數(shù)控專業(yè)畢業(yè)論文

1、<p>　　河北機電職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文</p><p><b>　　數(shù)控專業(yè)畢業(yè)論文</b></p><p>　　16 屆 機 械 工 程 系</p><p>　　專 業(yè)：機電設備維修與管理</p><p>　　學 號： 021223130124 </p>

2、<p>　　學生姓名： 王 建 </p><p>　　指導老師： 董 建 榮 </p><p>　　完成日期 2016 年 6 月 22 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)控技術水平的高低和數(shù)控設備擁有的多少已

3、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。</p><p&g

4、t;　　數(shù)控機床的優(yōu)點：具有高度柔性，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)率高，可加工形狀復雜的零件，改善勞動條件，利于生產(chǎn)管理和機械加工自動化的發(fā)展。</p><p>　　普通機床的缺點：普通機床靠齒輪和普通絲杠螺母傳動。由于各運動副間存在間隙，加上手工操作不準確，因此重復精度較低。普通機床測量時需停車后手工測量，測量誤差較大，而且效率低下。適合批量較小，精度要求不高，零活類零件。它投資較數(shù)控低，但對工人的操作

5、技能要求較高，因此工資水平高。</p><p>　　在數(shù)控機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必制造、更換許多工具、夾具，不需要經(jīng)常調(diào)整機床。因此，數(shù)控機床適用于零件頻繁更換的場合。也就是適合單件、小批生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了生產(chǎn)準備周期，節(jié)省了大量工藝設備的費用。</p><p>　　關鍵字：數(shù)控化、改造、意義、普通車床</p><p>&l

6、t;b>　　目錄</b></p><p>　　緒論................................................................................................3</p><p>　　一．數(shù)控機床改造的背景和意義........................................

7、..................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.1 數(shù)控機床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀....................................................6</p><p>　　1.1.1 車床數(shù)控化改造的意義.................................................7</p>

8、<p>　　1.1.2 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點...........................................8</p><p>　　1.2 數(shù)控化改造的內(nèi)容..............................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　1.3 機床數(shù)控化改造的必

9、要性.....................................................10</p><p>　　二．車床數(shù)控改造的構思與方案.........................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2.1 改造任務............................

10、............................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2.2 改造方案的論證................................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2.3 改造方案的確定........................

11、........................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　三．主要結構的數(shù)控改造方法............................................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造...............................

12、.................................錯誤!未定義書簽。</p><p>　　3.2 縱向（Z向）進給系統(tǒng)的改造.................................................18</p><p>　　3.3 橫向（X向）進給系統(tǒng)的改造.............................................

13、....21</p><p>　　3.4 刀架..............................................................................21</p><p>　　3.5 主軸傳動系統(tǒng)的改造...........................................................22</p

14、><p>　　3.5.1改造思路........................................................................22</p><p>　　3.6 滑動導軌副的改造..............................................................22</p><p>

15、;　　四．安全防護...............................................................................22</p><p>　　4.1 硬防護.............................................................................22</p><p>

16、　　4.2 軟防護.............................................................................23</p><p>　　五．總結.....................................................................................23</p><p&

17、gt;　　參考文獻............................................................................25 </p><p>　　致謝.................................................................................26 </p><p>

18、;<b>　　緒論</b></p><p>　　隨著社會生產(chǎn)和科學技術的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高。產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此對機床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應能迅速地適應產(chǎn)品零件的變換，生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機床的產(chǎn)生。</p><p>　　數(shù)控機床是指機床的操作命令以數(shù)值數(shù)字的形式描述工作過程按規(guī)定的程序自動進行的機床。隨著微電子技術，特別

19、是計算機技術的發(fā)展，數(shù)控機床迅速地發(fā)展起來。</p><p>　　盡管數(shù)控機床可以較好地解決形狀復雜、精密、小批量多品種零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是目前我國在役機床總量約380萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)只有11萬多臺，數(shù)控機床占有率不足3％，而一些工業(yè)發(fā)達國家早已達到20％以上。我國是制造大國，但不是制造強國。機械制造業(yè)水平與發(fā)達國家相比相對落后，設備陳舊，技術水平差距大，國際競爭力弱，影響了生

20、產(chǎn)力的發(fā)展。逐步提高數(shù)控機床的占有率已經(jīng)成為我國制造技術發(fā)展的總趨勢。提高機床數(shù)控率有兩個途徑：一是增加新的數(shù)控機床，價格昂貴，一次性投資大，目前各企業(yè)均有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床替代是根本不可能的；二是對舊機床進行數(shù)控化改造。我國是一個機床擁有量極大的國家，但大部分機床服役齡較長，采取對舊機床進行改造來提高設備的先進性和數(shù)控化率，是一個極其有效和實用的途徑，是企業(yè)必走之路。</p><p>　　制造技術和

21、自動化水平的高低己成為一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志，而其中最具代表性的就是數(shù)控機床。我國現(xiàn)正處于從以勞動密集型產(chǎn)業(yè)為主向以技術密集型產(chǎn)業(yè)為主的發(fā)展階段，對自動化設備的需求會越來越大、越來越積極。利用現(xiàn)有普通車床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺高效、多功能的數(shù)控車床，是一種盤活資金的有效途徑，也是低成本實現(xiàn)自動化的行之有效的方法。因為一方面我國普通車床保有量大，要將普通車床淘汰掉是不經(jīng)濟、也不現(xiàn)實的做法；另一方面，從我國目前生產(chǎn)狀況

22、來看，仍然以生產(chǎn)普通車床為主，普通車床的數(shù)控化改造將會長期存在，并會不斷的發(fā)展。</p><p>　　第1章 數(shù)控機床改造的背景和意義</p><p>　　1.1 數(shù)控機床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量的需求,

23、而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓,國外機床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機床在我國市場的占有率僅達15%左右,而95年已達77%。嚴重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。</p><p>　　這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機床品種、性能和結構不夠先進,新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機床)的開發(fā)周期長,從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這

24、個問題反映在下列五個方面:</p><p>　　(1) 我國機床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個月,其中設計時間約為5～8個月,占總周期的40%左右。而國外一些先進機床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個月,其中設計約1.5～2個月,只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設計所占的時間比例均與國外先進水平有很大的差距。</p><p>　　(2) 我國工廠由于缺乏設計的科學分析工

25、具(如分析和評價軟件、整機結構有限元分析方法以及機床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設計,使設計一次成功的把握性降低,往往需要反復試制才能定型,從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。</p><p>　　(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求,這就需要迅速變型設計和修改相應的圖紙及技術文件。在國外,這項修改工作在計算機的輔助下一般僅

26、需數(shù)天至一周,而在我國機床廠用手工操作就至少需1～2個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門,常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。</p><p>　　(4) 現(xiàn)在我國工廠設計和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗不足, 又擔負著開發(fā)的重任。</p><p>　　(5)由于長期以來形成的設計、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方

27、面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復修改,延長了開發(fā)的周期。</p><p>　　為解決這些問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應用計算機技術,發(fā)展優(yōu)化和仿真技術,提高產(chǎn)品結構性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益。</p>

28、;<p>　　1.1.1 車床數(shù)控化改造的意義</p><p>　　我國現(xiàn)在擁有數(shù)量多達300多萬臺的通用機床，其中大部分機床的加工精度、生產(chǎn)率和自動化程度與先進設備相比不高，要想在幾年內(nèi)大量地用數(shù)控機床來更新，無論在資金上還是技術力量上都是難以實現(xiàn)的。但如果利用數(shù)控技術根據(jù)需要對現(xiàn)有機床加以改造，不僅能實現(xiàn)機床的自動化，提高機床的加工精度，而且投資少、見效快，適合我國的生產(chǎn)力水平。因此，利用數(shù)控

29、技術改造舊設備已成為我國推廣全功能數(shù)控機床的過渡手段。其具有以下的幾點意義：</p><p>　　1.有利于企業(yè)技術的提高，成本的節(jié)約</p><p>　　數(shù)控機床與普通機床相比，有很大的優(yōu)勢，數(shù)控機床具有高度柔性，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)率高，改善勞動條件，利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化；而普通機床精度低，效率低，適合批量較小，精度要求不高，零活類零件。它投資較數(shù)控低，但對工人的操作技能

30、要求較高，因此工人工資水平高。這樣會大大的加大企業(yè)的支出，對企業(yè)的收入也是有所影響的。2.有利于企業(yè)經(jīng)濟開支的節(jié)約</p><p>　　數(shù)控化改造一般用戶都能承擔的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術改造開辟了新路,也對實力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。由于新型機床價格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機床設備全部用新型機床替換。要花費大量的資金,而替換下的機床又會閑置起來造成巨大浪費,若采用數(shù)控技術對舊機床加以

31、改造和購買機床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能裝置的1/3到1/5。</p><p>　　3.有利于數(shù)控化市場的擴大</p><p>　　訂購新的數(shù)控機床的交貨周期一般較長,往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機床能夠適應市場對產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應用,機床的數(shù)控化改造已成為滿足市場需求的主要補充手段,對中、小型企業(yè)來說是十分理想的

32、選擇。</p><p>　　4.有利于企業(yè)生產(chǎn)的擴大</p><p>　　在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中,中小批量甚至單件生產(chǎn),個性化的產(chǎn)品占有相當大的比重,尤其是我國加入世貿(mào)組織后,成為世界性的加工基地,產(chǎn)品出口的增長迅速,從低附加值、勞動密集型產(chǎn)品逐步過度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數(shù)控機床起了重要的作用。數(shù)控機床是最能適應這種生產(chǎn)需要的。</p><p>　　

33、5.有利于企業(yè)的工業(yè)化水平的提高</p><p>　　以數(shù)控機床為代表的現(xiàn)代基礎機械是制造實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設備，數(shù)控技術水平的高低和機床的數(shù)控化率，數(shù)控設備的擁有量已成為衡量一個國家現(xiàn)代工業(yè)化水平的重要標志。</p><p>　　（6）有利于企業(yè)的多方面發(fā)展</p><p>　　數(shù)控技術用于機床的改造是建立在微電子技術與傳統(tǒng)技術相結合的基礎上，具有高可靠性、柔性

34、強，易于實現(xiàn)機電一體化、經(jīng)濟性可觀等特點。為此，在舊機床上進行數(shù)控化改造可以提高機床的使用性能、降低生產(chǎn)成本、用較少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.1.2 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點</p><p>　　機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一

35、代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結構的概念發(fā)生了根本的轉變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。 </p><p>　　數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位

36、置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。即通過簡單的數(shù)字化控制，來實現(xiàn)滿足要求的以及復雜的工序要求。 </p><p>　　數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： </p><p&

37、gt;　　(1) 適應性強，適合加工單件或小批量的復雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。 </p><p>　　(2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； </p><p>　　(3) 可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；</p><p>　　(4) 加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間；

38、</p><p>　　(5)機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高（一般為普通機床的3~5倍）；</p><p>　　(6) 機床自動化程度高，可以減輕勞動強度改善勞動條件； </p><p>　　(7) 對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術要求更高。數(shù)控機床一般由下列幾個部分組成： </p><p>　　a）主機，

39、他是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。</p><p>　　b）數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 </p><p>　　c）驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構的驅(qū)動部件，包括主

40、軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。</p><p>　　d）輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。</p>&

41、lt;p>　　e) 編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。</p><p>　　還具有良好的經(jīng)濟效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費用低；機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；可以采用最新的控制技術；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點。</p><p>　　1.2 機床數(shù)控化改造的必要性</p><p>　　我國目前機床總量

42、三百余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。而且機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10左右。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)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(shù)控化率，急待改造</p><p>　　經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改

43、造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經(jīng)濟型數(shù)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(shù)控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，比較符合我國的國情。</p><p>　　第2章 車床數(shù)控改造的構思與方案</p><p>　　對現(xiàn)有的普通車床進行數(shù)控化改造，主要應解決的問題是：如何將機械傳動的進給機構和手工控制的刀架轉位

44、進給部件改造成有數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。</p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控車床，主要依靠兩方面來保證和提高被加工零件的精度：一是系統(tǒng)的控制精度，二是機床本身的機械傳動精度。數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)，由于必須對X、Z軸進給位移的位置度同時實現(xiàn)自動控制，所以，數(shù)控車床與臥式車床相比，應具有更好的精度，以確保機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。</p><

45、p>　　2.1 車床機械結構改造的特點</p><p>　　2.1.1 縱向滾珠絲杠</p><p>　　縱向滾珠絲杠必須采用三點式支撐形式。步進電動機的布置，可放在絲杠的任一端。由于拆除了進給箱，可在原安裝進給箱處布置步進電動機和減速齒輪，也可在滾珠絲杠的左端設計一個專用軸承支撐座，而在絲杠托架處布置步進電動機和減速箱。機床改造常采用后一種布置方案。車床縱向傳動機構的布置如圖2-1

46、所示。</p><p>　　圖2-1 車床縱向傳動機構的布置</p><p>　　1. 縱向步進電機 2. 減速齒輪 3. 縱向滾珠絲杠 4. 工作臺 </p><p>　　5. 套筒聯(lián)軸器 6. 支撐軸</p><p>　　在絲杠的左端設計了一個專用軸承支撐座，采用一個軸套式滑動軸承作為徑向支撐，在滑動軸承的兩側分別布置一對推力

47、球軸承，承受兩個方向的軸向力。支撐短軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套連接起來。滾珠絲杠的右端通過連軸套和減速箱的輸出軸連接，在絲杠托架上布置一個軸套式滑動軸承作為徑向支撐，減速箱固定在絲杠托架上，滾珠絲杠的中間支撐為滾珠螺母，與床鞍直接連接。</p><p>　　2.1.2 橫向滾珠絲杠</p><p>　　橫向滾珠絲杠也采用三點支撐形式。步進電機一般都安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?，布置一根支撐

48、端軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原橫向進給絲杠的滑動軸套作為徑向支撐，并對原支撐處進行適當改裝，布置一對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支撐。在遠離操作者的一端，用一個連軸套和一根連接端軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。滾珠螺母直接固定在中滑板上。車床橫向傳動的支撐結構如圖2-2所示。</p><p><b>　　2.1.3導軌副</b></p><p>　　

49、為減少運動部件移動時的摩擦阻力，尤其是減少靜摩力，床鞍和刀架移動部件的導軌可粘貼摩擦因數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。</p><p>　　2.1.4主軸脈沖發(fā)生器</p><p>　　改造后的簡易數(shù)控車床需要自動加工螺紋時，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個主軸脈沖發(fā)生器，作為軸軸位置的信號反饋元件，目的是用來檢測主軸轉角的位置，并將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所需加工的螺距進行處理。

50、</p><p>　　2.1.5安裝電動卡盤</p><p>　　為了提高經(jīng)濟型數(shù)控車床的加工效率，還可以采用電動三爪自定心卡盤裝置。這種裝置也可以與數(shù)控裝置的收發(fā)信電路相匹配，實現(xiàn)自動夾緊、松開，提高加工過程的自動化程度。</p><p>　　2.2數(shù)控化改造對機械傳動系統(tǒng)的要求</p><p>　　數(shù)控化改造對機械傳動系統(tǒng)的要求為：<

51、;/p><p>　　1）盡量采用低摩擦的傳動副，如滾動導軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。</p><p>　　2）選用最佳的降速比，為達到數(shù)控機床所要求的脈沖當量，使運動位移盡可能地快速達到跟蹤指令的的要求。</p><p>　　3）盡量縮短傳動鏈以及用預緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度。</p><p>　　4）盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差

52、，如采用消除間隙的聯(lián)軸器和消除傳動齒輪間隙的機構等。</p><p>　　5）盡量滿足低振動和高可靠性方面的要求。為此應采用間隙小、傳動精度高、運動平穩(wěn)、效率高，以及傳遞轉矩大的傳動元件。</p><p>　　從應用的方面考慮，結合目前國內(nèi)大多數(shù)工礦企業(yè)的現(xiàn)狀，臥式車床改造以采用更換滾珠絲杠來代替原機床上的T形螺紋絲杠，也可對原機床上T形螺紋絲杠加以修復，但此時，必須相應修配與此相匹配的螺

53、母，盡量減小其間隙，提高其配合精度。</p><p>　　2.3 改造方案的確定</p><p>　　本次改造的普通車床型號為CA6140，長度750毫米。數(shù)控改造主要包括傳動系統(tǒng)的機械改造和數(shù)控裝置的設計。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，擬采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。通過控制縱、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

54、要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠；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。</p><p><b>　　2.2.1改造任務</b></p><p>　　本設計任務是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動

55、元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。 </p><p>　　2.2.2改造方案的確定</p><p>　　CA6140A車床主要用于對中小型軸類、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，實現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進給運動，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

56、主軸轉一轉，刀架移動一個加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對象。 </p><p>　　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手動控制

57、的轉位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動轉位刀架和自動進給的數(shù)控加工車床。 </p><p>　　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軸和Z軸步進電機，經(jīng)齒輪減速后，帶動滾珠絲杠轉動，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給運動。換刀指令通過刀架控制器控制三相電動機實現(xiàn)刀架自動轉位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。</p><p>　

58、　第3章 主要結構的改造方法</p><p>　　3.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　機床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機床的控制核心，隨著機床數(shù)控技術的不斷發(fā)展與進步，提高了數(shù)控機床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機床已在機械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。</p><p>　　目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、GSK9

59、80TD等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價格低廉、可靠性強、功能強大等特點。在對多家數(shù)控系統(tǒng)進行比較后!我們選擇了GSK980TD型數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機床應能長期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長期無故降連續(xù)運行。為保證機床長期可靠地運行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運行特性。</p><p>　　3.1.1電氣控制原理</p><p><b>　　1

60、、主軸控制系統(tǒng)：</b></p><p>　　主軸采用三相異步電機驅(qū)動由西門子440變頻器US控制，其動力由U、V、W三相電源經(jīng)變頻器US提供，主軸電機的正反轉由指令控制經(jīng)PLC輸出再經(jīng)變頻器US控制主軸電機的正反轉，主軸電機轉速由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)XS9口直接連到變頻器US控制電機轉速，若出現(xiàn)故障，則由變頻器US發(fā)出信號經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 </p>

61、;<p><b>　　控制原理圖如下： </b></p><p>　　2、Z軸進給伺服控制系統(tǒng)：</p><p>　　Z軸采用松下伺服電機驅(qū)動由松下伺服模塊控制（如圖3-2），其動力由R、S、T三相電源經(jīng)伺服模塊提供，伺服電機控制刀架的Z（縱向）進給與后退（正反轉）及進給速度與進給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30-XS33，若出現(xiàn)故障

62、，則由伺服模塊發(fā)出信號經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。</p><p>　　3、 X軸進給伺服控制系統(tǒng)：</p><p>　　X軸電機采用雷賽步進電機驅(qū)動（如圖3-2），由進給伺服模塊控制，其動力由+V1電源經(jīng)伺服模塊提供，步進電機控制刀架的X（橫向）進給與后退（正反轉）及進給速度與進給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30，若出現(xiàn)故障，則由

63、伺服模塊發(fā)出信號經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 </p><p>　　4、刀架控制電路： </p><p>　　刀架電機采用三相異步電機驅(qū)動由繼電器模塊控制（如圖3-3），刀架電機控制刀架的換刀（正反轉）及轉動角度指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，若出現(xiàn)故障，則由PLC發(fā)出信號輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。</p><

64、;p><b>　　5、光柵尺控制：</b></p><p>　　光柵尺通過測量反饋控制刀架進給與后退量的實際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)加工情況進行時時調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類型并在顯示器上報警顯示報警號。</p><p><b>　　第4章 安全防護</b></p>

65、;<p><b>　　4.1 硬防護</b></p><p>　　改造效果必須以安全為前提。在車床改造中要根據(jù)實際情況采取相應的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切削及硬粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。</p><p><b>　　4.2 軟防護</b></p><p&g

66、t;　　為了避免刀架縱向或橫向沖出工作臺需對其進行超程保護控制，其控制原理為： </p><p>　　1. 當向X軸正向移動時刀架撞到+M-SQX1限位開關電路切斷電源，使其斷電停車；當向X軸負向移動時刀架撞到+M-SQX2限位開關電路切斷電源，使其斷電停車；</p><p>　　2. 當向Z軸正向移動時刀架撞到+M-SQZ1限位開關電路切斷電源，使其斷電停車；當向Z軸正向移動時刀架撞到+

67、M-SQZ2限位開關電路切斷電源，使其斷電停車。</p><p>　　如果刀架超程要在超程按扭的配合下使其回到工作行程范圍內(nèi)，一旦操作不當或機床誤動作急停按扭可以使其在任何位置停止，這樣大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減小了費品率，且可以大幅度的提高工人的人身安全 。</p><p><b>　　第5章 總結</b></p><p>　　雖然本課題的

68、主要任務是完成對普通車床的數(shù)控化改造，但是，數(shù)控化改造并不是簡單的裝上數(shù)控裝置就行了，它是一項繁瑣的工作。我們的設計和改造任務主要包括主運動和進給運動的改造設計，通過改造使其具有數(shù)控機床的一般特性。</p><p>　　應該來說，對普通車床的數(shù)控化改造具有一定的經(jīng)濟性和可行性。目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成

69、本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)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(shù)控化率。</p><p>　　在設計過程中，我們也學到了很多東西，我們通過查閱大量的資料，把所學的知識應用到設計中，這樣既溫故了我們在大學期間所學的專業(yè)知識，又培養(yǎng)了我們一種獨立思考問題、解決問題的能力，對今后的工作必將產(chǎn)生深遠的影響。</p><p><

70、;b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的學習和設計過程，在老師的幫助下和指導下我按時完成了大學期間最后的一次學業(yè)任務，此刻我的心情是無比的激動并且復雜的?；仡櫘厴I(yè)設計的這段時間，我深深地感到雖然時間很短暫，但是收獲頗多。在這段時間，對給予我很大幫助的董老師表示深深地感謝，</p><p>　　本論文是在老師的悉心指導下完成的，從老師那里，我不僅學到了許

71、多書本上的知識，同時也學會了許多做人的道理。師恩厚重，學生將永遠銘記在心。在課題的研究期間和論文的撰寫過程中，老師傾注了大量的心血，才使得我能夠順利地完成各項工作，從最初論文的選題到最終斟字酌句的審閱，論文進行過程中的每一個環(huán)節(jié)，都傾注著老師辛勞的汗水，凝結著老師智慧的結晶。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、一絲不茍的工作作風、孜孜不倦的學習精神無不給我留下了深刻的印象，對我在學業(yè)上的嚴格要求和教誨的確使我受益非淺。而且，老師以他淵博的學識和前瞻的眼

72、光，為學生開闊了研究視野，豐富了專業(yè)知識。他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和謙遜無私的高尚品質(zhì)，一絲不茍的敬業(yè)精神，鞭策著學生不斷進取、前進。我堅信，這一切一切必將對我以后的學習、工作和生活產(chǎn)生深遠的影響。在此，學生向恩師謹致我最崇高的敬意和最誠摯的謝意。</p><p>　　再一次對所有給予過我關心和幫助的老師、同學、和朋友們致以深深的謝意!我相信，我將會以更大的熱情和信心投入到今后的學習中去，為了所有曾經(jīng)幫助過我的人們，我將

73、永遠努力，不斷進取！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 朱曉春主編，數(shù)控技術(第一版)，機械工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[2]徐贏.機械設計手則[M].北京：機械工業(yè)出版社.1991.9.</p><p>　　[3]寥效果，朱啟逑.數(shù)字控制機床[M].武漢：華中理工

74、大學出版社，1992. </p><p>　　[4]中國機械工業(yè)教育協(xié)會. 數(shù)控技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　[5]李宏勝主編，機床數(shù)控技術及應用，高等教育出版社，2001.</p><p>　　[6]朱文伯，笪文俊.西門子數(shù)控系統(tǒng)在機床改造中的應用[J].航空制造技術，1999，5：30-32</p><p&