臥式車床數控化改造設計-縱向進給系統(tǒng)設計

臥式車床數控化改造設計-縱向進給系統(tǒng)設計,臥式車床數控化改造設計-縱向進給系統(tǒng)設計,臥式,車床,數控,改造,設計,縱向,進給,系統(tǒng) 題目題目題目題目:臥式車床數控化改造設計臥式車床數控化改造設計臥式車床數控化改造設計臥式車床數控化改造設計縱向進給系統(tǒng)設計縱向進給系統(tǒng)設計縱向進給系統(tǒng)設計縱向進給系統(tǒng)設計機程機程工程工程及其自動化專業(yè)及其自動化專業(yè) 答辯人:閆紅旗指導老師:張衛(wèi) 張少文2009.5.162009.5.161 主要內容主要內容一、課題研究的背景和現狀一、課題研究的背景和現狀一、課題研究的背景和現狀一、課題研究的背景和現狀二、課題研究的目的和意義二、課題研究的目的和意義二、課題研究的目的和意義二、課題研究的目的和意義三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容四、課題研究的展望四、課題研究的展望四、課題研究的展望四、課題研究的展望2一、課題研究的背景和現狀一、課題研究的背景和現狀 目前機床數控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現在我國機床數控化率不到3。用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數控化率。3一、課題研究的背景和現狀一、課題研究的背景和現狀1.1 國內數控機床的發(fā)展現狀:1)1)除少量機床以除少量機床以FMSFMS模式集成使用外，大都處于單機運行模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。態(tài)。2)2)國產數控機床不能滿足市場的需求國產數控機床不能滿足市場的需求 1.2 國外數控機床的發(fā)展現狀:1)1)國際機床市場的消費主流是數控機床國際機床市場的消費主流是數控機床 2)2)國外數控機床的網絡化國外數控機床的網絡化 4一、課題研究的背景和現狀一、課題研究的背景和現狀1.3 數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢:1)1)繼續(xù)向開放式、基于繼續(xù)向開放式、基于PCPC的第六代方向發(fā)展的第六代方向發(fā)展 2)2)向高速化和高精度化發(fā)展向高速化和高精度化發(fā)展 3)3)向智能化方向發(fā)展向智能化方向發(fā)展 5二、課題研究的目的和意義二、課題研究的目的和意義2.1 本課題研究的目的：要求在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。通過這一典型機電一體化產品的開發(fā)設計，培養(yǎng)綜合運用所學專業(yè)知識改造開發(fā)新產品及解決工程實際問題的能力。6二、課題研究的目的和意義二、課題研究的目的和意義2.2 本課題研究的意義：數控機床是制造業(yè)實現生產現代化的主機,數控技術的水平高低和機床的數控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前我國機床的數控化率還不到5%,新機床的數控化率也僅為6%。無論從數控技術水平和機床的數控化率都大大落后于西方發(fā)達國家。由于機床以及技術的不斷進步,機床改造已是個”永恒”的課題。我國的機床改造業(yè),也從老的行業(yè)進入到以數控技術為主的新的行業(yè),具有重要的現實意義和使用價值:（1）節(jié)省資金。（2）性能穩(wěn)定可靠。（3）提高生產效率。7三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l3.1 CA6140普通車床介紹普通車床介紹lCA6140l C-類代號(車床類機床)l A-結構特性代號l 6-組代號(落地及臥式車床組)l 1-系代號(臥式車床系)l 40-主參數(最大工件回轉直徑的1/10)8機械工程及其自動化專業(yè)機械工程及其自動化專業(yè)C6140普通臥式車床的結構布局 9三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容lCA6140普通車床各部分功能普通車床各部分功能介紹介紹l主軸箱是支撐主軸并帶動工件作回轉運動。l進給箱是進給傳動系統(tǒng)的變速機構。l交換齒輪箱是用來將主軸的回轉運動傳遞到進給箱。l溜板箱是接受光桿傳遞的運動，驅動床鞍和中、小滑板及刀架實現車刀的縱橫進給運動。10主要結構及運動特點由主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿、光桿、床身等組成11主軸變速箱功能：支承主軸和傳動其旋轉12進給箱：變換被加工螺紋的種類和導程，以及獲得所需的各種進給量13溜板箱：將絲杠或光杠旋轉運動變?yōu)榱锇搴蛙嚨兜闹本€進給運動14CA6140CA6140臥式車床的功能臥式車床的功能15三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l3.2 總體方案的確定總體方案的確定 lC6140型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經過大量實踐證明，將其改造為數控機床，無論是經濟上還是技術都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數控車床，同時具有數控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破?？傮w方案設計應考慮機床數控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。16三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l普通車床數控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直普通車床數控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。工和螺紋加工等，因此數控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。l車床數控化改裝后屬于經濟型數控機床，在保證一定車床數控化改裝后屬于經濟型數控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。l根據普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度根據普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經濟性要求，經濟型數控機床一般采用以及經濟性要求，經濟型數控機床一般采用8 8位微機。位微機。在在8 8位微機中，位微機中，MCS51MCS51系列單片機具有集成度高、可系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選的性價比，因此，可選 MCS51MCS51系列單片機擴展系統(tǒng)。系列單片機擴展系統(tǒng)。17三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l根據系統(tǒng)的功能要求，微機數控系統(tǒng)中除了根據系統(tǒng)的功能要求，微機數控系統(tǒng)中除了CPUCPU外，還外，還包括擴展程序存儲器，擴展數據存儲器、包括擴展程序存儲器，擴展數據存儲器、I/OI/O接口電路；接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數據和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和數據和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工步進電機驅動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。l設計自動回轉刀架及其控制電路。設計自動回轉刀架及其控制電路。l縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。所要求的分辨率。l為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。齒側間隙的機構。l采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。18三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l3.3 3.3 機械系統(tǒng)的改造設計方案機械系統(tǒng)的改造設計方案l進給系統(tǒng)的改造與設計方案進給系統(tǒng)的改造與設計方案。l主傳動系統(tǒng)的改造方案主傳動系統(tǒng)的改造方案。l安裝電動卡盤安裝電動卡盤。l換裝自動回轉刀架換裝自動回轉刀架。l螺紋編碼器的安裝方案螺紋編碼器的安裝方案。19三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l3.4 3.4 縱向進給系統(tǒng)的詳細設計與計算縱向進給系統(tǒng)的詳細設計與計算 l脈沖當量的確定脈沖當量的確定。l切削力的計算切削力的計算。l滾珠絲杠螺母副的設計及計算滾珠絲杠螺母副的設計及計算。l齒輪傳動的計算齒輪傳動的計算。l步進電動機的選擇步進電動機的選擇。20三、課題研究的主要內容三、課題研究的主要內容l3.5 3.5 數控系統(tǒng)硬件電路設計和軟件數控系統(tǒng)硬件電路設計和軟件設計設計l數控系統(tǒng)基本硬件組成數控系統(tǒng)基本硬件組成。l單板機控制系統(tǒng)的設計單板機控制系統(tǒng)的設計。l軟件設計軟件設計。21四、課題研究的展望四、課題研究的展望 全功能的數控系統(tǒng)雖然功能豐富，但成本高，我國全功能的數控系統(tǒng)雖然功能豐富，但成本高，我國的一般中小企業(yè)購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生的一般中小企業(yè)購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產，希望對原有機床進行改造，進行數控化、自動化、產，希望對原有機床進行改造，進行數控化、自動化、以提高生產效率。經濟型數控機床系統(tǒng)就是結合現實的以提高生產效率。經濟型數控機床系統(tǒng)就是結合現實的生產實際，我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，生產實際，我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。目前我國經濟型數控系統(tǒng)發(fā)展迅速，盡可能降低價格。目前我國經濟型數控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了幾十種簡易研制了幾十種簡易NC系統(tǒng)，有力地促進了我國數控事系統(tǒng)，有力地促進了我國數控事業(yè)的發(fā)展。業(yè)的發(fā)展。改造后的車床，可手動、機動操作，操作簡單，使改造后的車床，可手動、機動操作，操作簡單，使用方便，價格低廉，其性能價格比適中；而且還能解決用方便，價格低廉，其性能價格比適中；而且還能解決復雜零件的加工精度控制問題，節(jié)約大量工裝費用，減復雜零件的加工精度控制問題，節(jié)約大量工裝費用，減輕工人的勞動強度，提高工人素質。輕工人的勞動強度，提高工人素質。22致致 謝謝 我的論文寫作和課題研究是在各位老師和同我的論文寫作和課題研究是在各位老師和同學的關心、幫助下完成的。在此，我感謝他們對學的關心、幫助下完成的。在此，我感謝他們對我的支持，我要深深感謝用心血汗水教育我的老我的支持，我要深深感謝用心血汗水教育我的老師們：張衛(wèi)老師和張少文老師，他們淵博的知識，師們：張衛(wèi)老師和張少文老師，他們淵博的知識，對教育的執(zhí)著，嚴謹的治學態(tài)度，使我終身受益。對教育的執(zhí)著，嚴謹的治學態(tài)度，使我終身受益。感謝我周圍的同學們，他們給了我無微不至的關感謝我周圍的同學們，他們給了我無微不至的關心和幫助，他們勤奮嚴謹的學習態(tài)度是我學習的心和幫助，他們勤奮嚴謹的學習態(tài)度是我學習的榜樣。榜樣。2324南京理工大學泰州科技學院 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 閆紅旗 學 號 0501510146 指導教師 張衛(wèi) 張少文 選題情況 課題名稱 臥式車床數控化改造設計—縱向進給系統(tǒng)設計 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) √ 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 √ 中 差 中期成績評定：良 所在專業(yè)意見： 學習態(tài)度主動認真，積極參加集中指導和問題討論，能按進度要求完成設計任務。 負責人： 年 月 日 南 京 理 工 大 學 畢業(yè)設計（論文）任務書 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 學 生 姓 名： 閆紅旗 學 號： 0501510146 設計(論文)題目： 臥式車床數控化改造設計 縱向進給系統(tǒng)設計 起 迄 日 期: 2009年3月9日-2009年6月14日 設計(論文)地點: 南京理工大學泰州科技學院 指 導 教 師: 張衛(wèi) 張少文 專業(yè)負責人: 龔光容 發(fā)任務書日期: 2009年2月26日  任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、學院（系）領導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一周內填好并發(fā)給學生； 2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及學院（系）主管領導審批后方可重新填寫； 4．任務書內有關“學院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼。學生的“學號”要寫全號（2000級為10位數），不能只寫最后2位或1位數字； 5．任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—87《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 本課題主要是采用微機數控技術改造最大加工直徑為400mm的普通臥式車床。要求學生在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。通過這一典型機電一體化產品的開發(fā)設計，培養(yǎng)學生綜合運用所學專業(yè)知識改造開發(fā)新產品及解決工程實際問題的能力。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： 本課題要求學生在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。具體內容及要求如下： （1）調查研究、查閱及翻譯文獻資料，撰寫開題報告； （2）改造任務及功能需求分析； （3）總體改造方案的確定； （4）縱向進給系統(tǒng)機械部分和控制部分的詳細設計； （5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設計說明書及使用說明書。 相關設計技術條件及要求如下： （1）床身上最大加工直徑：400mm；最大加工長度：1000mm； （2）橫向進給脈沖當量：0.005mm/脈沖，縱向進給脈沖當量：0.01mm/脈沖； （3）橫向最快的工進速度：400mm/min，縱向最快的工進速度：800mm/min； （4）換刀時刀架轉速：30r/min； （5）CNC系統(tǒng)主CPU采用單片機。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： （1）資料翻譯譯文及開題報告； （2）總體改造方案的確定； （3）縱向進給系統(tǒng)機械部分和控制部分的詳細設計； （4）畢業(yè)設計說明書及使用說明書。 4．主要參考文獻： [1] 張俊謨.單片機中級教程—原理與應用[M].第二版,北京:北京航空航天大學出版社,2006. [2] 孫桓,陳作模,葛文杰.機械原理[M].第七版,北京:高等教育出版社,2006. [3] 濮良貴,紀名剛.機械設計[M].第八版,北京:高等教育出版社,2006. [4] 尹志強.機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007. [5] 左建民.液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007. [6] 梁景凱,蓋玉先.機電一體化技術與系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007. [7] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京:高等教育出版社,2007. [8] 江思敏,姚鵬翼,胡榮.Protel 電路設計教程[M].北京:清華大學出版社，2002. [9] 劉朝儒,吳志軍,高政一.機械制圖[M].第五版,北京:高等教育出版社，2006. [10] 成大先.機械設計手冊[M]. 第三版，北京：化學工業(yè)出版社,2000. [11] 馮辛安.機械制造裝備設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999. [12] 韓建海.數控技術及裝備[M].武漢:華中科技大學出版社,2007. 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2009年 3月9日 ～ 3 月15 日 3月16日 ～ 3 月22 日 3月23日 ～ 4 月12日 4月13日 ～ 5 月10日 5月11日 ～ 5 月31 日 6月1日 ～ 6 月7 日 6月8日 ～ 6 月14 日 接受畢業(yè)設計任務，熟悉畢業(yè)設計要求；查閱資料，完成外文資料翻譯工作。 撰寫開題報告及文獻綜述。 改造任務及功能需求分析，總體改造方案的確定。 縱向進給系統(tǒng)機械部分詳細設計。 控制部分硬件電路及控制軟件的設計。 文檔整理、撰寫畢業(yè)設計說明書。 準備論文答辯。 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 學院（系）意見： 院（系）領導： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)前期工作材料 學生姓名: 閆紅旗 學 號： 0501510146 系　部: 機械工程 專 業(yè): 機械工程及自動化 設計(論文)題目: 臥式車床數控化改造設計 ——縱向進給系統(tǒng)設計 指導教師: 張衛(wèi) 張少文 高級工程師 助教 材 料 目 錄 序號 名 稱 數量 備 注 1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 1 4 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2009年5月 南京理工大學泰州科技學院 本科生畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 系　　部 機械工程系 指導 教師 姓 名 張衛(wèi) 張少文 專業(yè)技術職 務 高級工程師 助教 課題名稱 臥式車床數控化改造設計——縱向進給系統(tǒng)設計 適用專業(yè) 機械工程及自動化 課題性質 A B C D E 課題來源 A B C D √ √ 課題預計 工作量大小 大 適中 小 課題預計 難易程度 難 適中 易 √ √ 課題簡介 利用微機數控裝置對臥式車床進行數控化改造，可以使其按照程序自動進行調節(jié)和更換加工過程中的切削參數、切削次序和刀具，增加縱橫向聯動進給功能，從而可加工出各種形狀復雜的回轉零件，實現多工序集中車削，提高生產設備的生產效率和加工精度。 本課題主要內容是采用微機數控技術實現對機床的縱向進給系統(tǒng)進行控制。 課題應完成的任務和對學生的要求 成果要求：1．臥式車床數控化改造總體方案設計 2．縱向進給系統(tǒng)機械部分設計與計算 3．縱向進給系統(tǒng)控制部分硬件與軟件設計 知識要求：具備機械原理與機械零件設計、機電一體化、數控技術等專業(yè)知識，掌握AutoCAD、Pro/E、Protel等軟件。 所在專業(yè)審定意見： 專業(yè)負責人(簽名)： 年 月 日 本課題由 閆紅旗 同學選定，學號： 0501510146 注：1．該表由指導教師填寫，經所在專業(yè)負責人簽名后生效，作為該專業(yè)學生畢業(yè)設計（論文）選題使用； 2．有關內容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應欄內打“√”； 3．課題一旦被學生選定，此表須放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中存檔。 填 表 說 明 1．該表的填寫只針對1名學生做畢業(yè)設計（論文）時選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學選擇，應在申報課題的名稱上加以區(qū)別（加副標題），并且在“設計（論文）要求”一欄中說明。 2．“課題性質”一欄： A．產品設計； B．工程技術研究； C．軟件開發(fā)； D．研究論文或調研報告； E．其它。 3．“課題來源”一欄： A．自然（社會）科學基金與?。ú浚?、市級以上科研課題； B．企、事業(yè)單位委托課題； C．校、院（系）級基金課題； D．自擬課題。 4．“課題簡介”一欄： 主要指該課題的背景介紹、理論意義或實用價值。 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者: 閆紅旗 學 號： 0501510146 系　部: 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 題 目: 臥式車床數控化改造設計 ——縱向進給系統(tǒng)的設計 張少文 助教 張衛(wèi) 高級工程師 指導者： 評閱者： 2009 年 6 月 畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 數控技術的水平高低和機床的數控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前我國機床的數控化率還不到5%,無論從數控技術水平和機床的數控化率都大大落后于西方發(fā)達國家。加快發(fā)展我國的機床改造業(yè)，具有重要的現實意義和使用價值。 本文主要是采用微機數控技術對最大加工直徑為400mm的普通臥式車床進行改造。首先對普通臥式車床的改造任務和功能需求進行了認真分析，其次設計出總體改造方案，包括主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、回轉刀架及微機控制系統(tǒng)的方案設計，最后經過對切削力的計算、滾珠絲杠副、齒輪副及步進電機的選型，給出了縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。 關鍵詞 數控 改造 車床 縱向進給 畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要 Title Design of Horizontal Machine based on Numerical Control Technology ——Design of Longitudinal Feeding System Abstract Level of numerical control technology and CNC machine tool is a measure of the rate of a national industrial development an important indicator of the level. CNC machine tools in China is less than the rate of 5%, CNC technology in terms of the level and rate of NC machine tools are lagging far behind developed countries in the West. Speed up the transformation of the development of China's machine tool industry, has important practical significance and value. This paper mainly using computer numerical control technology to alter the ordinary horizontal lathe whose maximum machining diameter is 400mm. first of all, horizontal lathe for ordinary tasks and functions of the transformation of a careful analysis of needs,Second, the design of the overall reform program, including the main drive system, feed system, rotary tool holder and the program of microcomputer control system design, after the final calculation of cutting force, ball screw, gear and stepper motor selection, vertical feed is given for the detailed design. Keywords Numerical control Transformation lathe Vertical feeding system 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 閆紅旗 學 號： 0501510146 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 臥式車床數控化改造設計 —縱向進給系統(tǒng)設計 指 導 教 師: 張衛(wèi) 張少文 2009年3月22日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 目前機床數控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現在我國機床數控化率不到3％。用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數控化率。本文介紹了機床數控改造的意義，闡述了數控技術發(fā)展趨勢，最后總結了數控化改造的分析方法以及機床數控改造的特點。 關鍵詞 數控 改造 車床 1 機床數控改造的意義 1．1 普通車床的數控化改造設計 機床的數控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)，改造后的組成結構如圖1所示。 圖1 改造后系統(tǒng)組成結構 數控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有諸多相似之處。然而，現代的數控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數控機床的另當別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數控機床對加工精度、表面質量、生產率以及使用壽命等要求?，F代的數控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，還是整體布局、外部造型等都已經發(fā)生了很大變化，已經形成了數控機床的獨特機械結構。因此，我們在對普通機床進行數控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數控機床相接近[1-3] 。 1．2 節(jié)省資金 機床的數控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現有地基[4][5]。 1．3 性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。 1．4 提高生產效率 機床經數控改造后即可實現加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。 2 數控技術發(fā)展趨勢 隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現代制造系統(tǒng)中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數控系統(tǒng)實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統(tǒng)實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統(tǒng)集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工[6,7]。 長期以來，我國的數控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行[8][9]。 3 數控化改造的分析方法 其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局。 由于本次設計是經濟型數控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。我們主要的任務是對其主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)進行改造，通過改造使其具有數控機床的一般特性[10]。 3．1 主軸系統(tǒng)改造 拆除了原來的主軸變速箱，采用機械無級變速器和分級齒輪變速相結合的方案，分級齒輪采用撥叉的方式，主軸的調速范圍可以從100rpm到4000rpm，與原來的多級齒輪調速相比，其機械結構大大簡化，而且實現了從有級調速到無級調速的跨越。 3．2 進給系統(tǒng)的設計 對縱向進給系統(tǒng)可進行開環(huán)控制, 驅動元件可采用步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，縱向進給系統(tǒng)如圖2所示。步進電機經一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉動, 從而實現進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設計時 ，通常先根據系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設計 ，如滾珠絲杠副、齒輪副等[11]。 圖2 縱向進給系統(tǒng) 4 機床數控改造的特點 我國制造企業(yè)現在有很大一部分機床屬于比較陳舊的普通車床，由于使用時間較長、保養(yǎng)不利、操作不當等原因，已經不能適合當今企業(yè)所面臨的激烈競爭。所以很多企業(yè)紛紛將現有機床改造成經濟型數控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：用較少的資金，將普通機床改造升級為數控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經濟效益[12][13]。 5 總結 經過大量實踐證明普通機床數控化改造具有一定經濟性、實用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局, 我國企業(yè)的傳統(tǒng)機床存量很大，隨著數控技術的推廣應用，眾多中小企業(yè)面臨的機床數控改造任務很大，利用先進的數控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機床是成本低，見效快，效率高的好辦法。在數控改造中應注意機械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)對數控機床加工精度和機床性能的影響，否則，將直接影響數控機床的工作精度和工作穩(wěn)定性，影響產品質量和生產效率[14][15]。 參 考 文 獻 [1] 吳振彪. 機電綜合設計指導[M]. 北京：中國人民大學出版社，2001. [2] 能光華. 數控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004. [3] 余英良. 機床數控改造設計與實例[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2001. [4] 張俊生. 金屬切削機床與數控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000. [5] 吳國華. 金屬切削機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998. [6] 董玉紅，邵俊明. 機床數控技術 [M]. 第二版，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001. [7] 王志平. 數控機床及應用[M]. 北京：高等教育出版社，1999. [8] 韓建海. 數控技術及裝備[M]. 武漢: 華中科技大學出版社,2007. [9] 朱曉春主. 數控技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999. [10] 張新義．經濟型數控機床系統(tǒng)設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998. [11] 余英良．機床數控改造設計與實例[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1994. [12] 王明．數控實用技術[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001. [13] 張建綱,胡大鋒．數控技術[M]．武漢：華中科技大學出版社，2000. [14] 張建明．機電一體華系統(tǒng)控制[M]．北京：高等教育出版社，2001. [15] 鄧星鐘．機電傳動控制[M]．武漢：華中科技大學出版社，2001.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 一．本課題要研究或解決的問題 本課題主要是采用微機數控技術改造最大加工直徑為400mm的普通臥式車床。要求學生在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。通過這一典型機電一體化產品的開發(fā)設計，培養(yǎng)學生綜合運用所學專業(yè)知識改造開發(fā)新產品及解決工程實際問題的能力。 二．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等） 本課題要求學生在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。具體內容及要求如下： （1）調查研究、查閱及翻譯文獻資料，撰寫開題報告； （2）改造任務及功能需求分析； （3）總體改造方案的確定； （4）縱向進給系統(tǒng)機械部分和控制部分的詳細設計； （5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設計說明書及使用說明書。 相關設計技術條件及要求如下： （1）床身上最大加工直徑：400mm；最大加工長度：1000mm； （2）橫向進給脈沖當量：0.005mm/脈沖，縱向進給脈沖當量：0.01mm/脈沖； （3）橫向最快的工進速度：400mm/min，縱向最快的工進速度：800mm/min； （4）換刀時刀架轉速：30r/min； （5）CNC系統(tǒng)主CPU采用單片機。 三．本課題擬采用的研究手段（途徑） （1）整體進給系統(tǒng)的設計 當數控車床的性能和精度等內容基本選定后，可根據此來確定改造方案。目前機床數控改造技術已經日趨成熟，專用化的機床數控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數控改造方案可選擇為：配置專用車床數控改造系統(tǒng)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現螺紋加工功能、配置自動轉位刀架實現自動換刀功能。目前較典型的經濟型專用車床數控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能： （a）采用單片微機為主控CPU，具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數碼管二坐標同時顯示、自動轉位刀架控制、螺紋加工等控制功能。 (b） 配有步進電機驅動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm（要與相應導程的絲杠相配套）。 (c）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現場編輯修改和試運行操作。 (d）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警，以及進給速度程序自動終止等各類數控基本功能。 (2)縱向進給系統(tǒng)的設計 對縱向進給系統(tǒng)可進行開環(huán)控制, 驅動元件可采用步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，縱向進給系統(tǒng)如圖3所示。步進電機經一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉動, 從而實現進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設計時 ，通常先根據系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設計 ，如滾珠絲杠副、齒輪副等。 圖3 縱向進給系統(tǒng) 數控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)如圖4所示，采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)方案如圖5所示。 圖4 開環(huán)控制系統(tǒng) 圖5 采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)方案  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該生通過閱讀與本課題相關的參考文獻，進行了一定的總結，撰寫的本文獻綜述能夠反映“臥式車床數控化改造設計—縱向進給系統(tǒng)設計”的課題背景以及相關知識，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達到了撰寫文獻綜述要求和目的，為畢業(yè)設計后期分析打下了良好的基礎。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： “臥式車床數控化改造設計—縱向進給系統(tǒng)設計”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學生在畢業(yè)設計期間完成，希望該生能獨立的進行總體改造方案設計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設計的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達到進行科研訓練和本科畢業(yè)設計的要求。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日