12机制对口课程设计：
C616型普通车床
目录
序言 --------------------------------------------------------------------------------------3 一、 设计方案的确定-----------------------------------------------------------------4 （一） 设计任务------------------------------------------------------------------------4 （二） 总体设计方案的确定---------------------------------------------------------4 二、机械部分改造与设计------------------------------------------------------------4 （一） 纵向进给系统的设计与计算------------------------------------------------4 （二） 横向进给系统的设计与计算------------------------------------------------10 三、步进电机的选择------------------------------------------------------------------13 （一）步进电机选用的基本原则---------------------------------------------------13 （二）步进电机的选择---------------------------------------------------------------14 四、机床导轨改造---------------------------------------------------------------------15 五、自动转位刀架的选用------------------------------------------------------------16 六、经济型数控机床改造时数控系统的选用------------------------------------17 七、典型零件的工艺设计及应用程序的编制------------------------------------18 （一）工艺分析------------------------------------------------------------------------18 （二）工作坐标系的设定------------------------------------------------------------19 （三）手动钻孔------------------------------------------------------------------------19 （四）编制加工程序------------------------------------------------------------------19 小结---------------------------------------------------------------------------------------21
一、设计方案的确定
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。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的经济效果。 （一）设计任务
本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对纵横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，刀架采用自动转位刀架。 (二) 总体设计方案的确定
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，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:采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲。经一级齿轮减速后, 带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。
二、机械部分改造设计与计算
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。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，一般把步进电机放在纵向丝杠的右端。
2．纵向进给系统的设计计算 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：L 0=6mm 行程： S=640mm 脉冲当量： δp =0.01mm/step 步距角： α=0.75°/step 快速进给速度： V max =2mm/min
(1)切削计算 由〈〈机床设计手册〉〉可知，切削功率
N c =NηK
式中 N ——电机功率，查机床说明书，N=4KW；
η——主传动系统总效率，一般为0.6～0.7取η=0.65； K ——进给系统功率系数，取为K=0.96。 则：
N c =4³0.65³0.96=2.496KW 又因为
N C =
F Z v
61206120N C
v
F Z =所以
式中 v ——切削线速度，取v=100m/min。 主切削力
F Z =152.76(kgf)=1527.6(N)
由〈〈金属切削原理〉〉可知，主切削力 F Z =CFz a p x Fz f Y Fz K Fz 查表得： C Fz =188kgf/mm21880Mpa
X Fz =1 Y Fz =0.75 K Fz =1 则可计算F Z 如表（1）所示：
表（1） F Z 计算结果
当F Z =1520N 时，切削深度ap=2mm, 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： F X =（0.1～0.6）F Z F Z =(0.15～0.7) FZ 取：
F X =0.5 FZ =0.5³1527.6=763.8N
F Y =0.6 FZ =0.6³1527.6=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 ′=0.15～0.18，取为0.16。 则
P=1.15³763.8+0.16³(1527.6+800)=1250.8N 1) 强度计算： 寿命值 L 1=
60n 1T i 10
6
n 1=
n 主f L 0
=
1000vf
πDL 0
取工件直径 D=80 mm,查表得T I =15000h 则：
n 1=L 1=
1000⨯100⨯0. 3
=20r/min
3. 14⨯80⨯6
60⨯20⨯15000
=18
106
最大动负载 Q=L 1Pf w f H
查表得： 运转系数 f w =1.2 硬度系数 f H =1 则
Q=3³1.2³1³1250.8=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FC 1B 系列，滚珠丝杠直径为φ32mm, 型号为FC 1B32³6—5—E 2，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η为： η=
tgv
tg (v +ψ)
式中 摩擦角ψ=10′ 螺旋升角γ=3°25′ 则
η=
tg 3︒25'
tg (3︒25'+10')
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
△L 1=±
式中 L 0=6mm=0.6cm；
E=20.6³166N/ cm2。
滚珠丝杠截面积 F=(则
△L 1=±
1250. 8⨯0. 6
=±5.9³10-6㎝
2. 80312
20. 6⨯106⨯() ⨯3. 14
2
d 22. 80312) π=（）³3.14 22
PL 0
EF
滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L 2很小, 可忽略, 即：△L=△L 1。所以： 导程变形总误差△为
△ =
100100
×5.9³10-6=9.8μm/m ∆L =0. 6L 0
查表知E 级精度丝杠允许的螺距误差（1m 长）为15μm/m，故刚度足够。
4）稳定性验算：由于机床原丝杠直径为φ30mm ，现选用的滚珠丝杠直径为φ32 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=
ϕL 00. 75⨯6==1.25 360δP 360⨯0. 01
故取 Z 1=32mm Z 2=40
m=2mm b=20mm α=20° d 1=m Z1=2³32=64mm d 2= m Z2=2³40=80mm d α1 =d1 +2ha*=68mm d α2=d2+2ha*=84mm
α=
d 1+d 264+80
==72㎜
22
2) 转动惯量计算
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：
J 1=(
180δp
πϕ
) 2W=(
180⨯0. 012
) ³80=0.468㎏²㎝2
3. 14⨯0. 75
=4.68N²㎝2 丝杠的转动惯量：
J S =7.8³10-4³D 4L 1=7.8³10-4³3.24³140.3
=11.475㎏²㎝2=114.75N²㎝2
齿轮的转动惯量：
J Z1=7.8³10-4³6.44³2=2.617㎏²㎝2=26.17 N²㎝2 J Z2=7.8³10-4³84³2=6.39㎏²㎝2=63.9 N²㎝2 电机转动惯量很小可以忽略。 因此, 总的转动惯量：
J=
1
(JS +JZ2)+ JZ1+ J1 i 2
1
(11.475+6.39)+2.617+0.468 2
1. 25
=
=14.519㎏²㎝2=145.19N²㎝2
3）所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩
M=Mamax ＋M f ＋M 0 最大切削负载时所需力矩 M=Mat ＋M f ＋M 0＋M t 快速进给时所需力矩
M= Mf ＋M 0
式中 M amax ——空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； M f ——折算到电机轴上的摩擦力矩；
M 0 ——由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；
M at ——切削时折算到电机轴上的加速度力矩； M t ——折算到电机轴上的切削负载力矩。
M a =
Jn
×10-4N ²m 9. 6T
当n=nmax 时 M amax =Ma n max =
v max i 2000⨯1. 25
==416.7r/min
6L 0
14. 519⨯416. 7
×10-4=2.52N²m=25.72㎏f ²㎝
9. 6⨯0. 025
M amax =
当n=nt 时 M a =Mat
1000v
f i
n 主f i 1000⨯100⨯0. 3⨯1. 25πD n t ====24.88r/min
3. 14⨯80⨯6L 0L 0
M at =
14. 519⨯24. 88
×10-4=0.1505N²m=1.536㎏f ²㎝
9. 6⨯0. 025
M f =
'0F 0L 0f WL = 2πηi 2πηi
当η0=0.8 f ′=0.16时
M f =
0. 16⨯80⨯0. 6
=1.223㎏f ²㎝
2⨯3. 14⨯0. 8⨯1. 25
M 0 =
F X L 0
(1-η2πηi
2
)
1
当η0=0.9时预加载荷P 0=F x 则：
3
F X L 0(1-η0) 76. 38⨯0. 6(1-0. 92) M 0===0.462㎏f ²㎝=4.62N²㎝
6⨯3. 14⨯0. 8⨯1. 256πηi M t =
F 0L 076. 38⨯0. 6
==7.297㎏f ²㎝=72.97 N²㎝ 2πηi 2⨯3. 14⨯0. 8⨯1. 25
2
所以, 快速空载启动时所需力矩：
M=Mamax ＋M f ＋M 0
=25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f ²㎝ =274.05N²㎝
切削时所需力矩：
M=Mat ＋M f ＋M 0＋M t
=1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f ²㎝ =105.18 N²㎝
快速进给时所需力矩：
M= Mf ＋M 0=1.223＋0.462=1.685㎏f ²㎝ =16.85 N²㎝
由以上分析计算可知：
所需最大力矩M max 发生在快速启动时，
M max =27.405㎏f ²㎝=274.05 N²㎝
(二) 横向进给系统的设计和计算 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, 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．横向进给系统的设计和计算
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=30㎏f=300N 时间常数 T=25ms
滚珠丝杠基本导程 L 0=4㎜ 左旋 行程 S=190㎜ 脉冲当量 δp =0.005㎜/step 步距角 α=0.75°/ step 快速进给速度 v max =1m/min
(1)切削力计算 横向进给量为纵向的1/2～1/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2
F Z =0.5³152.76=76.38㎏f=763.8N
在切断工件时：
F y =0.5 FZ =0.5³76.38=38.19㎏f=381.9N
(2)滚珠丝杠设计计算
1）强度计算：对于燕尾型导轨：
P=KFy ＋f ′(Fz ＋W)
取K=1.4 f ′=0.2 则
P=1.4³38.19＋0.2(76.38＋30) =74.74㎏f=747.4N
寿命值
L 1=
最大动负载
Q=L 1f W f H P =3. 5⨯1. 2⨯1⨯74. 74=213.55㎏f=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F C1B 系列，滚珠丝杠公称直径为φ20㎜，型号为F C1B20³4—5—E 2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γ=3°38′，摩擦角ψ=10′ 则传动效率
η=
tg γtg 3︒38'
==0.956
''tg (γ+ϕ) tg (3︒38+10) 60n 1T 160⨯15⨯15000
==13.5
106106
3）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程的变化量
△L 1=±
PL 074. 74⨯10⨯0. 4⨯4=±=±62
EF 3. 14⨯20. 6⨯10⨯1. 7619
5.96³10-6㎝
滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L 2很小，可忽略， 即：△L=△L 1所以导程变形总误差为
△=
100100∆L =⨯5. 96⨯10-6=14. 9μm L 00. 4
查表知E 级精度丝杠允许的螺旋误差（1m 长）为15μm/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=
ϕL 00. 75⨯45
===1. 67 360δp 360⨯0. 0053
故取 Z 1=18 Z 2=30
m =2㎜ b=20㎜ α=20° d 1=36㎜ d 2=20㎜ d α1 =40㎜ d α1=64㎜ a=48㎜ 2) 传动惯量计算
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：
180δp 2180⨯0. 00521J 1=() W =() ⨯30⨯=0. 0439㎏²㎝2
πϕ3. 14⨯0. 75100丝杠的转动惯量：
J S =7.8³10-4³D 4L 1=7.8³10-4³24³50=0.624㎏²㎝2 齿轮的转动惯量：
J Z1=7.8³10-4³3.64³2=0.262㎏²㎝2 J Z2=7.8³10-4³64³2=2.022㎏²㎝2 电机转动惯量很小可以忽略。 因此，总的转动惯量： J=
132(J +J ) +J +J =() ⨯(0. 624+2. 022) +0. 202+0. 0439 S Z 2Z 112
5i
=1.258㎏²㎝2 3）所需转动力矩计算
v max i =L 0
1000⨯
4
5
3=416. 7r /min
n max =
M amax =
Jn max 1. 258⨯416. 7
⨯10-4=⨯10-4=0. 2184N ²m=2.23㎏f ²㎝ 9. 6T 9. 6⨯0. 025
n t =
n 主f 1L 0
=
1000vfi 1000⨯100⨯0. 15⨯5
=33.17r/min =
πDL 03. 14⨯60⨯4⨯3
M at =
1. 258⨯33. 17
⨯10-4=0.0174 N²m=0.1775 f²㎝
9. 6⨯0. 025
M f ='00. 2⨯30⨯0. 4⨯3F 0L 0f WL =0.287㎏f ²㎝=0.028 N²m ==2⨯3. 14⨯0. 8⨯52πηi 2πηi
2F Y L 038. 19⨯0. 4⨯3M 0=(1-η) =(1-0. 92) =0.116㎏f ²㎝=0.011 N²m 6πηi 6⨯3. 14⨯0. 8⨯5
M t =F Y L 038. 19⨯0. 4⨯3==1.824㎏f ²㎝=0.182 N²m 2πηi 2⨯3. 14⨯0. 8⨯5
所以，快速空载启动时所需转矩：
M=Mamax ＋M f ＋M 0
=2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f ²㎝=26.33N²㎝ 切削时所需力矩：
M=Mat ＋M f ＋M 0＋M t
=0.1774＋0.287＋0.116＋1.824
=2.404㎏f ²㎝=24.04 N²㎝
快速进给时所需力矩：
M= Mf ＋M 0=0.287＋0.116
=0.403㎏f ²㎝=4.03 N²㎝
从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，M max =2.633㎏f ²㎝=26.33 N²㎝
12机制对口课程设计：
C616型普通车床
目录
序言 --------------------------------------------------------------------------------------3 一、 设计方案的确定-----------------------------------------------------------------4 （一） 设计任务------------------------------------------------------------------------4 （二） 总体设计方案的确定---------------------------------------------------------4 二、机械部分改造与设计------------------------------------------------------------4 （一） 纵向进给系统的设计与计算------------------------------------------------4 （二） 横向进给系统的设计与计算------------------------------------------------10 三、步进电机的选择------------------------------------------------------------------13 （一）步进电机选用的基本原则---------------------------------------------------13 （二）步进电机的选择---------------------------------------------------------------14 四、机床导轨改造---------------------------------------------------------------------15 五、自动转位刀架的选用------------------------------------------------------------16 六、经济型数控机床改造时数控系统的选用------------------------------------17 七、典型零件的工艺设计及应用程序的编制------------------------------------18 （一）工艺分析------------------------------------------------------------------------18 （二）工作坐标系的设定------------------------------------------------------------19 （三）手动钻孔------------------------------------------------------------------------19 （四）编制加工程序------------------------------------------------------------------19 小结---------------------------------------------------------------------------------------21
一、设计方案的确定
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。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的经济效果。 （一）设计任务
本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对纵横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，刀架采用自动转位刀架。 (二) 总体设计方案的确定
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，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:采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲。经一级齿轮减速后, 带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。
二、机械部分改造设计与计算
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。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，一般把步进电机放在纵向丝杠的右端。
2．纵向进给系统的设计计算 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：L 0=6mm 行程： S=640mm 脉冲当量： δp =0.01mm/step 步距角： α=0.75°/step 快速进给速度： V max =2mm/min
(1)切削计算 由〈〈机床设计手册〉〉可知，切削功率
N c =NηK
式中 N ——电机功率，查机床说明书，N=4KW；
η——主传动系统总效率，一般为0.6～0.7取η=0.65； K ——进给系统功率系数，取为K=0.96。 则：
N c =4³0.65³0.96=2.496KW 又因为
N C =
F Z v
61206120N C
v
F Z =所以
式中 v ——切削线速度，取v=100m/min。 主切削力
F Z =152.76(kgf)=1527.6(N)
由〈〈金属切削原理〉〉可知，主切削力 F Z =CFz a p x Fz f Y Fz K Fz 查表得： C Fz =188kgf/mm21880Mpa
X Fz =1 Y Fz =0.75 K Fz =1 则可计算F Z 如表（1）所示：
表（1） F Z 计算结果
当F Z =1520N 时，切削深度ap=2mm, 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： F X =（0.1～0.6）F Z F Z =(0.15～0.7) FZ 取：
F X =0.5 FZ =0.5³1527.6=763.8N
F Y =0.6 FZ =0.6³1527.6=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 ′=0.15～0.18，取为0.16。 则
P=1.15³763.8+0.16³(1527.6+800)=1250.8N 1) 强度计算： 寿命值 L 1=
60n 1T i 10
6
n 1=
n 主f L 0
=
1000vf
πDL 0
取工件直径 D=80 mm,查表得T I =15000h 则：
n 1=L 1=
1000⨯100⨯0. 3
=20r/min
3. 14⨯80⨯6
60⨯20⨯15000
=18
106
最大动负载 Q=L 1Pf w f H
查表得： 运转系数 f w =1.2 硬度系数 f H =1 则
Q=3³1.2³1³1250.8=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FC 1B 系列，滚珠丝杠直径为φ32mm, 型号为FC 1B32³6—5—E 2，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η为： η=
tgv
tg (v +ψ)
式中 摩擦角ψ=10′ 螺旋升角γ=3°25′ 则
η=
tg 3︒25'
tg (3︒25'+10')
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
△L 1=±
式中 L 0=6mm=0.6cm；
E=20.6³166N/ cm2。
滚珠丝杠截面积 F=(则
△L 1=±
1250. 8⨯0. 6
=±5.9³10-6㎝
2. 80312
20. 6⨯106⨯() ⨯3. 14
2
d 22. 80312) π=（）³3.14 22
PL 0
EF
滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L 2很小, 可忽略, 即：△L=△L 1。所以： 导程变形总误差△为
△ =
100100
×5.9³10-6=9.8μm/m ∆L =0. 6L 0
查表知E 级精度丝杠允许的螺距误差（1m 长）为15μm/m，故刚度足够。
4）稳定性验算：由于机床原丝杠直径为φ30mm ，现选用的滚珠丝杠直径为φ32 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=
ϕL 00. 75⨯6==1.25 360δP 360⨯0. 01
故取 Z 1=32mm Z 2=40
m=2mm b=20mm α=20° d 1=m Z1=2³32=64mm d 2= m Z2=2³40=80mm d α1 =d1 +2ha*=68mm d α2=d2+2ha*=84mm
α=
d 1+d 264+80
==72㎜
22
2) 转动惯量计算
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：
J 1=(
180δp
πϕ
) 2W=(
180⨯0. 012
) ³80=0.468㎏²㎝2
3. 14⨯0. 75
=4.68N²㎝2 丝杠的转动惯量：
J S =7.8³10-4³D 4L 1=7.8³10-4³3.24³140.3
=11.475㎏²㎝2=114.75N²㎝2
齿轮的转动惯量：
J Z1=7.8³10-4³6.44³2=2.617㎏²㎝2=26.17 N²㎝2 J Z2=7.8³10-4³84³2=6.39㎏²㎝2=63.9 N²㎝2 电机转动惯量很小可以忽略。 因此, 总的转动惯量：
J=
1
(JS +JZ2)+ JZ1+ J1 i 2
1
(11.475+6.39)+2.617+0.468 2
1. 25
=
=14.519㎏²㎝2=145.19N²㎝2
3）所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩
M=Mamax ＋M f ＋M 0 最大切削负载时所需力矩 M=Mat ＋M f ＋M 0＋M t 快速进给时所需力矩
M= Mf ＋M 0
式中 M amax ——空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； M f ——折算到电机轴上的摩擦力矩；
M 0 ——由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；
M at ——切削时折算到电机轴上的加速度力矩； M t ——折算到电机轴上的切削负载力矩。
M a =
Jn
×10-4N ²m 9. 6T
当n=nmax 时 M amax =Ma n max =
v max i 2000⨯1. 25
==416.7r/min
6L 0
14. 519⨯416. 7
×10-4=2.52N²m=25.72㎏f ²㎝
9. 6⨯0. 025
M amax =
当n=nt 时 M a =Mat
1000v
f i
n 主f i 1000⨯100⨯0. 3⨯1. 25πD n t ====24.88r/min
3. 14⨯80⨯6L 0L 0
M at =
14. 519⨯24. 88
×10-4=0.1505N²m=1.536㎏f ²㎝
9. 6⨯0. 025
M f =
'0F 0L 0f WL = 2πηi 2πηi
当η0=0.8 f ′=0.16时
M f =
0. 16⨯80⨯0. 6
=1.223㎏f ²㎝
2⨯3. 14⨯0. 8⨯1. 25
M 0 =
F X L 0
(1-η2πηi
2
)
1
当η0=0.9时预加载荷P 0=F x 则：
3
F X L 0(1-η0) 76. 38⨯0. 6(1-0. 92) M 0===0.462㎏f ²㎝=4.62N²㎝
6⨯3. 14⨯0. 8⨯1. 256πηi M t =
F 0L 076. 38⨯0. 6
==7.297㎏f ²㎝=72.97 N²㎝ 2πηi 2⨯3. 14⨯0. 8⨯1. 25
2
所以, 快速空载启动时所需力矩：
M=Mamax ＋M f ＋M 0
=25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f ²㎝ =274.05N²㎝
切削时所需力矩：
M=Mat ＋M f ＋M 0＋M t
=1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f ²㎝ =105.18 N²㎝
快速进给时所需力矩：
M= Mf ＋M 0=1.223＋0.462=1.685㎏f ²㎝ =16.85 N²㎝
由以上分析计算可知：
所需最大力矩M max 发生在快速启动时，
M max =27.405㎏f ²㎝=274.05 N²㎝
(二) 横向进给系统的设计和计算 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, 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．横向进给系统的设计和计算
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=30㎏f=300N 时间常数 T=25ms
滚珠丝杠基本导程 L 0=4㎜ 左旋 行程 S=190㎜ 脉冲当量 δp =0.005㎜/step 步距角 α=0.75°/ step 快速进给速度 v max =1m/min
(1)切削力计算 横向进给量为纵向的1/2～1/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2
F Z =0.5³152.76=76.38㎏f=763.8N
在切断工件时：
F y =0.5 FZ =0.5³76.38=38.19㎏f=381.9N
(2)滚珠丝杠设计计算
1）强度计算：对于燕尾型导轨：
P=KFy ＋f ′(Fz ＋W)
取K=1.4 f ′=0.2 则
P=1.4³38.19＋0.2(76.38＋30) =74.74㎏f=747.4N
寿命值
L 1=
最大动负载
Q=L 1f W f H P =3. 5⨯1. 2⨯1⨯74. 74=213.55㎏f=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F C1B 系列，滚珠丝杠公称直径为φ20㎜，型号为F C1B20³4—5—E 2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γ=3°38′，摩擦角ψ=10′ 则传动效率
η=
tg γtg 3︒38'
==0.956
''tg (γ+ϕ) tg (3︒38+10) 60n 1T 160⨯15⨯15000
==13.5
106106
3）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程的变化量
△L 1=±
PL 074. 74⨯10⨯0. 4⨯4=±=±62
EF 3. 14⨯20. 6⨯10⨯1. 7619
5.96³10-6㎝
滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L 2很小，可忽略， 即：△L=△L 1所以导程变形总误差为
△=
100100∆L =⨯5. 96⨯10-6=14. 9μm L 00. 4
查表知E 级精度丝杠允许的螺旋误差（1m 长）为15μm/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=
ϕL 00. 75⨯45
===1. 67 360δp 360⨯0. 0053
故取 Z 1=18 Z 2=30
m =2㎜ b=20㎜ α=20° d 1=36㎜ d 2=20㎜ d α1 =40㎜ d α1=64㎜ a=48㎜ 2) 传动惯量计算
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：
180δp 2180⨯0. 00521J 1=() W =() ⨯30⨯=0. 0439㎏²㎝2
πϕ3. 14⨯0. 75100丝杠的转动惯量：
J S =7.8³10-4³D 4L 1=7.8³10-4³24³50=0.624㎏²㎝2 齿轮的转动惯量：
J Z1=7.8³10-4³3.64³2=0.262㎏²㎝2 J Z2=7.8³10-4³64³2=2.022㎏²㎝2 电机转动惯量很小可以忽略。 因此，总的转动惯量： J=
132(J +J ) +J +J =() ⨯(0. 624+2. 022) +0. 202+0. 0439 S Z 2Z 112
5i
=1.258㎏²㎝2 3）所需转动力矩计算
v max i =L 0
1000⨯
4
5
3=416. 7r /min
n max =
M amax =
Jn max 1. 258⨯416. 7
⨯10-4=⨯10-4=0. 2184N ²m=2.23㎏f ²㎝ 9. 6T 9. 6⨯0. 025
n t =
n 主f 1L 0
=
1000vfi 1000⨯100⨯0. 15⨯5
=33.17r/min =
πDL 03. 14⨯60⨯4⨯3
M at =
1. 258⨯33. 17
⨯10-4=0.0174 N²m=0.1775 f²㎝
9. 6⨯0. 025
M f ='00. 2⨯30⨯0. 4⨯3F 0L 0f WL =0.287㎏f ²㎝=0.028 N²m ==2⨯3. 14⨯0. 8⨯52πηi 2πηi
2F Y L 038. 19⨯0. 4⨯3M 0=(1-η) =(1-0. 92) =0.116㎏f ²㎝=0.011 N²m 6πηi 6⨯3. 14⨯0. 8⨯5
M t =F Y L 038. 19⨯0. 4⨯3==1.824㎏f ²㎝=0.182 N²m 2πηi 2⨯3. 14⨯0. 8⨯5
所以，快速空载启动时所需转矩：
M=Mamax ＋M f ＋M 0
=2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f ²㎝=26.33N²㎝ 切削时所需力矩：
M=Mat ＋M f ＋M 0＋M t
=0.1774＋0.287＋0.116＋1.824
=2.404㎏f ²㎝=24.04 N²㎝
快速进给时所需力矩：
M= Mf ＋M 0=0.287＋0.116
=0.403㎏f ²㎝=4.03 N²㎝
从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，M max =2.633㎏f ²㎝=26.33 N²㎝