C620车床的数控化改造论文

毕业设计任务书 题 目 床的数控化改造 专 业 机电一体化 班级 20*级 学生姓名 承担指导任务单位 导师 姓名 导师职称 高级 讲师 一、毕业设计内容 1）完成对原机床纵、横向进给系统改造方案的确定，实现改造后机床的交流伺服电机驱动的半闭环伺服进给，进行结构设计和相关计算； 2）对原机床的主轴进行改装，在主轴上安装光电编码器，以检测主轴转速，保证主轴运动和刀具进给运动的关系，以实现对螺纹的切削； 3）选择适宜的数控系统，作为本次数控改造的控制系统，要求达到纵向脉冲当量 向脉冲当量 4）将原手动刀架改为电动刀架，实现四工位自动换刀。 二、基本要求 1）设计内容应符合国家和行业设计规范； 2）毕业学员要收集相关资料并与生产实际相结合； 3）设计说明书符合要求，设计图纸符合国家制图标准。 三、设计组成 图纸总装图、横纵伺服进给系统图共 3 张，说明书 46 页左右。 四、应收集的资料及参考文献 1） 床典型加工条件； 2） 床横、纵进给装置原始数据； 3） 轴参数， 架参数； 4） 床说明书。 教研组主任签字 时 间 年 月 日 注：可根据内容加页。 四、进度计划： 20*年 9 月 2 日：进行毕业设计指导，组织学员选择设计题目。 20*年 9 月 2 日 10 日：审定学员毕业设计大纲，发放毕业设计任务书。 20*年 9 月 11 日 17 日：审查学员毕业设计开题报告，开始撰写毕业设计。 20*年 9 月 18 日 10 月 6 日：学员组织材料，撰写初稿。 20*年 10 月 7 日 14 日：审查初稿，指导学员修改论文。 20*年 10 月 15 日 20 日：进行二次论文修改指导、定稿。 20*年 10 月 21 日 25 日：审订论文格式，告知打印一式两份。 20*年 10 月 26 日 11 月 3 日：最终定稿，告知准备论文答辩。 教研组主任签字 时 间 年 月 日 毕业设计开题报告 题 目 床的数控化改造 专 业 机电一体化 班级 20*级 学生姓名 一、 立论依据 1、工程意义： 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。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。 数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用 代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： （ 1） 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件； 在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。 （ 2） 加工精度高； （ 3） 生产效率高； （ 4） 减轻劳动强度，改善劳动条件； （ 5） 良好的经济效益； （ 6） 有利于生产管理的现代化。 数控机床 已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要 。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随 着数控机床越来越多的普及应用， 数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数 控化改 指导教师签字 时 间 20* 年 9 月 17 日 造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、 术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。 2、 应用前景：数控技术综合应用了自动控制技术、精密测量技术、液压传动和机床结构等方面的最高成就。自第一台数控机床问世以来，数控技术发展非常迅速，应用领域十分广泛。对加工企业讲，普遍存在着市场变化快，产品改型频繁，生产压力大的问题，而传统设备的适应性和生产能力，都远不如数控机床，他们希望设备装备的提高，数控技术改造是提高装备水平的重要途径之一，数控技术的应用和推广有着广阔的前景。 3、国内外研究状况： 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会 中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。 自上世纪五十年代初第一台数控机床诞生以来，数控技术发展迅速，特别是随着电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术发展到了计算机数控阶段，柔性好，功能强，可靠性高，易于实现机电一体化，经济性好。 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 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 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 /半自动机床不到 20， 自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个 永恒 的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（ 。从事再生业的著名公司有： 程公司、床公司、 宝）服务集团、 备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机 床改造业称为机床改装（ 。从事改装 业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司等。 在我国，数控技术发展有了质的飞跃，大部分系统采用 作为控制核心，系统档次全、品种多，可靠性有了很大提高。我国的数控机床在精度、品种、数量和数控化率方面与世界先进水平相比，还有很大差距，高档次数控机床还远远不能满足要求，数控技术的发展、应用和普及任重道远。 1关颖 西南交通大学出版社， 2006. 2陈 玲 西南交通大学出版社， 2005. 3殷树友 齐彦利 北京工业大学出版社， 2003. 4占永平 科学普及出版社， 2007. 5周峥 山东大学出版社， 2004. 6杨立峰 宫成立 西南交通大学出版社， 2007. 7陈于平 高晓康 二版） 2005. 8黄安贻 董起顺 西南交通大学出版社， 2005. 9王兆明 术 2005. 10崔永亮 据库与程序设计（上册） 2007. 11全国计算机信息高新技术考试教材编写委员会 编写 002/2004 职业技能培训教程 北京希望电子出版社， 2005. 12周健 中国物资出版社， 2000. 13王淑坤 西南交通大学出版社， 2007. 14李淑清 西南交通大学出版社， 2008. 15李丹娜 刘智 李春茂 西南交通大学出版社， 2006. 16 机床设计手册编写组 册 机械工业出版社 ,1986. 17成大先 第 5 卷 化学工业出版社 ,2000. 二、研究内容，预期目标或成果 研究内容：数控技术的应用，要考虑其发展现状和应用水平，改装的经济型数控机床，应在一段时间内，保持其先进性，改装应保证机床精度和稳定性，考虑资金的节省和对生产的影响。具体研究内容如下： （ 1）对我国数控技术现状有较全面的了解；了解企业生产状况、加工产品对象和工艺特点；了解改造对象的结构特点和使用状况，保证有足够的残余价值； （ 2）对进给系统提出可行性的改装方案； （ 3）对机床主轴速度的控制或协调； （ 4）选择合理的数控装置和检测元件，并能够和进给系统配合，保证加工精度，满足生产要求； （ 5）完成电动刀架的选型设计，实现自动换刀，满足工艺集中的要求。 达到目标： （ 1）将原机床进给系统改造成交流伺服电机驱动的半闭环系统，实现定位精度 20 30 m,重复定位精度 10 m，脉冲当量 （ 2）主轴安装编码器，实现主轴运动和进给运动有确定的关系。 （ 3）进行电动刀架的选型设计，实现自动换刀。 （ 4）导轨贴塑，改善其摩 擦性能。 关键问题： （ 1）伺服进给系统的设计，做到动力源合理，惯量匹配合适，响应快，静、动态性能好，低速稳定性好，空载速度高，精度高； （ 2）主轴和伺服进给系统的运动关系，实现螺纹的切削； （ 3）电动刀架的选型设计，满足换刀快、工艺集中的数控加工特点。 三、拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及可行性分析 研究方法：本课题主要以某机械厂 床为对象进行数控化改装，通过对该厂产品和工艺分析，确定典型加工条件，并据此进行力和功率计算，确定伺服系统型式，完成 床的数控改造。 技术路线及实验方案 ：本课题主要以某机械厂 对象进行数控化改装，通过对该厂产品和工艺分析，确定典型加工条件，实现对 数控改装。 可行性分析：数控技术发展到今天，已经成为制造业中成熟的技术，借鉴其它型式的机床成功改装的经验，此次机床改装是可行的。此次改造突出的问题是纵向丝杠长度较大，进给系统最高转速和固有频率都会比较小要满足高速加工不会成问题，但空载运行速度会比较低，尽管如此总效率还会比较高。 四、与课题有关的理论学习、资料查阅及工作基础： （ 1）通过实习，对机加工生产过程、生产环境和设备工作状况比较了解，对 机加工设备的运行、维护、检修、参数整定等方面比较熟悉，为课题的完成奠定了实践基础； （ 2）通过几年来的学习，对数控技术的理论已初步掌握，使自己的理论水平有 了很大提高，为课题的研究准备了一定的理论基础。 （ 3）通过大量文献的查阅，对数控技术的发展状况、数控技术应用等都有了一定的了解，为本次数控技术改造做了较充分的准备工作。 我有信心、有能力，在指导老师的指导下，圆满完成该课题。 毕业设计评语及成绩 学生姓名 专业 机电一体化 班级 20*级 学号 毕业设计题目 床的数控化改 造 指导教师姓名 指导教师职称 高 指导教师评语： 该同学所完成的“ 床的数控化改造”的论文，选题正确，有一定的实用价值。论文根据企业的实际需求，对 普通车床进行了数控化改造，使其能够达到中档数控车床的性能；改造了原车床的纵、横向进给系统，利用伺服电动机、脉冲遍码器及滚珠丝杠等部件实现了进给系统的半闭环控制，所采用的改造方案合理可行。论文结构合理，格式规范、图表清楚。理论分析正确，论文达到了专业层次论文的要求。 设计过程中能够按要求合理使用设计资料和工具书，认真努力，表现出较强的工作能 力。 专家评语： 签字： 年 月 日 答辩小组意见： 答辩小组组长签字： 年 月 日 成绩： 院长（主任）签字： 年 月 日 唐 山 学 院 毕 业 设 计 - 1 - 摘 要 利用现代数控技术，对 床进行了数控化改造，解决企业设备老化与设备更新资金不足的矛 盾，提高了企业装备水平。 设计中对 给系统进行了数控改造，拆除原机床的进给箱、溜板箱、滑动丝杠和光杠等，将原机床的纵、横进给系统改造成由交流伺服电机驱动的半闭环伺服进给系统，电机通过齿轮减速后带动滚珠丝杠转动从而实现纵、横进给运动，由光电编码器实现半闭环控制，进行了结构设计和相关计算。 主轴脉冲编码器与主轴异轴相连，同步转动以检测主轴转速，通过数控系统的控制，保证主轴转速和进给速度的匹配，实现对螺纹的切削。 数控系统的功能主要是精确度高，容易操作，使用范围广， 依据车床改造的功能要求，选择了 控系统，控制精确度达到了纵向脉冲当量 向脉冲当量 要求。 为 保证数控加工工艺的集中性。 针对数控加工工艺特点，将原手动刀架拆除，选用 控电动回转刀架，实现了四工位自动换刀，缩短换刀时间，提高了工作效率。 关键词 ：数控；车床；改造；滚珠丝杠；伺服系统 唐 山 学 院 毕 业 设 计 - 2 - 目 录 摘 要 1 1 绪论 3 题背景 3 内外数控技术简况与发展趋势 3 内外数控技术简况 3 控机床的特点 3 控机床的发展趋势 4 题的意义与目的 5 课题的工作任务 5 2 6 控机床的组成与工作原理 6 次数控车床改造的目的和要求 7 620数控改造的总体方案设计