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畢業(yè)設計(論文)
題 目：CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造
總體設計及橫向進給設計
院 （系）：
專 業(yè)：
班 級：
學生姓名：
導師姓名： 職稱：
起止時間：
摘 要
眾所周知，制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動國家技術進步的力量。我國制造業(yè)較落后，想要改變此現(xiàn)狀就必須提高制造業(yè)裝備水平，特別是機床的數(shù)控化率。數(shù)控機床是屬于高新技術集成的機電一體化機械加工設備，受到世界各工業(yè)發(fā)達國家的高度重視。成為當今世界機械加工設備中最引人注目的產(chǎn)品，但其價格昂貴。因此，普通車床的數(shù)控化改造成為熱點。
本次設計是對普通車床CW6163的數(shù)控化改造。在這個團隊主要包括:主傳動系統(tǒng)的改造、縱向進給系統(tǒng)的改造、橫向進給系統(tǒng)的改造。而我主要是針對橫向進給系統(tǒng)進行機械改造。這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件。
數(shù)控改造主要傳動系統(tǒng)的機械改造。由于對經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工精度要求不高，為簡化結構、降低成本。通過控制橫進給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停等功能。為實現(xiàn)機床所要求的傳動效率，采用步進電機經(jīng)聯(lián)軸器再傳動絲杠；為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。
關鍵詞：車床 數(shù)控改造 聯(lián)軸器 滾珠絲杠
Abstract
As we all know, manufacturing is the basic of economy industries and pillar industries, is the power to promote the progress of technological of the State. China's manufacturing industry has fallen behind，if we want to change this situation we must improve the level of equipment manufacturing industry, especially in CNC machine tools rate. High-tech CNC machine tools are integrated mechatronics mechanical processing equipment, the world's industrialized countries are highly valued of it. It has become the world's most remarkable mechanical processing equipment products, but the price is very expensive. Therefore, the lathe’s Transformation of NC has become a hot.
This design is about the common Lathe CW6163 transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.
NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed.
Keywords: lathe , NC Transformation , Coupling ,Ball Screw
引言…………………………………………………………………………………..……- 1 -
1.緒論…………………………………………………………………..……….....……- 2 -
1.1數(shù)控機床優(yōu)勢概述………………………………………….... …………..…….…- 3 -
1.1.1數(shù)控車床改造的意義…………………………………. …………..…...…..…- 3-
1.1.2普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點……………………………………….......…..…- 3 -
1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容………………………………………………..……...……- 5 -
1.2車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景……………………………………..…………. - 7 -
1.3車床數(shù)控改造的必要性與可行性…………………….……. …………..…...……- 9 -
2.車床數(shù)控改造的總體構思與技術方案…………………………………..…..………- 10-
2.1設計任務………………………………………………………………..…….……- 10 -
2.2總體方案的論證…………………………………………. …………....…...……. - 10 -
2.3總體改造方案的確定………………………………………………..….…………- 10-
2.4機械部分的改造……………………………………………………..…….………- 11-
2.5橫向進給系統(tǒng)設計與計算…………………………………………..…...………. - 11 -
2.5.1橫向進給系統(tǒng)計算………………………………………………..…..………- 11-
2.5.2切削力計算………………………………………………………..…………. - 11 -
2.6滾珠絲杠螺母副的設計、計算和選型………………………………..…….……- 12-
2.6.1滾珠絲杠螺母副設計………………………………………………..………. - 12 -
2.6.2計算進給牽引力………………………………………………………....……- 12 -
2.6.3計算最大動載荷…………………………………………………..…………..- 13 -
2.6.4滾珠絲杠螺母副的選型…………………………………………..…………..- 14 -
2.6.5傳動效率的計算…………………………………………………..…………..- 16 -
2.6.6剛度驗算…………………………………………………………..…………..- 16-
2.6.7穩(wěn)定性校核………………………………………………………..…………..- 16 -
2.6.8滾珠絲杠副間隙的消除…………………………………………..…………..- 18 -
2.7定滾珠絲杠副支承所用軸承類型和規(guī)格……………………………..………….- 19 -
2.7.1選擇軸承類型……………………………………………………..…………...-19 -
2.7.2確定軸承內(nèi)徑……………………………………………………..…………..- 19-
2.7.3選擇軸承的規(guī)格代號……………………………………………..…………..- 19 -
2.7.4軸承所承受的最大軸向載荷……………………………………..…………..- 19 -
2.7.5軸承的壽命驗算…………………………………………………..…………..- 20 -
2.8聯(lián)軸器的選擇…………………………………………………………..………….- 21 -
2.9電機的選擇與計算……………………………………………………..………….- 23 -
2.9.1等效轉(zhuǎn)動慣量的計算……………………………………………..…………..- 23-
2.9.2電機所需的轉(zhuǎn)動力矩計算………………………………………..…………..- 24 -
2.9.3步進電動機的選擇………………………………………………..…………..- 28 -
2.10橫向滾動直線導軌……………………………………………..………………...- 29-
2.10.1滑動導軌的特點…………………………………………..…………………- 29 -
2.10.2動導軌的設計……………………………………………..…………………- 30-
結論…………………………………………………………………………………..……- 33 -
致謝…………………………………………………………………………………..……- 34 -
參考文獻……………………………………………………………………………..……- 35-
38
引 言
數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好的解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜，精密，批量小，多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的和、加工質(zhì)量。大幅度的提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機床間隔較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。另外從目前國內(nèi)機床使用的現(xiàn)狀來看，普通機床擁有量巨大，在生產(chǎn)中，數(shù)控機床相對于普通機床的優(yōu)勢較為明顯，而由于數(shù)控機床價格昂貴，所以有必要對普通機床加以數(shù)控改造，使之能完成數(shù)控機床能完成的部分生產(chǎn)任務。
我們這組的畢業(yè)設計是對普通車床CW6163進行經(jīng)濟型改造，本車床主要由床身、床頭箱、刀架、進給系統(tǒng)、液壓、冷卻、潤滑等部分組成，本次本車床的設計主要分為三大部分：主運動部分、縱向（Z軸）進給運動部分和橫向（X軸）進給運動部分。三部分由我團隊三人分別完成。本人針對橫向進給進行機械改造。進行完善CW6163結構上先天性的不足。
畢業(yè)設計作為我們在大學校園里的最后一堂課，它既是一次鍛煉也是一次檢驗，它的目的在于：
1、?畢業(yè)設計屬于機械系統(tǒng)設計課的延續(xù)，通過設計實踐，進一步學習掌握機械系統(tǒng)設計的一般方法。
2、?培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設計基礎、精度設計、金屬工藝學、材料熱處理及結構工藝等相關知識，進行工程設計的能力。
3、?培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關資料及設計標準規(guī)范的能力。
4、?提高技術總結及編制技術文件的能力。
大學四年的學習生活即將結束，因此，我大膽的提出了對普通CW6163數(shù)控化改造。為我們中國制造業(yè)，盡一份力微薄的力量。用我們所學的知識為我們最后的考驗做一份完美的答卷。
由于畢業(yè)設計是我的第一次綜合性設計，無論是設計本人還是經(jīng)驗上的缺乏都難免導致設計的一些失誤和不足，在此，懇請老師和同學們給予指正。
1.緒 論
數(shù)控技術水平的高低和數(shù)控設備擁有的多少已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術的最大障礙就是添置設備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機床，而去購買昂貴的數(shù)控機床，勢必造成巨大的浪費。因此，普通機床的數(shù)控化改造大有可為。
金屬切削機床是加工機器零件的一個主要設備。它擔負的工作量，約占機器總制造量的40-60%。機床的計術水平直接影響機械制造工業(yè)和勞動生產(chǎn)率。
金屬切削機床是人類在改造自然的長起生產(chǎn)實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎上發(fā)展起來的。近些年來我國機床工業(yè)已取得很大成就。但和世界先進水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在大部分高精度和超密機床的性能還不能滿足要求。精度保持性也很差。特別是高效自動化和數(shù)控機床的產(chǎn)量，技術水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。我國的技術人員素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機床技術飛速發(fā)展的需要。
通過寫這次畢業(yè)設計，學會了綜合運用機械課程設計和其它課程地理論和實際知識，掌握了機械設計的一般能力，樹立了正確的設計思想，培養(yǎng)了分析和解決問題的能力。
學會了從機械功能的要求出發(fā)，會合理選擇傳動機構類型，制定設計方案，正確計算的工作能力。確定它的尺寸，形狀，結構及材料，并考慮制造工藝，使用，維護，經(jīng)濟和安全等問題，培養(yǎng)機械設計能力，機床設計是設計人員根據(jù)使用部門的要求和制造部門的可能，運用有關的科學技術知識，所進行的創(chuàng)造性的勞動。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，使用部門對機床的要求也在不斷地提高，而科學技術的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門創(chuàng)造了實現(xiàn)使用要求的條件，從而使機床的設計與制造獲得了迅速的發(fā)展。
機床設計也是從低級到高級發(fā)展的。在開始設計機床的最初階段，主要考慮這樣兩點：首先，為了加工出一定形狀的工件，必需保證刀具與工件之間具有一定的相對運動關系；其次是機件要有足夠的強度。過了一段時間以后，又提出對機床幾何精度的要求。這時的機床設計與制造是在滿足機床幾何精度要求的前提下，主要根據(jù)經(jīng)驗或者用類比的方法進行的，可統(tǒng)稱為經(jīng)驗設計。
隨著科學設計的發(fā)展和工藝水平的提高，尤其是先進刀具的出現(xiàn)，使機床向高速，大功率的方向發(fā)展。因此，對機床的精度和生產(chǎn)率等方面要求也就越來越高。于是，又相繼提出了一些設計機床時必須考慮的問題，如機床的精度問題，剛度，抗爭性，低速運動平穩(wěn)性，熱變形，噪音，磨損等等。對于這些問題的研究主要是通過機床性能實驗進行的。通過實驗，分析它們的規(guī)律性，分析影響機床性能的主要原因和尋求解決問題的方法。這時的機床設計是以實物測試和模型實驗為基礎進行的。與此同時，把技術科學中的理論應用到機床設計中來，初步建立起機床的基礎理論。對于機床設計，顯著地提高了機床的性能。
近些年來，現(xiàn)代科學技術的成就，為機床設計提供了大量的測試數(shù)據(jù)，理論研究也進入了新的階段，尤其是電子計算機的應用，使機床設計開始進入計算機輔助(CAD)和優(yōu)化的間斷。
通過寫這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件
1.1數(shù)控機床的特點
數(shù)控機床是一種高效自動加工機床，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床具有普通車床難以具備的特點。正因為它的這些特點，使它在制造業(yè)中得到日益廣泛的應用。
1、具有廣泛的適應性和較大的靈活性，能適應不同零件的自動加工。在數(shù)控機床上加工零件，一般借用通用工裝夾具，很少采用專用工裝夾具；當改變被加工零件時，除更換刀具外，只需更改零件程序，而且編程工作可以離線進行或邊編程邊加工。因而可大大縮短生產(chǎn)周期，有利于產(chǎn)品更新?lián)Q代。
2、具有高的生產(chǎn)效率。數(shù)控機床主機在結構設計上做了較大的改變，加工是可以采用大切屑用量，加之換刀等輔助動作的自動化，與普通機床相比數(shù)控機床的生產(chǎn)率可以提高2~3倍。尤其是對一些復雜零件的加工，其生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。
3、具有高的加工精度，穩(wěn)定的加工質(zhì)量。由于數(shù)控機床是按照編寫的零件加工程序自動加工，因而可以避免人為因素帶來的誤差。另外，由于數(shù)控機床的結構設計采用了必要的措施以及機電結合的特點，使其本身精度比較高，而且又能利用軟件進行精度校正和補償。因此，不但加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。
4、能夠完成普通機床難以完成或不能完成的復雜型面加工，如復雜型面模具、發(fā)動機葉片等。
5、工序集中，一機多用。數(shù)控機床，特別是帶有自動換刀裝置的加工中心，一次裝夾后幾乎可以完成零件的全部加工。一臺數(shù)控機床可以代替數(shù)臺普通機床，節(jié)省了勞動力以及工序間運輸、測量和裝卡等輔助時間，同時也節(jié)省了廠房面積。
6、使生產(chǎn)環(huán)境得到改善，并可大大地減輕操作者的勞動強度。
7、可以實現(xiàn)精確的成本核算和生產(chǎn)進度安排；可以大大減少在制品的數(shù)量，加速流動資金周轉(zhuǎn)。因而有利于生產(chǎn)效率的提高。
8、是實現(xiàn)柔性自動加工的重要設備，使發(fā)展生產(chǎn)和計算機輔助制造(CAM)的基礎。
1.2 數(shù)控機床的現(xiàn)狀
我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的數(shù)控機床有 1500種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。領域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅(qū)。這標志著國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。
據(jù)初步統(tǒng)計，近年來數(shù)控機床產(chǎn)量持續(xù)地以年均增長超過30%的速度快速增長。2004 年其產(chǎn)量達 52000 臺以上，同比年增長40%，數(shù)控機床的消費量約74000 臺，同比年增長32%。在數(shù)控機床的技術水平方面，由于市場需求的拉動，中高檔數(shù)控機床的開發(fā)也取得了較大的進展，在五軸聯(lián)動、復合加工、高速加工、超精加工和數(shù)字化設計等一批關鍵技術上取得了突破，并形成了一批中檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地。
???但是，另一方面進口的數(shù)控機床數(shù)量也在逐年同步增加，而且進口數(shù)控機床消費額的增長趨勢更快。2004年數(shù)控機床的進口數(shù)量同比年增長30%，而進口消費額的增長卻達52%，從而導致國產(chǎn)數(shù)控機床在國內(nèi)市場消費額總額所占比例已不足30%。之所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象，其主要原因在于國內(nèi)市場對技術和附加值高的高效精密和高性能大重型數(shù)控機床需求增長，要依靠進口解決。
??? 從上世紀80 年代起，我國機床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏，但對數(shù)控技術和數(shù)控機床一直給予較大的關注，已具有較強的市場競爭力。在中、高檔數(shù)控機床方面，與國外一些先進技術與產(chǎn)品仍存在較大差距，效率、精度和可靠性等方面均有明顯差距，相當歐洲在上世紀90 年代中期水平，大部分處于技術跟蹤階段。
1.3 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢
隨著科學技術的發(fā)展，機械產(chǎn)品的形狀和結構不斷改進，對零件加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會對產(chǎn)品多樣化需求的增強，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。這使得數(shù)控機床在生產(chǎn)中得到廣泛的應用，同時也對數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)及主機結構提出更高的要求。尤其是隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成制造系統(tǒng)的興起和不斷成熟，對數(shù)控機床的可靠性、通信功能、人工智能和自適應控制技術的應用提出了更高的要求。歸納起來，數(shù)控機床的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個方面：
高速度、高精度化
現(xiàn)代機床CNC系統(tǒng)多采用32位CPU，并向64位CPU發(fā)展，并且采用多微處理器并行技術，使運算速度和數(shù)據(jù)處理能力得到很大的提高。如FAND CF-1、FM-1、FS15系統(tǒng)，SIEMENS800系列的840C系統(tǒng)等，其主CPU都采用64位機，使插補運算和快速進給功能大為增強。64位簡化指令集（RISC）微處理器告訴系統(tǒng)的采用，使運算速度成倍增加，使復雜形狀零件的告訴、高精度加工成為可能。
與高性能CNC系統(tǒng)相配合，現(xiàn)代數(shù)控機床采用了交流數(shù)字伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)都實現(xiàn)了數(shù)字化，并采用現(xiàn)代控制理論，實現(xiàn)了不受機械負荷變動影響的高速響應伺服驅(qū)動。
由于新型CNC系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)的采用，使數(shù)控機床的進給速度和分辨率力得到很大提高，在100~240 m /min的進給速度下其位移分辨力可達1μm在24m/min的進給速度下其位移分辨力可達0.1μm，在2.4m/min的進給速度下其位移分辨力可達0.01μm.
現(xiàn)代數(shù)控機床還充分利用CNC系統(tǒng)的補償功能（如反向間隙補償功能、螺距誤差補償功能及熱補償功能等）來提高其加工精度和動態(tài)性能。
更高的可靠性
由于現(xiàn)代機床CNC系統(tǒng)的模塊化、標準化、通用化和系列化。便于組織批量生產(chǎn)，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)大量采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，采用專用芯片及混合式集成電路，提高集成度，減少了元器件數(shù)量，降低了功耗，從而提高了可靠性。
通過完善的故障診斷功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬、軟件及外部設備的故障診斷和報警。利用報警提示及時排除故障；利用監(jiān)測技術，對發(fā)生超程、刀具損毀、過熱、干擾、斷電等各種意外自動進行相應保護，從而保證了數(shù)控機床可靠的工作。
3、更完善的自動編程技術
由于多維處理器并行技術的采用，使數(shù)控編程從離線編程發(fā)展到在線編程，即所謂的“前臺加工，后臺編程”。通過會話自動編程系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了在線零件加工程序的編制，還可以根據(jù)機床性能、工件材料及零件加工要求自動選擇刀具及最佳切削用量，生成工藝路線，并實現(xiàn)切削仿真，大大提高了對復雜型面編程的效率。
4、更高的通信功能
為了適應自動化技術的不斷發(fā)展，適應工廠自動化規(guī)模越來越大的要求，為了使數(shù)控機床更易于進入柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡中，機床數(shù)控系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)交換能力和通信能力在不斷加強。目前，已通過配置的RS-232\RS-422串行接口實現(xiàn)了對伺服、計算機的數(shù)據(jù)交換。通過網(wǎng)絡接口可以方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。如SIEMENS公司的Sinumeric850/880系統(tǒng)設置有SINEC H1網(wǎng)絡接口和MAP網(wǎng)絡接口，通過網(wǎng)絡接口可將數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接到SIEMENS的SINEC H1網(wǎng)絡和MAP工業(yè)局域網(wǎng)中。FANUC公司的FANUC15系統(tǒng)也配置了類似的網(wǎng)絡接口，為了便于接入工業(yè)局域網(wǎng)，還可配置MAP3.0接口板。
5、智能化
計算機軟、硬件技術的發(fā)展，人工智能技術的發(fā)展促進了機床數(shù)控系統(tǒng)智能化的進程。機床數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在：
（1）將適應控制應用于數(shù)控系統(tǒng)中，構成適應數(shù)控系統(tǒng)（AC—NC System）。在適應數(shù)控系統(tǒng)中，把精細的程序的控制和連續(xù)的適應調(diào)節(jié)結合起來，使系統(tǒng)的運用達到最優(yōu)。其主要的追求目標是：保護刀具和工件，適應材料的變化；改善尺寸控制，提高加工精度，保持穩(wěn)定的質(zhì)量；尋求最高的生產(chǎn)率和最低的成本消耗；簡化零件程序的編制，降低對操作人員經(jīng)驗和熟練程度的要求等。
（2）故障診斷的智能化，即數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置實時診斷軟件，在數(shù)控機床整個工作過程中進行故障診斷并指導故障的排除。一旦發(fā)生故障，除采用停機措施，利用CRT進行故障報警，提示故障發(fā)生的部位和原因外，還可與利用“冗余”技術，自動使故障模塊脫機，接通備用模塊，以滿足無人化工作環(huán)境的要求。在故障診斷中，除了采用專家系統(tǒng)外，還將模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡應用其中，取得了良好的效果。
(3) 刀具壽命自動監(jiān)控檢測技術的應用。即利用紅外、聲發(fā)射（AE）、激光的檢測手段，對刀具和工件進行監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)工件超差，刀具損毀，及時報警、自動進行補償或更給備用刀具，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。
6、數(shù)控系統(tǒng)的開放化
隨著技術、市場、生產(chǎn)組織結構諸多方面的快速變化，對數(shù)控機床，特別是數(shù)控系統(tǒng)提出許多更新、更高的要求，如：
(1) 為了適應不斷出現(xiàn)的新加工需求，數(shù)控系統(tǒng)應具用更強的軟、硬件重構能力，而且重構成本要低，重構周期要短；
（2）為了適應未來車間面向任務和訂單的生產(chǎn)組織模式，使底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集成更為簡便、有效，必須改變數(shù)控系統(tǒng)封閉型的設計模式；
（3）為了適應機床制造廠的不同需要，數(shù)控系統(tǒng)應該具有高度的模塊化，可重新配置、修給、擴充和改裝，機床制造廠家和用戶可以方便地將自己的成熟技術集成到數(shù)控系統(tǒng)中；
為了適應新需要，尋求一種新的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展模式已成必然。美國、歐洲、日本針對數(shù)控系統(tǒng)所面臨的問題和數(shù)控系統(tǒng)開放化的必然趨勢，在自動化領域的開放式體系結構上做了不少的研究工作。
第二章、數(shù)控機床改造的必要性及優(yōu)點
2.1 數(shù)控機床改造的必要性
數(shù)控機床可以較好的解決形狀復雜、精密、小批幾多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機床的應用也受到了其它條件的限制。
（1）數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大，不適用于中小型企業(yè)。
(2 ) 目前，各企業(yè)都用大量的普通機床，完全用數(shù)控機床代替不現(xiàn)實，投資巨大，而且代替下的機床會造成資源的浪費。
（3）在國內(nèi)購置一臺數(shù)控機床的狡猾周期比較長，必能滿足生產(chǎn)的急需。
要較好的解決上述問題，應該把普通機床進行數(shù)控化改造，在國外以發(fā)展成為一個新型的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并用專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務。從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看，機床的數(shù)控化改造是必不可少的，數(shù)控改造機床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%機床經(jīng)過改造，中小型企業(yè)則是74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)公司為世界各地提供數(shù)控改造業(yè)務。我國是擁有300多萬臺機床的國家，而這些機床有大量是多年累積生產(chǎn)的普通機床，自動化程度低，想要在近幾年使用自動化程度高的數(shù)控機床，不論是資金還是我國機床廠都是辦不到的。因此，普通機床的數(shù)控化改造大有可為。它適應我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。
2.2 數(shù)控機床改造的優(yōu)點
數(shù)控機床改造一般是對普通機床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機床具有數(shù)控加工功能。器改造優(yōu)點有：
（1）從提高效率出發(fā)，改造閑置設備，能發(fā)揮機床原有的功能和改造后的新加功能，提高機床的使用價值。
（2）適應多品種，小批量零件生產(chǎn)。
（3）自動化程度高，專業(yè)性強，加工精度高，生產(chǎn)效率高。
（4） 降低對工人技術水平的要求。
（5）數(shù)控改造費用低，經(jīng)濟性好。
（6）數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。
1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容
車床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容和主要結構形式如下：
1、進給軸的改造
普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅(qū)動，走刀運動經(jīng)走刀箱傳動絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運動；走刀運動經(jīng)走刀箱傳動光桿及溜板箱，獲得不同的進刀量即X軸運動。普通車床數(shù)控化改造時一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進給伺服（或步進）傳動鏈分別代替，具體體現(xiàn)為：
Z軸：縱向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。
X軸：橫向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。
改造后整個傳動鏈的傳動精度在保證機床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結構形式、機床導軌的精度情況等有很大的關系。
(1) 滾珠絲杠副的選擇和布置結構形式
普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動效率低，不能適應于高速運動。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進行普通機床數(shù)控化改造時往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點：摩擦損失小，傳動效率高，可達0.90～0.96；若使用的絲杠螺母預緊后，可以完全消除間隙，提高傳動剛度；摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長、精度保持性好。但應注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，因此絲杠立式和傾斜使用時，應增加制動裝置或平衡裝置。
滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結構形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應根據(jù)具體情況和結構形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結構和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結構。
改造時各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對有特殊要求的機床還應根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導程在滿足機床改造后性能的前提下越小，對機床的傳動精度越有利。機床的傳動精度在保證機床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關系，一般在普通機床改造中絲杠副選P4級即滿足要求，特殊精密機床選P3級
甚至更高。
一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應于短絲杠，如數(shù)控機床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標中。
一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預緊力預拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設計時要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時的預拉伸量，否則會影響軸承壽命，同時也會因為預加負載得不易控制而增加電機的附加扭矩。
(2）機床導軌
普通車床導軌大多采用的是滑動導軌，其動、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時間后都會有不同程度的磨損，對機床傳動精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對其進行數(shù)控化改造的同時必須針對機床導軌狀況進行必要的檢修處理，對于磨損較嚴重的更要進行大修，即進行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時采用合理的潤滑，充分保證其精度。
(3）電機與絲杠的聯(lián)接
在滿足機床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實際情況來定。
3、刀架部分的改造
目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以根據(jù)需要對其加以更換。
電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價格相對較貴，改造中常用立式四工位電動刀架。
4、潤滑部分的改造
老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。
在對這些機床改造時一般都要對其潤滑部分進行相應的改動，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動潤化兩種，在機床導軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。
絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。
5、機床防護
機床改造后整個防護分局部防護、半防護和全防護三種。
局部防護只對絲杠副、電機、走線等采取防護措施。半防護是在局部防護的基礎上增加切削的保護，即增加擋屑裝置。全防護即在局部防護的基礎上對整個機床加以封閉，此種防護最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實際操作起來以前兩種最多，也最易操作。
1.2 車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景
隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當變更加工對象時只需更換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。對于機械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機床進行數(shù)控化改造，提高機械設備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑?？傮w改造方案數(shù)控化改造設計時，在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件，因此確定總體改造方案如下：
① 除原車床的橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動絲杠，橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實現(xiàn)剛性聯(lián)接；
② 橫向驅(qū)動電機及聯(lián)軸器安裝在床鞍的后部(相對操作者)；
③ 要實現(xiàn)自動換刀。
產(chǎn)生與發(fā)展的社會、經(jīng)濟基礎
(1)我國現(xiàn)有的、數(shù)以萬計的陳舊、落后的機床是機床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實基礎我國是一個發(fā)展中國家，由于長期自身機制的不適應性，經(jīng)濟實力過低、技術落后、設備陳舊，極大地制約著國民經(jīng)濟的發(fā)展。為盡快改變我國機械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來，我們在艱難地發(fā)展民族機床制造業(yè)的同時，積極地引進了世界先進技術與設備。一方面與世界先進機床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進水平的各類機床；另一方面直接購進了大量的各類機床。這一切都為我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展起到了巨大的作用。
但是，機床長期運轉(zhuǎn)甚至超負荷使用，同時又缺少認真的維修與保養(yǎng)，造成機床嚴重磨損，喪失了精度；有些機床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結構的改變，或由于技術力量不足而被長期閑置，需要使用時卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動； 由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級改造；由于世界計算機及網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10年，而我國大多數(shù)機床都在超期服役。
這些諸多因素都需要對機床進行大修及數(shù)控化升級改造。
(2)新進的大批二手機床成為機床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開放以來，許多企業(yè)引進了一大批國外淘汰的舊機床，雖然有一部分尚能滿足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗、技術、資料及備件等因素，造成雖廉價購進但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。
其中不乏有為改造后投入使用而引進的舊機床和生產(chǎn)線。這里多數(shù)的二手機床只要再有適當?shù)馁Y金投入，經(jīng)過大修改造即可發(fā)揮作用。
(3)顯著的經(jīng)濟效益是機床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動力 對于機床擁有者來說，只需花費購買相同新機床30%以下的費用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國際該行業(yè)的記載，即使將原機床的結構性能進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床60%左右的價格。
對于機床大修改造業(yè)內(nèi)公司來說，這不僅為他們的服務企業(yè)產(chǎn)生巨大社會經(jīng)濟效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動力。
(4)機床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件 舊機床的大修、翻新、升級改造與購買新機床相比，具有下列優(yōu)勢：
?、俳回浧诙?。尤其是大型機床和特殊專用機床優(yōu)勢更加明顯。
?、谛阅芨€(wěn)定。各基礎件經(jīng)長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長期磨合。功能穩(wěn)定性可靠性好。
?、墼O計風險小。新機床設計中帶來的技術、方案風險在大修改造中幾乎不存在。
④可以更充分地體現(xiàn)用戶的意愿。用戶與維修人員可以依照實際需要和機床長期使用情況，在大修改造中提出對機床性能、操作與維修等方面的改進(包括增、改)意見，有權選擇機械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設備的規(guī)格、型號、性能等。
?、莞欣谑褂门c維護。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術信息，更深入地掌握機床的結構及性能特點，從而增強使用與維修的主動能力。
?、蘅梢愿斓孬@取最新的更實用的備件。
?、吖?jié)省大量投資。
⑧降低投資風險。
(5)社會化、專業(yè)化趨勢是機床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路 舊機床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當前經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌時期必要和重要的行為，而且是一個企業(yè)長期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。
當前，21世紀知識經(jīng)濟時代，我國大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)改制、轉(zhuǎn)軌以進入市場經(jīng)濟，迅速融入國際競爭。這就需要我們企業(yè)的領導集中全部力量面對這些挑戰(zhàn)。企業(yè)集團化和集團內(nèi)部分散網(wǎng)絡化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結構、敏捷制造技術、虛擬制造技術、可持續(xù)制造技術、綠色制造技術等等一系列新的技術理論，都需要下大力量去研究，以開發(fā)適銷對路產(chǎn)品，提高對市場的快速反應能力；集中人力、財力、物力以提高本企業(yè)的市場競爭力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價值。因此，企業(yè)自身不可能再像過去計劃經(jīng)濟體制下?lián)碛写蠖木S修隊伍。而設備維修改造的社會化、專業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢。
國外機床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個新興產(chǎn)業(yè)，在先進國家已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場。而在我國，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應具備的條件來衡量還相距甚遠。但是業(yè)內(nèi)有識之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會成長起來。
1.3 車床數(shù)控改造的必要性與可行性
數(shù)控技術是先進制造技術的核心技術，它的整體水平標志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強弱，具有超越其經(jīng)濟價值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國企業(yè)機械制造整體水平與發(fā)達國家相比還有很大的差距。由于我國企業(yè)大部分數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進口，企業(yè)承受不了巨額購置費，且易受國外的控制，另外數(shù)控機械設備維修力量薄弱，進口的備件維修成本高，設備完好率低，大部分進口機床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進口后還沒使用就已因為各方面原因不能使用等等。因此目前我國企業(yè)機床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機床，很難滿足企業(yè)高技術產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機床的功效和潛在價值，將大批傳統(tǒng)老式機床改造為數(shù)控機床是一種必然性和趨勢。
2 車床數(shù)控改造的總體構思與技術方案
本次改造的普通車床型號為CW6163。數(shù)控改造主要傳動系統(tǒng)的機械改造。由于對經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工精度要求不高，為簡化結構、降低成本。通過控制橫進給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停等功能。為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)聯(lián)軸器再傳動絲杠；為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。
2.1 設計任務
將CW6163普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床
在過程中滿足以下幾點要求：、
1． 橫向進給脈沖當量為0.001mm/脈沖
2． 進給范圍：3-1000mm/min
快速進給：1000-3000mm/min
3． 橫向進給系統(tǒng)有微機實現(xiàn)開環(huán)控制系統(tǒng)兩軸聯(lián)動
2.2 總體方案的論證
對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。
控制系統(tǒng)運動方式的確定
本設計中只對機械部分進行改造不對數(shù)控部分進行改造。
2.3 總體改造方案的確定
CW6163車床主要用于對中型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機床應完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)橫向的進給運動，并具有在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時，應保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個加工螺紋的螺距或?qū)С獭＿@些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對象。
數(shù)控機床由機床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術三部分組成。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動完成機械加工任務，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。在考慮經(jīng)濟型數(shù)控機床改造具體方案時，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對原有車床盡可能減少改動，以降低改成本。改造中需要解決的問題是：將機械傳動的進給和電動動控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動轉(zhuǎn)位刀架和自動進給的數(shù)控加工車床。根據(jù)CW6163車床的有關資料，確定總體方案為：
利用數(shù)控系統(tǒng)對輸入的加工程序進行運算處理，發(fā)出的進給指令通過I/O接口輸出給X軸步進電機，經(jīng)聯(lián)軸器后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，由螺母帶動刀架直線移動，從而實現(xiàn)橫向的自動進給運動。換刀指令通過刀架控制器控制二相電動機實現(xiàn)刀架自動轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。
2.4 機械部分的改造
機械制造業(yè)在世界經(jīng)濟發(fā)展中，作為基礎產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。為此，各國的經(jīng)濟學家和企業(yè)家在不斷探索新形勢下的各種先進制造技術及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。作為制造業(yè)核心的機床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。
(1)主傳動系統(tǒng)，保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速機構，這樣既保留了機床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動系統(tǒng)不做任何改動。
(2)進給傳動系統(tǒng)改造 縱、橫向傳動全部用滾珠絲杠（傳動效率高，達到90%）。（拆除原有的掛輪系統(tǒng)、進給箱、溜板箱、光桿），在溜板下加裝滾珠絲杠螺母托架，在滾珠絲杠的頭、尾部加裝接套、接桿及支承。
(3)刀架部分采用電動自動換刀。
2.5 橫向進給系統(tǒng)設計與計算
2.5.1 橫向進給系統(tǒng)計算
步進電機經(jīng)過聯(lián)軸器后驅(qū)動滾珠絲桿，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大托板上。用法蘭盤講步進電機與機床大托板連接起來，保證同軸度，提高傳動精度。
已知條件：
工作臺重量： W=300N
時間常數(shù)： T=30ms
滾珠絲杠導程： Lo=4mm
行程： S=390mm
脈沖當量： =0.001mm/step
快速進給速度： V=6m/min
橫向絲杠進給速度： 0～2000mm／min
定位精度：
重復定位精度：
2.5.2切削力計算
由《經(jīng)濟型數(shù)控車床系統(tǒng)設計》知
橫向進給為縱向進給的1/2-1/3，取1/2則切削力計算
= 1/2= 0.5×4200.768=2100.4N
在切斷工件時：
= 1/2= 0.5×2100.4=1050.2N
2.6滾珠絲杠螺母副的設計、計算和選型
2.6.1滾珠絲杠螺母副設計
原機床經(jīng)過改造后成為數(shù)控機床在橫向縱向上的進給速度有較高的要求，因此原機床的普通絲杠螺母副已經(jīng)滿足不了設計要求，必須進行替換。數(shù)控機床常選用滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母副摩擦系數(shù)小，傳動精度高，傳動效率比普通絲杠更高，而且滾珠絲杠螺母副的動、靜摩擦系數(shù)之差甚小，有利于防止低速爬行現(xiàn)象和有利于提高進給系統(tǒng)的靈敏度；采用預緊措施可以有效地消除其反向間隙，達達提高定位精度和傳動剛度滾珠絲杠螺母副的設計首先要選擇結構類型、確定滾珠循環(huán)的方式、滾珠絲杠的預緊方式、其技術參數(shù)有公稱直徑、導程、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K、精度等級。
確定滾珠絲杠副的導程
──刀架快速移動速度，；
──電動機通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠的傳動比，?。?
──電動機的最高轉(zhuǎn)速，；
所以由上式得
2.6.2計算進給牽引力
橫向進給為眼尾型導軌：
=K+（+W）
式中： K——顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，燕尾型導軌取K=1.4，
——為導軌上的摩擦系數(shù)，=0.15～0.2，取=0.2，
W——工作臺作用在導軌上的重力。
=K+（+W）=1.15×1950.2+0.16×（2100.4+300）
≈1950.4 N
2.6.3計算最大動載荷：
選用滾珠絲杠副是直徑時，必須保證在一定軸向力負載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象，這個軸向負載的最大值即為滾珠絲杠能承受的最大動載荷Q，由《數(shù)控機床系統(tǒng)設計》可用下式計算：
式中：——運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取=1.1～1.5 ；
——硬度影響系數(shù)，取=1；
——滾珠絲杠導程，初選=4mm；
L——壽命，以轉(zhuǎn)為單位，對于數(shù)控機床T=15000h；
n——絲杠轉(zhuǎn)速（r/min)；
==15r/min
==13.5(r）
=（N）
按精度要求，確定允許的滾珠絲杠的最小螺桿直徑：
（1）估算絲杠允許的最大彈性變形量
重復定位精度
定位精度
──最大彈性變形量。
已知：重復定位精度，定位精度
取兩種結果的最小值，所以絲杠允許的最大彈性變形量
（2）估算絲杠允許的最小螺紋底徑
——支承方式系數(shù)，一端固定另一端自由或游動時為0.078，兩端固定或鉸支時取0.039；
——導軌靜摩擦力，；
——滾珠絲杠軸承支點間距離，。
2.6.4滾珠絲杠螺母副的選型
滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式，根據(jù)螺母的的結構形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應根據(jù)具體情況和結構形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，結構簡單，加工方便。由于雙螺母不僅裝配、預緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性也比單螺母的好，所以只要結構和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選用外循環(huán)式雙螺母結構。
滾珠絲杠副的預緊方法有：雙螺母墊片式預緊，雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊，單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等。
根據(jù)已估算出的導程和預期動載荷Q，并考慮滾珠絲杠的精度、成本以及估算參數(shù)等各種因素。
從滾珠絲杠尺寸系列表中找到額定動載荷選用深圳市賽瑞德精工機械技術有限公司生產(chǎn)的GD系列，選擇2504—3系列，公稱直徑=25mm,基本導