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C6140普通车床螺纹轴类零件专机改造设计【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+任务书+外文翻译】

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C6140普通车床床鞍装配图.dwg

C6140普通车床给进装配图.dwg

单片机控制.dwg

脉冲发生器的联结方式.dwg

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关键词：: c6140 普通车床螺纹轴零件专机改造设计 cad图纸毕业论文开题报告 C6140普通车床螺纹轴 C6140普通车床螺纹轴类零件专机改造设计任务书外文翻译

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C6140普通车床螺纹轴类零件专机改造设计

25页 10000字数+论文说明书+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要

本文针对在普通车床上加工轴类零件存在着生产效率低、要求工人技术水平较高等问题，经过对普通车床机械传动装置的技术改造：即只保留原机床的主传动系统前端（采用PLC控制两台步进电机，驱动工件实现双工位进给），将一台闲置的旧普通车床改装成数控加工专用机床。

经改装的机床提高了零件的加工精度和自动化程度，使生产效率有了很大的改观，具有投资小、见效快、改装工作量少、制作和调试周期短、旧设备利用率高、且将来不加工此类零件时可较容易恢复机床原有的工作性能等特点，对中小型生产企业的加工具有一定的实际意义。

关键词：车床，改装，PLC，自动控制系统，机械加工

ABSTRACT

This paper is aimed to solve the problem of low efficiency，bad accuracy and high demand on the workers technical level，through the technical reform on mechanical drive system (PLC controls the two stepping motors to drive workpieces double position feed)An idle old common lathe is refit into a special equipment by using numerical controlled technique

The refit machine promoted its processing accuracy and level of automatic control of the parts and greatly improved the productive efficiency and it has the following characteristics:small investment，better efficiency，less refit workload，short period of manufacturing and testing，high utilization rate of old equipment and easily resume its

Former processing function when stopping production of such parts in future，it is of practical importance to the small and middle-sized enterprises.

Keywords: Lathe ，refit，PLC，automatic control system，machine.

绪论 1

1 总体设计方案的确定 2

2 机械部分的设计改造 2

2.1 主传动系统的选择 2

2.2.2 横向进给机构的设计改造 3

2.2.3 刀架的选择改造 3

2.3 纵向（Ｘ向）进给机构的计算 4

2.3.1 工作台质量的估算 4

2.3.2 纵向切削力的计算 4

2.3.3 滚珠丝杠设计 4

2.3.4 齿轮设计(在纵向上) 5

2.4 横向（Y向）进给机构的计算 5

2.4.1 横向切削力的计算 5

2.4.2 横向滚珠丝杠设计 6

2.4.3 齿轮设计(在横向上) 7

2.5 步进电动机的选择 7

2.5.1 步进电动机结构和分类 7

2.5.2 纵向步进电机的计算与选择 7

2.5.3 横向步进电机的计算与选择 8

3经济型数控系统选型 8

4电动刀架的选择 8

5 轴类零件工序及控制程序 9

5.1 机床改造参数的选择 9

5.2 轴类零件加工工艺 11

5.2.1 轴类零件的选择 11

5.2.2 轴类零件的加工 12

5.3 PLC在专机改造方面的应用 16

结束语 19

致谢 19

参考文献 20

绪论

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、PC技术改造普通机床，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。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本课题具有典型性和实用性[4]。

1 总体设计方案的确定

C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为单片机控制专机机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了[2]。

一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的专机车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。

本设计主要是对C6140普通型车床进行专机改造，用步进电机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。所以实用开环控制。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。

2 机械部分的设计改造

2.1 主传动系统的选择

主传动系统不变。为保证车螺纹时严格的运动关系，在主轴箱上安GD7072 光电脉冲发生器，通过主轴--脉冲发生器--数控系统--步进电机的信息转换系统，实现主轴转一周，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。

2.2 进给传动系统的设计改造

2.2.1 纵向进给机构的设计改造

掉原机床的进给箱和拖板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装伺服电机和一对齿轮的箱体。滚珠丝杆仍安置在原丝杠的位置。采用一级齿轮减速（见图1）

结束语

通过本次毕业设计，使我对机械制图软件有了更进一步的认识，同时也巩固了四年来所学专业基础知识。

万事开头难，可能是由于第一次做这样的论文缺乏经验的缘故，仍然记得在设计之初，拿到任务书的那一刻，自己一头雾水的情景。仔细揣摩题目的意义后，才找到出发点，请教老师指导后开始了设计。题目似乎是简单的，但在做的过程中还是遇到了许多麻烦，步进电机控制过程中，由于对步进电机的了解不足，所以对结果始终感觉没有把握。专机改造系列化设计中，所需变动的东西太多，以至电脑运行缓慢乃至死机，最终只完成了部分改造。工程图制作中，软件生成的图例有些不满足国标的要求，需要对它们进行修改，由于自己对软件的学习不足，存在很多疏漏。

致谢

本文作为一名本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

本文是在洪老师的悉心指导下完成的。承蒙洪老师的亲切关怀和精心指导，虽然有繁忙的工作，但仍抽出时间给予我学术上的指导和帮助，使我从中受益非浅。洪老师对学生认真负责的态度、严谨的科学研究方法、敏锐的学术洞察力、勤勉的工作作风以及勇于创新、勇于开拓的精神是我永远学习的榜样。在此，谨向洪老师致以深深的敬意和由衷的感谢。

其次，还要感谢大学四年来所有指导过，教育过我的老师们，正是你们不倦的教诲，使我打下了扎实的专业基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。

最后感谢河南科技学院机电系四年来对我的大力栽培。

在这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情：感谢你们！

参考文献

[1]李海龙.宋鹏.董金祥.基于步进电机的机床改造设计.计算机辅助设计图形学学报，2004

[2]刘跃南主编.机床计算机数控及其应用.机械工业出版社，2004

[3]君主杨有编.数字控制技术与数控机床.机械工业出版社，2005

[4]吴祖育.秦鹏飞.数控机床.上海:上海科学技术出版社，1994

[5]谭浩强.微型计算机原理及应用.北京:清华大学出版社，2002

[6]韩鸿鸾.荣维芝.数控机床的结构与维修.北京:机械工业出版社，2004

[7]朱大先.金属切削手册.上海:上海科学技术出版社，2001

[8]哈工大.机床设计图册.上海:上海科学技术出版社，1983

[9]李洪.实用机床设计手册.辽宁:辽宁科学技术出版社，1999

[10]龚仲华.数控技术.北京:机械工业出版社，2003

[11]成大先.机械设计手册第四版.北京:化学工业出版社，2002

[12]宋天麟.数控机床及其使用与维修.南京:东南大学出版社，2003

[13]胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉:华中科技大学出版社，2003

[14]张永康.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社，2001

[15]严爱珍.数控原理与系统.北京:机械工业出版社，1999

[16]董献坤.数控机床结构与编程.北京:机械工业出版社，2001

[17]王勇章.机床的数字控制技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1995

[18]何德原.机床故障与维修.北京:机械工业出版社，1996

[19]陈婵娟.数控车床设计.北京：化学工业出版社，2006

[20]李佳.数控机床及应用.北京:清华大学出版社，2003

内容简介：: 毕业论文（设计）开题报告题目名称纹轴类零件专机改造学生姓名专业机电技术教育班级一、题的目的意义 1. 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。二、国内外研究综述 1. 高速，高精加工及装备效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（其确定为 21世纪的中心研究方向之一。 2. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。三、主要研究内容、定位方式以及合适的加工刀具；行程序校验，加工轨迹仿真；刀、加工并检测；析零件加工、配合中出现的问题，并提出具、解决方法和采取措施。与普通机床比较其优点。四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线五、主要参考文献与资料 1李海龙 ,宋鹏 ,董金祥计算机辅助设计图形学学报。 2刘跃南主编机械工业出版社 ,2004 3君主杨有编机械工业出版社 ,2005 4吴祖育，秦鹏飞上海 :上海科学技术出版社 5谭浩强北京 :清华大学出版社 6韩鸿鸾数控机床的结构与维修机械工业出版社 7朱大先上海 :上海科学技术出版社 8哈工大上海 :上海科学技术出版社 9李洪辽宁 :辽宁科学技术出版社 10龚仲华北京 :机械工业出版社 11成大先北京 :化学工业出版社 12宋天麟南京 :东南大学出版社 13胡乾斌武汉 :华中科技大学出版社 14张永康北京 :机械工业出版社 15严爱珍北京 :机械工业出版社指导教师审批意见年月日本科毕业论文（设计）论文题目：通车床螺纹轴类零件专机改造学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：机电技术教育导师姓名：完成时间：摘要本文针对在普通车床上加工轴类零件存在着生产效率低、要求工人技术水平较高等问题，经过对普通车床机械传动装置的技术改造：即只保留原机床的主传动系统前端（采用制两台步进电机，驱动工件实现双工位进给），将一台闲置的旧普通车床改装成数控加工专用机床。经改装的机床提高了零件的加工精度和自动化程度，使生产效率有了很大的改观，具有投资小、见效快、改装工作量少、制作和调试周期短、旧设备利用率高、且将来不加工此类零件时可较容易恢复机床原有的工作性能等特点，对中小型生产企业的加工具有一定的实际意义。关键词：车床，改装，自动控制系统，机械加工 is to of on on to n is a by he of of it of of of in it is of to 目录绪论 . 1 1 总体设计方案的确定 . 2 2 机械部分的设计改造 . 2 传动系统的选择 . 2 向进给机构的设计改造 . 3 架的选择改造 . 3 向（向）进给机构的计算 . 4 作台质量的估算 . 4 向切削力的计算 . 4 珠丝杠设计 . 4 轮设计 (在纵向上 ) . 5 向（ Y 向）进给机构的计算 . 5 向切削力的计算 . 5 向滚珠丝杠设计 . 6 轮设计 (在横向上 ) . 7 进电动机的选择 . 7 进电动机结构和分类 . 7 向步进电机的计算与选择 . 7 向步进电机的计算与选择 . 8 3 经济型数控系统选型 . 8 4 电动刀架的选择 . 8 5 轴类零件工序及控制程序 . 9 床改造参数的选择 . 9 类零件加工工艺 . 11 类零件的选择 . 11 类零件的加工 . 12 专机改造方面的应用 . 16 结束语 . 19 致谢 . 19 参考文献 . 20 绪论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：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。善劳动条件；济效益；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。 1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本课题具有典型性和实用性 4。 1 总体设计方案的确定普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为单片机控制专机机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了 2。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的专机车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。本设计主要是对通型车床进行专机改造，用步进电机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。所以实用开环控制。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。 2 机械部分的设计改造传动系统的选择主传动系统不变。为保证车螺纹时严格的运动关系，在主轴箱上安电脉冲发生器，通过主轴实现主轴转一周，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。给传动系统的设计改造向进给机构的设计改造掉原机床的进给箱和拖板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装伺服电机和一对齿轮的箱体。滚珠丝杆仍安置在原丝杠的位置。采用一级齿轮减速（见图 1）图 1 纵向进给机构改造图向进给机构的设计改造保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，步进电动机、齿轮箱安装在中滑板的后侧 . 横向滚珠丝杠也采用一端固定，一端浮动，三点支承的形式，也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，如图 2 所示。图 2 横向进给机构改造图架的选择改造拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动刀架。根据车床的型号及主轴中心高度，选用一装时，去掉车床小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉电机风罩，逆时针方向转动电机，或转动轴承盖处之内六角螺孔，使刀架转动到 45。左右时，装上螺钉，然后固定刀架即可。电动刀架的安装较为方便，安装时须注意以下两点：电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行。电动刀架与系统的连线在安装时应合理，以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线向（向）进给机构的计算作台质量的估算工作台总质量： m = a + b+ c =中 a床鞍质量， a = 86 b中拖板质量， b = c改造后的刀排架质量， c = 26 向切削力的计算切削功率： P 4680N 2中 P主电机功率， P = 7.5 主传动系统总效率， = 进给系统功率系数， K = 2中主切削力， N； V切削线速度， V = m/ s。由式 2式 2 V = 2807 N 通常纵向切削分力： ( z = 滚珠丝杠设计车床丝杠的纵向轴向力： Fzh = x+( ) = 2中颠覆力矩影响的实验系数，导轨上的摩擦系数， = W工作台作用在导轨上的重力， W = 1309N； ( m = A 强度计算滚珠丝杠的转速： 000vf/Dt=32r/ 2中 v切削线速度， v= 100m/ f进给量， f = D工件直径， D = 50 t滚珠丝杠螺距， t = 6 取寿命时间 T = 15000h ，则寿命值： A =60106 = 29。取运转系数硬度系数 1，则最大负载 Q=hFzh=8530N 2选取滚珠丝杠的公称直径为 35型号为 2/ 即双螺母垫片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为螺距为 6其额定动负荷是 121847 Q = 故强度足够 8。 B 效率计算由于所选滚珠丝杠的螺旋升角 = 37，摩擦角 = 10，则滚珠丝杠的传动效率 =a/a+)= 2轮设计 (在纵向上 ) 步距角 b = 滚珠丝杠螺距 P = 6脉冲当量 p = ，则在步进电机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮传动比为： i =2=360p/bP=360= 即选 48， 60，根据经验，齿轮模数取向（ Y 向）进给机构的计算向切削力的计算切削功率： P 4680N 式中 P主电机功率， P = 主传动系统总效率， = 进给系统功率系数，式中主切削力， N； V切削线速度， V = s。由式 2式 2得 V = 2807N 通常横向切削分力： ( z = 1684 N 向滚珠丝杠设计车床丝杠的横向轴向力： y + ( W) = 式中颠覆力矩影响的实验系数，导轨上的摩擦系数， = W工作台作用在导轨上的重力， W = 1309N； ( m = 133.6 9.8 m/ 。 A 强度计算滚珠丝杠的转速： 000v f/Dt=32r/ 式中 v切削线速度， v= 100m/ f进给量， f = D 工件直径， D = 50 t 滚珠丝杠螺距， t = 6 取寿命时间 T = 15000 h，则寿命值： A =60 。取运转系数 1. 2，硬度系数 1，则最大负载： Q=hFzh=8530N 选取滚珠丝杠的公称直径为 35 型号为 2/ 即双螺母垫片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为螺距为 6 其额定动负荷是 121847 Q = 故强度足够。 B 效率计算由于所选滚珠丝杠的螺旋升角 = 37，摩擦角 = 10，则滚珠丝杠的传动效率： =a/a+)= 轮设计 (在横向上 ) 步距角 b = 滚珠丝杠螺距 P = 6脉冲当量 p = 步，则在步进电机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮传动比为： i =2=360p/bP=360= 即选 48， 60，根据经验，齿轮模数取进电动机的选择进电动机结构和分类步进电动机的种类很多，按其工作方式的不同可分为功率式和伺服式两种。功率式步进电动机的输出转矩较大，能直接带动较大的负载。伺服式步进电动机出转矩较小，只能直接带动较小的负载，对于大负载需通过液压放大元件来传动。按运动方式可分为旋转运动、直线运动和平面运动等几种；按工作原理可分为反应式（磁阻式）、永磁式和永磁感应式等几种。在永磁式步进电动机中，它的转子是用永久磁钢制成的，也有通过滑环由直流电源供电的励磁绕组制成的转子，在这类步进电动机中，转子中产生励磁；在反应式步进电动机，其转子由软磁材料制成齿状，转子的齿也称为显极，在这种步进电动机的转子中没有励磁绕组。它们产生电磁转矩的原理虽然不同，但其动作过程基本上是相同的，反应式步进电动机有力矩惯性比高、步进频率高、频率响应快、可双向旋转、结构简单和寿命长等特点。在计算机应用系统中大量使用的是反应式步进电动机 1。向步进电机的计算与选择 A 确定步距角取系统的脉冲当量 f =脉冲，选用步距角 b= 0. 75。 B 起动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为 M，负载力为据能量守恒原理，电机所作的功与负载所作的功的关系： M= 2 则 M = = 169 N 中电机转角， =b = L移动部件的相对位移， L =p = 脉冲；负载力。 ( W + 纵向丝杠牵引力 = 1422 N 式中 d当量摩擦系数， d = 不考虑起动时的运动部件惯性的影响，则起动力矩 M/安全系数为 563 N于工作方式为 5 相 10 拍的步进电机： 796 N 步进电机的最高频率取 1 m/ s，则 1 000 0F=1000 1/60 1666 据以上数据，选用 150步进电机较合理。该电机步距角为最大静转矩为 2000N高空载起动频率为 2800 向步进电机的计算与选择同理，横向步进电机选用 130 ，计算从略 3 经济型数控系统选型通车床轴类零件专机改造主要是降低成本，降低成本可以从加工速度和简化操作步骤等方面来实现。数控车床不仅解决用常规方法无法或难以加工的复杂零件加工，而且为多品种、中小批量生产的柔性加工自动化开创一条新的途径。只要输入不同的程序，就能在同一台数控车床上自动加工多种不同的零件。经济型数控车床最大特点是 “经济 ”，操作简单，易维护，一台全自动车床需要几十万元至几百万元，经济型数控车床造价相对低廉，约 2 万元，很适合我国国情 15。 4 电动刀架的选择电动回转刀架采用陕西机械研究院产品，能自动选择 4 把刀号进行各工序连续加工。刀架电机采用西安微电机研究所的 9 4R 电动机。车床改造后的传动如图 3 所示图 3 床改装后的传动示意图 5 轴类零件工序及控制程序床改造参数的选择我们选用机床数控系统，该系统采用（际标准数控代码编程。能自动完成车削端面，内外圆柱面、倒角、任意锥面、球面、圆弧逼近的任意曲面及公英制单、多头圆柱、圆锥螺纹加工，并配有完备的 s、 M、 T 功能，系统采用模块化设计，内部设有计算机、电源、接口、驱动四种模块，具有体积小、重量轻、功耗低、功能多、速度高、操作维修方便等特点 14。该系统由数控单元、伺服驱动单元、减速器和步进电动机组成，其工作原理如图 4 所示。图 4 数控系统工作原理图该系统 I O 口主要有： (1) X 向电机接口：采用 7 芯插座，用来控制 x 向步进电机的运动。 (2) z 向电机接口：采用 7 芯插座，用来控制 z 向步进电机的运动。 (3) 螺纹功能接口：采用 7 芯插座。用来接收主轴脉冲发生器的 A 脉冲、C 脉冲。 (4) 电源输入输出接口：采用 5 芯插座，为控制系统提供 220V， 50 (5) T 功能接口：采用 25 芯插座，用于刀架控制。 (6) S、 M 功能接口：采用 37 芯插座，用于主轴控制。 (7) 其它功能接口：采用 16 芯插座，用于超程信号输入、回零信号输入等。数控系统软件部分的设计软件系统具有下列功能： (1) 控制车床刀具或工作台轴向、径向移动的方向、速度和长度。 (2) 可控制加工面、内外圆以及向锥面、球面逼近的任意曲面。 (3) 控制走刀速度，为多档，并可随时进行修正。 (4) 过程中可以给出一定的延时 & 在执行到延时，序时刀架在预定时间内停止运动。 (5) 有暂停功能。类零件加工工艺类零件的选择选用如图 5 所示的轴类零件图 5 螺纹轴类零件图（ 1）合理选材轴类零件的毛坯，可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形状。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主，而对于外圆直径相差大阶梯轴或重要的轴，常选用锻件。这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批量生产多采用自由锻，大批大量生产量时采用模锻。轴类零件的材料 : 应根据不同的工作条件和作用要求选用不同的材料，并采用不同的热处理规范 (如调质、正火、淬火等 )，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45 号钢是轴类零件的常用材料，它的价格便宜经过调质 ( 或正火 )后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达 4552 40合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢弹簧钢 15 经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达 5058并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造高精度的轴。精密机床的主轴 ( 例如 : 磨床砂轮轴、坐标镗床主轴 )可选用 38化钢。这种钢经调质和表面氮化以后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击、韧性好，与渗碳淬火钢相比较，它有热处理变形很小、硬度更高的特性。（ 2）主要技术要求尺寸精度轴颈是轴类零件的主要表面，它影响着轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求，通常为密轴颈可达几何形状精度轴颈的几何形状精度 ( 圆度、圆柱度 ) ，一般应限制在直径公差点范围内对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支撑轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承的径向圆跳动来表示的 ; 根据使用要求，规定高精度轴必须严格抓位置精度。类零件的加工（ 1）选用车刀用 45 度硬质合金车刀；用 60 度外螺纹车刀。控制车刀到指定的位置表工过程表 1 车端面 01 车 50端面 2 车螺纹 02 车 50螺纹 3 车外圆 01 车 50外圆 4 车凸台 01 车 70外圆 5 车外圆 01 车 60外圆精车零件刀具的轨迹设计 A 粗车轨迹设计图 6 零件粗车刀具轨迹图 B 精车轨迹设计图 7 零件精车刀具轨迹图 C 螺纹轨迹设计图 8 零件螺纹加工轨迹图（ 2）解决加工误差补偿问题在普通车床数控改造中，如何有效地提高加工精度，是工程技术人员一直致力研究的重要课题。解决的途径可以从硬件上着手，也可以从软件上着手。利用软件技术，对车削加工的误差进行修正，对普通车床数控改造来说是一个既经济、又简单可行的方法。首先获得误差分析，把它们反映到机床的实际加工过程中，即使刀具在机床工作空间中沿着误差的方向产生一定的相对运动而实现误差补偿控制的最终目的提高加工精度，这就是误差补偿控制。最早的误差补偿是通过硬件来实现的，它采用机械的方法。后来发展了软件补偿方法，其特点是在对机床本身不做任何改动的情况下，综合运用当代各学科的先进技术和计算机控制技术来提高机床加工精度。在早期的研究中，补偿是通过离线修改数控代码而实现的，该方法相当耗时，且假定离线辨识的误差在实际加工中保持相同，这影响了补偿效果。在本文中，运用软件实现对误差的补偿控制。它是在补偿过程中，补偿系统根据实时反馈的信号来预报机床的最终误差，并实时补偿该误差。它的特点在于，误差补偿控制系统与数控机床所采用的控制软件系统无关，数控系统的软件对整个误差补偿系统没有影响，它是一个独立的过程控制系统。本补偿控制系统主要有微机结合机床控制器构成。通过机床控制器实施采集机床拖板的运动位置信号 (与几何误差有关 )，并通过 A/D 板和输入 /输出接口把信号送入车床数控系统，通过误差数学模型将变形值求出，在通过 D/A 板和输入输出接口把信号送到机床控制器，机床控制器根据补偿值对刀架进行附加进给运动来实现误差补偿控制。机床误差补偿控制方式一般可以分为以下几种 :开环前反馈补偿控制方式、闭坏反馈补偿控制方式、半闭环前反馈补偿控制方式、混合控制方式。开环前馈补偿控制的原理如图 9 所示，它利用预先求得的加工误差数学模型来预测误差，从而进行补偿。但这要求必须有一个符合工程实际和实用的误差模型来进行预测，而且要求系统不受外界因素所干扰，否则不能进行正确的预测加工误差。但是，开环前馈补偿系统很难做到系统不受外界因素所千扰，故这种方式难以应用于生产实际。图 9 开环前馈补偿控制原理图考虑到补偿控制方式性能价格比最佳，又考虑到大多数控系统的底层技术对于使用者来说是不可知的，而反馈补偿法无需改变制软件，可用于任何床，所以，我们采用如下方案 :我们的补偿控制系统主要有微处理器析、计算、补偿单元 )结合数控机床控制器构成。通过机床编码器实时采集机床拖板的运动位置信号 (和几何误差有关 )并通过输入输出接口把它送入数控系统的单微处理器，根据位置误差函数，微处理器对其进行处理。然后，补偿值 (误差值 )经过相应转变后将补偿信号送入机床控制器，机床控制器据此实施对机床运动的控制。这样，通过修正输出信号 (加入补偿信号 )，而无需改变数控机床控制器内部原先的数控程序，使得数控机床在加工过程中实现系统补偿。本方案可以适用于绝大多数类型的数控系统。其原理如 10 所示 : 图 10 数控机床加工系统补偿原理图专机改造方面的应用可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充的原则设计。早期应用在机械控制及工业生产控制中的自动控制系统是继电器称继电控制系统。继电控制系统的工作原理是用导线把若干个继电器、接触器、开关及其触点按一定逻辑关系连接起来构成的控制系统。该控制系统具有结构简单、价格低廉、容易操作、对维护技术要求不高的优点，特别适用于工作模式固定、控制要求比较简单的场合。从目前我国机械加工的加工条件和应用环境来看，继电控制系统在我国机械加工和工业生产上的应用还是非常普及的。继电控制系统的缺点是 (1)功能简单。继电控制系统的功能只限于简单的逻辑运算如即时、顺序、延时等控制。 (2)安装困难。继电控制系统必须先画出电路图，按图排线、布第四章电气自动控制装置线，工作量特别大，一旦控制要求或工艺规范改变，其相应的配置都要随之改变，重新布线安装困难相当大。 (3)可靠性差。由于控制系统所需器件较多，线路复杂，控制系统一旦出现问题，查找和排除故障非常困难。另外，继电控制系统使用时间长了，容易出现线路老化、触点脱焊以及触点电弧等现象，降低控制系统的可靠性。随着现代工业的快速发展，产品市场竞争日益激烈，产品更新换代周期日趋缩短，新产品不断涌现，生产机械、加工规范和生产加工线需要随时改变，控制系统经常要做新的配置。在这样的加工条件要求下，继电器控制系统由于存在着上述缺点，就已经不能满足相应的需求了。上世纪 60 年代末，新一代工业控制设备制技术应现代加工技术的要求而产生了。最早的一台是由美国数字设备公司（制生产的，并成功地应用到美国通用汽车公司（自动生产线上。它既具有继电控制系统的外部特征，又具有计算机的可编程性、通用性和灵活性，且当加工要求或控制对象需要改变时，只需通过改变所编应用程序或输入输出接口的连接既能满足控制要求，因此受到用户的广泛欢迎。当时的控制系统功能上只能进行开关量的逻辑控制，故称为可编程序逻辑控制器（简称 70 年代中期，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，设计者把微处理器作为中央处理单元应用到，使能大大增强，它不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能。一名称已不能准确反映他的特征，人们又将这种控制装置称为可编程序控制器人们习惯上仍称为专为工业生产过程的自动控制而开发的通用控制器，编程简单是一个突出特点。它没有采用计算机的编程语言，而是开发了面向控制过程、简单易懂的程语言，有梯形图、语句表、控制系统流程图、逻辑表达式等几种。其中常用的有梯形图和语句表两种。早期的继电器按照控制顺序用继电器、线圈、常闭常开触点、串并联等符号硬线连接起来的一种控制线路图。它具有图形简单、直观、易懂的优点，但由于继电器的数量往往较多，实际布线时工作量大，占用空间大，查找和排除故障困难。特别是当控制对象改变时，需要重新设计控制线路图，重新排线布线，耗时费力，很不经济。继电接触器控制装置已不适应现代生产的需要。形图是一种图形语言，它沿用了继电器线路图中的触头、线圈、串并联等术语和图形符号，增加了一些继电接触器中没有的特殊符号（即编程元件），每一个编程元件都对应地有一个编号。不同厂家的编程元件的多少与编号方法各不相同，但基本的元件及功能相差不大。用这些图形符号来表示入与输出的关系。梯形图与控制电路图相呼应，形象、直观且实用，为广大电气技术人员所熟悉。加工的 I/O 分配图为表 2 所示：表 1 5 刀电机 M3 工件电机了更清晰的表达加工过程，我们可以利用梯形图如图 11 所示：图 11 形图结束语通过本次毕业设计，使我对机械制图软件有了更进一步的认识，同时也巩固了四年来所学专业基础知识。万事开头难，可能是由于第一次做这样的论文缺乏经验的缘故，仍然记得在设计之初，拿到任务书的那一刻，自己一头雾水的情景。仔细揣摩题目的意义后，才找到出发点，请教老师指导后开始了设计。题目似乎是简单的，但在做的过程中还是遇到了许多麻烦，步进电机控制过程中，由于对步进电机的了解不足，所以对结果始终感觉没有把握。专机改造系列化设计中，所需变动的东西太多，以至电脑运行缓慢乃至死机，最终只完成了部分改造。工程图制作中，软件生成的图例有些不满足国标的要求，需要对它们进行修改，由于自己对软件的学习不足，存在很多疏漏。致谢本文作为一名本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。本文是在洪老师的悉心指导下完成的。承蒙洪老师的亲切关怀和精心指导，虽然有繁忙的工作，但仍抽出时间给予我学术上的指导和帮助，使我从中受益非浅。洪老师对学生认真负责的态度、严谨的科学研究方法、敏锐的学术洞察力、勤勉的工作作风以及勇于创新、勇于开拓的精神是我永远学习的榜样。在此，谨向洪老师致以深深的敬意和由衷的感谢。其次，还要感谢大学四年来所有指导过，教育过我的老师们，正是你们不倦的教诲，使我打下了扎实的专业基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢河南科技学院机电系四年来对我的大力栽培。在这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情：感谢你们！参考文献 1李海龙董金祥进电机的机床改造设计 2004 2刘跃南主编机械工业出版社， 2004 3君主杨有编机械工业出版社， 2005 4吴祖育数控机床上海科学技术出版社， 1994 5谭浩强北京 :清华大学出版社， 2002 6韩鸿鸾数控机床的结构与维修机械工业出版社， 2004 7朱大先上海 :上海科学技术出版社， 2001 8哈工大上海 :上海科学技术出版社， 1983 9李洪辽宁 :辽宁科学技术出版社， 1999 10龚仲华北京 :机械工业出版社， 2003 11成大先北京 :化学工业出版社， 2002 12宋天麟南京 :东南大学出版社， 2003 13胡乾斌武汉 :华中科技大学出版社， 2003 14张永康北京 :机械工业出版社， 2001 15严爱珍原理与系统机械工业出版社， 1999 16董献坤程机械工业出版社， 2001 17王勇章哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版社， 1995 18何德原北京 :机械工业出版社， 1996 19陈婵娟北京：化学工业出版社， 2006 20李佳北京 :清华大学出版社， 2003 毕业论文（设计）任务书题目名称通车床螺纹轴类零件专机改造学生姓名所学专业机电技术教育班级指导教师姓名所学专业物理职称副教授完成期限 2008 年 12 月 22 日至 2009 年 5 月 31 日一、论文（设计）主要内容及主要技术指标主要内容 1. 对通车床结构的分析，并确定设计方案 2. 确定普通车床的组成及特点 3. 对个主要改造结构进行设计计算 4. 绘制相应的改装图 5. 技术指标达到专机改造的要求二、毕业论文（设计）的基本要求论文）一份：有 400 字左右的中英文摘要，正文后有 15 篇左右的参考文献，正文中要引用 5 篇以上文献，并注明文献出处，论文字数在 10000 字以上； 000 汉字的与本课题有关的外文翻译资料； 0000 字以上；三、毕业论文（设计）进度安排 1 月 16 日 20 日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成外文资料翻译和开题报告； 2. 2009 年 4 月 2 日 8 日（第 5 周），指导教师审核开题报告和设计方案； 3. 2009 年 4 月 9 日 6 日（第 6），单片机软件的应用，整体方案设计； 4. 2009 年 5 月 7 日 13 日（第 10 周），毕业设计中期检查； 5. 2009 年 5 月 14 日 3 日（第 11），撰写毕业设计（论文），答辩资格审查，学生修改整理论文，准备答辩； 6. 2009 年 6 月 4 15 日（第 14）毕业设计（论文）答辩。 1 外文翻译题目：通车床轴类零件专机改造专业：班级：姓名：指导教师：日期： 2 to of in is it on to a of of in of is to C, is of of is to to of of of is to 947 952 at in of is to of in to In to to in of on a of of a C a to a to be it be a as a to of it C to of in 3 C a of an to of an so NC in of C in 950s by In NC to a to be to a of to a up is in to be to 959 of is a C to of PT a in C C on to be by A to on of a in of a of C at in A of It to or a by a on a to be If it to 00of a If it to 00of a of to of a as a of in as a of of it of it or to on To in a of it to a It to as as to be a C of a as by as In a to a in to as a it is to as on a to of of of of a or a to be at It to be at of it as be on no is in of by As is by a of on is in on AM is P on At D of D or C to is As a of of of be A to to 6 数字控制随着中国快速成为全球制造中心，近年我国制造业发展迅猛，数控加工已经成为市场竞争和企业发展的新亮点，计算机辅助设计与制造（成为机械制造业的一个热门话题。先进制造技术中的一个最基本的概念是数字控制（在数控技术出现之前，所有的机床都是由人工操纵和控制的。在与人工控制的机床有关的很多局限性中，操作者的技能是最突出的问题。采用了人工控制时，产品的质量直接与操作者的技能有关。数字控制代表了从人工控制机床走出来的第一步。在 1947 和 1952 之间机床的数字控制已经首先发展于技术会和字的控制技术的在对生产尺寸精确结构复杂的飞行器和太空飞行器中发挥了作用。因为合成物形状，相当的时间被花费在确保机制发生之前 , 工作 / 工具关系是正确的；这导致了大量的生产时期和因此而产生的高成本。为了要减少费用 ,人们在自动控制工作 /工具关系之间进行了尝试。这导致了应用于辛辛那提厂数字原则的位置控制发展。数字控制意味着采用预先录制的、存储的符号指令来控制机床和其他制造系统。一个数控技师的工作不是去操纵

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