X53K立式铣床纵向进给改造设计（全套含CAD图纸）
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s ve it it is It of is In “is is is to Its to An is a in to is to in A of is its a s is by B. of of R&D is of or of R&D is a of is of T to a be so be as In to a be to is of to it to of to in at is a of it of of is of is to to to in do a to to s a of of of to a of if be a is no of a be is to A to an be be or be of be is a a at It be if a be of of be to a of it is to in of by In is up to be It is is in of as be is a be to to if to be to is in to or to to is a a to or is to or to to is a be on 英文文献 翻译 学 生 姓 名： 学 院： 专业及班级 ： 学 号： 指导教师： 2011年 4月 25 日 机械工程英语 第 1课现代制造工程 也许你从来没有想过这个问题之前，但它是你周围的一切。它影响着你生活的一部分。是什么呢？在这种情况下， “它 ”是制造业。其实 “制造 ”是不是你周围的一切。而是人为制造的产品。现在看看你周围。名称有些事情你看到这些制造。椅子，笔记本电脑，蓝色牛仔裤，书籍，地板砖，黑板，灯泡，铅笔，眼镜，近周围的一切你是制造。 制造业是香港的重要的社会。这对于我们的经济。一个经济体是生产和销售的产品和服务体系。许多人工作在制造业。他们帮助生产的产品。他们用这些钱购买 他们赚的产品。人们购买的产品越多，越产品的生产。这让更多的人来工作。 制造业也是重要的另一种方式的经济。甲片的材料后，更是值得它被改变成一个有用的产品。这就是附加值。价值是增 加了生产过程。 二现代制造 一个制造业的资源需要三个基本类型：物质资源，人力资源，资本资源。 工业的七个关键要素是组织生产步骤：研究，开发，生产模具，生产计划与控制，质量控制，人事管理，制造，营销。 研发新产品，工艺或材料，旧技术的改进计划。 R D 是这么大，工业世界的重要组成部分，需要与不同的人才很多人。 生产工具是工业元素与这些工具有关。在 器和设备需要做出的产品。 生产计划与控制最重要的部分是路由，调度，调度，并规划布局。机械及设备，必须使生产安 排，可以进行顺利，没有浪费时间和精力。 质量控制可以被定义为那些活动，防止缺陷的文章。在尝试这种方式管理，以确保产品将可以接受的买家。 营销是让那些谁使他们对那些谁使用它们，有助于提供各种货物的权利给我们，在正确的方式和数额，时间及价格，产品的过程。 第 2课机械工程设计 机械工程设计是工程的主要部分，它涉 及的概念，设计，开发，改进和应用机器及各种机械设备。对于许多学生，机械工程设计是他们的第一个专业的工程课程之一。专业工程关注的是获得解决实际问题，工程师们能够设计出更好的解决实际问题。在机械工程设计中的大多数问题没有唯一正确的答案。因此，现代机械工程师能够产生显着更好的解决方案，以满足今天的需要。工程师必须使用现有的最佳科学信息的理解以及经验，良好的判断力。当考虑一个完整的机器，工程师都认为，要求和约束是相互关联的各个组成部分。现代工程师已越来越多地安全，生态，更广泛的考虑和整体有关 “生活质量 ”。 好的设 计需要尝试新的想法并愿意采取了一定的风险，因为他们知道如果新的观点并不工作中存在的方法可以恢复。因此，设计者必须要有耐心，因为没有时间和扩大的努力取得成功的保证。创建一个全新的设计，通常需要许多旧的和行之有效的方法，将重点放在一边。这并不容易，因为许多人抱着熟悉的想法，技巧和态度。设计工程师必须不断寻找方法来改进现有产品，必须决定哪些旧的，成熟的概念，应使用什么新的，未经试验的想法应该被纳入。 新的设计通常有 “错误 ”或之前，必须制定新设计出来的优良特性，可享有不可预见的问题。因此，有一个优越的产品的机会， 但只有在较高的风险。应该强调的是，如果设计不保证激进的新方法，这种方法不能申请的改变而而已。 在设计的开始阶段，创意应该允许繁荣没有大量的约束。尽管许多不切实际的想法可能发生时，通常很容易消除在设计的早期阶段，他们之前是由公司生产所需的细节。通过这种方式，创新的思想不是抑制。很多时候，一个以上的设计，开发，到那里他们可以相互比较点。这是完全可能的是，最终设计将接受使用心得在被拒绝的设计，没有太多的整体表现为一个现有的承诺。 另一项重要的一点，应该承认的是，设计工程师必须能够与其他人交流意见，如果他们要纳 入。传达给其他人设计的最后，在设计过程中的重要一步。毫无疑问，许多伟大的设计，发明和创新工程已失去了人类仅仅是因为创始人是无法或不愿解释他们的成就给其他人。演讲是一个销售的工作。这位工程师，当提出一个新的解决方案，行政，管理或监督人，正试图出售或向他们证明这个解决方案是一个更好的。除非这是可以做到成功，获得的时间和精力花在解决方案已经在很大程度上浪费了。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计 (论文 ) 床的数控改造纵向进给系统设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 53K 立式铣床纵向进给改造设计 摘要 从研究 铣床 着手，借鉴国内外先进经验 ， 设计了一台用于板 材及多种工件 加工的数控 铣床 ，满足了生产和设计的要求。整个 铣 床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由 伺服 电机进行驱动。主轴 箱 安装在 机 架上 ， 运用类比法自行设计了滚珠丝杠螺母副的 制动装置。 全面阐述了数控 铣床 的结构原理，设计特点，论述了采用 伺服 电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控铣床的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。 其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。 关键词 ： 铣 床 ， 数控 ，伺服 电机 ， 滚珠丝杠 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 NC to to in NC NC s in NC s on In To so on on as as so 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 录 摘要 . . 1 章 绪论 . 1 述 . 1 控机床的发展 . 2 第 2 章 整体改造方案 . 9 体设计方案 . 9 床改造的方案比较 . 9 现的目标 . 11 传动的系统改造 . 11 械部分的数控化改造 . 11 气部分的数控化改造 . 12 给系统的改造 . 12 给机构的改造 . 12 改造要求 . 12 轨副的改造 . 12 机系统的硬件与软件设计 . 13 统软件的设计 . 13 件系统设计 . 13 第 3 章 数控铣床主传动系统方案的确定 . 15 数控铣床主传动系统简介 . 15 数控铣床主传动系统的要求 . 15 传动的类型及方案选择 . 16 第 4 章 主传动变速系统主要参数计算 . 18 算切削功率 . 18 削力的计算 . 18 削功率的计算 . 18 轴转速范围的确定 . 19 算主传动功率 . 19 V 级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率的确定 . 19 速级数 Z 的确定 . 20 动机的功率的确定 . 20 动机参数 . 21 级变速箱的传动系统变速机构的确定 . 22 第 5 章 主轴组件设计 . 23 述 . 23 的分类 . 23 轴材料 . 23 轴结构设计 . 23 轴部件应满足的基本要求 . 23 的结构设计 . 25 拟轴上零件的装配方案 . 25 上零件的定位 . 26 轴段直径与的确定 . 26 高主轴强度的措施 . 27 的结构工艺性 . 28 轴强度的校核 . 28 扭转强度进行计算 . 28 度校核 计算 . 30 第 6 章 纵向方向（ X 轴）的设计与计算过程 . 34 削力 计算 . 34 珠丝杠所受的平均轴向载荷 的计算 . 35 杠副工作负荷计算及丝杠型号的选择 . 36 动效率 的计算 . 37 度验算 . 37 定性的验算 (1) . 38 轮传动设计的有关计算 . 39 轮材料的 选用及许用应力 . 39 齿圆柱齿轮副的计算 . 39 进电机型号的计算选择 . 41 向步进电机选择计算 . 41 进电机动载荷矩频特性和运行矩频特性 . 45 第 7 章 硬件电路图的设计 . 46 机控制系统组成及特点 . 46 机控制系统的组成 . 46 机数控系统的特点 . 46 机控制系统设备介绍 . 47 控制器 选择 . 47 储器电路的扩展 . 48 ,咨询 Q 197216396 1 第 1 章 绪论 述 数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不 开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也很多，因此，人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时，也一直把铣削加工作为重点。数控铣床机械部分与普通铣床基本相同，工作台可以做横向、纵向和垂直三个方向的运动。因此普通铣床能加工的工艺内容，数控铣床度能做到。一般情况下，在数控铣床上可以加工平面曲线轮廓。 数控铣床也像通用铣床那样可分为、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的是数控系统不同，其功能也不尽相同。 随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代 频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采用了数控技术，许多过去在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。目前数控机床已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床、建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。 综上所述，数控机床在促进技术进步和经济发展，提高人类生存质量和创造新的就业机会等方面，起着非常重要的作用。 数控机床是 一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点： 易于加工异型复杂零件；提高生产率；可以实现一机多用，多机看管；可以大大减少专用工装卡具，并有利于提高刀具使用寿命；提高零件的加工精度，易于保证加工质量，一致性好；工件加工周期短，效率高；可以大大减少在制品的数量；可以大大减轻工人劳动强度，减少所需工人数量等。 数控机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中 2 有良好的动态特性。传动 系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。 数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。 控机床的发展 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械制造装备提出了不同的要求 0 年代“刚性 ”生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ”实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代 开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高 ,采用拟实制造和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “刚性 ”强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “一个工人，一把刀，一台机床 ”，导致劳 动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 数控设备的发展方向 六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产 3 值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4名。 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发 那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 机床精度 工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精 度等 5种。 前我们国家内承认的大致是四种体系：德国 准、日本 准、国际标准 准、国标 标和国际标准差不多。 看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 准 .、统计法 )以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000 年，世界最大的专业机床制造商马扎克（ 宁夏银川投资建了名为 “宁夏小巨人机床公司 ”的机床公司，生产数控车床、加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产 600 台，目前正在建 2 期工程，建成后可以年产 1200 台。 2. 2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和加工中心 120台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为 1000 台，生产数控车床、加工中心、卧式加工中心。 资建厂，目前生产能力不知。 生产能力 800 台。 民营企业进入机床行业情况 2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力 300 台。 2 2004 年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天 4 公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 3 2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 军工企业技改情况 军工企业得到国家拨款开始于当年 “大使馆被炸 ”，后来台湾阿扁上台 后，大规模技改开始了，军工企业进入新一轮的技改高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近 3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技改，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能 “顶 ”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过 10 年，随着我国国防工业和汽车行 业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。 数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。我国的数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的数控系统开发，“八五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统产业。 近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。 我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供 应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机 5 床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在 800010000 转 /分以上的数控机床。 我国数控机床行业近年来大力推广应用 信息技术，很多企业已开始和计划实施应用 和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的 00%， 是国家级“ 企业的 系统应用也非常成功，现代化管理水平较高。 但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。 一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开 发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。 二、产品成熟度较低，可行性不高。国外数控系统平均无故障时间在 10000小时以上，国内自主开发的数控系统仅 3000 机平均无故障工作时间国外达 800小时以上，国内最好只有 300 小时。 三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。 随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器， 以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理 6 量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基于 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前数 控技术发展的新趋势。它是利用 计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 集成。随着前又出现了 成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的 据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。 发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，减少 元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。 一 、 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势 高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟 十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到 10秒、 3秒、 1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 二 、 是精密加工技术有所突破 通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每 8年提高 7 1 倍，从 1950 年至 2000 年 50 年内提升 100 倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到 1m，进入亚微米超精加工时代。 三 、 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型 车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。 四 、 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 数 字化控制技术发展经历了三个阶段 :数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现 工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机 处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通 受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。 五 、 是极端制造扩张新的技术领域 极端制 造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控 8 机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制； 制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。 9 第 2 章 整体改造方 案 体设计方案 床改造的方案比较 方案 1 将 控化改造后，使系统能够控制主轴的转速，并实现其正反转控制工作台，实现其纵、横向进给运动以及垂直方向的运动，控制冷却和润滑。通过键盘输入加工程序。 床数控化改造后是升降台式的。床身的上部内装主轴传动系统为主轴变速系统，这部分采用原机床的主轴传动系统即保留原机床的电动机等等，还有添加的变速箱。床身的底部是可作冷却液箱的底座，数控系统显示器及按键位于操作者的右边，便于调试、和操作观察。床身右侧的电器箱内装有两坐标的进给伺服控制系统， 床身左侧的电器箱内装有主控器和强电系统。显示器采用 以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。手动操作时，显示器可作为数字读出装置使用。 数控系统采用为两坐标 步进电机经一级齿轮变速箱后减速驱动。可实现两坐标直线插补和两坐标圆弧插补。采用 51系列单片机组成微机控制系统，它的可靠性高、能在恶劣的环境下工作，适应能力较好，且功能强，速度高。数控系统还具有刀具长度偏移和半径补偿功能，自诊断功能，可进行自动加、减速，并具有备用电池，停电时可做存储已编程序的电极。采用 51 微机对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出脉冲信号，经光电隔离电路，功率放大再传给步进电机，步进电动机驱动滚珠丝杠转动，从而实现 X、 Y 两个方向的进给运动，加工零件。总体设计如图 2 图 2反馈控制电路 信号分配及放大电路 步进电动机 工作台（ X 轴） 信号分配及放大电路 步进电动机 工作台（ Y 轴） 控制部分 10 放案 2 将 控化改造后，使系统能够控制主轴的转速，并实现其正反转控制工作台，实现其纵、横向进给运动以及垂直方向的运动，控制冷却和润滑。通过键盘输入加工程序。 床数控化改造后是升降台式的。如果床身的下部内装主轴传动系统为主轴变速系统，这部分采用原机床的主轴传动系统即保留原机床的电动机等等，还有添加的齿轮变速箱。如果床身的上部是可作冷却液箱的底座，数控系统显示器及按键位于操作者的左边。床身左侧的电器箱内装有两坐标的进给伺服控制系统，床身左侧的电器箱内装有主控器和强电系统。显示器采用 以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。手动操作时，显示器可作为数字读出装置使用。假如数控系统采用为两坐标闭环或者半闭环控制，那么必须要有电路反馈信息，反馈位移或角位移的电路，这样可以有更加精确的加工路 线，更加便于操作者了解机床的行经过程。仍由步进电机经一级齿轮变速箱后减速驱动。可实现两坐标直线插补和两坐标圆弧插补。采用的可靠性高、能在恶劣的环境下工作，适应能力较好，且功能强，速度高。数控系统还具有刀具长度偏移和半径补偿功能，自诊断功能，可进行自动加、减速，并具有备用电池，停电时可做存储已编程序的电极。采用 I/光电隔离电路，功率放大再传给步进电机，步进电动机驱动滚珠丝杠转动，从而实现 X、 Y 两个方向的进给 运动，加工零件。如图 2 反馈电路反馈电路控制部分信 号 分 配 及放 大 电 路信 号 分 配 及放 大 电 路步进电机工作台( 轴)工作台( 轴)步进电机图 2 有反馈控制电路 反馈电路反馈电路控制部分信 号 分 配 及放 大 电 路信 号 分 配 及放 大 电 路步进电机工作台( 轴)工作台( 轴)步进电机 11 方案的取舍：比较两者的改造方案，方案 1的布置比较合理，完全按照机床的正常布置而设计，没有其他什么多余的功能，是经过了市场调查后而进行的，依照原 床的特点，适当的进行了数控改造，比较符合大多数工厂的生产需要，可以说适应性还是比较强的，也很符合当前社会市场上竞争的需求。虽然没有位移的反馈信息电路，加工精度也不如方案 2高，但是却可以节约资金，在很多加工要求不必太高，不需要反馈 信息进行控制的电路时，也是能够达到精度要求的，所以在本设计中无须反馈电路，即采用开环系统。在很多的小工厂里也是可以进行这种数控改造，其范围广。并且对 制作比较， 功能比 现在软件发展如此之快的情况下， C，采取 但经济，而且功能又符合 床的数控改造。综合上诉，在本设计中，方案 1 现的目标 在论文中主要讨论在对 床是铣削键槽、平面及铣孔的通用机床，它没有准确可靠的定位装置 ，铣孔与铣键槽的位置精度一般靠模板的精度和人工划线的精度来保证，故其加工精度低于数控机床。由于普通铣床的柔性差，不能满足市场对形状复杂、精度高、小批量、多品种零件需求。而数控化改造后系统采用步进电机为驱动执行元件的开环系统，并且采用 、 采用以 现两坐标联动改造 ,使得改造后的机床能加工除了铣削键槽、平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，且加工精度高、效率高，满足市场的需求，且价格较廉，增加了市场的竞争力。 传动的系统改造 械部分的数控化改造 数控机床机械结构的主要特点： 结构简单，操作方便，自动化程度高； 广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品； 具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件； 对机械结构、零部件的要求高。 主传动系统不变，还是采用原有的电动机（ 进给系统采用滚动丝杠副螺母副代替原有丝杠副，以提高机床运行精度和传动效率。考虑到改造的目标 12 及成本的原因，决定 床的主轴支承仍采用滚动轴承支承，导轨仍使用动压导轨。 气部分的数控化 改造 由于是将 床改造成为经济型的开环控制的数控铣床，机床加工的零件多属中小型，且加工精度要求不是很高，原有的交流电机就能够满足加工要求。因此其主传动系统的电气部分仍采用其原来配置的 给系统的改造 给机构的改造 考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈电路，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本铣床的 X， Y， 接采用了步进电机一级减速齿轮滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就 可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。本设计选用步进电机的型号为 110进电机步距角选用 75.0b ，机脉冲当量： 。 改造要求 进给伺服系统改造后性能的好坏将直接影响到整个系统的性能的好坏。也因此对进给伺服系统提出了改造设计要求： 提高传动部件的刚度，减小传动部件的惯量； 减小传动部件的间隙，并减小系统的摩擦阻力； 高精度 就是说伺服系统的输出量能复现输入量的精确程度。 稳定性好 指系统在给定输入或受外界干扰作用下，能在短暂的调节后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 快速响应，无超调 它是衡量伺服系统动态品质的重要指标，反映了系统的跟踪精度。 低速大转矩 机床加工的特点是在低速时进行重切削。因此，要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。 调速范围宽 指机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。在数控机床中，由于加工用刀具、被加工材质及零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求伺服系统具有足够宽的调速范围。 轨副的改造 床采用的是铸铁 、静摩擦系数相差较大，低速 13 易出现爬行，平稳性和定位精度较低，能量损失大。在数控改造中可采用在原导轨上粘贴聚四乙炔软带涂层的方法，以减小摩擦系数，增加耐磨性，且具有良好的自润滑性和抗震性，该方法实现易、费用底。 机系统的硬件与软件设计 控制系统设计的总体考虑： 确定功能指标； 明确硬、软件分工； 重 系本科毕业设计（论文） 开题报告 毕业设计（论文）题目： 式铣床 纵向进给改造设计 专 业： 指导教师： 学生姓名： 学 号： 毕业时间： 齐齐哈尔工程学院教务处制 一、选题依据（目的、意义、国内外研究现状、学术准备情况、研究思路及方法） （一）目的、意义 目的 ： 为了满 足当前机床市场的需要，铣床已经成为了当今机械行业一个重要的发展趋势，特别是在工业制造，加工过程中有着举足轻重的地位。 随着我国机床工业自动化产业的发展，机床产业结构升级和技术进步已取得了较大的发展，这也为我国加速实现依靠技术进步和可持续发展的新型工业化道路转变。但是，华夏模具网表示，机床制造业是我国高端装备制造业的重要体现，随着机床产业对产品生产精密度及效率要 求的提升，我国机床行业当前急需通过对数量庞大的普通机床数控化改造相契合。数控机床改造的市场前景近几年，我国机床行业经济增长迅速，生产机床的数控化率有所提升。但是我国有各类普通机床 400多万台，其中有 1/4 的机床是超过 30 年役龄的，这些机床已无改造价值，需淘汰更新，剩余约七成的机床是可进行数控化改造。对众多台普通机床实施改造和更新，可形成上千亿的更新市场需求，对保持经济增长可发挥一定的作用。所以，华夏模具网表示，数控化改造工程可形成数千亿元的工业增加值。提高数控机床的安全水平目前，我国所使用的机床中绝大多数是 普通机床。普通机床数量庞大，安全问题凸显。所以，安全问题成为制约其发展的一大阻碍。增加安全性能，提高机床本质安全水平，解决数控化程度较低、人员伤害事故频发、安全水平较低、生产效率不高的问题。普通机床完成数控化改造后，可大幅提高机床的加工效率和自动化、智能化程度。降低了操作者接触危险部位的可能性 ;操作系统和操作界面越来越符合人机工程学的要求，可有效减少操作者的失误率，减少因失误产生的事故。机床经数控化改造后，安全性能得到明显改善，事故率显著降低，将带来巨大的安全效益。减少机床成本，提高加工效率普通机床数控化改 造与购置新机床相比，特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只需新机床购置费用的 1/3。在节约成本的同时，数控化改造还可以节省因全部更新而造成相应的能源消耗和污染排放。根据以往改造经验，普通机床数控化改造后，机床效率明显提高。原来一台机床需要一个人控制，改造后一个工人可以同时操控两台机床。同时，机床经改造后加工精度大幅提高，由人为失误造成的废品率显著降低。同时，华夏模具网还指出，降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，缩短了新产品试制周期和生产周期，给企业带来巨大的经济效益。从国外成熟经验来看，再制造是 数控机床再次利用的最有效办法。数控机床改造就是运用技术创新与技术改造相结合，改造传统产业与发展新兴产业相结合，突出重点与全面提升相结合，并将促进安全生产作为技术改造的重点任务。在中国，再制造领域可谓刚刚兴起，市场巨大。 课题的研究 意义 ： 1)机床数控改造 可实现 节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2)性能稳定可靠。因原机床各 基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 2） 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控 铣 床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成 (那些受 资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论 )。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控 机床相接近 。 （二） 国内外研究现状 20 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952 年美国第 1 台数控铣床问世至今已经历了 50 个年头。 数控设备包括： 铣 、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专用机床，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有 10 20 万台，产值上百亿美元。世界制造业在 20 世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。 90 年代的全世界数控机床 制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90 年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从 2000 年至今已接受 3 个月以后的订货合同，生产任务饱满。 我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到 50，库存超过 4 个月。从 1995 年 “九五 ”以后国家从扩大内需启动机床 市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在 1999 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从 2000 年 8 月份的上海数控机床展览会和 2001年 4 月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题： （）低技术水平的产品竞争激烈，相互靠压价促销； （）高技术水平、全功能产品主要靠进口； （）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口； （）应用技术水平较低 ，联网技术没有完全推广使用； （）自行开发能力较差，相对有较高技术水平产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近 300 万台），但我们的机床数控化率仅达到 右，这与西方工业国家一般能达到 20的差距太大。日本不到 80 万台的机床却有近 10 倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国 21 世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床 3000 4000 台，日本 1 年产 5 万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口 7000 9000 台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从 “八五 ”、 “九五 ”就提出数控化改造的方针，在 “九五 ”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达 8 10 万台，需投入 80 100 亿资金，但得到的经济效益将是投入的 5 10 倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。 “十五 ”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入 元，用于对 台机床的数控化改造。 数控技术经过 50 年的 2 个阶段和 6 代的发展：第 1 阶段：硬件数控（ 1 代： 1952 年的电子管第 2 代： 1959 年晶体管分离元件第 3 代： 1965 年的小规模集成电路。第 2 阶段：软件数控（ 4 代： 1970 年的小型计算机第5 代： 1974 年的微处理器第 6 代： 1990 年基于个人 （ 6代的系统优点主要有： (1)元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； (2)基于 台，技术进步快，升级换代容易； (3)提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源 丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如 接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； (4)对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本 司， 1 年生产 5 万套以上系统，占世界市场约 40左右，其次是德国的西门子公司约占 15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的，日本的三菱、安川。 国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂 家规模都较小，年产都还没有超过 300 400 套。 近 10 年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1)高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度， 铣 床主轴转速由 3000 4000r/高到 8000 10000r/床和加工中心主轴转速由4000 8000r/高到 12000r/24000r/40000r/上快速移动速度由过去的 10 20m/高到 48m/60m/80m/120m/提高速度的同时要 求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的 力加速度）提高到 2G，最高可达 15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 (2)高精度化数控机床的定位精度已由一般的 微米级机床达到 右，纳米级机床达到 小分辨率为 1数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到 1 的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插 补质量，并可进行自动拐角处理等。 (3)复合加工、新结构机床大量出现如 5 轴 5 面体复合加工机床， 5 轴 5 联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括 6 轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 (4)使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 “如虎添翼 ”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达 1000m/工铝件能达 5000m/ (5)数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求， 它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为 21 世纪制造业发展的一个主要潮流。 （三） 学术准备情况 铣削加工是在铣床上用铣刀的旋转和工件的移动来加工工件，铣刀的旋转是主运动，工件的移动是进给运动。 铣刀是多齿刀具，切削过程中同时参加工作的刀刃数多，可采用较大的切削用量，因此，铣削的生产率较高。铣削时，铣刀上的每个刀齿都是间歇地进行切削，刀齿与工件 接触时间短，散热条件好，有利于延长铣刀使用寿命。但由于铣刀刀齿的不断切入、切出，铣削力不断变化，因而铣削容易产生振动。同时，因为铣削加工范围广，所以铣刀的制造和刃磨比较困难。 铣削加工的精度比较高，一般经济加工精度为 ，表面粗糙度 m。必要时，铣削加工精度可高达 ，表面粗糙度 m。 （二）铣床 铣床种类很多，常用的有卧式万能铣床和立式铣床，除此外还有工具铣床、龙门铣床、仿形铣床及专用铣床等。 1卧式万能铣床 卧式万能铣床是铣床中应用最多的一种， 它的主轴是水平的，还可配有立铣头，完成立铣各种工作。 2立式铣床 立式铣床与卧式铣床的区别在于其主轴垂直于工作台，有的立式铣床其主轴还可相对于工作台偏转一定的角度。它可利用立铣刀和端铣刀进行铣削加工，是生产中加工平面及沟槽效率较高的一种机床。 3龙门铣床 龙门铣床是一种大型铣床。铣削动力头安装在龙门横梁或立柱导轨的刀架上，一般有三至四个铣削动力头。在横梁上的垂直刀架可左右移动，在立柱上的侧刀架作上下移动。每个刀架都能沿主轴进行轴向调整，并可按生产需要旋转一定角度，其工作台带动工件做纵向进给运动。可以用铣 削动力头带动的刀具同时铣削，所以生产率很高。 这种机床适于铣削平面、垂直面、倾斜面、导轨面，特别是长度大的工件表面加工。由于生产率较高，适用于成批大量生产的粗精加工。 4数控铣床 数控铣床是由机床本体、数控装置、液压泵站、中频电源机组四部分组成，并配有纸带穿孔机。该机床加工零件时，只需将预先编制好的程序输入数控装置，机床就能自动工作直至完成零件加工。 数控铣床用来加工齿轮、样板、模具等形状复杂、精度高、难度大、批量大的零件 。 世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶 段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽 铣 、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽 铣 、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构、产品结构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。 如下图 立式铣床外观图 图 1 观图 式升降台铣床，它是铣床中应用最多的一种。图 1 所示为 类铣床与卧式升降台铣床的主要区别，在于他的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭轮廓表面等。图 1 为立式升降台铣床中常见的一种。其工作台 3、床鞍 4、及升降台 5 的结构与卧式升降台铣床相同。立铣头 1可以根据加工要求在垂直平面内调整角度，主轴 2 并可沿轴线方向进行调整或作进给运动。 （四） 本选题研究思路及方法 制造业是一个国家或地区经济发展的 重要支柱，机械制造是制造业的核心。数控技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民经济起着越来与重要的作用。 本选题研究思路 可分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。 （一）产品规划阶段 产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定设计任务书。 在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。 1、 需求分析 产品设计是为了满足市场的要 求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。需求分析的任务是使这些需求具体化和恰到好处。明确设计任务的要求。需求分析的任务本身就是设计工作的一部分，是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。 需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析 1、 调查研究 调查研究包括市场调研、技术调研和社会环境调研三个部分 2、 预测 定性预测和定量预测 3、 可行性分析 4、 编制设计任务书 (二 )方案设计阶段 1、对设计任务的抽象 2、建立功能结构 3、寻求原理与求解方法 4、初步设计方 案的形成 5、设计方案的评价与赛选 （三）技术设计阶段 1、确定结构原理方案 2、总体设计 3、结构设计 （四）工艺设计阶段 1、零件图设计 在零件图中包含了为制造零件所需的全部信息，这些信息包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。 2、完善装配图 在绘制零件图时，更加具体地从结构强度、工艺性和标准化等方面进行零件的结构设计，不可避免地要对技术设计阶段提供的装配图做些修改 3、编写技术文档 二、论文结构框架 （一）论文提纲 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !
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