臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計-縱向進給系統(tǒng)設(shè)計

臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計-縱向進給系統(tǒng)設(shè)計,臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計-縱向進給系統(tǒng)設(shè)計,臥式,車床,數(shù)控,改造,設(shè)計,縱向,進給,系統(tǒng) 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 閆紅旗 學 號： 0501510146 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設(shè)計(論文)題目： 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 —縱向進給系統(tǒng)設(shè)計 指 導 教 師: 張衛(wèi) 張少文 2009年3月22日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)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 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(chǎn)品普遍存在質(zhì)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。本文介紹了機床數(shù)控改造的意義，闡述了數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢，最后總結(jié)了數(shù)控化改造的分析方法以及機床數(shù)控改造的特點。 關(guān)鍵詞 數(shù)控 改造 車床 1 機床數(shù)控改造的意義 1．1 普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計 機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)，改造后的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1 改造后系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近[1-3] 。 1．2 節(jié)省資金 機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基[4][5]。 1．3 性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。 1．4 提高生產(chǎn)效率 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。 2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工[6,7]。 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行[8][9]。 3 數(shù)控化改造的分析方法 其改造涉及到機械、電氣、計算機等領(lǐng)域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術(shù)準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結(jié)合，先易后難、先局部后全局。 由于本次設(shè)計是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，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。我們主要的任務(wù)是對其主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)進行改造，通過改造使其具有數(shù)控機床的一般特性[10]。 3．1 主軸系統(tǒng)改造 拆除了原來的主軸變速箱，采用機械無級變速器和分級齒輪變速相結(jié)合的方案，分級齒輪采用撥叉的方式，主軸的調(diào)速范圍可以從100rpm到4000rpm，與原來的多級齒輪調(diào)速相比，其機械結(jié)構(gòu)大大簡化，而且實現(xiàn)了從有級調(diào)速到無級調(diào)速的跨越。 3．2 進給系統(tǒng)的設(shè)計 對縱向進給系統(tǒng)可進行開環(huán)控制, 驅(qū)動元件可采用步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，縱向進給系統(tǒng)如圖2所示。步進電機經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設(shè)計時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設(shè)計 ，如滾珠絲杠副、齒輪副等[11]。 圖2 縱向進給系統(tǒng) 4 機床數(shù)控改造的特點 我國制造企業(yè)現(xiàn)在有很大一部分機床屬于比較陳舊的普通車床，由于使用時間較長、保養(yǎng)不利、操作不當?shù)仍颍呀?jīng)不能適合當今企業(yè)所面臨的激烈競爭。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：用較少的資金，將普通機床改造升級為數(shù)控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益[12][13]。 5 總結(jié) 經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機械、電氣、計算機等領(lǐng)域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術(shù)準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結(jié)合，先易后難、先局部后全局, 我國企業(yè)的傳統(tǒng)機床存量很大，隨著數(shù)控技術(shù)的推廣應用，眾多中小企業(yè)面臨的機床數(shù)控改造任務(wù)很大，利用先進的數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機床是成本低，見效快，效率高的好辦法。在數(shù)控改造中應注意機械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)對數(shù)控機床加工精度和機床性能的影響，否則，將直接影響數(shù)控機床的工作精度和工作穩(wěn)定性，影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率[14][15]。 參 考 文 獻 [1] 吳振彪. 機電綜合設(shè)計指導[M]. 北京：中國人民大學出版社，2001. [2] 能光華. 數(shù)控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004. [3] 余英良. 機床數(shù)控改造設(shè)計與實例[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2001. [4] 張俊生. 金屬切削機床與數(shù)控機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000. [5] 吳國華. 金屬切削機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1998. [6] 董玉紅，邵俊明. 機床數(shù)控技術(shù) [M]. 第二版，哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001. [7] 王志平. 數(shù)控機床及應用[M]. 北京：高等教育出版社，1999. [8] 韓建海. 數(shù)控技術(shù)及裝備[M]. 武漢: 華中科技大學出版社,2007. [9] 朱曉春主. 數(shù)控技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999. [10] 張新義．經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998. [11] 余英良．機床數(shù)控改造設(shè)計與實例[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1994. [12] 王明．數(shù)控實用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2001. [13] 張建綱,胡大鋒．數(shù)控技術(shù)[M]．武漢：華中科技大學出版社，2000. [14] 張建明．機電一體華系統(tǒng)控制[M]．北京：高等教育出版社，2001. [15] 鄧星鐘．機電傳動控制[M]．武漢：華中科技大學出版社，2001.  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 ２．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 本課題主要是采用微機數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400mm的普通臥式車床。要求學生在對臥式車床的改造任務(wù)和功能需求作出認真分析的基礎(chǔ)上，做好總體改造方案設(shè)計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設(shè)計。通過這一典型機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，培養(yǎng)學生綜合運用所學專業(yè)知識改造開發(fā)新產(chǎn)品及解決工程實際問題的能力。 二．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等） 本課題要求學生在對臥式車床的改造任務(wù)和功能需求作出認真分析的基礎(chǔ)上，做好總體改造方案設(shè)計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設(shè)計。具體內(nèi)容及要求如下： （1）調(diào)查研究、查閱及翻譯文獻資料，撰寫開題報告； （2）改造任務(wù)及功能需求分析； （3）總體改造方案的確定； （4）縱向進給系統(tǒng)機械部分和控制部分的詳細設(shè)計； （5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書及使用說明書。 相關(guān)設(shè)計技術(shù)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(zhuǎn)速：30r/min； （5）CNC系統(tǒng)主CPU采用單片機。 三．本課題擬采用的研究手段（途徑） （1）整體進給系統(tǒng)的設(shè)計 當數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目前機床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能： （a）采用單片微機為主控CPU，具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數(shù)碼管二坐標同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。 (b） 配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm（要與相應導程的絲杠相配套）。 (c）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。 (d）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。 (2)縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計 對縱向進給系統(tǒng)可進行開環(huán)控制, 驅(qū)動元件可采用步進電機, 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，縱向進給系統(tǒng)如圖3所示。步進電機經(jīng)一級齒輪減速后, 帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)進給運動。在進行該傳動系統(tǒng)設(shè)計時 ，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求 , 對各個部分進行單獨設(shè)計 ，如滾珠絲杠副、齒輪副等。 圖3 縱向進給系統(tǒng) 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)如圖4所示，采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)方案如圖5所示。 圖4 開環(huán)控制系統(tǒng) 圖5 采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)方案  畢 業(yè) 設(shè) 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(guān)的參考文獻，進行了一定的總結(jié)，撰寫的本文獻綜述能夠反映“臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計—縱向進給系統(tǒng)設(shè)計”的課題背景以及相關(guān)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(shè)計后期分析打下了良好的基礎(chǔ)。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預測： “臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計—縱向進給系統(tǒng)設(shè)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(shè)計期間完成，希望該生能獨立的進行總體改造方案設(shè)計及縱向進給系統(tǒng)的詳細設(shè)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(shè)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