臥式車床數(shù)控化改造設計—縱向進給系統(tǒng)設計畢業(yè)論文.doc

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1、本科畢業(yè)設計說明書（論文）第I頁共頁目錄1緒論.11.1國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀.11.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.21.3普通機床數(shù)控改造的意義.31.4本文的設計任務.32C6140普通車床數(shù)控改造的總體方案設計.52.1C6140普通車床介紹.52.2總體方案的確定.62.3機械系統(tǒng)的改造設計方案.83縱向進給系統(tǒng)的詳細設計與計算.133.1脈沖當量的確定.133.2切削力的計算.133.3滾珠絲杠螺母副的設計及計算.143.4齒輪傳動的計算.183.5步進電動機的選擇.194傳動間隙的調整與預緊及導軌的設計.224.1滾珠絲杠副軸向間隙的調整與預緊.224.2進給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除.23

2、4.3數(shù)控改造C6140車床導軌設計.245數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計和軟件設計.285.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成.285.2單板機控制系統(tǒng)的設計.285.3軟件設計.31結束語.33致謝.34參考文獻.35本科畢業(yè)設計說明書（論文）第1頁共35頁1緒論1.1國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1國內數(shù)控機床的發(fā)展現(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

3、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。1.1.2國內數(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。20

4、01年國內數(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。1.1.3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。1998年世界機床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控化率達70%，我國為60%。目前世界數(shù)控機床消費趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設備為主。（2）國外數(shù)控機床的網(wǎng)絡化。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車

5、間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門（人、財、物、產(chǎn)、供、銷）或設計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的本科畢業(yè)設計說明書（論文）第2頁共35頁最底層加工設備數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通

6、訊的暢通無阻。以FANVC和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。1.2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

7、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。（a）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。（b）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)。（c）引入故障診斷專家系統(tǒng)（d）智能化數(shù)字伺服驅動裝置可以通過自動識別負載，而自動調整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第3頁共35頁1.

8、3普通機床數(shù)控改造的意義數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)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。從20世紀后期,我國調整產(chǎn)業(yè)結構、產(chǎn)品結構和生產(chǎn)方式,作為自動化生產(chǎn)的基礎設備-數(shù)控機床,已遠遠滿足不了工廠逐年增加的生產(chǎn)需求。對于機械制造企業(yè),單純靠購買新的數(shù)控機床,所需投資大,周期長,常使許多中小企業(yè)望而怯步。因此,利用原有的部分普通機床進行數(shù)控化改造,提高機械設備的數(shù)控化率,無疑是一種有效的途徑。就是在美國、日本和德國等發(fā)達國家,機床

9、的改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè),也是生意盎然,正處于黃金時代。在美國、日本、德國,用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場,已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本,機床改造業(yè)稱為機床改裝業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。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)

10、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。機床的數(shù)控改造同購置新數(shù)控機床相比一般可以節(jié)省60%左右的費用,大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新數(shù)控機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新數(shù)控機床60%的費用,并可以有效地利用現(xiàn)有地基。（2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期生產(chǎn)的磨合和不斷改進完善,幾乎不會產(chǎn)生應變力變形而影響精度。（3）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1。1.4本文的設計任務本課題主要是采用微機數(shù)控技術改造最大加工直徑為400mm的普通臥式車床。要