠螺母副的传动效率0η可由下式 ()0tan tan γηγϕ=+式中 ： ϕ—摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数0.003~0.004f =，其摩擦角'10ϕ=；γ—丝杠螺旋升角，根据tan 3.14γ=⨯螺距公称直径，可得273γ= '。
则()0'tan 2730.966tan 27310η==+＇＇（2）刚度验算。
滚珠丝杠工作负载m F 的作用引起的导程0L 的变化量()L mm ∆，因滚珠丝杠受转矩时引起的导程变化很小，可忽略不计，所以工作负载引起的导程变化量0L ∆为60625300.67.6201020.6109.67m F L L cm cmE A-⨯∆=±=±=±⨯⨯⨯式中： E —材料弹性模量，对于钢，6220.610E N cm =⨯；A —滚珠丝杠的截面积，按丝杠螺纹底径确定1d ，即1d =3.5则22221 3.519.6744A d cm cmππ==⨯≈0L —滚珠丝杠导程其中，“+”用于拉伸，“-”用于压缩。
滚珠丝杠受转矩引起的导程变化量'0L ∆很小，可以忽略不计，即01L L ∆=∆，所以导程变形总误差P ∆为L P L L ∆∆=式中 L —纵向最大行程。
查《机床说明书》可知，L =900mm ，则 6907.6201011.40.6P mμ-∆=⨯⨯=由说明书可知，丝杠纵向有效行程为900mm ，且丝杠精度等级为3级，查《机械零件设计手册》，纵向行程允许的行程变动量为17m μ，CDM4006—5的P ∆为11.4m μ＜17m μ，故刚度足够。
03)稳定性校核。
滚珠丝杠不失稳的条件是： []k k n n ≤，一般情况[] 2.5~4k n =。
根据公式22k k f EI F Lπ=式中 ： k f —丝杠支承方式系数，查《机械零件设计手册》可知，采用双推一简支时k f =2.0；E —材料弹性模量；对于钢，4220.610E N m m =⨯；L —丝杠两支承端距离，查《机械零件设计手册》可知L=1600mm=160cm ； K —滚珠丝杠的静安全系数，一般为2.5~4，垂直安装时取最小值K =1/4； I —截面惯性矩464I dπ=，其中()0 1.2w d d D =-式中 0d —滚珠丝杠的公称直径； w D —滚珠丝杠的滚珠直径。
I按丝杠的螺纹底径确定，04d cm =，444(4 1.27.53264I cm cmπ=-⨯0.3969)=则2622 3.1420.6107.532119516160k F N N ⨯⨯⨯⨯==[]k mk k n 2.472530119516F F n ≥=='=（一般情况[]4~5.2n k =），此滚珠丝杠不会产生失稳。
故稳定性可靠。
齿轮传动比的计算齿轮传动比计算公式为 0360b pi L θδ=式中 b θ—步进电动机的步距角，查《实用微电机手册》，选0.75b θ= ；0P —丝杠螺距，取06L m m =； p δ—脉冲当量，取0.01/p m m δ=步。
则3600.010.80.756i ⨯==⨯故可取齿轮齿数：1232,40Z Z ==。
齿轮的材料采用40Cr ，调质处理，精度等级取7级。
前后轴承选用8024型流动轴承，齿轮传动时效率0.98i η=。
查《机械设计手册》，根据优先选用第一系列的原则，因进给运动齿轮受力不大，取模数m=2mm 。
有经验公式可知，齿宽b=20mm 。
压力角：20α= 分度圆直径由式1132264d Z m m m m m ==⨯= 2240280d Z m m m m m==⨯=中心距由式()()12232407222m Z Z a mm mm +⨯+===滚珠丝杠的支承形式与轴承的选用数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素[9]。
滚珠丝杠的支承形式经综合考虑，采用一端固定、一端铰支（G —J ）的支承形式，其特点如下： （1）压杆稳定性和临界转速高。
（2）丝杠有热膨胀的余地。
（3）适用于较长的卧式安装丝杠。
滚珠丝杠固定端的形式JB/T3162.4—1993规定了公称直径为16～63mm 的滚珠丝杠固定端的形似尺寸，见表公称直径mm63~16的滚珠丝杠固定式轴端形式和尺寸滚珠丝杠铰接式轴端形式滚珠丝杠铰接式轴端形式和尺寸见下表滚珠丝杠铰接式轴端尺寸公称直径轴端部尺寸轴承型号d d2L1m L20 15 14.3 14 0.141.1+15 8030240 30 29.6 25 0.141.1+30 80306滚珠丝杠轴承的选用丝杠轴承的载荷主要是轴向载荷，径向除丝杠重力外，一般无外载荷，对丝杠轴承主要要求轴向精度和刚度较高，摩擦力矩要尽量小。
