3603 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計-橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計

3603 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計-橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計,臥式,車床,數(shù)控,改造,設(shè)計,橫向,進(jìn)給,系統(tǒng) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué) 生 姓 名： 王海鵬學(xué) 號：0501510138專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動化設(shè)計 (論文 )題目 ： 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計指 導(dǎo) 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(xiàn)綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3 “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)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(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15 篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊） ；4有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 740894數(shù)據(jù)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?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 本文闡述了機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性，機(jī)床改造的方案以及數(shù)控化改造的優(yōu)點。使其在生產(chǎn)過程中加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠，操作方便，性能價格比高。機(jī)床的數(shù)控化改造已成為一種趨勢。關(guān)鍵詞 機(jī)床 數(shù)控改造 橫向進(jìn)給隨著我國市場經(jīng)濟(jì)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(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對象時只需更換零件加工程序，無需對機(jī)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 1。 對于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機(jī)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(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑 2。1 機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性11 微觀看改造的必要性微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機(jī)有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 37 倍 3。由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化” 。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配” ?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床） ，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等 4。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元） 、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù) 5。12 宏觀看改造的必要性宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS 外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)） 、CIMS 等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化） ，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有1.9，而日本在 1994 年已達(dá) 20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 6,7。2 機(jī)床數(shù)控化改造的方案數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)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(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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量，以降低改造成本。改造中需要解決的問題是：將機(jī)械傳動部分的進(jìn)給和手動控制的刀架轉(zhuǎn)位改造成數(shù)控裝置控制的刀架自動轉(zhuǎn)位和自動進(jìn)給的數(shù)控加工車床。根據(jù)機(jī)床的有關(guān)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(jìn)行運算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過 I/O 接口輸出給 X 軸和 Z 軸步進(jìn)電動機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，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)縱向和橫向的自動進(jìn)給運動。換刀指令通過刀架控制器控制三相電動機(jī)實現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成車削功能，如圖 1 所示。圖 1 總體方案機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點：（1）恢復(fù)原功能，對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；（2）NC 化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC 機(jī)床、CNC 機(jī)；（3）翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進(jìn)行更新；（4）技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造 8,9。3 數(shù)控化改造的優(yōu)點(1) 減少投資額、交貨期短同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省 6080的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費用的 1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高 23 倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資 50左右 10。(2) 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。(3) 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負(fù)荷運轉(zhuǎn) 11。(4) 可充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。(5) 可以采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床 12。4 結(jié)束語經(jīng)數(shù)控化改造的機(jī)床就成為了數(shù)控機(jī)床，具有數(shù)控機(jī)床的特點，如數(shù)控機(jī)床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點。但是改造后的機(jī)床也具有一定的局限性，主要有機(jī)床原有結(jié)構(gòu)精度限制了改造后機(jī)床的加工精度和加工性能；機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)形式限制了改造后機(jī)床的加工范圍和數(shù)控化程度。這些不利條件最終影響了改造后機(jī)床的速度和精度 13。隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)整體水平的提高，數(shù)控系統(tǒng)的性能、伺服電動機(jī)及其驅(qū)動裝置等配套產(chǎn)品的性能也提高很多，對數(shù)控化改造中機(jī)床速度和精度的提高都非常有利。我國現(xiàn)有機(jī)床中,近幾年急需技術(shù)改造的約占 25%,這將蘊藏著無限商機(jī)。機(jī)床改造主要是采用數(shù)控和計算機(jī)控制技術(shù),我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展和機(jī)床數(shù)控化改造應(yīng)緊跟世界潮流,發(fā)展多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng),開發(fā)高速、高精度、高效加工中心等關(guān)鍵技術(shù),向智能化方向發(fā)展 14,15。參 考 文 獻(xiàn)1 閆素珍.聲發(fā)射技術(shù)及其應(yīng)用J.西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校校報,2002. 2 梁家惠,尹作友.聲發(fā)射儀器的發(fā)展J.無損檢驗，1998. 3 顧京.數(shù)控加工編程及操作M.北京:高等教育出版社,2002. 4 夏展宏.32 通道聲發(fā)射特征參數(shù)的實時提取J.無損檢驗,2003. 5 尹作友.聲發(fā)射采集系統(tǒng)的設(shè)計與研究J.遼寧工學(xué)院院報,2004.6 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計M.北京:人民郵電出版社,2005.7 楊綸標(biāo),高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001.8 王福泉,郝啟旺.變頻技術(shù)在空壓機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用J.電機(jī)技術(shù),2002.9 孫增圻.智能控制理論與技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2003.10 張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.11 李洪.實用機(jī)床設(shè)計手冊M.沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999.12 陳宏鈞,馬素敏.金屬速查速算手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994.13 范云漲,陳兆年.金屬切削機(jī)床設(shè)計簡明手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.14 王啟義,蔡群禮,胡寶珍.金屬切削機(jī)床設(shè)計M.沈陽:東北工學(xué)院出版社, 1989.15 黃祖德.機(jī)械設(shè)計M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1992. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告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：本課題要求在對臥式車床的改造任務(wù)和功能需求作出認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，做好總體改造方案設(shè)計及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計。具體內(nèi)容及要求如下：（1）調(diào)查研究、查閱及翻譯文獻(xiàn)資料，撰寫開題報告；（2）改造任務(wù)及功能需求分析；（3）總體改造方案的確定；（4）橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計；（5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書及使用說明書。相關(guān)設(shè)計技術(shù)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(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；（3）橫向最快的工進(jìn)速度：400mm/min，縱向最快的工進(jìn)速度：800mm/min；（4）換刀時刀架轉(zhuǎn)速：30r/min；（5）CNC 系統(tǒng)主 CPU 采用單片機(jī)。二、擬采用的研究手段（途徑）：由于該設(shè)計是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮具體方案時，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動盡可能少，以降低成本。（1）機(jī)械部分改造橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆掉原手動刀架和小拖板，安裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲桿、光桿進(jìn)給箱和溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；保留原手動機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，采用一級齒輪減速，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。（2）數(shù)控系統(tǒng)部分設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)按運動方式分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)(輪廓)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計要求，CA6140 車床要加工復(fù)雜零件輪廓，其各坐標(biāo)軸的運動有著確定的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)設(shè)計要求，本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。開環(huán)控制多用于負(fù)載變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中。采用簡易數(shù)控裝置，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)在微機(jī)控制下的自動加工。其工作原理是：根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，通過數(shù)控裝置上的鍵盤輸入微機(jī)，微機(jī)在監(jiān)控程序的管理下工作，并通過專用控制程序，把用戶加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號，經(jīng)驅(qū)動電路放大后驅(qū)動縱橫向二臺步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過機(jī)械接口傳動絲杠實現(xiàn)刀架縱、橫兩個方向的頻率。自動回轉(zhuǎn)刀架由單片機(jī)發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令，由自動刀架驅(qū)動電源驅(qū)動三相電機(jī)使刀架松開、抬起、旋轉(zhuǎn)后再自動鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換刀過程。該經(jīng)濟(jì)型微機(jī)橫向進(jìn)給系統(tǒng)擬采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件，改造方案如圖 1 所示。微機(jī)通過 I/O 接口發(fā)出驅(qū)動脈沖，經(jīng)過光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制線路，驅(qū)動控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號，并將該信號轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號，使步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動滾珠絲杠傳動，絲杠轉(zhuǎn)動使工作臺產(chǎn)生移動。圖 1 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖綜上所述，本設(shè)計改造的總體方案為：采用 MCS-51 單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級齒輪減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運動。數(shù)控改造后的車床不僅提高了原車床的精度和自動化程度，達(dá)到快速調(diào)整且仍能保持車床的通用性，而且提高了原車床的功能，利用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。光電隔離微機(jī)功率放大步進(jìn)電 機(jī)橫向工作臺xx 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1對“文獻(xiàn)綜述”的評語：該生通過閱讀與本課題相關(guān)的參考文獻(xiàn)，進(jìn)行了一定的總結(jié)，撰寫的本文獻(xiàn)綜述能夠反映“臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計”的課題背景以及相關(guān)知識，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達(dá)到了撰寫文獻(xiàn)綜述要求和目的，為畢業(yè)設(shè)計后期分析打下了良好的基礎(chǔ)。2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：“臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計期間完成，希望該生能獨立的進(jìn)行總體改造方案設(shè)計及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達(dá)到進(jìn)行科研訓(xùn)練和本科畢業(yè)設(shè)計的要求。指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日