C6132普通車床數(shù)控改裝畢業(yè)設(shè)計.doc

機 械 工 程 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 ： C6132 普 通 車 床 的 數(shù) 控 改 造 學(xué) 院 誠 毅 學(xué) 院 專 業(yè) 機 械 工 程 及 自 動 化 年 級 班 級 姓 名 學(xué) 號 成 績 指 導(dǎo) 老 師 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） I 目 錄 目 錄 . 摘要 . ABSTRACT（英文摘要） . 引 言 . 1 第一章 總體方案的設(shè)計 . 2 1.1 設(shè)計任務(wù) . 2 1.2 總體方案的擬定 . 3 1.2.1 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計 . 3 1.2.2 計算機控制系統(tǒng)的選擇與設(shè)計 . 4 1.2.3 機械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計 . 4 1.2.4 自動回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計 . 5 1.2.5 編碼盤的選用和安裝 . 5 1.2.6 電氣控制系統(tǒng)的改裝設(shè)計 . 6 第二章 機械部分的改造設(shè)計 . 7 2.1 進給系統(tǒng)的傳動方式及絲杠類型選擇 . 7 2.2 縱向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 . 9 2.2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 . 9 2.2.2 車削力的計算 . 9 2.2.3 滾珠絲杠副的設(shè)計、計算和選型 . 11 2.2.4 確定齒輪傳動比 . 11 2.2.5 縱向步進電機的計算與選用 . 11 2.2.5.1 負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量計算 . 11 2.2.5.2 各種工況下轉(zhuǎn)矩計算 . 12 2.2.5.3 步進電動機的選型 . 14 2.3 橫向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 . 14 2.3.1 橫向進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 . 14 2.3.1.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 . 14 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） II 2.3.1.2 切削力的計算 . 15 2.3.1.3 滾珠絲杠設(shè)計、計算和選型 . 16 2.3.1.4 確定齒輪傳動比 . 16 2.3.5 橫向步進電動機的選用與計算 . 30 2.3.5.1 負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量計算 . 30 2.3.5.2 各種工況下轉(zhuǎn)矩計算 . 30 2.3.5.3 步進電動機的選型 . 33 2.4 齒輪傳動間隙的調(diào)整 . 33 第 三 章 電 氣 控 制 部 分 的 計 . 33 3.1 電氣控制系統(tǒng)概述 3.2 C6132 車床電氣化控制系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計 . 30 結(jié)論. 3 參考文獻 . 34 致 謝 . 35 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） III 摘 要 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(jié) 構(gòu) 復(fù) 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(wù) 。 因 此 ， 我 大 膽 的 提 出 了 對 普 通 C6132 車 床 的 數(shù) 控 化 改 造 。 C6132 普 通 車 床 是 普 通 機 床 中 比 較 有 代 表 性 的 機 床 ， 它 在 機 械 結(jié) 構(gòu) 上 有 其 先 天 性 的 不 足 。 如 剛 度 低 、 抗 振 動 性 差 、 滑 動 摩 擦 阻 力 較 大 及 傳 動 元 件 存 在 間 隙 等 ， 因 此 需 要 有 目 的 地 改 造 ， 以 滿 足 數(shù) 控 機 床 最 基 本 的 要 求 ， 這 也 是 本 文 主 要 討 論 的 問 題 。 以 C6132 型 普 通 機 床 為 例 ， 從 機 械 和 電 氣 方 面 詳 細(xì) 闡 述 了 數(shù) 控 化 改 造 的 方 法 。 改 造 后 的 車 床 投 入 使 用 后 運 行 穩(wěn) 定 ， 加 工 精 度 明 顯 提 高 ， 取 得 了 極 大 的 經(jīng) 濟 效 益 。 關(guān) 鍵 詞 ： 數(shù) 控 改 造 普 通 車 床 進 給 系 統(tǒng) 電 氣 系 統(tǒng) 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） IV Abstract CNC machine tool as a typical mechatronic products, play an important role in the mechanical manufacturing industry, a good solution to the complex, the structure of modern machinery manufacturing precision, small batch processing, changeable parts, and can stabilize the product quality, processing and. Improve production efficiency greatly. But from the current enterprises are facing the situation, because the numerical control machine tool interval is more expensive, a one-time investment, enterprise is insufficient. In addition from the present situation of domestic machine tool, general machine tools with huge amount, in the production of CNC machine tools, relative to the ordinary machine has obvious advantages, and as a result of NC machine tools is expensive, so it is necessary to numerical control reforming of ordinary machine tool, which can complete the part of CNC machine tools to complete the production task. Therefore, I made bold to NC transformation of common lathe C6132. C6132 ordinary lathe is of general machine more representative of the machine tool, it have some congenital deficiencies in the mechanical structure. Such as low stiffness, vibration resistance is poor, sliding friction resistance and transmission elements there is a gap, therefore needs to change, in order to meet the requirements of CNC machine tools is the most basic, this is also the main issues discussed in this paper. Taking C6132 lathe as an example, elaborated the NC transformation method from mechanical and electrical. After the transformation of the lathe and put into use after stable operation, processing precision is obviously improved, made great economic benefits. Keywords: Transformation of ordinary lathe numerical control electrical system 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 1 引 言 目 前 我 國 機 床 主 要 是 臥 式 車 床 ， 與 發(fā) 達(dá) 國 家 相 比 ， 型 號 陳 舊 ， 技 術(shù) 水 平 落 后 ， 嚴(yán) 重 影 響 了 生 產(chǎn) 的 發(fā) 展 。 。 采 用 先 進 的 數(shù) 控 車 床 ， 已 成 為 當(dāng) 今 世 界 制 造 業(yè) 的 發(fā) 展 趨 勢 。 鑒 于 國 內(nèi) 制 造 業(yè) 中 普 通 機 床 的 占 有 率 較 高 ， 提 高 車 床 數(shù) 控 化 率 有 兩 個 可 行 的 途 徑 ， 一 是 購 置 新 的 車 床 ； 二 是 把 臥 式 車 床 改 造 成 數(shù) 控 車 床 。 根 據(jù) 國 內(nèi) 目 前 的 經(jīng) 濟 狀 況 ， 花 大 量 的 資 金 更 換 全 新 的 數(shù) 控 車 床 花 費 過 高 ， 給 企 業(yè) 造 成 的 經(jīng) 濟 負(fù) 擔(dān) 較 大 ， 同 時 報 廢 大 量 的 普 通 機 床 是 一 個 很 大 的 浪 費 。 因 此 ， 各 企 業(yè) 可 根 據(jù) 自 身 的 情 況 ， 酌 情 進 行 數(shù) 控 化 率 的 提 高 ， 可 以 購 置 一 批 精 度 高 、 性 能 強 的 數(shù) 控 化 車 床 ， 或 數(shù) 控 化 改 造 一 批 尚 有 一 定 精 度 的 臥 式 車 床 。 C6132車 床 改 造 屬 于 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 車 床 的 改 造 ， 主 要 針 對 進 給 系 統(tǒng) 進 行 數(shù) 控 化 改 造 ， 利 用 數(shù) 控 系 統(tǒng) 對 縱 向 和 橫 向 進 給 系 統(tǒng) 進 行 開 環(huán) 控 制 ， 驅(qū) 動 元 件 采 用 步 進 電 動 機 ， 通 過 步 進 電 動 機 帶 動 滾 珠 絲 桿 轉(zhuǎn) 動 。 數(shù) 控 化 改 造 后 的 機 床 ， 能 對 縱 向 和 橫 向 進 給 運 動 進 行 數(shù) 字 控 制 ， 并 要 求 達(dá) 到 縱 向 最 小 運 動 單 位 為 0.01mm/脈 沖 ， 橫 向 最 小 運 動 單 位 0.005mm/脈 沖 ， 刀 架 為 自 動 轉(zhuǎn) 位 刀 架 ， 經(jīng) 改 裝 后 的 機 床 能 實 現(xiàn) 加 工 外 圓 、 錐 度 螺 紋 、 端 面 等 的 自 動 控 制 。 數(shù) 控 化 改 造 提 高 了 原 機 床 的 生 產(chǎn) 速 度 ， 降 低 了 勞 動 強 度 ， 同 時 縮 短 了 生 產(chǎn) 周 期 ， 提 高 了 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和 生 產(chǎn) 率 。 數(shù) 控 化 改 造 后 具 有 如 下 幾 個 優(yōu) 越 性 ： 1、 數(shù) 控 化 改 造 提 高 了 加 工 精 度 和 生 產(chǎn) 率 。 2、 數(shù) 控 化 改 造 提 高 了 機 床 的 性 能 和 質(zhì) 量 ， 加 工 出 原 機 床 難 以 加 工 或 者 不 能 加 工 的 復(fù) 雜 軸 類 零 件 。 3、 機 床 數(shù) 控 化 改 造 后 可 以 實 現(xiàn) 加 工 的 柔 性 自 動 化 ， 效 率 可 比 原 機 床 提 高 3倍 。 4、 機 床 數(shù) 控 化 改 造 后 擁 有 自 動 報 警 、 自 動 監(jiān) 控 、 自 動 補 償 等 多 種 自 檢 功 能 ， 更 好 地 調(diào) 節(jié) 了 機 床 加 工 狀 態(tài) ， 還 可 以 提 示 操 作 機 床 故 障 或 編 程 錯 誤 等 機 床 運 行 中 出 現(xiàn) 的 問 題 。 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 2 第 一 章 總 體 方 案 設(shè) 計 1.1 設(shè) 計 任 務(wù) 這 次 設(shè) 計 的 任 務(wù) 是 ： 數(shù) 控 化 系 統(tǒng) 的 選 型 ， 伺 服 系 統(tǒng) 、 機 械 傳 動 系 統(tǒng) 、 電 氣 系 統(tǒng) 數(shù) 控 化 改 造 和 液 壓 部 分 的 維 護 以 及 繪 制 相 關(guān) 圖 樣 。 要 求 改 造 車 床 具 有 一 般 數(shù) 控 車 床 的 性 能 ， 設(shè) 計 內(nèi) 容 包 括 ： 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 選 型 ， 伺 服 系 統(tǒng) 、 機 械 系 統(tǒng) 和 電 氣 系 統(tǒng) 的 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計 ， 自 動 回 轉(zhuǎn) 刀 架 和 編 碼 盤 的 選 型 與 改 裝 ， 以 及 液 壓 系 統(tǒng) 的 清 潔 與 維 護 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 方 面 ， 考 慮 到 直 流 伺 服 電 動 機 的 價 格 昂 貴 ， 采 用 步 進 電 動 機 驅(qū) 動 的 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ， 而 在 機 械 系 統(tǒng) 的 改 造 方 面 ， 采 用 步 進 電 動 機 -減 速 齒 輪 -滾 珠 絲 杠 螺 母 副 -小 滑 板 的 傳 動 方 式 。 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) ： 最 大 加 工 直 徑 ： 床 身 上 ： 320mm 床 鞍 上 ： 165mm 最 大 加 工 長 度 ： 1000mm 溜 板 及 刀 架 重 量 ： 縱 向 ： 800N 橫 向 ： 400N 刀 架 快 速 ： 縱 向 ： 2m/min 橫 向 ： 1m/min 最 大 進 給 速 度 ： 縱 向 ： 0.6m/min 橫 向 ： 0.3m/min 最 小 分 辨 率 ： 縱 向 ： 0.01mm 橫 向 ： 0.005mm 定 位 精 度 : 0.01 主 電 機 功 率 : 4KW 啟 動 加 速 時 間 : 25ms 機 床 的 數(shù) 控 化 改 造 主 要 應(yīng) 用 了 現(xiàn) 代 成 熟 的 數(shù) 控 技 術(shù) 和 經(jīng) 驗 ， 以 適 應(yīng) 生 產(chǎn) 的 具 體 要 求 為 目 的 ， 改 變 現(xiàn) 有 機 床 的 結(jié) 構(gòu) ， 給 舊 機 床 換 上 新 部 件 、 新 裝 置 和 新 附 件 ， 提 高 現(xiàn) 有 機 床 的 技 術(shù) 性 指 標(biāo) ， 使 之 全 部 或 局 部 達(dá) 到 新 數(shù) 控 機 床 的 水 平 。 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 3 1.2 總 體 方 案 的 擬 定 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 4 結(jié) 論 為 了 使 改 造 后 的 機 床 有 較 高 的 開 動 率 和 精 度 保 持 性 ， 出 盡 可 能 的 減 少 電 器 和 機 械 故 障 的 同 時 ， 應(yīng) 充 分 考 慮 機 床 零 部 件 的 耐 磨 性 ， 尤 其 是 機 床 導(dǎo) 軌 的 耐 磨 性 。 當(dāng) 前 國 內(nèi) 臥 式 車 床 的 床 身 等 大 件 都 采 用 普 通 鑄 鐵 ， 而 拖 板 也 是 普 通 鑄 鐵 ， 其 摩 擦 因 數(shù) 較 高 ， 為 了 提 高 機 床 的 動 載 性 能 ， 減 少 摩 擦 力 ， 在 改 造 中 采 用 了 在 機 床 滑 板 導(dǎo) 軌 上 貼 聚 四 氟 乙 烯 軟 帶 的 辦 法 ， 大 大 減 少 了 摩 擦 阻 力 ， 提 高 了 防 爬 、 耐 磨 、 消 振 吸 聲 的 能 力 。 C6132 臥 式 車 床 改 造 后 ， 實 現(xiàn) 了 開 環(huán) 數(shù) 控 自 動 化 加 工 ， 大 大 提 高 了 加 工 功 效 ， 增 強 了 其 實 用 性 ， 穩(wěn) 定 了 零 件 的 加 工 質(zhì) 量 ， 并 保 留 了 原 機 床 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 和 部 分 工 作 性 能 ， 能 節(jié) 約 資 金 、 縮 短 生 產(chǎn) 周 期 ， 是 工 廠 進 行 機 械 設(shè) 備 技 術(shù) 化 改 造 的 趨 勢 。 在 設(shè) 計 過 程 中 ， 我 本 著 認(rèn) 真 刻 苦 的 態(tài) 度 去 學(xué) 習(xí) 設(shè) 計 步 驟 、 方 法 、 以 及 經(jīng) 驗 ， 但 是 由 于 該 設(shè) 計 許 多 方 面 的 細(xì) 節(jié) 問 題 涉 及 面 太 廣 ， 由 于 本 人 知 識 面 和 能 力 都 極 其 有 限 ， 同 時 由 于 時 間 倉 促 ， 因 此 不 能 科 學(xué) 詳 盡 的 做 出 正 確 的 選 擇 與 判 斷 ， 所 以 設(shè) 計 中 難 免 出 現(xiàn) 一 些 錯 誤 。 雖 然 有 些 不 足 和 遺 憾 ， 但 是 總 的 來 說 ， 該 設(shè) 計 還 是 比 較 成 功 的 。 基 本 上 完 成 了 這 臺 臥 式 車 床 的 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計 ， 能 實 現(xiàn) 預(yù) 期 的 所 有 功 能 ， 成 功 的 完 成 了 老 師 布 置 的 任 務(wù) 。 不 夠 完 善 的 地 方 還 望 各 位 老 師 同 學(xué) 不 吝 賜 教 ， 敬 請 斧 正 。 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 5 參 考 文 獻 1 羅 永 順 主 編 .機 床 數(shù) 控 化 改 造 技 術(shù) M .北 京 :機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2007. 2 陳 嬋 娟 主 編 .數(shù) 控 車 床 設(shè) 計 M .北 京 ： 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ， 2006. 3 濮 良 貴 ， 紀(jì) 名 剛 主 編 .機 械 設(shè) 計 M .北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2006. 4 大 連 理 工 大 學(xué) 工 程 畫 教 研 室 編 機 械 制 圖 M 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2003. 5 鄭 堤 ， 唐 可 洪 主 編 機 電 一 體 化 設(shè) 計 基 礎(chǔ) M 北 京 ： 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 1997. 6 吳 宗 澤 ， 羅 圣 國 主 編 .機 械 設(shè) 計 課 程 設(shè) 計 手 冊 M .北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2006. 7 戴 曙 主 編 .金 屬 切 削 機 床 M .北 京 ： 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 1993. 8 機 械 設(shè) 計 手 冊 編 委 會 編 .機 械 設(shè) 計 手 冊 S .北 京 ： 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2004. 9 現(xiàn) 代 實 用 機 床 設(shè) 計 手 冊 編 委 會 編 .現(xiàn) 代 實 用 機 床 設(shè) 計 手 冊 S .北 京 ： 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2006. 10 楊 黎 明 主 編 . 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計 手 冊 S .北 京 ： 國 防 工 業(yè) 出 版 社 ， 1997. 11 哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) ， 天 津 大 學(xué) 主 編 機 床 設(shè) 計 圖 冊 S .上 海 科 學(xué) 技 術(shù) 出 版 社 ， 1979. 12 吳 宗 澤 主 編 .機 械 設(shè) 計 實 用 手 冊 S .北 京 ： 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ， 1999. 13 成 大 先 主 編 .機 械 設(shè) 計 圖 冊 S .北 京 ： 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ， 2000. 14 楊 寧 主 編 單 片 機 與 控 制 技 術(shù) M 北 京 ： 北 京 航 空 航 天 工 業(yè) 出 版 社 ， 2005. 15 孫 和 寧 ， 楊 寧 主 編 單 片 微 機 原 理 與 接 口 技 術(shù) M 北 京 ： 冶 金 工 業(yè) 出 版 社 ， 1998. 集 美 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 6 致 謝 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 ， 我 在 王 敏 老 師 的 指 導(dǎo) 下 第 一 次 獨 立 完 成 的 ， 通 過 本 次 設(shè) 計 ， 不 僅 檢 驗 了 我 大 學(xué) 四 年 來 知 識 積 累 的 程 度 ， 而 且 豐 富 了 我 在 實 際 設(shè) 計 中 的 經(jīng) 驗 ， 更 是 對 我 設(shè) 計 理 念 的 一 次 全 面 升 華 。 在 這 一 個 學(xué) 期 的 設(shè) 計 過 程 中 ， 我 們 得 到 了 王 敏 老 師 的 大 力 支 持 和 幫 助 ， 在 設(shè) 計 過 程 中 他 不 知 疲 倦 、 不 厭 其 煩 的 給 我 們 分 析 和 講 解 ， 也 給 我 們 灌 輸 了 一 些 先 進 的 設(shè) 計 方 法 和 設(shè) 計 理 念 ， 使 我 們 大 受 裨 益 。 在 此 ， 我 中 心 地 向 王 敏 老 師 表 示 感 謝 。 同 時 我 也 得 到 了 我 們 學(xué) 院 很 多 老 師 和 同 學(xué) 的 支 持 和 幫 助 ， 在 此 ， 我 一 同 表 示 衷 心 的 感 謝 。