【053】3C618數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)設計(論文+DWG圖紙)

【053】3C618數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)設計(論文+DWG圖紙),053,c618,數(shù)控車床,傳動系統(tǒng),設計,論文,dwg,圖紙 第一章 概論 一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 二、國內(nèi)數(shù)控機床狀況分析 三、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 四、機床數(shù)控化改造的必要性 第二章 普通車床的數(shù)控改和可行性論證 一 車床的數(shù)控改造 二 可行性論證 三 總體設計方案的確定 第四章 主傳動部分改造與設計 一、 主傳動部分改造方案擬定和設計的內(nèi)容 二、 二、主傳動部分改造設計計算 三、 三、機床調(diào)速電機控制電路圖的設計 第五章 伺服進給系統(tǒng)的改造設計與計算 一、伺服系統(tǒng)的組成原理和要求 二 伺服進給機構的設計內(nèi)容和設計計算 第六章 自動轉位刀架的選擇設計 一、數(shù)控車床刀架的基本要求 二 、自動轉位刀架的選擇 第七章 編碼盤的安裝設計 一、編碼盤的工作原理 二、步進電機頻率對編碼盤的限制 三、編碼盤的安裝 第八章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇設計 一、典型機床數(shù)控裝置的硬件組成 二、典型CNC系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）技術性能 第九章 典型零件的加工程序設計 第一章 概論 一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 二、國內(nèi)數(shù)控機床狀況分析 （一）國內(nèi)數(shù)控機床現(xiàn)狀 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，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)。?2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。?近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。? （二）國內(nèi)數(shù)控機床的特點? 1、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位。? 2、數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。? 2001年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。? 3、數(shù)控機床發(fā)展的關鍵配套產(chǎn)品有了突破。?? 三、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 　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。 2.　向高速化和高精度化發(fā)展 　　這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 3.　向智能化方向發(fā)展 　　隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）應用自適應控制技術 　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 （2）引入專家系統(tǒng)指導加工 　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) （4）智能化數(shù)字伺服驅動裝置 　　可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 四、機床數(shù)控化改造的必要性 （一）微觀看改造的必要性 　　從微觀上看，數(shù)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(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 1 、可以加工出傳統(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。 2 、可以實現(xiàn)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3～7倍。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(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。 3、 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"。 4 、可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 5、 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看 管加工。 6、 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(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。 （二）宏觀看改造的必要性 　　從宏觀上看，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(shù)控機床。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(chǎn)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(chǎn)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(shù)控機床的比重（數(shù)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(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。 數(shù)控化改造的市場空間 機床的數(shù)控制化改造是一個方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計數(shù)字上看前途應該是十分光明的，例如："在美國，日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造人作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及數(shù)控技術的不斷進步，機床改造是一個"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)所以不難看出： 1．國內(nèi)的市場 我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)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(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)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。 2. 進口設備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 　　我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元。 　　這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。 　　這些不能使用的設備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。 機床改造的效益分析 提高機床數(shù)控化效率有兩個途徑：一是購買新的數(shù)控機床；二是對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大，經(jīng)濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設備的先進性和數(shù)控化率是一個極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點： 1、 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費用，改造的費用大大減低。 2、機械的穩(wěn)定性可靠 機床的床身，立柱等基礎件都是重而堅固的鑄鐵構件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時對環(huán)境的污染。 3、熟悉了解設備結構性能，便于操作維修，購買的新設備，事先很難前面了解機床的結構性能，以至很難預算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機床在使用和維修方面的培訓時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。 4、可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機時重新構筑新基，同時工夾具、樣板和外設備也可以在利用。 5、可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機床，往往對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個專用的特殊功能，如向機床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費用大，交貨的日期又長。而采用改造的方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設計改造成專用的數(shù)控機床。 6、可及時采用最新技術，充分利用社會資源 由于技術進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床方面的改造 ，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導軌新技術，可使傳統(tǒng)的滑動導軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會資源，可根據(jù)技術更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術來提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機場改造成當今水平的機床。 第三章 總體設計方案的確定 經(jīng)總體設計方案的論證后，確定的C618的車床經(jīng)濟型數(shù)控改造的總體方案示意圖如下圖所顯：C618車床的主軸轉速部分采用了變頻調(diào)速交流異步電機，有級變速部分采用電磁離合器控制機構；車床的縱向和橫向進給運動采用步進電機驅動，經(jīng)步進電機驅動，齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動；刀架改成由微機控制，經(jīng)電機驅動的自動轉位刀架。為保持切削螺紋的功能，需安裝主軸脈沖發(fā)生器。 改造后的總體方案示意圖如圖3-1所示： 圖3-1總體方案設計圖 第九章 典型零件的加工程序設計 圖中Φ100mm處不加工。編制加工程序步驟如下： （一）、數(shù)控機床的選擇 被加工零件為回轉體零件，需進行倒角，螺紋，錐度，圓弧加工，選書空車床可滿足要求。 （二）、加工程序劃分 經(jīng)分析確定工藝路線如下： 從右到左切削外輪廓，其路線為：平端面——車Φ90的外圓——車Φ80的外圓——車Φ70的外圓——車Φ60的外圓——車Φ55的外圓——倒角2×45°——錐度——圓弧加工——切槽——螺紋。 （三）、選擇刀具、確定換刀點 根據(jù)加工要求選用三把刀具，T01號刀 車外圓，T02 號刀車螺紋，T03 號刀切槽，。繪制零件車削圖（如下圖所示），要注意正確選用換刀點，以避免刀具與車床、工件、夾具在換到時發(fā)生碰撞現(xiàn)象，本例換刀點選A（200，100） （四）、正確切削用量 根據(jù)數(shù)控加工的特點，本例切削用量確定如下：車外圓時，主軸轉速取600r/min（S600），進給量取0.15mm/r。切槽時，主軸轉速取300r/min（S315）。進給量取0.16mm/r。車螺紋時，主軸轉速取200r/min（S200），進給量為1.5mm/r，螺距F1.5），切削深度為精加工余量。 圖8-1 車削零件圖 （五）、編制精加工程序如下： ;工件尺寸450×100 ;起始位置X=50 Z=10 ;刀具 T01為車刀 T02為螺紋刀 T03為切斷刀 N01 G92 X100 Z10 N02 T1 N03 G00 Z0 N04 G01 X-1 N05 G00 X100 N06 G00 Z10 N07 G00 X95 N08 G01 Z-385 F40 N09 G00 X100 N10 G00 Z10 N11 G00 X90 N12 G01 Z-385 F40 N13 G00 X100 N14 G00 Z10 N15 G00 X85 N16 G01 Z-325 F40 N17 G00 X100 N18 G00 Z10 N19 G00 X80 N20 G01 Z-325 F40 N21 G00 X100 N22 G00 Z10 N23 G00 X75 N24 G01 Z-225 F40 N25 G00 X100 N26 G00 Z10 N27 G00 X70 N28 G01 Z-225 F40 N29 G00 X100 N30 G00 Z10 N31 G00 X65 N32 G01 Z-105 F40 N33 G00 X100 N34 G00 Z10 N35 G00 X60 N36 G01 Z-105 F40 N37 G00 X100 N38 G00 Z10 N39 G00 X55 N40 G01 Z-105 F40 N41 G00 X100 N42 G00 Z10 N43 G00 X48 Z0 N44 G01 X55 Z-5 N45 G00 X100 N46 G00 Z10 N47 G00 X65 Z-105 N48 G01 X70 Z-205 N49 G00 X100 N50 G00 Z10 N51 G00 X60 Z-105 N52 G01 X70 Z-205 N53 G00 X100 N54 G00 Z10 N55 G00 X80 Z-245 N56 G92 X80 Z-245 N57 G05 X80 Z-305 I-2 K-30 F40 N58 G00 X80 Z-245 N59 G92 X80 Z-245 N60 G05 X80 Z-305 I-4 K-30 F40 N61 G00 X80 Z-245 N62 G92 X80 Z-245 N63 G05 X80 Z-305 I-6 K-30 F40 N64 G00 X80 Z-245 N65 G92 X80 Z-245 N66 G05 X80 Z-305 I-7 K-30 F40 N67 G00 X100 N68 G00 Z10 N69 M05 N70 T03 M03 S300 N71 G00 Z-105 N72 G01 X46 F40 N73 G00 X100 N74 G00 Z10 N75 M05 N76 T02 M03 S200 N77 G00 X53 N78 G01 Z-100 F40 N79 G00 X100 N80 G00 Z10 N81 G00 X51 N82 G01 Z-100 F40 N83 G00 X100 N84 G00 Z10 N85 G00 X50 N86 G01 Z-100 F40 N87 G00 X100 N88 G00 Z10 N89 M05 N90 M02 第二章 普通車床的數(shù)控改和可行性論證 對于普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在考慮總體設計方案時，應遵循的原則是：在滿足設計要求的前途下，對機床的改動應盡可能的少，以降低成本。 一 車床的數(shù)控改造 （一）、數(shù)控機床工作原理及組成 1. 數(shù)控機床工作原理： 數(shù)控機床加工零件時，首先應編制零件的加工程序，這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主運動的變化、起停，進給運動的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合要求的零件。 2.數(shù)控機床的組成： 數(shù)控機床主要由控制介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如圖2-1 圖2-1 數(shù)控機床的組成圖 （二）、設計內(nèi)容及任務 普通車床（C618）的數(shù)控改造設計內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設計計算（包括縱向、橫向進給系統(tǒng)的設計與計算）、主運動自動變速原理及改造后的機床傳動系統(tǒng)圖的設計、機床調(diào)速電動機控制電路的設計、電磁離合器的設計計算。。 本設計任務是對C618臥式車床進行數(shù)控化改造，實現(xiàn)微機對車床的數(shù)控化控制。利用微機對車床的縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)字控制，并要達到縱向最小運動單位為0.01/脈沖，橫向最小運動單位0.005/脈沖，主運動要實現(xiàn)自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉位刀架，要能自動的切削螺紋。 （三）、數(shù)控部分的設計改造 1、數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按其運動軌跡可分為：點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點移到另外一點的位置，而對于運動軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個或兩個以上坐標方向的位移進行嚴格的不間斷的控制。由于C618車床要加工復雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 2、伺服進給系統(tǒng)的設計改造 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到和好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但他結構復雜、技術難度大、調(diào)式和維修困難、造價高。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電動機驅動的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復雜，設計上也要有其自身的特點，技術難度較大。 開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路，因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結構簡單，易于調(diào)整，所以常用于精度要求不高的場合。 經(jīng)過上序比較，由于所改造的C618車床的目標加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 3、數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計 數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。 數(shù)控裝置的設計方案通常有： l 可以全部自己設計制作 l 可以采用單板機或STD模塊或工控機改制 l 可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應化改動 在普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造中，由于第一種設計周期較長且不經(jīng)濟，同時質量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟。所以不課程設計將采取第三鐘方案。 （四）、機械改造部分的設計 1、主傳動部分的改造設計 將原機床的主軸電動機換成變頻調(diào)速電動機，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構。改造后使其主運動和進給運動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉。 2、進給機構的改造 將原機床的掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除。縱向、橫向進給以步進電動機作為驅動元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。 3、其它部件的改造 刀架部分：拆除原手動刀架和小拖板，安裝由微機控制的四工位電動機刀架，該刀架具有重復定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點。 二 可行性論證 根據(jù)《自動化制造系統(tǒng)》，可行性論證使用戶建造自動化制造系統(tǒng)項目前所進行的技術和經(jīng)濟性分析報告，是上級主管部門審定和批準立項的基本依據(jù)。同樣，在進行普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造之前進行合理的、科學的可行性論證是必要的。 根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造的可行性論證應圍繞以下幾個方面進行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標，改造的基礎條件、目標、技術方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實施計劃，結論等。 由于本設計僅作為大學本科生的畢業(yè)設計，故在此，設計者僅對改造的投資概算作一簡要的可行性論證。 本改造設計是對普通車床C618進行經(jīng)濟型數(shù)控改造。在改造設計中，采用的是廣州數(shù)控設備廠生產(chǎn)的GSK980T型數(shù)控系統(tǒng)，加上兩臺伺服電機，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動部分以及齒輪副，一臺變頻調(diào)速電動機，四個電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。這樣設備改造費用和舊設備費用總計不會超過15萬元。因此，對普通車床作經(jīng)濟型數(shù)控改造適合我國國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實用性。 第六章 自動轉位刀架的選擇設計 在總體方案論證中提到自動轉位刀架是數(shù)控機床不可或缺的一部分。 一、數(shù)控車床刀架的基本要求 數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結構和性能體現(xiàn)了機床的設計和制造技術水平，所以有如下要求： ①轉位準確可靠，工作平穩(wěn)安全； ②按最短線路就近選擇，轉位時間短； ③重復定位精度高； ④防水、防屑，密封性能優(yōu)良； ⑤夾緊剛性高，適宜重負荷切削。 二 、自動轉位刀架的選擇 在本設計中，因設計時間等因素，設計者七絕頂引進常州武進數(shù)控設備廠生產(chǎn)的LD4-I型四工位自動刀架，而不對其做具體設計。該型自動刀架具有重復定位精度高、工作剛性好、使用壽命長、工藝性好等特點。下面對該刀架相關內(nèi)容做一簡要分析說明： <一>LD4--I型自動刀架的技術參數(shù) 表6.1 LD4--I型自動刀架的技術參數(shù) 型號 刀位數(shù) 電機功率 電機轉速 夾緊力 上、下刀體尺寸 C618 4 120 w 1400r/mm 0.5 162×162 192×192 <二>LD4--I型自動刀架的技術指標 表6.2 LD4--I型自動刀架的技術指標 重 復 定 位 精 度 工 作 可 靠 性 換刀時間 （s） 90 180 270 ≤0.005 mm >30000次 2.9 3.4 3.9 <三>工作原理 在經(jīng)濟型數(shù)控車床上大都使用的是四方或六方轉位刀架，按其工作原理可分為：螺旋轉位刀架，十字槽轉位刀架，凸臺棘爪式轉位刀架，電磁式轉位刀架，以及夜壓式轉位刀架。 本設計中選用的LD4-I型四工位轉位刀架是一種螺旋轉位刀架，其工作原理大致如下： 微機發(fā)出換刀信號，刀架控制箱繼電器動作；電機正轉，通過減速機構和升降機構將上刀體上升至一定位置時，離合轉盤起作用，帶動上刀體旋轉到所選刀位，發(fā)訊盤發(fā)出刀位信號，刀架控制箱繼電器使電機反轉，反靠初定位；上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿，鎖緊螺母使刀架固緊。當夾緊力達到預先條好的狀態(tài)時，過流繼電器動作，切斷電源，電機停轉并向微機發(fā)出信號，開始執(zhí)行下道工序。 電 機 加速機構 升降機構 上刀體上升轉位 粗定位機構 信號符合 上刀體下降 精定位 刀架鎖緊 電機停轉 換刀答信 加工順序執(zhí)行 圖6.1 四工位轉位刀架的工作原理圖 <四>自動轉位刀架的安裝 該刀架安裝時，需先拆除原機床上的小拖板和原刀架，然后把電動刀架置于中拖板上。此時，刀架高度應使車刀前刀面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調(diào)整其高度。然后，卸掉刀架電動機風扇罩殼，逆時針方向轉動電動機，使上刀體相當于下刀體轉動450左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中拖板固定，固定時應注意，將刀架的兩側面分別與車床縱向和橫向的進給方向平行。電動刀架與系統(tǒng)的連線應如下安裝：沿橫向工作臺右側面先走線到車床后面，再沿車床后導軌下方拉出一鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于:避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、切削液以及其它雜物磕碰電動刀架連線。 第七章 編碼盤的安裝設計 我們知道在經(jīng)濟型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，須培植主軸脈沖發(fā)生器（即編碼盤）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，發(fā)出主軸轉角位置變化信號，輸送到計算機。 一、編碼盤的工作原理 編碼盤是一種按一定的編碼形式如二進制編碼，二-十進制編碼等，將一個圓盤分成若干等份，并利用電子、光電或電磁器件，把代表被測位移的個等份上的數(shù)碼轉換成便于應用的二進制或其它表達方式的測量裝置。 二、步進電機頻率對編碼盤的限制 在世用主軸脈沖發(fā)生器時，受到步進電機頻率的限制。如采用1000HZ的工作頻率，加工3mm螺距的螺紋時，步進電動機頻率為300HZ，而主軸脈沖發(fā)生器頻率為1000×60HZ=60000HZ，所以車床主軸轉速n=1000×60/300=200r/min，即車床主軸轉速不得超過200r/min轉；如將主軸脈沖發(fā)生器的頻率提高到2000HZ，轉速也僅達到400r/min。由此可見，當螺距越大時，允許的車床主軸轉速也就越低。 三、編碼盤的安裝 編碼盤的安裝一般有良種方式，即同軸安裝和異軸安裝。 同軸安裝的結構簡單，聯(lián)接方便。但是安裝后不能加工穿出主軸孔的較長工件。而異軸安裝無此缺陷?？紤]到這一點設計者為使說改造設計的車床具有較強的通用性，選擇采用異軸安裝方式來安裝編碼盤。 編碼盤通過傳動比為1：1的同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來。工作時，編碼器與主軸同步旋轉，數(shù)控裝置控制進給步進電機準確地配合主軸的旋轉而產(chǎn)生進給運動。保證主軸每轉一轉，螺紋車刀移動一個螺紋導程，同時還保證每次走刀都在工作的同一點切入，而不亂扣。 第一章 概論 一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 二、國內(nèi)數(shù)控機床狀況分析 （一）國內(nèi)數(shù)控機床現(xiàn)狀 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，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)。?2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。?近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。? （二）國內(nèi)數(shù)控機床的特點? 1、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位。? 2、數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。? 2001年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。? 3、數(shù)控機床發(fā)展的關鍵配套產(chǎn)品有了突破。?? 三、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 　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。 2.　向高速化和高精度化發(fā)展 　　這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 3.　向智能化方向發(fā)展 　　隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）應用自適應控制技術 　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 （2）引入專家系統(tǒng)指導加工 　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) （4）智能化數(shù)字伺服驅動裝置 　　可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 四、機床數(shù)控化改造的必要性 （一）微觀看改造的必要性 　　從微觀上看，數(shù)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(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 1 、可以加工出傳統(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。 2 、可以實現(xiàn)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3～7倍。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(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。 3、 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"。 4 、可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 5、 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看 管加工。 6、 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(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。 （二）宏觀看改造的必要性 　　從宏觀上看，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(shù)控機床。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(chǎn)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(chǎn)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(shù)控機床的比重（數(shù)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(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。 數(shù)控化改造的市場空間 機床的數(shù)控制化改造是一個方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計數(shù)字上看前途應該是十分光明的，例如："在美國，日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造人作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及數(shù)控技術的不斷進步，機床改造是一個"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)所以不難看出： 1．國內(nèi)的市場 我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)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(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)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。 2. 進口設備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 　　我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元。 　　這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。 　　這些不能使用的設備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。 機床改造的效益分析 提高機床數(shù)控化效率有兩個途徑：一是購買新的數(shù)控機床；二是對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大，經(jīng)濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設備的先進性和數(shù)控化率是一個極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點： 1、 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費用，改造的費用大大減低。 2、機械的穩(wěn)定性可靠 機床的床身，立柱等基礎件都是重而堅固的鑄鐵構件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時對環(huán)境的污染。 3、熟悉了解設備結構性能，便于操作維修，購買的新設備，事先很難前面了解機床的結構性能，以至很難預算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機床在使用和維修方面的培訓時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。 4、可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機時重新構筑新基，同時工夾具、樣板和外設備也可以在利用。 5、可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機床，往往對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個專用的特殊功能，如向機床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費用大，交貨的日期又長。而采用改造的方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設計改造成專用的數(shù)控機床。 6、可及時采用最新技術，充分利用社會資源 由于技術進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床方面的改造 ，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導軌新技術，可使傳統(tǒng)的滑動導軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會資源，可根據(jù)技術更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術來提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機場改造成當今水平的機床。