CA6140臥式車床數控化改造設計—橫向進給系統(tǒng)設計【含CAD圖紙】

畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述摘要 本文闡述了機床進行數控化改造的必要性，機床改造的方案以及數控化改造的優(yōu)點。使其在生產過程中加工精度明顯提高，定位準確可靠，操作方便，性能價格比高。機床的數控化改造已成為一種趨勢。關鍵詞 機床 數控改造 橫向進給隨著我國市場經濟的發(fā)展，國內、國際市場競爭日益激烈，產品更新更為迅速，中、小批量的生產越來越多。而普通機床已不適應多品種、小批量生產要求，數控機床則綜合了數控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產周期要求短的零件。當變更加工對象時只需更換零件加工程序，無需對機床作任何調整，因此能很好地滿足產品頻繁變化的加工要求 1。 對于機械制造企業(yè)，單純靠購買新的數控機床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機床進行數控化改造，提高機械設備的數控化率，是一種有效的途徑 2。1 機床進行數控化改造的必要性11 微觀看改造的必要性微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 可以實現加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高 37 倍 3。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現了“柔性自動化” 。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配” ?？蓪崿F多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床） ，減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等 4。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行 FMC（柔性制造單元） 、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術 5。12 宏觀看改造的必要性宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初已開始大規(guī)模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、FMC、FMS 外，還包括在產品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)） 、CIMS 等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化） ，最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)方面比發(fā)達國家約落后 20 年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重（數控化率）到 1995 年只有1.9，而日本在 1994 年已達 20.8，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性 6,7。2 機床數控化改造的方案數控機床由機床、數控系統(tǒng)和外圍技術三部分組成。普通車床改造的目的是利用數控系統(tǒng)控制車床自動完成機械加工任務，提高車床的加工精度和生產率。在考慮經濟型數控機床改造具體方案時，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對原有車床盡可能減少改動量，以降低改造成本。改造中需要解決的問題是：將機械傳動部分的進給和手動控制的刀架轉位改造成數控裝置控制的刀架自動轉位和自動進給的數控加工車床。根據機床的有關資料，確定總體方案為：利用數控系統(tǒng)對輸入的加工程序進行運算處理，發(fā)出的進給指令通過 I/O 接口輸出給 X 軸和 Z 軸步進電動機，經齒輪減速后，帶動滾珠絲杠轉動，由螺母帶動刀架直線移動，從而實現縱向和橫向的自動進給運動。換刀指令通過刀架控制器控制三相電動機實現刀架轉位功能，由脈沖編碼器協調完成車削功能，如圖 1 所示。圖 1 總體方案機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點：（1）恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復；（2）NC 化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統(tǒng)，改造成 NC 機床、CNC 機；（3）翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進行更新；（4）技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造 8,9。3 數控化改造的優(yōu)點(1) 減少投資額、交貨期短同購置新機床相比，一般可以節(jié)省 6080的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的 1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高 23 倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資 50左右 10。(2) 機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。(3) 熟悉了解設備、便于操作維修購買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現全負荷運轉 11。(4) 可充分利用現有的條件可以充分利用現有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。(5) 可以采用最新的控制技術可根據技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床 12。4 結束語經數控化改造的機床就成為了數控機床，具有數控機床的特點，如數控機床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點。但是改造后的機床也具有一定的局限性，主要有機床原有結構精度限制了改造后機床的加工精度和加工性能；機床原有的結構形式限制了改造后機床的加工范圍和數控化程度。這些不利條件最終影響了改造后機床的速度和精度 13。隨著數控產業(yè)整體水平的提高，數控系統(tǒng)的性能、伺服電動機及其驅動裝置等配套產品的性能也提高很多，對數控化改造中機床速度和精度的提高都非常有利。我國現有機床中,近幾年急需技術改造的約占 25%,這將蘊藏著無限商機。機床改造主要是采用數控和計算機控制技術,我國數控機床發(fā)展和機床數控化改造應緊跟世界潮流,發(fā)展多軸聯動數控系統(tǒng),開發(fā)高速、高精度、高效加工中心等關鍵技術,向智能化方向發(fā)展 14,15。參 考 文 獻1 閆素珍.聲發(fā)射技術及其應用J.西安航空技術高等專科學校校報,2002. 2 梁家惠,尹作友.聲發(fā)射儀器的發(fā)展J.無損檢驗，1998. 3 顧京.數控加工編程及操作M.北京:高等教育出版社,2002. 4 夏展宏.32 通道聲發(fā)射特征參數的實時提取J.無損檢驗,2003. 5 尹作友.聲發(fā)射采集系統(tǒng)的設計與研究J.遼寧工學院院報,2004.6 高欽和.可編程控制器應用技術與設計M.北京:人民郵電出版社,2005.7 楊綸標,高英儀.模糊數學原理及應用M.廣州:華南理工大學出版社,2001.8 王福泉,郝啟旺.變頻技術在空壓機電機上的應用J.電機技術,2002.9 孫增圻.智能控制理論與技術M.北京:清華大學出版社,2003.10 張新義.經濟型數控機床系統(tǒng)設計M.北京:機械工業(yè)出版社,1994.11 李洪.實用機床設計手冊M.沈陽:遼寧科學技術出版社,1999.12 陳宏鈞,馬素敏.金屬速查速算手冊M.北京：機械工業(yè)出版社,1994.13 范云漲,陳兆年.金屬切削機床設計簡明手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,1994.14 王啟義,蔡群禮,胡寶珍.金屬切削機床設計M.沈陽:東北工學院出版社, 1989.15 黃祖德.機械設計M.北京:北京理工大學出版社,1992.畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、本課題要研究或解決的問題：本課題要求在對臥式車床的改造任務和功能需求作出認真分析的基礎上，做好總體改造方案設計及橫向進給系統(tǒng)的詳細設計。具體內容及要求如下：（1）調查研究、查閱及翻譯文獻資料，撰寫開題報告；（2）改造任務及功能需求分析；（3）總體改造方案的確定；（4）橫向進給系統(tǒng)機械部分和控制部分的詳細設計；（5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設計說明書及使用說明書。相關設計技術條件及要求如下：（1）床身上最大加工直徑：400mm；最大加工長度：1000mm；（2）橫向進給脈沖當量：0.005mm/脈沖，縱向進給脈沖當量：0.01mm/脈沖；（3）橫向最快的工進速度：400mm/min，縱向最快的工進速度：800mm/min；（4）換刀時刀架轉速：30r/min；（5）CNC 系統(tǒng)主 CPU 采用單片機。二、擬采用的研究手段（途徑）：由于該設計是經濟型數控改造，在考慮具體方案時，應遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。（1）機械部分改造橫向進給機構的改造：拆掉原手動刀架和小拖板，安裝上數控刀架；拆掉普通絲桿、光桿進給箱和溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；保留原手動機構，用于調整操作，原有的支撐結構也保留，采用一級齒輪減速，步進電機、齒輪箱體安裝在中拖板的后側。（2）數控系統(tǒng)部分設計數控系統(tǒng)按運動方式分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)(輪廓)控制系統(tǒng)根據設計要求，CA6140 車床要加工復雜零件輪廓，其各坐標軸的運動有著確定的函數關系。根據設計要求，本微機數控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。采用以步進電機驅動的開環(huán)控制。因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。開環(huán)控制多用于負載變化不大或要求不高的經濟型數控設備中。采用簡易數控裝置，以步進電機為驅動機構，實現在微機控制下的自動加工。其工作原理是：根據加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，通過數控裝置上的鍵盤輸入微機，微機在監(jiān)控程序的管理下工作，并通過專用控制程序，把用戶加工程序轉化成一定頻率和數量的脈沖信號，經驅動電路放大后驅動縱橫向二臺步進電機轉動，通過機械接口傳動絲杠實現刀架縱、橫兩個方向的頻率。自動回轉刀架由單片機發(fā)出換刀轉位指令，由自動刀架驅動電源驅動三相電機使刀架松開、抬起、旋轉后再自動鎖緊而完成轉位換刀過程。該經濟型微機橫向進給系統(tǒng)擬采用步進電機作為驅動元件，改造方案如圖 1 所示。微機通過 I/O 接口發(fā)出驅動脈沖，經過光電隔離進入步進電機的驅動控制線路，驅動控制線路接受來自數控車床控制系統(tǒng)的進給脈沖信號，并將該信號轉換為控制步進電機各定子繞組依次通電、斷電的信號，使步進電機運轉。步進電機的轉子帶動滾珠絲杠傳動，絲杠轉動使工作臺產生移動。圖 1 車床數控改造的總體方案示意圖綜上所述，本設計改造的總體方案為：采用 MCS-51 單片機對數據進行計算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖，步進電機經一級齒輪減速后，帶動滾動絲杠轉動，從而實現縱向、橫向的進給運動。數控改造后的車床不僅提高了原車床的精度和自動化程度，達到快速調整且仍能保持車床的通用性，而且提高了原車床的功能，利用數控方法準確地加工任意面的旋轉體。光電隔離微機功率放大步進電 機橫向工作臺xx畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見：1對“文獻綜述”的評語：該生通過閱讀與本課題相關的參考文獻，進行了一定的總結，撰寫的本文獻綜述能夠反映“臥式車床數控化改造設計橫向進給系統(tǒng)設計”的課題背景以及相關知識，論文撰寫較通順，符合規(guī)范，達到了撰寫文獻綜述要求和目的，為畢業(yè)設計后期分析打下了良好的基礎。2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：“臥式車床數控化改造設計橫向進給系統(tǒng)設計”這一課題的深度、廣度及工作量均適中，合適學生在畢業(yè)設計期間完成，希望該生能獨立的進行總體改造方案設計及橫向進給系統(tǒng)的詳細設計的研究，完成課題的要求，撰寫畢業(yè)論文，達到進行科研訓練和本科畢業(yè)設計的要求。指導教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日