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1、 毕业设计论文开题报告 论文题目: c6150 型普通机床的数控改造 专 业 班 级 (教学站) 学生姓名 指导老师 一、 选题依据 随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展机床 数控技术有了长足的进步。近几年一些相关技术的发展如刀具及新材料的发展主轴伺 服和进给伺服、超高速切削等技术的发展以及对机械产品质量的要求越来越高等加速 了数控机床的发展。目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高 可靠性等方向发展。世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。 高速高效高精度 高生产率。由于数控装置及伺服系统功能的改进主轴转速和进给速度大大提高减少
2、了切削时间和非切削时间。加工中心的进给速度已达到80m/min120m/min进给加速度达 9.8m/s219.6m/s2换刀时间小于1s。高加工精度。以前汽车零件精度的数量级通常为10 m对精密零件要求为1 m随着精密产品的出现对精度要求提高到0.1 m有些零 件甚至已达到0.01 m高精密零件要求提高机床加工精度包括采用温度补偿等。微机 电加工其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下表面粗糙度为纳米数量级要求数控系统 能直接控制纳米机床。 柔性化 柔性化包括两个方面的柔性一是数控系统本身的柔性数控系统采用模块化设计功能 覆盖面大便于不同用户的需求二是DNC 系统的柔性同一DNC系统能够依据不同
3、生产流 程的要求使物料流和信息流自动进行动态调整从而最大限度地发挥DNC 系统的效能。 工艺复合化和多轴化 数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上装夹后通过自动换刀、旋转主轴头或旋 转工作台等各种措施完成多工序、多表面的复合加工。已经出现了集钻、镗、铣功能于 一身的数控机床可完成钻、镗、铣、扩孔、铰孔、攻螺纹等多工序的复合数控加工中 心以及车削加工中心钻削、磨削加工中心电火花加工中心等。此外数控技术的进步 也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。 实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境其作用是如何调度任务以确保任务在规 定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为
4、。科学发展到今 天实时系统与人工智能已实现相互结合人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域实时智能控制的 研究和应用正沿着几个主要分支发展如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控 制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配置编程专家系统、故障诊断专家系 统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统在高速加工时的综合运动控 制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能在压力、温度、位置、速度控制等方面采 用模糊控制使数控系统的控制性能大大提高从而达到最佳控制的目的。 结构新型化 20 世纪90 年代一种完全不同于原来数控机床结
5、构的新型数控机床被开发成功。这种新型 数控机床被称为“6条腿”的加工中心或称虚拟轴机床(有的还称为并联机床)它能在没有 任何导轨和滑台的情况下采用能够伸缩的“6条腿”(伺服轴)支撑并联并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。它可实现多坐标联动加工其控制系统结构复杂加工精度、加工效率较普通加工中心高210 倍。这种数控机床的出现将给数控机床技术带来重大变革和创新。 编程技术自动化 随着数控加工技术的迅速发展设备类型的增多零件品种的增加以及零件形状的日益复 杂迫切需要速度快、精度高的编程以便于对加工过程的直观检查。为弥补手工编程和NC 语言编程的不足近年来开发出多种自动编程系统如图形交互式编
6、程系统、数字化自 动编程系统、会话式自动编程系统、语音数控编程系统等其中图形交互式编程系统的应 用越来越广泛。图形交互式编程系统是以计算机辅助设计(CAD)软件为基础首先形成零件 的图形文件然后再调用数控编程模块自动编制加工程序同时可动态显示刀具的加工 轨迹。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便已成为国内外先进的CAD/CAM 软 件所采用的数控编程方法。目前常用的图形交互式软件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、 UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。 集成化 数控系统采用高度集成化芯片可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度应用平板 显示技术可提高显
7、示器性能。平板显示器(FPD)具有科技含量高、质量小、体积小、功耗低、便于携带等优点可实现超大规模显示成为与CRT 显示器抗衡的新兴显示器是21 世纪显示器主流。它应用先进封装和互连技术将半导体和表面安装技术融于一体,通过提 高集成电路密度减小互连长度和数量来降低产品价格、改进性能、减小组件尺寸、提高 系统的可靠性。 开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构便于裁减、扩展和升 级可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数 控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个有多变量控制和加 工工艺综合作用的复杂过程包
8、括诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各 种变化因素因此要实现加工过程的多目标优化必须采用多变量的闭环控制在实时加工过程中动态调整加工过程变量。在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应 控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体构成严密的制造过 程闭环控制体系从而实现集成化、智能化、网络化。 二、 设计内容 1. C6150 车床数控化改造总体机械部件设计。 2.进给系统的设计和选用。包括了进给滚珠丝杠的设计与选用消隙减速齿轮系的设计计 算与校核进给用步进电机的选择与校核。 3
9、主轴脉冲发生器的安装 4刀架的选用 5.控制系统的设计。选用 8031 型号的单片机控制进给系统与刀架并把脉冲发生器的数据通过单片机来加工螺纹。 三、 设计方案 改造 C6150 车床的基本思路是把原来的机床进行大修只保留机床导轨、主轴、溜板、尾座等部件其余的全部撤除。带之以滚珠丝杠和步进电机用单片机系统来驱动各轴的运动。经过严密的计算和论证选择丝杠和驱动电机根据使用要求选择系统配置和设计控制电路。 C6150 车床主要用于对中小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工这些零件加工工艺要 求机床应完成的工作内容有:控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴变速;刀架能实现纵向和横向的进给运动并具备在换刀点
10、自动改变四个刀位完成选择刀具;冷却泵、润滑 泵的启停:加工螺纹时应保证主轴转一转刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程。这些 工作内容就是数控化改造数控系统控制的对象。察看 C6150 车床及有关资料并且参照 数控车床的改造经验确定总体改造方案为:对机床的改造部位是:拆掉手动刀架和小拖 板装上数控刀架;拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱换上滚珠丝杠螺母副;主轴后端加一光电编码器用波纹管连接供加工螺纹使用由于改造设计的是简易型经济数控所以在 考虑具体方一案时基本原则是在满足需要的前提下对于机床尽可能减小改动量以降 低成本。总体改造如下图所示。 对该机床进行机械修理以便恢复机械精度要求修理的主要目的是恢
11、复机床导轨、主 轴、拖板的精度撤除机床主轴箱和溜板箱内的传动部件以及传动丝杠只保留导轨、主 轴、溜板、尾座。修理后已恢复其主要部件的精度。 四、 工作进度排 五、 最终目标 由于是经济型数控改造所以在考虑具体方案时基本原则是在满足使用要求的前提 下对机床的改动尽可能少以降低成本。根据 C616 车床有关资料总体方案的确定如图 22 所示:采用单片机 8031 控制系统对数据进行计算处理。步进电动机经同步带轮传动或直 接传动后带动滚珠丝杠转动 从而实现纵向、横向进给运动。主轴变速采用变频器调速控制。 六、 研究基础 1国外改造业的兴起 在美国、日本和德国等发达国家它们的机床改造作为新的经济增长行
12、业生意盎 然正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步机床改造是个“永恒“的课题。我国 的机床改造业也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国 用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场已形成了机床和生产线数控改造的新的行 业。在美国机床改造业称为机床再生Remanufacturing业。从事再生业的著名公司 有Bertsche 工程公司、ayton 机床公司、Devlieg-Bullavd得宝服务集团、US 设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本机床改造业称为机床改装 Retrofitting业。从事改装业的著名公司有大隈工程集团、岗三机械公司、千代田 工机公司、
13、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 2数控化改造的内容 机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点 其一是恢复原功能对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复 其二是 NC 化在普通机床上加数显装置或加数控系统改造成 NC 机床、CNC 机床 其三是翻新为提高精度、效率和自动化程度对机械、电气部分进行翻新对机械部分 重新装配加工恢复原精度对其不满足生产要求的 CNC 系统以最新 CNC 进行更新 其四是技术更新或技术创新为提高性能或档次或为了使用新工艺、新技术在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 3数控改造中主要机械部件改装探讨 一台新的数
14、控机床在设计上要达到有高的静动态刚度运动副之间的摩擦系数 小传动无间隙功率大便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能 认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求还应对主要部件进行相 应的改造使其达到一定的设计要求才能获得预期的改造目的。 滑动导轨副 对数控车床来说导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外还要有良好的耐摩 擦、磨损特性并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度以减少导轨变形对加 工精度的影响要有合理的导轨防护和润滑。 齿轮副 一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度数控机床上使用 的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传
15、动因而改造时机床主要 齿轮必须满足数控机床的要求以保证机床加工精度。 滑动丝杠与滚珠丝杠 丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭 矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠但应检查原丝杠磨损情况如螺距误 差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于 6 级螺母间隙过大则 更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低但难以满足精度较高的零件加工。 滚珠丝杠摩擦损失小效率高其传动效率可在 90%以上精度高寿命长启动力矩和运动时力矩相接近可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。 安全防护 必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施切不可忽视。滚 珠丝杠副是精密元件工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也 可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好绝对防止硬质颗粒状的 异物进入滑动面损伤导轨。 七、 指导老师审核意见 指导老师签名 年 月 日
