目 录
1 数控车床的加工特点分析 ............................................... 1
1.1 数控车床的优点 .................................................. 1 1.2 数控车床加工特点 ................................................ 1 1.3 适合数控车床加工的零件 .......................................... 2 2 总体方案设计 ......................................................... 3
2.1 主传动的组成部分 ................................................ 4 2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 .................................. 5 2.3 机床参数的拟定 .................................................. 5 2.4 各组成部件的特性与所应达到的要求 ................................ 8 3 机床主传动设计 ...................................................... 10
3.1 主要技术参数的确定 ............................................. 10 3.2 电动机的选择 ................................................... 18 3.3 齿轮传动的设计计算 ............................................. 19 3.4 轴的设计计算 ................................................... 21 4 横向进给系统的设计计算 .............................................. 33
4.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算 ....................................... 33 4.2 步进电机的选择 ................................................. 37 5.1 绘制控制系统结构框图 ........................................... 40 5.2 选择中央处理单元（CPU）的类型 .................................. 41 5.3 存储器扩展电路设计 ............................................. 41 5.４ I/O接口电路及辅助电路设计 ................................... 42 参考文献 .............................................................. 47 致 谢 ................................................................ 48 附 录 ................................................................ 49
1 数控车床的加工特点分析
1.1 数控车床的优点
数控车床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通车床无法比拟的优势，数控车床主要有以下几优点：
（1） 传动链短，与普通车床相比主轴驱动不再是电机 皮带 齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。
（2） 刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控车床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。
（3） 轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。
1.2 数控车床加工特点
（1） 自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中， 主要是观察和监督车床运行。但是，由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。
（2） 加工零件精度高、质量稳定。数控车床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。
（3） 生产效率高。数控车床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通车床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。
（4） 便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。
（5） 可向更高级的制造系统发展。数控车床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。
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（6） 初始投资较大。这是由于数控车床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。
（7） 维修要求高。数控车床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。
1.3 适合数控车床加工的零件
（1） 最适合多品种中小批量零件。随着数控车床制造成本的逐步下降，现在不管是国内还是国外，加工大批量零件的情况也已经出现。加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。
（2） 精度要求高的零件。有于数控车床的刚性好，制造精度高，对刀精确，能方便的进行尺寸补偿，所以能加工尺寸精度要求高的零件。
（3） 表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下，表面粗糙度取决于切削速度和进给速度。。在加工表面粗糙度不同的表面时，粗糙度小的表面选用小的进给速度，粗糙度大的表面选用大些的进给速度，可变性很好，这点在普通车床很难做到。
（4） 轮廓形状复杂的零件。任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近，数控车床具有圆弧插补功能，可以加工各种复杂轮廓的零件。
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2 总体方案设计
机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
我国是一个机床拥有量大、 大部分机床役龄长、数控化程度不高的发展中国家。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。
图1 ck6136数控卧式车床
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2.1 主传动的组成部分
主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。
主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等
十部分组成。
2.1.1 动力源
电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。 2.1.2 定比传动机构
具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。 2.1.3 变速装置
传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得18级转速。 2.1.4 主轴组件
机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成， 2.1.5 开停装置
用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。 2.1.6 制动装置
用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式制动器。
2.1.7 换向装置
用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。 2.1.8 操纵机构
控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。 2.1.9 润滑与密封
为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。 2.1.10 箱体
上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中采用灰铁铸造箱体。
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