优秀毕业设计毕业设计

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CA6140型普通车床数控化改造设计一.毕业设计题目（一）主要设计参数及技术指标本次设计任务是将CA6140型普通车床进行简易数控化改造与设计具体要求如下：、1.X轴（横向）Z轴（纵向）改为微机控制、采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动；2.x轴（横向）脉冲当量：0.005mm/脉冲；3.z轴（纵向）脉冲当量：0.010/脉冲；3.操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止；4.实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工；（二）毕业设计内容及工作量1.设计计算说明书①数控技术的应用于发展；②数控技术在机械工业中的进展；③数控改造的必耍性；④数控改造的优点；⑤数控改造的设计步骤；⑥数控改造方案的确定；⑦机械部分改造设计与计算；⑧电机的计算与选择；⑨数控系统的选择；⑩参考文献2•图纸部分①普通车床数控化改造总体方案图（O号图纸一张）；②X轴（横向进给）机械改造配图（O号图纸一张）；③z轴（纵向进给）机械改造配图（O号图纸一张）；二、数控技术的应用与发展数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复朵零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。一般数控系统由输入/输出（I/O）装置、数字控制系统、驱动控制装置、电器逻辑控制执数行装置等4个部分组成。控机床就是采用了数控系统的机床，是高效率、髙精度、髙柔性和高度自动化的现代机械加工设备，是髙度机电一体化的产品.但是随着信息化程度的逐步提高，对实现综合生产指标优化的综合自动化系统的需求不断増长及通信技术与计算机及其网络技术的融合发展，为了产品在市场上增强竞争力，提高综合效益，现在人们考虑更多的是把传统的数控系统技术放在金业信息化大背景下，思考如何用信息化技术去促进工业自动化快速向高端发展。在全球市场环境影响和推动下，改进产品质量、提高生产效率和降低产品成木的需求不断增长，生产的实时优化受到过程工业的普遍重视并广泛加以采用。为了适应变化的经济环境，减少消耗，降低成木，提高生产效率，提高运行安全性，必须对控制、优化、计划与调度以及生产过程管理实现无缝集成。要降低生产成木、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗，产品只能通过全流程自动控制系统的优化设计來实现。数控技术从发明到现在，已有近50年的历史。按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：电子管数控，晶休管数控，中小规模NC数控，小型计算机数控，微处理器数控；从体系结构的发展，可分为以磧件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统，后者也称为软数控系统：从伺服及控制的方式可分为步进电机驱动的开环系统和伺服电机驱动的闭环系统。数控系统装备的机床大大提高了加工精度、速度和效率。人类发明了机器，延长和扩展人的手脚功能：当出现数控系统以2后，制造厂家逐渐使数控系统部分代替机床设计师和操作者的大脑，具有 一定的智能，能把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能放进数控系统。三、数控技术在机械工业中的发展众所周知，机械工业是是国民经济产业和支柱产业，是推动国家技术进步的主要力量，随着科学技术的发展，机械产品的结构越來越合理，其性能和效率日趋提高，因此，对加工机械产品零部件的生产设备■机床也提出了高性能、高精度机单与高自动化的耍求。械工业中，件与小批量产品占到70〜80,这类产品一般都采用人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量，特别是一些轮廓复杂的零件。数控技术的出现与发展，就是为了解决单件、小批量、特别复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求。自1952年出现第一台数控机床以来，随着计算机自动控制伺服驱动与自动检测等技术的迅速发展，表征数控机床的水平和决定数控机床功能与特性的数控系统经历了以下儿个阶段：第一阶段：数控（NC）阶段（1952〜1970年）。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代■电子管时代；1959年的第二代■晶体管时代；1965年的第三代■小规模集成电路时代。第二阶段：计算机数控（CNC）阶段（1970〜现在）571970年，通用小型计算机作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段，1971年美国INTEL公司将运算器和控制器集成在一块芯片上，称为微处理器，又称为中央处理（。单元即CPU）至IJ1974年,到CPU被应用于数控系统，了1990年，PC的性能已发展到较高的水平，进入基于PC阶段。总之，计算机数控（CNC）的发展也经历了三代，即1970年的第四代・小型计算机;1974年的第五代■微处理器；1990年的第六代・基于PC（国外称为PC-BASED）o数控系统发展到第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格极为昂贵、应用很不3方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。四、数控改造的必要性（一）从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复朵的曲线或曲面。2、可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3〜7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和然从存储下来,后按程序规定的顺序自动去执行，而实现自动化JO仓灰灰桓龊绦颍涂境迪至娥还空庸之淖远？而使单件和小批生产得以口动化，故被称为实现了quot柔性口动化quote3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要quot修配quote4、可实现多工序的集小，减少零件在机床间的频繁搬运。5、拥有白动报警、自动监控、白动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。6、由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期， 可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重人的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMSC计算机集成制造系统等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自化的技成为市机机几特别机很大O(1a是，存在差距，还不基础技术。4（二）从宏观上看，数控机床已求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控产业化和产品开发上取得了明显的进步，高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步数控机床与先进国家的同类产品相比，还能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三白多万台普通机床。但机床的索质差，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丿J,以实现预定的加工工艺冃标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机内T【厂的技术改造方面1O多工厂—-技术造普通机资源限，国？家的资去购买WT济型控系统改床的技术经济效益为人家所理解。在国中，机床的微机数控化改造己成为重要面购置数控机床一面利用数控、数显、I床，并取得了良好的经济效益。我国经大，机床需要量大，因此不可能拿出相当型的数控机床，俄国的旧机床很多，用造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的口动化程度，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，木毕业设计实例具有典型性和实用性。五、数控改造的优点普通车床数控化改造一般是指对现有普通车床的某些部位做一定的改造，配上经济数控装置或标准型数控系统，从而是原机床具有数控加工能力。其改造有如下的优点：1、资本效率出发，改造闲置的普通机床能发挥旧机床的原有能和改造后的新增功能提高机床的使用价值。2、适应多品种，小批量零件生产。3、数控改造费用低减少了投资额经济性好擞控车床改造费用仅为新购一台数控车床费用的15〜20同购置新机床相比,一般可以节省75〜80的费用如果再结合机床人修理，儿5乎就是一台新的数控车床甚至会更好，因为普通车床不会再变形。4、机械性能稳定可所利用的普通机床基础件是重而坚固的铸而不是焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以做为新设械结构更为简方面，可以提继续使用多年。数控化改造后使原有的机，原有得手扶进给机构全部消失。这样一 精度减少传动链对精度的影响；另一方 便于操作维修降低了操水平.购买新机床时，不则不然可以精确计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用操作者对机床的特性早已了解，在操见改作使用和面，可以减少机械故障率，提高运行的可靠性.但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。5、操作者熟悉了解机床、作者的技术要求，更易于提高管理了解新机床是否满足起加工要求。维修方面培训时间短、效快。造的积储一旦安装好，就可以全负荷运转。操作者只需要对工件进行装夹和操作开关，而零件的加工全部则由数控系统控制完成，即使比较复杂的T件也能迅速完成，省去了对技术耍求的烦恼。6、可充分利用现有的条件，可以充分利用现有基地不许要重新构筑地基。7、可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度及时提提高生产设备自动化水平和效率，提高机床质量和档次将旧机床改造成当今水平的机床。动化程度高、专业性强、加T精度高、生产效率高。8、增强了功能，如圆弧加、锥度加工，这是传统加工方法难以完成的。9、交货期短，可满足生产急需。六、数控改造的设计步骤1.旧机床的设备选型通常对一台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对该设备进行估价，这也就是设备选型。已判断该设备是否有改造价值，改造后不能满足需求，改造后的可能性等，这些都于设备6的选择密切相关，所以设备选型是设备改造的重要环节，应重点考虑几个重要参数：设备的型号规格、生产厂家和国别、投产时间、H达到的预期效生产的机床，相对高一些，车床改造为前运行状况、剩余价值机械、电气、改造后果。数控改造应尽可能采用20世纪80年代因为这类机床由于使用年限短，其几何精改造效果也要好一些。2.改造主要技术方案将普数控机床，是一项技术性很强的工作，必须根据加工对象的要求和工厂实际情况，确定切实可行的改造方案，搞好机床的改造设计。一个好的改造方案是改造成功的重要基础，并在这个环节上严格成功实施。改造方案的制定包含了很重要系统的了解熟悉、以往高的要求。因此方案的为重要的一环，它不仅，而且影响到经济性和的对很极求［关，保证改造勺内容，包括了等方面的都有数控化改造中维修改造基础悄况制定和选择是机床影响被改造后的机床的性能要改造效果。因此，必须在调杳研究的基础上，进行充分的论证、选择，并确定技术方案。在选择技术方案时主要应从以下儿个因素考虑：①控系统目前在市场可提供各种经济型和标准型数控系统。经济型数控系统具有结构简单，操作方便，技术容易掌握及制造技术成本低等优点，而标准型数控系统数控系统性能完善，与机械、强电结合方便，可靠性髙。相对来说，经济型数控系统性能较差，系统平均年无故障工作时间较短，使用于具有一定维修能力的单位。一般地，普通车床改造时，由于需耍加工圆锥、圆弧等曲面，需要选择两轴联动控制的数控系统。②控制方式闭通常控制系统的控制方式分为开环、环和半闭环三种。开环系统无位置检测反馈装置，其加工精度 由执行元件和传动机构的精度来保证。定位精度较低（一般只能达到土，0.02mm/300mm）且这种控制方式多以步进电动机为驱动元件，受步进电机性能的影响，也是目前控制方式多以步进电动进给速度一般不高。但该控制方式投资少，安装调试方便，因此，使用7于精度要求一般的机床改造，也是冃前机床数控化改造中应用最半但（为普遍的一种。闭环控制方式虽然改造费用大，精度较高可达±0.01mm/0.03mm），且多以直流交流伺服电动机为驱动元件，速度也比开环控制方式高，安装调试也比较方便，因此使用于控制精度要求高的机床改造。闭环控制由T直接测量出移动部件的实际位置，耍在机床的相应部位安装直线检测元件，工作量大、费用高、调试困难。它的稳定性与机械部分的各种非线性因素有很大关系，因此在数控改造屮一般不采用这种控制方式。③伺服驱动元件冃前在数控机床改造技术中和常用的元件有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机。这些驱动元件，配以适当的攻放装置，即组成伺服驱动系统。④机械系统机械系统改造方案主要设计提高移动部件的灵活性，减少和消除传动间隙，特别是减少反向间隙，其改造工作量较大。通常改造的有导轨副、传动元件及联轴器等。a导轨副普通车床的导轨多数采用滑动导轨，在低速时易出现爬行现象，直接影响运动部件的定位精度、若把滑动导轨改为滚动导轨和静压导轨，要求工艺高，许多相关零件组件需进行更换和加工，改造加工周期长，改造费用多，实现起来比较困难，在一般数控改造中比较少用。另一种改造是采用贴塑导轨，即在原动导轨上粘接上聚四氟乙烯软带，能有效地防止爬行，具有自润滑性，提高导轨寿命，且零部件不需耍更换，加工部位少，改造工作量小，周期短，费用低，在机床数控化改造中得到广泛应用。木次改造，仍然保留原滑动导轨。b传动元件在普通车床数控化改造屮所涉及的传动元件是将旋转运动变为直线运动的传动副。普通车床通常采用普通而精滑动丝杠副。数控车床由于要求移动部件灵敏、度高反应快、无爬行，因此采用滚珠丝杠副來满足要求。在使用滚珠丝杠副时应注意由于丝杠副具有可逆传动特性，没有自琐能力，在高速大当滚惯量系统屮需要设置制动机构。然，珠丝杠副由于制造复杂、加工精度要求高，因此价榕要比普通丝杠高出许多。8由于滚珠丝杠副的径向尺寸较大，在进行普通车床的数控化改造时，许多相关部位都需修改，因此，为使改造方案容易实现在可能的情况下，有时仍用原普通丝杠，但为了清除丝杠与螺母间隙，应将单螺母副改成可调间隙的双螺母副。如果在数控化改造屮，需采用其他元件，应注意消隙措施的采用以提高方向精度。c联轴器为清除传动系统中的反向间隙，提高重复定位精度，伺服驱动元件所用联轴器（如果有的话）多数采用无键连接，如用锥销刚性联轴器、锥环联轴器等。3.改造的实施准备工作就绪后，即可进入改造的实施阶段。实施阶段的内容按时间顺序分为：①原机床的全面保养会机床经长期使用后，不同程度 地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。其次，应对机床做一次改前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案。这样可以对改造工作指导参考作用，乂可在改造结束时做对比分析用。②保留的电气部分最佳化调整对电气系统做局部改造，保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换，电动机的？养，伺服驱动装置的最佳化调整，老化电.