ca6140车床经济型数控改装设计开题报告

湖南人文科技学院 本科生毕业设计档案材料 题 目： CA6140车床经济型数控改装设计 学生姓名： 李磊 学号 10428132 系 部： 机电工程系 专业年级： 机械 2010 级 指导教师： 聂时君 湖南人文科技学院教务处制 一、毕业设计开题报告书 （一） 、选题的根据：1）本选题的理论、实际意义 2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解 一：理论、实际意义 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 11.34 万台，即我国机床 数控化率不到 3。近 10 年来，我国数控机床年产量约为 0.60.8 万台，年产值约 为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10 年以上的占 60%以上，10 年以下的机床中，自动/半自动的机床不到 20%（美国和日本自动/半自动机床占 60%以 上） 。可见我国的大多数制造行业和企业的生产和制造大多数还是依靠传统的普通机床。 这种传统机床加工出来的产品质量差、品种少、档次成本高。 随着制造业的迅猛发展，企业要在激烈的市场竞争中生存和发展，就需要以最低的 价格，最好的质量和最短的时间去生产满足市场的产品。因此，提高企业加工制造装 备的数控化率则是主要途径。但是，由于我国的大部分企业自身的资金问题，要进行 大规模添置或更换新型的数控机床还比较困难。加之替换下来的机床闲置会造成资源 的浪费。所以，普通机床的数控化改造便成为企业提高其数控化率的有效途径。 二：国内外对本选题的研究动态及自己的见解 机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机 技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性 自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投 入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中， 数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新 技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、 集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用 型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。在集成化基础 上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、 模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过 程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网 络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群 控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC 只能作为非智能的机床 运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工 前用手工方式或通过 CAD/CAM 及自动编程系统进行编制。CAD/CAM 和 CNC 之间没有反 馈控制环节，整个制造过程中 CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及 多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、 切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素 实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正 CAD/CAM 中的设定量，因而影响 CNC 的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统 CNC 系统的这种固定程序控制模式 和封闭式体系结构，限制了 CNC 向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造 过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。 自我见解 全功能的数控系统虽然功能丰富，但成本高，我国一般的中小型企业购置困难，但 是中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，进行数控化、自动化改造， 以提高生产效率。 目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下来 的机床闲置起来又会造成浪费，要解决这些问题，应走普通机床的数控改造之路。从 美国、日本等国家工业化进程看，机床的数控改造也必不可少，数控改造机床占有较 大比例。如日本的大企业中有 26%的机床经过数控改造，中小企业则是 74%，在美国有 许多数控专业化公司，为世界各地提供机床数控改造服务。因此，普通机床的数控改 造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小企业更是如此。 （二） 、研究内容： 本选题主要内容是针对 CA6140 普通车床的组成和工作原理，将其改造成经济型 数控车床，要求该车床具有切削螺纹的功能，纵向和横向具有直线和圆弧插补功能并 且完成数控系统运动方式的确定，伺服进给系统机械部分的设计计算，数控系统硬件 电路总体方案的确定。 本研究的内容具体如下 1、我国及世界目前关于 CA6140 车床经济型数控改装设计的研究动态 2、CA6140 车床经济型数控改装设计研究的前景 3、CA6140 车床经济型数控改装设计的主要设计方案 4、绘制进给伺服机构装配图 5、按照总体方案及机械机构的控制要求，确定硬件电路方案，并绘制控制系统的 结构框图。 （3） 、研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法和技术路线： 通过对 CA6140 普通车床的组成和原理分析然后根据以下技术路线： (1)纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。 (2)纵向和横向步进电机的选择。 (3)主轴交流伺服电机的选择与校核。 (4)其他元件的选择。 从而使 CA6140 普通车床达到经济型数控改装。 实验方案： 设计属经型控改，基原则是在足使用要求的前提下，对车床的改动尽可能少。总体方 案为（方案设计图见图 1）: 选用 Z80 单板机作为控制微机的步进电机开环控制系统，由于要加工直线、圆弧，所 以采用连续控制方式。微机选用 TP 一 80lA 机芯。键盘输入零件加工程序。设 8 位数 码管显示工作状态和加工中的有关参数，工作前用波段开关选择编辑、手动、自动三 档。微机对数据进行计算处理，由 I/0 接口输出步进脉冲。 纵向进给机构的改造:由于用步进电机作驱动元件，所以要拆除原车床上的进给箱、溜 板箱、刀架光杆、操作杆等，用滚珠丝杠螺母副代替原梯形螺纹丝杠螺母副。 滚珠丝杠仍安装在原梯形丝杠的位置上，两端采用滚动轴承固定，减速机端的固定仍 采用原方式。由于滚珠丝杠的摩擦因数小于原丝杠，使纵向进给整体刚度增加。齿轮 箱固定在尾座端床身上。横向进给机构保留手动机构，用于微进给及手动操作，原来 支承结构亦保留，步进电机及减速箱体安装在车床后侧。 为了便于安装滚珠丝杠副，丝杠轴不是整体的，而是分移式的，用套筒刚性联接。在 拖板上，将原四方刀架改为四工位可编程自动转位刀架。 溜板箱上安装了纵、横向快速进给按钮和急停按钮，以适应机床调整时的操作需要和 意外情况时紧急停车。 纵横向进给机构都采用一级齿轮减速，用错齿法消除间隙。 主轴系统保留原车床主轴部件，但在主轴上另外安装主轴脉冲发生器，以便实现螺纹 加工。根据最大动负荷的值，并考虑原车床丝杠尺寸为 T40x12，选取滚珠丝杠直径为 40mm，型号为 CD40x6 一 3.5 一 E2，其额定动载荷是 19kN，强度足够。 为满足最小步距要求，电动机选用三相二拍工作方式，通过转矩与工作频率的综合考 虑，选用 lloBFoo3 型直流步进电机。 图 1.数控车床改造的方案的总体设计图 知识理论可行性：在完成整个改装方案设计时，利用所学的自动控制理论，经过 大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。其改造涉及到 机械、电气、计算机等领域，理论深、实践强。改造过程中，机械修理与电气改造相 结合，先易后难、先局部后全局。 技术可行性：针对 CA6140 车床进行了主传动系统和进给伺服系统的数控化改造设 计，同时对自转位刀架进行了探索和设计。改造后的车床结构简单，精度高，刚性好， 并且具有程序化自动加工功能 。 。 （4）进度安排和采取的主要措施 第一阶段：（2013.10.20-2013.12.5）根据任务书查阅有关资料，完成开题报告 和文献综述。 第二阶段：（2013.12.6-2013.1.20）了解电机各种故障，并分析原因，构思、设 计方案，进行系统硬件设计并绘制电路图达到设计要求。 第三阶段：（2014.1.21-2014.4.1）进行系统软件设计和编写程序达到设计要求。 第四阶段：（2014.4.2-2014.5.5）写好并修改好毕业设计稿，并交与老师修改。 第五阶段：（2014.5.6-2014.6.2）整理文档与设计答辩。 （五） 、主要参考文献 1 罗永顺,曾伟民,甄任贺. 普通机床数控化改造设计中关键问题的研究 J. 机床与液压. 2005(06). 2 金捷,万胜前. 普通机床数控化改造设计J. 机械研究与应用 . 2005(02). 3 朱德荣,任德志. 数控改造的应用与发展J. 机床电器. 2004(01). 4 罗隆满. 普通机床数控化改造的刚度要求J. 制造技术与机床 . 2003(11). 5 黄祖尧. 精密高速滚珠丝杠副的最新发展及其应用J. 航空制造技术. 2003(04). 6 陈艳红,韩洪涛. CA6140 型车床的数控改造与实践 J. 机床与液压. 2002(05) 7 廖兆荣主编. 数控机床电气控制M. 高等教育出版社 , 2005. 8 周涛. 基于单片机的 CA6140 型机床的数控改造D. 西安工业大学 2011. 9 王国明. CA6140 型车床的数控化改造 D. 山东轻工业学院 2012. 10 漆兰钢. XK8170 数控万能工具铣床的电气设计D. 西安理工大学 2007. 11 王文熙.机床数控调节技术M. 北京: 中国科学技术出版社,1992.7 12 王润孝.机床数控原理与系统M. 西安: 西北工业大学出版社,1993.5 （六） 、毕业设计开题指导意见：（对选题的评价、研究方案的设计及开题指导意见） 课 题 作者姓名 所属系、专业、年级 机电系机械专业 2010 级 开题时间 预计字数 指导教师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日 指导小组意见： 负责人签名： 年 月 日 二、毕业设计成绩评审表 （一）指导教师评审用表 评价 项目 评价内容 满分 指导教师 评 分 01 选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求 5 02 题目的难易度 5 03 题目工作量 5 选题 质量 20% 04 题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 5 05 综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及 问题难易度） 10 06 应用文献资料的能力 5 07 实验（设计）能力 10 08 计算能力（数据运算与处理能力等） 5 09 外文应用能力 5 10 计算机应用能力 5 11 对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济 分析能力） 10 12 插图（或图纸）质量 5 13 撰写水平 10 14 实用性与科学性 5 15 规范化程度（设计栏目合理、SI 制的使用等） 5 能力 水平 80% 16 创见性（只分“ 有” 或“无” ） 5 总评分：_ 成绩等级：_ 指导教师评定意见： 指导教师签名： 年 月 日 注：1.评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分 90100 为优秀，8089 为良好，7079 为中等，6069 为 及格，60 分以下为不及格；2. 此表用于指导教师对毕业设计成绩的评定。 （二）评阅教师评审用表 评价 项目 评价内容 满分 评阅教师 评 分 01 选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求 5 02 题目的难易度 5 03 题目工作量 5 选题 质量 20% 04 题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 5 05 综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及 问题难易度） 10 06 应用文献资料的能力 5 07 实验（设计）能力 10 08 计算能力（数据运算与处理能力等） 5 09 外文应用能力 5 10 计算机应用能力 5 11 对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济 分析能力） 10 12 插图（或图纸）质量 5 13 撰写水平 10 14 实用性与科学性 5 15 规范化程度（设计栏目合理、SI 制的使用等） 5 能力 水平 80% 16 创见性（只分“ 有” 或“无” ） 5 总评分：_ 成绩等级：_ 评阅教师评阅意见： 评阅教师签名： 年 月 日 注：1.评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分 90100 为优秀，8089 为良好，7079 为中等，6069 为 及格，60 分以下为不及