車床數(shù)控化改造設計畢業(yè)設計答辯

題目:普通車床的數(shù)控技術改造及橫向機構設計

指導老師:2021/5/91

主要內容一、課題研究的背景和現(xiàn)狀二、課題研究的目的和意義三、課題研究的主要內容四、課題研究的展望2021/5/92一、課題研究的背景和現(xiàn)狀

目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。

2021/5/93一、課題研究的背景和現(xiàn)狀1.1國內數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀:

1)除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。

2)國產數(shù)控機床不能滿足市場的需求1.2國外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀:

1)國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床

2)國外數(shù)控機床的網(wǎng)絡化

2021/5/94一、課題研究的背景和現(xiàn)狀1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢:

1)繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展

2)向高速化和高精度化發(fā)展

3)向智能化方向發(fā)展

2021/5/95二、課題研究的目的和意義2.1本課題研究的目的：

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縱向進給系統(tǒng)的詳細設計。通過這一典型機電一體化產品的開發(fā)設計，培養(yǎng)綜合運用所學專業(yè)知識改造開發(fā)新產品及解決工程實際問題的能力。2021/5/96二、課題研究的目的和意義2.2本課題研究的意義：數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)生產現(xiàn)代化的主機,數(shù)控技術的水平高低和機床的數(shù)控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前我國機床的數(shù)控化率還不到5%,新機床的數(shù)控化率也僅為6%。無論從數(shù)控技術水平和機床的數(shù)控化率都大大落后于西方發(fā)達國家。由于機床以及技術的不斷進步,機床改造已是個”永恒”的課題。我國的機床改造業(yè),也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè),具有重要的現(xiàn)實意義和使用價值:

（1）節(jié)省資金。（2）性能穩(wěn)定可靠。（3）提高生產效率。2021/5/97三、課題研究的主要內容3.1普通車床介紹

C--類代號(車床類機床)W--結構特性代號

6--組代號(落地及臥式車床組)1--系代號(臥式車床系)63--主參數(shù)(最大工件回轉直徑的1/10)2021/5/98普通臥式車床的結構布局2021/5/99三、課題研究的主要內容普通車床各部分功能介紹主軸箱是支撐主軸并帶動工件作回轉運動。

進給箱是進給傳動系統(tǒng)的變速機構。交換齒輪箱是用來將主軸的回轉運動傳遞到進給箱。溜板箱是接受光桿傳遞的運動，驅動床鞍和中、小滑板及刀架實現(xiàn)車刀的縱橫進給運動。2021/5/910主要結構及運動特點由主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿、光桿、床身等組成2021/5/911主軸變速箱功能：支承主軸和傳動其旋轉2021/5/912進給箱：變換被加工螺紋的種類和導程，以及獲得所需的各種進給量2021/5/913溜板箱：將絲杠或光杠旋轉運動變?yōu)榱锇搴蛙嚨兜闹本€進給運動2021/5/914CXXX臥式車床的功能2021/5/915三、課題研究的主要內容3.2總體方案的確定

CXXX型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經濟上還是技術都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。2021/5/916三、課題研究的主要內容普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。車床數(shù)控化改裝后屬于經濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。2021/5/917三、課題研究的主要內容縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。2021/5/918三、課題研究的主要內容3.3機械系統(tǒng)的改造設計方案進給系統(tǒng)的改造與設計方案。

主傳動系統(tǒng)的改造方案

。自動回轉刀架設計2021/5/919二、總體方案的確定

總體方案應考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、進給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進給傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。

（1）普通車床數(shù)控化改造后應具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。2021/5/920（2）普通車床經數(shù)控化改造后屬于經濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)常采用步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）根據(jù)技術指標中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經濟性要求，決定選用MCS-51系列的8位單片機作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機具有功能強、速度快、抗干擾、性/價比高等優(yōu)點。2021/5/921（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉換電路、串行接口電路等；還要選擇步進電動機的驅動電源以及主軸電動機的交流變頻器等。

（5）為了達到技術指標中的速度和精度要求，縱、橫向的進給傳動應選用摩擦力小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動間隙提高傳動剛度，滾珠絲杠的螺母應有預緊機構等。2021/5/922（6）計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需要減速輪副，且應有消除間隙機構。

（7）選擇四工位自動回轉刀架與電動卡盤，選擇螺紋編碼器等。2021/5/923三、機械系統(tǒng)的改造設計方案

1．主傳動系統(tǒng)的改造方案

對普通車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構和變速操縱機構，這樣可減少機械改造的工作量。主軸的正轉、反轉和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。2021/5/924若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉速，可用2～４速的多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速。2021/5/925

2．安裝電動卡盤

為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，選用呼和浩特機床附件總廠生產的KD11250型電動三爪自定心卡盤。卡盤的夾緊與松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。2021/5/9263．換裝自動回轉刀架

為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉刀架，選用常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司生產的LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。實現(xiàn)自動換刀需要配置相應的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。2021/5/9274．螺紋編碼器的安裝方案

螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動。2021/5/928螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結構簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的后端。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性聯(lián)接，且車床主軸的最高轉速不允許超過編碼器的最高許用轉速。2021/5/9295．進給系統(tǒng)的改造與設計方案

（1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。

（2）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與同步帶減速箱總成。

（3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。2021/5/930（4）拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜板上方安裝四工位立式電動刀架。

（5）拆除橫溜板下的滑動絲桿螺母副，將滑動絲桿靠刻度盤一段鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。

（6）將橫向進給步進電機通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。

（7）拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。

2021/5/9312021/5/9322021/5/933四、進給傳動部件的計算和選型

縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：

1、確定脈沖當量

2、計算切削力

3、選擇滾珠絲杠螺母副

4、設計減速箱

5、選擇步進電動機

2021/5/934五、繪制進給傳動機構的裝配圖

在完成滾珠絲杠螺母副、減速箱和步進電動機的計算、選型后，就可以著手繪制進給傳動機構的裝配圖了。在繪制裝配圖時，需要考慮以下問題：

（1）了解原車床的詳細結構，從有關資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結構尺寸。

（2）根據(jù)載荷特點和支承形式，確定絲杠兩端軸承的型號、軸承座的結構以及軸承的預緊和調節(jié)方式。2021/5/935（3）考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調整方法。例如，應保證絲杠兩端支承與螺母座同軸，保證絲杠與機床導軌平行，考慮螺母座、支承座在安裝面上的聯(lián)接與定位，同步帶減速箱的安裝與定位，同步帶的張緊力調節(jié)，步進電動機的聯(lián)接與定位等。

（4）考慮密封、防護、潤滑以及安全機構等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵防鐵屑保護、軸承的潤滑及密封、行程限位保護裝置等。2021/5/936（5）在進行各零部件設計時，應注意裝配的工藝性，考慮裝配的順序，保證安裝、調試和拆卸的方便。

（6）注意繪制裝配圖時的一些基本要求。比如，制圖標準，視圖布置及圖形畫法要求，重要的中心距