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目錄
0摘要…………………………………………-3-
1引言……………………………………….-6-
第一章 設計方案的確定 - 9 -
一 總體設計方案的確定 - 9 -
二 機械部分的設計與計算 - 10 -
（一）縱向進給系統(tǒng)的設計選型 - 10 -
(二) 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算 - 15 -
第二章 步進電動機的選擇 - 19 -
一步進電動機選用原則 - 19 -
二步進電機的選型 - 20 -
（一）縱向進給系流步進電機的確定 - 20 -
（二）橫向進給系流步進電機的確定 - 20 -
（三）110BF003型直流步進電機主要技術參數(shù) - 20 -
（四）110BF004型直流步進電機主要技術參數(shù) - 21 -
第三章經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)選型 - 21 -
第四章 電動刀架的選型 - 22 -
第五章 編制零件工序及數(shù)控程序實例 - 23 -
一機床設計參數(shù)的選擇 - 23 -
（一）車床縱向運動由Z向步進電動機控制 - 23 -
（二）車床橫向運動由X向步時電動機控制 - 23 -
二程序設計 - 23 -
（一）數(shù)控機床參數(shù)及約定 - 23 -
(二) 編程參數(shù)說明 - 23 -
參考文獻 - 27 -
體會 - 28 -
摘要
1947年，Parsons公司的John Parsons著手進行一項實驗，他想用空間數(shù)據(jù)控制機床加工飛機零件。1949年，Parsons公司與美國空軍簽定了制造第一臺數(shù)控機床的合同。1951年， 美國麻省理工學院承擔了這一項目。1952年，麻省理工學院（MIT）使用實驗室制造的控制器和辛辛那提立式主軸展示三軸聯(lián)動獲得成功，這標志著數(shù)控時代的到來。到了1955年，幾經(jīng)改進之后，數(shù)空技術開始應用于生產(chǎn)。
早期的NC機床能運行穿孔卡和穿孔帶，兩者中以穿孔帶更為通用。但是，鑒于更換、編輯紙帶費時費力，后來便采用計算機作為編程的輔助工具。計算機在數(shù)控中的應用有兩種形式：一是計算機輔助編程語言，二是實施直接數(shù)字控制（DNC），有了計算機輔助編程語言，程序員可用一套通用“混雜英語”命令編寫NC程序，然后由計算機將其釋譯為機器碼并制成穿孔帶。直接數(shù)字控制是指用一臺計算機對一臺或多臺數(shù)控機床實施部分或整體控制。雖然有些公司運用DNC已獲得成功，但是，擴大計算機容量、購買軟件、協(xié)調DNC系統(tǒng)等花費使這種系統(tǒng)并不適合所有公司，而只適用于一些大公司。
最近，一種叫做分布式數(shù)字控制的新型DNC系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，它用計算機網(wǎng)絡來協(xié)調多臺DNC機床的運行。這種方式最終有可能用來協(xié)調整個工廠的運轉。這種分布式數(shù)字控制方法解決了協(xié)調直接數(shù)字控制系統(tǒng)時遇到的一些難題。在此基礎上，人們還開發(fā)出另一種分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，其整個NC程序可從主機直接傳輸?shù)綑C床控制器。另外，該系統(tǒng)也可在必要時將程序從主機傳輸?shù)杰囬g的個人電腦（PC），然后再傳輸?shù)綑C床控制器
工業(yè)機器人是在生產(chǎn)環(huán)境中用以提高生產(chǎn)效率的工具,它能做常規(guī)乏味的裝配線工作,或能做那些對于工人來說是危險的工作,例如,第一代工業(yè)機器人是用來在核電站中更換核燃料棒,如果人去做這項工作,將會遭受有害放射線的輻射。工業(yè)機器人亦能工作在裝配線上將小元件裝配到一起，如將電子元件安放在電路印制板，這樣，工人就能從這項乏味的常規(guī)工作中解放出來。機器人也能按程序要求用來拆除炸彈，輔助殘疾人，在社會的很多應用場合下履行職能。
機器人可以認為是將手臂末端的工具、傳感器和（或）手爪移到程序指定位置的一種機器。當機器人到達位置后，它將執(zhí)行某種任務。除了編程以及系統(tǒng)的開停之外，一般來說這些工作可以在無人干預下完成。
關鍵字：加工精度，設計方案，分配，參數(shù)
0 引言
回顧即將過去的20世紀，人類取得的每一項重大科技成果，無不與制造技術，尤其與超精密加工技術密切相關。在某種意義上，超精密加工擔負著支持最新科學發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術在航天運載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對海灣戰(zhàn)爭中美國及盟國武器系統(tǒng)與超精密加工技術的關系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對空攻擊能力、精確制導的對地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對抗技術方面，與超精密加工技術有密切的關系?？梢哉f，沒有高水平的超精密加工技術，就不會有真正強大的國防。
超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補功能（插補周期0.1ms）?；赑C機和數(shù)字信號處理芯片（DSP）的主從式硬件結構是超精密數(shù)控的潮流，如美國的NAN OPATH和PRECITECH'S ULTRAPATH TM都采用了這一結構。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運動控制模塊（PM AC）開發(fā)應用越來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構性得到提高。我國國防科技大學研制開發(fā)的YH－1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASW－824工業(yè)一體化PC工作站為主機，用ADSP2181信號處理器模塊構成高速下位伺服控制器。
模塊化、構件化是超精密車床進入市場的重要技術手段，如美國ANORAD公司生產(chǎn)各種主軸、導軌和轉臺，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運動控制平臺和車床。研制超精密車床時，布局就顯得非常關鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結構布局上有很大差別，流行的布局方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如Pneumo公司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會社研制的超精密車床，用于車削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結構，用于提高剛度；德國蔡司公司研制了4軸精密車床AS100，用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z和C軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時控制砂輪的車削點。此外，一些超精密加工車床是針對特殊零件而設計的，如大型高精度天文望遠鏡采用應力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計算機控制光學表面成形技術（CCOS）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結構。由此可見，超精密車床的結構有其鮮明的個性，需要特殊的設計考慮和設計手段。
為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結構，高精度運動檢測是進行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有高分辨率（如ZYGO AX10MTM 2/20分辨率為1.25nm）與高穩(wěn)定性，測量范圍大，適合作車床運動線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對環(huán)境要求過于苛刻，使用和調整非常困難，使用不當會大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗，德國Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床運動檢測，如該公司LI P401,材料長度220mm，分辨率為2nm，采用Zerodur材料制成幾乎達到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k），動靜尺間隙為0.6±0.1mm，對環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如Nanoform2500和Opt imum2400超精密車床都使用了Heidenhain光柵尺。
在數(shù)控軟件方面，開放性是一個發(fā)展方向。國外有關開放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的OS ACA、美國的OMAC和日本的OSEC。我國國防科技大學在此基礎上提出了構件化多自由度運動控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。
1.序言
課題簡介：
本課題是圍繞將普通機床設計成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行設計，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通車床設計，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行設計后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。
利用微機設計現(xiàn)有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位，進給設計成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。
進行數(shù)控機床的設計是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控設計，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術設計主要方向之一。
第一章 設計方案的確定
一 總體設計方案的確定
由于是對車床進行數(shù)控設計，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動；驅動元件采用步進電動機；數(shù)控系統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動轉位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了設計數(shù)量。
二 機械部分的設計設計與計算
將普通車床設計成數(shù)控機床，除了增加控制系統(tǒng)外，機械部分也應進行相應的設計，其中包括：縱向和橫向進給系統(tǒng)的設計選型，以及自動轉位刀架的選型。
（一）縱向進給系統(tǒng)的設計選型
1、經(jīng)濟數(shù)控車床的設計，采用步進電動驅動縱向進給，有兩種方案：一種是步進電機驅動絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機安裝在溜板箱上，驅動螺母傳動。對于車床的設計而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實用等方面考慮，所以將步進電機放在絲杠的左端。
2、縱向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件：
工作臺重量：W=80kgf=800N
時間常量： T=25ms
行 程： s=640mm
步 驅 角： 2=0.75o/step
快速進給速度：Vmax=2m/ms
脈沖當量： 8p=0.01mm/8tep
（1）切削力的計算
由《機床設計手冊》得公式 No=Ndη （公式一）
其中 NO — 為傳動件的額定功率
Nd—主電機的額定功率，見使用說明書得：Nd=4.5 kw
η — 從電機到所計算的傳動軸的傳動效率（不含軸承的效率）
從電機到傳動軸經(jīng)過皮帶輪和齒輪兩種傳動件傳動，所以
η=n1×n2 由《機床設計手冊》得n1 =0.96 n2=0.99
所以：η=0.96×0.99=0.9504 取 η=0.95
η即N=4×0.95=3.8（kw）
又因為主傳動系統(tǒng)效率一般為0.6～0.7 之間，所以取0.65
所以NC（進給效率）=3.8×0.65=2.47（kw）
由《機械加工工藝手冊》得Pm= ×9.8 （公式二）
≈
式中Vs ——切削速度，設當其為中等轉速，工件直徑為中等
時，如D=40mm時，取Vs=100m/min
主切削力
FZ = =151.164（Rgf）=1511.64N
由《機床設計手冊》得主切削力
FZ=CFzapxfx×fyfz×kfz(經(jīng)驗公式) CFzapxfx fyfz kfz (公式三)
對于一般切削情況，切削力中的指數(shù)xfx≈1
?FZ=0.75 Kfz≈0
CFZ=188kg/㎜2=1880Mpa
F2的計算結果如下：
ap(㎜)
2
2
2
3
3
3
f(㎜)
0.2
0.3
0.4
0.2
0.3
0.4
Fz(N)
105
1524
1891
1681
2287
2837
為便于計算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2㎜
走刀量f=0.3㎜為以下計算以此為依據(jù)。
由《機械床設計手冊》得，在一般外圓車削時，F(xiàn)x≈（0.1～0.6）FZ
Fy≈(0.15～0.7)Fz
取Fx=0.5 Fz Fy=0.6Fz
∴Fx=0.5×1511.7=755.9(N)
Fy=0.6 Fz=0.6×1511.7=907.0(N)
（2）滾珠絲杠的設計計算
由《經(jīng)濟型數(shù)控機床總設計》，綜合車床導軌絲杠的軸向力得
P=RGx+f′（Fz+w） (公式四)
其中R=1.15 , f′=0.15～0.18 取f′=0.16
P=1.15×755.9+0.16(1511.7+800)
=1239.2(N)
強度計算
壽命值Li= （公式五）
ni= （公式六）
由《機床設計手冊》得Ti=15000h,原機床絲杠螺距為60㎜， D=80㎜
ni= =19.9≈20(r/min)
Li==18
最大動負
Q=PfwfH (公式七)
其中 運載系數(shù)fw=1.2
硬度系數(shù)Fh=1
Q=×1.2×1239.2×1
=3897.1(N)
根據(jù)最大動力負載荷Q的值，查表選擇滾珠絲杠的型號為W5010—3.5×1，查表得數(shù)控車床的縱向精度為B級，左旋
即型號為W5010—3.5×1/B—900×1000
其額定載荷是3970N
效率計算
根據(jù)《機械基礎》得，絲杠螺母副傳動效率為
η= (公式八)
由《機床設計手冊》得4一般為8′～12′取4=10′
即：摩擦角4=10′，螺旋升角（中徑處）r=3O25′
則η= =0.953
剛度驗算
滾珠絲杠受工作負載P引起的導程變化量
△L1=± (公式九)
其中 LO=10㎜=1㎝
E=20.6×106N/㎝2
滾珠絲杠橫截面積
F=()π d為滾珠絲杠外徑
=（）2×3.14
=18.47(㎝2)
則△L1==3.256×10-6≈3.27um
查《機床設計手冊》，B級精度絲杠允許的螺距誤差（900㎜螺絲長度）為25nm/m ，因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。
④穩(wěn)定性驗算
由于原機床杠徑為Φ30㎜，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為Φ50㎜，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問題，無需驗算。
齒輪及轉矩的相關計算
此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機器，沒有特殊要求，從降低成本，減小結構尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼調質，齒面硬定為217～255HBS。大齒輪選用45正火，齒面硬度169～217 HBS。
傳動比i=
其中2表示步驅角，89表示脈沖當量
i==2.1
取齒數(shù)z1=30, Z2=63
模數(shù)m=2mm, 嚙合角為200，
小齒輪齒寬為25㎜，大齒輪齒寬20㎜。
d1=mz1=2×30=30
d2=mz2=2×63=126
da1=m(z1+2)=2×(30+2)=64
a===93
齒輪傳動精度
計算齒輪圓周速度V
V===4.2(m/s)
根據(jù)齒輪圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級側隙分別為：
小齒輪：8GJ
大齒輪：8FL
傳動慣量的選擇
工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量
J1=()2W
=()2×80
= 0.467kg. ㎝2
絲杠的轉動慣量
Js=7.8×10-4D4L1=7.8×-4×(50㎜)4×14.9
=7.26(kg. ㎝2)
齒輪的轉動慣量
JZ1=7.8×10-4×(60㎜)4×2=2.02(kg. ㎝2)
JZ1=7.8×10-4×(126㎜)4×2=39.32(kg. ㎝2)
由于電機的傳動慣量很小，一般可忽略不記
所以總的傳動慣量為
J總=×(Js+Jz2)+Jz1+J1
=×(7.26+39.32)+2.022+0.467
=14.50(kg. ㎝2)
=145.0(N. ㎝2)
所需轉動力矩的計算
快速空載啟動時所需力矩
M=Mmamx+Mf+MO （公式十二）
最大切削負載時所需力矩
M=Mat+Mf+MO+Mt （公式十三）
快速進給時所需力矩
M=Mf+MO （公式十四）
式中Mmamx —— 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩。
Mf —— 折算到電機軸上的磨擦力矩。
MO —— 由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩。
Mat —— 切削時折算到電機軸上的加速度力矩。
Mt —— 折算到電機軸上的切削負載力矩。
Ma=×10-4（N.m）其中T=0.025 (公式十五)
當n=nmax時，Mamax=Ma
nmax====400(r/min)
Mamat=×10-4=24.17(kgf.cm)
=241.7(N.cm)
nt=
==25.08(r/min)
Mat=×10-4=1.51(kgf.cm)
=15.1(N.cm)
Mf==
當?=0.8，f′=0.16時，
Mf==1.213(kg.cm)
=12.13(kg.cm)
MO=(1-?o2)
當?=0.9時，預加荷PO=Fx
MO==
=0.4033≈4.03(N.cm)
Mt==
=6.368(kg.cm)=63.68(N.m)
所以，快速空載啟動所需力矩
M快空= Mamax+Mf+MO
＝ 241.7+1.213+4.03
=257.86(N.cm)
切削時所需力矩
M切= Mat+ Mf+ MO +Mt
=15.1+12.13+4.03+63.69
=94.95(N.cm)
快速進給時所需力矩
M快速= Mf+MO
=12.13+4.03
=16.16(N.cm)
由以上計算可得
所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動時
Mamax= M快速=257.86(N.cm)
(二) 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算
（1） 橫向進給系統(tǒng)的設計
經(jīng)濟數(shù)控車床設計的橫向進給系統(tǒng)一般是步進電機經(jīng)減速后驅動滾珠絲杠,使刀架橫向運動.步進電機安裝在大拖板上,用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來,以保證其同軸度,提高傳動精度。
（2） 橫向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件
工作臺重量：W=30kgf=300N
時間常量：T=25ms
行 程：s=190mm
步 驅 角：2=0.75度/step
脈沖當量：8p=0.005mm/step
快速進給速度：Vmax=2m/min
切削力的計算
橫向進給量約為縱向的～,取則橫向切削約為縱向切削力
∴Fz=F縱z=×1511.64
=755.82(N)
在切斷工件時
Fy=0.6 F縱z=0.6×755.82=453.492(N)
(3) 滾珠絲杠的計算
強度的計算
對于燕尾型導軌
P=Kfy+f′(Fz+W)
其中，K=1.4，f′=0.2
P=1.4×453.492+0.2×(755.82+300)
=846.05(N)
壽命值Li===13.5
最大動負載Q=fwfr1p
其中 fw（運載系數(shù)）=1.2
fh(硬定系數(shù))=1
Q=×1.2×1×846.05
=2417.4(N)
根據(jù)最大動負載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號,其公稱直徑為35㎜,型號為W3508-3.5×1/B左190×290，額定動負載荷為2520W，所以強度夠用。
效率計算
?=
r（螺紋升角）=3O38′ 4（磨擦角）=10′
?==0.956
剛度驗算
滾珠絲杠受工作負載，P引起的導程變化量
△L1==
F=（）2其中為滾珠絲杠的外徑
=（）2×3.14
=9.0746
△ L1 = ±=±3.62×10-6(㎝)
因為滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化化量△L2很小，可忽略不計，即△L=△L1，
即導程變化總誤差為
△=△L=×3.62×10. -6
=4.52(min/m)
查表知B級精度絲杠允許的螺矩誤差（在300㎜之內）為15um/n ，所以剛度足夠。
穩(wěn)定性驗算
由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。
⑤、齒輪及轉矩的相關計算
減速器為一般機器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結構、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼、調質，齒面硬度為217～255HBS；大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169～217HBS
傳動比 i =
其中8表示步驅角；8P表示脈沖當量
i=
所以，取Z1=30，Z2=99
M=2mm，嚙合角為20°
小齒輪齒寬為25mm；大齒輪齒寬為20mm。
d1=mZ1=2×30=60
d2=mZ2=2×99=198
da1=m(Z1+2)=2×(30+2)=64
da2=m(Z2+2)=2×(99+2)=202
a=
齒輪傳動精度
計算齒輪圓周速度V
V=
根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側隙分別為：
小齒輪：8GJ
大齒輪：8FL
⑥、傳動慣量計算
工作臺質量折算到電機軸上的傳動慣量
J1=
=0.04378(Kg.cm2)
絲杠轉動慣量：
JS=7.8×10-4×D4×L1=7.8×10-4×3.54×13.3
=1.556(㎏.㎝2)
齒輪的傳動的慣量
JZ1=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×64×2
=2.02(㎏.㎝2)
JZ2=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×（198㎜）2×2
=239.76(㎏.㎝2)
由于電機傳動慣量很小，可以忽略不計，因此總的轉動慣量
J= (JS+JZ2）+JZ1+J1
= (1.556+239.76）+2.022+0.04378
=24.22(㎏.㎝2)
⑦所需轉動力矩的計算
nmax=
Mamax=
=4.16(N.m)
nt
=43.79(r/min)
Mat=
=0.4419(N.m)
Mf=
其中，f’=0.2 η=0.8時
Mf=
=0.029（N.m）
M0=
=0.1386≈0.0139（N.m）
Mt=
=2.19(kgf.cm)
≈0.219（N.m）
所以，快速空載啟動時所需轉矩
M=Mamax+Mf=Mo
=4.16+0.029+0.0139
=4.2079(N.m)
切削的所需力矩
M切=Mat+Mf+Mo+Mt
=0.4419+0.029+0.0139+0.219
=0.6938(N.m)
快速啟動時所需力矩
M快進= Mf+Mo
=0.029+0.0139
=0.0429(N.m)
即最大轉矩發(fā)生在快速啟動時 即 Mamax=4.2079(N.m)
第二章 步進電動機的選擇
一步進電動機選用原則
合理選用步進電機是比較復雜的問題，需根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確的選擇。
（一）α，步距角應滿足：α=
式中i——傳動比
amin——系統(tǒng)對步進電機所驅動部件的最小轉角
（二） 精度
步進電機的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用，所選用的步進電機應滿足。
△Qm≤i[△Qs]
式中△Qm——步進電機的積累誤差。
[△Qs]——系統(tǒng)對步進電機驅動部分允許的角度誤差。
（三）轉距
為了使步進電機正常運行（不失步、不越步）正常啟動并滿足對轉速的要求，必須考慮；
①啟動力矩，一般啟動力矩選取為
Mq≥
式中Mq——電機啟動力矩
ML0——電機靜負載力矩
②在要求在運行頻率范圍內，電機運行力矩應大于電動機的靜載力矩與電動機的轉動慣量（包含負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。
(四) 啟動頻率
由于步進電機的啟動頻率隨負載力矩和轉動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足：
fi≥[fop]m
其中fi——極限啟動頻率
[fop]m——要求步進電機最高啟動頻率
二步進電機的選型
（一）縱向進給系流步進電機的確定
Mq= 取參數(shù)為0.4
=
=644.6（N.m）
為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式。查手冊得知：Mq/Mjm=0.866，所以步進電機最大靜轉矩Mjm為
fmax===3333.3（HZ）
綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機能滿足使用要求。
（二）橫向進給系流步進電機的確定
Mq=
電動機選用三相六拍工作方式
查手冊得Mq/mjm=0.866
Mjm=
=1.215(N.m)
步進電機的最高工作頻率
fmax=
綜合考慮，查表選用110BF004型直流步進電機，能夠滿足使用要求。
（三）110BF003型直流步進電機主要技術參數(shù)
電機型號
相數(shù)
步驅角
電壓
相電流
最大轉矩
最高空載啟動率
110BF003
3
0.75
80
6
7.84（80）
1500
運行頻率
轉子轉動慣量
線圈電阻
分配方式
重量
外徑
長度
軸徑
7000
46.06(4.7)
0.37
三相六拍
6
110
160
11
參考價
原型號
350
BFG090811
（四）110BF004型直流步進電機主要技術參數(shù)
電機型號
相數(shù)
步驅角
電壓
相電流
最大轉矩
最高空載啟動率
110BF004
3
0.75
30
4
4.9（50）
500
運行頻率
轉子轉動慣量
線圈電阻
分配方式
重量
外徑
長度
軸徑
34.3(3.5)
0.76
三相六拍
5.5
110
110
11
參考價
原型號
350
BFG09041111
第三章經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)選型
用數(shù)控機床工工件時，首先應編制零件加工程序。這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主動的變速、啟動、停止、進給運動的方向速度和位移量，以及刀具選擇交換，工件裝夾和冷卻潤滑的開關等動作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴格按照加工程序規(guī)定的順序、運行軌跡和運行參數(shù)進行工作，從而達到加工出符含合要求零件的目的。
1數(shù)控車床設計后聯(lián)動軸數(shù)為二軸聯(lián)動且傳動精度要求比較高，主要有A850CNC系統(tǒng)和JWK兩種系統(tǒng)。經(jīng)過實際比較分析，JWK系統(tǒng)的核心是MCS-51系列的8031單片微機，其采用ISO國際標準數(shù)控代碼編程，能自動完成車削端面、內外圓、倒角等功能，并配有完備的S、T、M功能。該系統(tǒng)爾采用模塊化設計，內部有計算機等四種模塊。更換維修方便快速。A850CNC系統(tǒng)結構簡單，集成度高，工藝先進，性能穩(wěn)定，可維修性很大。
根據(jù)實際生產(chǎn)需要，以及數(shù)控系統(tǒng)的要求，經(jīng)過實際比較分析，選用JWK系列。其中又以JWK-15T型系統(tǒng)應用最廣、功能較強、操作使用更方便。所以，決定使用JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。
JWK-15T主要性能參數(shù)如下：
生產(chǎn)廠家
南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司
型 號
JWK-15T
用戶容量
24K
設定單位
X=0.005，Z=0.01
控制軸數(shù)
X、Z
聯(lián)動軸數(shù)
二軸
編程尺寸
±9999.99
快速（X/Z）向
3/6m/min
G功能
M00～M09，M20～M29，M97～M99
S功能
S01～S04，S05～S10
T功能
T、X～T8X
步進電機
110BF003
工作電源
220V±10% 50HZ
控制精度
1步
功耗W
360
環(huán)境溫度
0～40℃
相對濕度
80%（25℃）
外形尺寸（mm）
340×400×200
系流重量（kg）
17
第四章 電動刀架的選型
自動轉位刀架的設計是普通機床，數(shù)控設計的關鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結構復雜，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回轉直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。
電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可但要注意兩點：
1) 電動刀臺的兩側面應與車床的橫向進給方向平行。
2) 電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側面先走線到車床后面，再沿車床后導軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。
綜合各方面因素，選用常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的LD4-I型系列四工位自動刀架。
機床型號
1
刀位數(shù)
4
電機功率（W）
120
電機轉速
1400r/min
夾緊力
1
切體尺寸
152×152
下刀體尺
161×171
LD4-I型刀架技術指標
配車床型號
1
重復定位精度
≤0.005mm
工作可靠性
>30000次
換刀時間
90°
2.9（秒）
180°
3.4（秒）
270°
3.9（秒）
第五章 編制零件工序及數(shù)控程序實例
一機床設計參數(shù)的選擇
（一）車床縱向運動由Z向步進電動機控制
110BF003型直流步進電動機
配套絲杠螺距為10㎜
泳沖當量：0.01㎜
設計后的泳沖當量：0.01㎜
（二）車床橫向運動由X向步時電動機控制
110BF003型步進電動機
配套絲杠螺距為8㎜
脈沖當量：0.05㎜
設計后的脈沖當量：0.05㎜
二程序設計
（一）數(shù)控機床參數(shù)及約定
脈沖當量：X向（橫向）為0.05㎜
Z向（縱向）為： 0.01㎜
坐標原點為：0點
加工起點為：A點
安裝方法：零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專用芯軸方式定位。
使用方法：專用組合車刀、切刀
加工工序說明：此工序為精車加工，零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺寸預留精車余量0.8～1.2㎜
(二) 編程參數(shù)說明
加工編程中以球頭車刀圓心與加工起點相重合φ187外圓處侄角計算，
見圖一。
因為AO 1=R=2
所以BC=2－2×sin45°=0.585784
CD=O1O=BC/sin45°=0.828
O2E=1－0.828=0.172
02F=03F=2+0.172=2.172
見立體圖
3、編制程序
JWK-15T型數(shù)控裝置零件加工程序如下：
NO10
NO20
N030
N040
N050
N060
N070
N080
N090
N110
F140
N120
N130
N140
N150
N160
N170
F140
N180
G92
M03
G04
G01
X38、48
G04
G01
G04
G01
G03
G04
G01
G04
G01
G021
G02
G04
X300 Z76
F2.0
X44 F400
F80
F2.0
X42、48 F80
F2.0
V4 W4 F140 N100 G04 F2.0
V17.52 W-22 I46.48 K-22
F2.0
X76 F100
F2.0
W-8 F100
F2.0
V6 W-3 I6 K0
F2.0
N190
N200
N210
N220
N230
N240
N250
N260
N270
N280
N290
N300
N310
N320
N330
N340
N350
N360
N370
N380
N390
N400
G01
G04
G01
G04
G01
G01
G04
G01
G04
G01
G04
G01
G01
G04
G01
G04
G01
T22
G04
G01
G04
G01
X188.98 F80
F2.0
V4.344 W-2.172 F100
G04 F2.0
W-28.828 F100
X187 F80
F2.0
V2 W-1 F100
F2.0
X57 F100
F2.0
W-5 F80
X201 F260
F2.0
W52 F260
F2.0
W4 F80
F2.0
X73 F260
F2.0
X66 F80
N410
N420
N430
N440
N450
N460
N470
N480
N490
N500
N510
N520
G04
G01
G04
G01
G04
G01
G04
G01
T01
G01
Z76
M02
F2.0
X60 F80
F2.0
X58 F80
F2.0
X201 F260
F2.0
V108 W32 F300
X300 F100
參考文獻
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出版社：北京、兵器工業(yè)出版社 1995年
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出版社：人民郵電出版社 2000年
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出版社：高等教育出版社 2001年
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