1、 第 页 1 第一章第一章 设计任务及总体方案的确定设计任务及总体方案的确定 1.设计任务设计任务 将 CA6150 普通车床改造成 MSC-51 系列单片机控制的经济型数控机 床。要求该机床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能，在纵向和横向有 直线和圆弧插补功能，系统分辨率纵向 0.001mm。横向 0.005mm。 设计参数如下： 最大加工直径： 在床面上：360mm 在床面上：210mm 最大加工长度： 快进速度： 纵向： 2.4m/min 横向： 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向：0.5m/min 横向：0.3m/min 主电机功率：7.5kw 启动加速时间：30ms 机床定位
2、精度：0.015mm 最小指令值： 纵向：0.1mm/脉冲 横向：0.005mm/脉冲 第 页 2 自动升降性能：有 2.总体方案的确定总体方案的确定 系统的伺服系统与与运动方式的选择 由于改造后的数控经济型车床应具有定位，直线插补顺圆和逆圆插补， 暂停和循环加工。公英制螺纹加工工艺功能。故应选择连续控制系统。考 虑到经济型数控机床加工精度要求不高。为了简化结构，降低成本，采用 步进电机开环控制系统。 计算机系统 根据机床要求，采用 8 位微机，由于 MSC-51 系列单片机具有集成度 高。可靠度好，功能强速度快，抗干扰能力强。性能价格比等特点，决定 采用 MSC-51 系列的 8031 单片
3、机扩展系统。 机械传动方式 为了实现机床所需求的分辨率，采用步进电动机，经齿轮减速再传动 丝杆。为了保证一定的精度和平稳性，减小摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。 同时为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加紧负荷齿轮传动，也要采 用消除齿侧间隙的结构。 第 页 3 第二章第二章 机床进给伺服系统机械部分设计计算机床进给伺服系统机械部分设计计算 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的脉冲 当量，运动部分惯性计算空载启动及切削力矩的计算，确定伺服电动机传 动及单向元件的设计计算及运用，绘制机械部分装配图及零件工作图等 第一节第一节 确定系统脉冲当量确定系统脉冲当量 一个进给脉冲使机床
4、运动部件产生的位移量称为脉冲当量，也称机床 最小设定单位，脉冲当量衡量机床加工精度的一个基本技术参数。经济型 数控车床采用的脉冲当量是 0.010.005 每脉冲，经济型数控车床常采用的 脉冲当量是 0.0020.001 每脉冲，在本设计中，根据机床精度要求确定其脉 冲当量纵向 0.01mm/step,横向：0.005mm/step。 第二节第二节 切削力的计算切削力的计算 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动机等 需要利用到切削力，下面就以切削力，用三种方法计算，并取其平均值做 主切削力。 一、一、用经验公式计算切削力：用经验公式计算切削力： 1.纵切外圆： Fz=0.6
5、7D 式中：D max-车床床身加工的最大直径（mm） Fz=(0.673601.5)N =4576N 求出切削力 Fz后，在按照下比例分别求出 Fx和 FY Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.4 1.5 max 第 页 4 Fx=45760.25=1144N FY=45760.4=1830N 2.横切断面： 主切削力 Dz可取横切削力的 1/2 Fz 、= D z1/2=2280N 此时走刀抗力为 Fy 、 （N） ，吃刀抗力的 Fx 、 （N）仍按上述比例粗略计算： Fz 、 ： Fx 、 ： Fy 、=1：0.25：0.4 Fx 、=22880.25=572N Fy 、=22880.4
6、=915 N 二按切削力计算切削力二按切削力计算切削力 下面介绍的按经验公式按求计算切削力的方法是比较简单而使用的， 但对于不同的专用机床来说，计算结果不一定准确。所以对某一指定了专 门用途的数控机床，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。 1.外圆车削切削力的计算 Fz=9.8/( FzaPDz fzfz fz(60v)n FzKFz Fx =9.8/( FxaPx fx fx fx(60v) n F xKFx FY =9.8/( FYaPy fy fy fy (60) n FYKFY 式中; Fz、 Fx、 FY主切削力进给抗力切削抗力（N） aP切削深度(mm) V切削速度（m/s） f进给量（mm/v） 第 页 5 KFz、 KFx、KFY总修正系数包括由于工件材料强度、硬度的改变，刀具 材料的改变。刀具几何角度不同等因素，对切削力的修正系数。 三按照机床主电机的功率计算：三按照机床主电机的功率计算： 上面介绍了切削量计算切切削力虽然比较准
