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摘 要
购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高,许多企业在短时间内无法实现,这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床数控化改造,不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径,提升企业竞争力,在我国成为制造强国的进程中,占有一席之地。本文的主要内容有:
1.对普通车床数控化改造经济性评价详细论证,确定普通车床数控化改造方案;
2.对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计,支承方式的设计与轴承型号选择,步进电机选择等进行了详细研究;
3.对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较,根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号,提出选择方法;
4.为保持切削螺纹的功能,仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型,脉冲发生器直接与主轴间连接方法,并形成了相应的技术图;
5.拆卸普通机床,甩掉原有进给箱等,对主传动系统的进行大修,滑板贴塑与铲刮调试,对机床相关部件和参数进行测绘、测量;
6.绘出相应的零件图和装备图;
7、给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。
关键词:普通车床、数控、改造
Abstract
Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises’ equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises’ competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country. The main contents is:
1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle.
2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motor of feeding system is designed.
3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming.
4. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a technique diagram.
5. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe.
6. Draw out parts diagrams and assemble diagram.
7 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.
Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform
目 录
摘 要II
AbstractIII
目 录IV
第1章 绪 论1
1.1 课题研究的意义1
1.2 数控机床的发展趋势和研究方向1
1.2.1 高速度、高精度化2
1.2.2多功能化3
1.2.3智能化4
1.2.4数控系统小型化5
1.2.5数控编程自动化5
1.2.6更高的可靠性5
1.3 机床数控改造的意义6
1.4 本课题研究的参数要求7
第2章 总体方案设计8
2.1数控车床的总体任务8
2.2运动系统方案确定8
2.2.1伺服系统的选择8
2.2.2传动方式的选择8
2.3数控系统电路原理图设计9
2.4数控系统硬件结构9
2.5数控系统软件结构10
第3章 纵向进给伺服进给结构设计11
3.1 确定脉冲当量11
3.2 切削力的计算11
3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型12
3.3.1 精度的选择12
3.3.2丝杠导程的确定12
3.3.3 最大工作载荷的计算13
3.3.4 最大动载荷的计算13
3.3.5 滚珠丝杠螺母副的选型14
3.3.6 滚珠丝杠副的支承方式14
3.4.3 传动效率的计算15
3.3.8 刚度的验算15
3.3.9 稳定性校核16
3.3.10 临界转速的验证16
3.4 齿轮传动的计算17
3.5 步进电动机的选择17
3.6导轨的特点20
第4章 横向进给伺服进给结构设计24
4.1切削力的计算24
4.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型24
4.2.1 最大工作载荷的计算24
4.2.2 最大动载荷的计算24
4.2.3滚珠丝杠螺母副的选型25
4.2.4 滚珠丝杠副的支承方式25
4.2.5 传动效率的计算25
4.2.6 刚度的验算25
4.2.7 稳定性校核26
4.2.8临界转速的验证26
4.3 进给伺服系统传动计算27
4.3.1确定传动比27
4.3.2齿轮参数的计算27
4.4.步进电机的计算和选用27
4.4.1转动惯量的计算27
4.4.2电机力矩的计算29
4.5步进电机的选择31
第5章 单片机控制应用系统电路设计32
5.1硬件电路设计32
5.1.1 数控系统的硬件结构32
5.1.2 数控系统硬件电路的功能32
5.2关于各线路元件之间线路连接33
5.3.关于电路原理图的一些说明34
参考文献37
致 谢38
第1章 绪 论
1.1 课题研究的意义
机床是装备制造业的工作母机,是实现制造技术和装备现代化的基石。数控机床是一种高效率、高精度,能保证加工质量,解决工艺难题,而且又有一定柔性的生产设备。自五十年代末世界上第一台数控机床在美国研制成功的半个多世纪以来,数控技术正在发生根本性变革,由专用封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在美国、日本和德国等发达国家,他们的机床改造作为新的经济增长行业,正处在黄金时代,由于技术的不断进步,机床改造是个永恒的课题。在国内,机床的数控化改造是发展我国数控设备的一个重要方面。
车床是金属切削加工最常用的一类机床,它能够加工内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹等。普通车床由于造价低廉在我国运用十分广泛,但是因为其进给轴不能联动,切削次序需要人工控制,致其效率低下并且无法加工复杂的回转零件。对普通车床的数控化改造,主要是将纵向和横向进给系统改成用单片机控制的并能独立运动的进给伺服系统;将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。这样,利用数控装置,车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。
数控车床针对性高,专业性强,可以加工出普通车床加工不了的曲线、曲面等复杂零件。加工精度高,尺寸分散度小,易于装配。可以实现多工序集中加工,提高了相关加工精度,同时减少被加工零件在机床间的频繁搬运。拥有自动补偿等功能,简化了传统机床加工工艺中的工序,机床利用率大幅度提高。由于采用自动化加工技术,可大大降低操作者的劳动强度,减少废品的产生,提高工作效率。另外其改造成本同购置新机床相比,节省的费用十分可观,国产数控机床价格也要4~8万元,进口机床有的近20万元,而对普通车床进行数控化改造也能满足实际生产要求,其改造费用仅2~3万元,非常符合我国国情。
1.2 数控机床的发展趋势和研究方向
随着科学技术的发展,世界先进制造技术的兴起和不断成熟,对数控加工技术提出了更高的要求,超高速切削、超精密加工等技术的应用,对数控机床的数控系统、伺服