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1、论文C6150 卧式车床数控化的改造卧式车床数控化的改造申请人：段伟星学科（专业）：机械工程及自动化指导教师：柴蓉霞2015 年 8 月网网络络教教育育学学院院毕毕 业业 设设 计计 (论论 文文) 任任 务务 书书专业班级机械工程及自动化 层次 专升本 姓名 段伟星 学号 113031993130329 一、毕业设计（论文）题目 C6150 卧式车床数控化的改造 二、毕业设计（论文）工作自 2016 年 1 月 20 日起至 2016 年 2 月 20 日止三、毕业设计（论文）基本要求： 指导教师： 网网络络教教育育学学院院毕毕业业设设计计 (论论文文)考考核核评评议议书书指导教师评语：建议
2、成绩： 指导教师签名： 年 月 日答辩小组意见：负责人签名 年 月 日答辩小组成员 毕业设计（论文）答辩委员会意见：负责人签名： 年 月 日III论文题目：论文题目：C6150 卧式车床数控化的改造卧式车床数控化的改造 学科（专业）：机械工程及自动化学科（专业）：机械工程及自动化申申请请人人 ：段伟星：段伟星指导教师：柴蓉霞指导教师：柴蓉霞摘摘 要要数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，提高加工精度 、生产效率 ，减轻了劳动强度，改善了劳动条件。由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,车床的数控化改造迫在眉睫。为了解决这个问题 ,也为了适应多品种中、小批量零件
3、加工我们选择机床经济型数控改造。经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益。参照较为成熟的数控车床的结构设计，初步拟定以下三个总体改造方案。方案一考虑到尽可能保留车床原有功能，减化改造量，此方案保留了原有车床结构，改造周期短，见效快、成本低是此方案的亮点，但不足之处是自动化控制程度低。方案二改动量较大，主要采用液压拔叉和电磁离合器实现自动变速。保留了原车床的尾座及床身部分。采用电动刀架，实现转位换刀，采用液压尾座、液压卡盘，利于提高生产率，实现了车床的全自
4、动化控制。方案三进一步提高机床的性能，解决机械有级变速的附加问题，除拆除主轴箱外，还须采用交流伺服电机作主电机替代原主电机，并配置相应的变频调速装置，以此实现宽范围无极平滑变速，是一套适合大中型企业的方案。关关 键键 词词：数控、车床、改造、纵向进给数控、车床、改造、纵向进给论文类型论文类型：应用研究应用研究目录V目目 录录摘 要.4目 录.51 绪 论71.1 研究背景71.2 国内外数控机床改造现状81.3 本课题研究简介92 总体方案的制度与比较.102.1 车床数控化改造的实践准备及资料收集.102.2 数控化改造方案的制定102.3 C6150 卧式车床数控化改造总体方案的比较与选择
5、122.3.1 机械方面.122.3.2 数控配置方面.122.3.3 人文方面122.3.4 经济性方面.123 机械部分改造设计与计算.133.1 纵向进给系统的设计与计算133.2 脉冲发生器的选择183.3 刀架的选用194 电气控制的设计计算.194.1 数控系统基本硬件组成194.2 单片机控制系统的设计204.2.1 主要的技术特性及硬件配置.204.2.2 存储器空间的分配.214.3 软件系统214.3.1 显示模块.214.3.2 键盘扫描模块.224.3.3 圆弧插补模块.224.3.4 步进电机控制模块.235 其 它.235.1 齿轮传动消除间隙的方法235.1.1
6、直齿圆柱齿轮传动间隙消除方法.235.1.2 斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮间隙消除方法.245.2 润滑与密封24结论与展望.24致 谢.25参考文献.26预览中看不见即可）：Equation Chapter (Next) Section 1目录71 绪绪 论论1.1 研究背景研究背景数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字形式信息控制机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统，经过译码、运算以及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类
7、机床即为数控机床。 数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，尤其对于约占机械加工总量 80%的单件、小批量零件的加工，更显示出其特有的灵活性。数控化改造的优缺点1）减小投资额，交货期短，同购置新机床相比，一般可节省60%80%的费用，改造费用低，特别是大型、特殊机床尤其明显，一般大型机床改造，只要新机床购置费用的1/3，交货期短，但有些情况比较特殊。如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工费钱，往往改造成本提高23 倍，与购置新机床相比，只能节约 50%左右。2）机械性能稳定可靠，结构受限制，所利用的床身、立柱等机床件都是重而坚固的铸
8、造件，儿不是焊接构件，改造后的机床性能高，质量好，可以作为新设备继续使用多年，但是受到后来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。3）可采用最新的控制技术，可充分利用现有的条件，可以利用现有基础，不必像购入新设备时那样需要重新构建地基。4）可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度，及时提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改造成为今水平的机床。西安交通大学网络教育学院论文1.2 国内外数控机床改造现状国内外数控机床改造现状（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
9、改造是个”永恒 ”的话题 ,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行业，在美国、日本和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业，从事再生业的著名公司有：bertsche 工程公司， orgbon 机床公司等。在日本，机床改造业称为机床改造业，从事改装的公司有：大限工程集团，山本工程公司等。我国目前机床总量380 余万台，而其中数控机床总数只有11.34 万台，即我国机床数控化率不到3%。近 10 年来，我国数控机床年产量约为0.60.8 万台，年产值约为18 亿元。机床的年产量数控化率为6%。我国机床役
10、龄10 年以上的占 60%以上；10 年以下的机床中，自动 /半自动机床不到20%，FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60%以上） 。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法
11、具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益。目录91.3 本课题研究简介本课题研究简介数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择，即步进电机拖动的开环系统，异步电动机或直流电动机拖动，当检测量反馈的闭环系统以及交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环系统这三种。此次设计是在普通车床上增加数显装置，增加数控系统，将其改造成 NC 车床。保留了原车床上大部分部件，这样不仅保留了原车床的加工工艺范围，并在配置了简单数控系统的条件下，进一步扩大了加工工艺范围，在低投入的情况下，达到了较好的改造经济性。机械部分改动较少，操作者
12、熟悉原机床，便于操作维修，降低了对操作者的技术要求。由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用时只需短时间培训，缩短了培训时间，见效快。C6150 卧式车床数控化改造总体方案改造周期短，见效快、成本低是此方案的亮点，外购件少，可降低改造费用，缩短改造周期，交货期短，可满足生产急需。对操作者而言，机械部分改动较少，操作者熟悉原机床，便于操作维修，降低了对操作者的技术要求。由于常年使用，工人对机床的特性早已熟悉，在操作使用时只需简单培训，便能掌握新机床的使用，效率有保证。2 总体方案的制度与比较总体方案的制度与比较2.1 车床数控化改造的实践准备及资料收集车床数控化改造的实践准备及资料收
13、集在车床数控化改造这个工程设计之前进行了毕业实习这一环节。在这期间，接触了大量的数控化改造实例，使我对车床数控化改造有了初步了解。在与工人师傅的交流中初步了解到他们对数控装备西安交通大学网络教育学院论文的要求。在工程设计课题接到手后，借阅了大量关于普通机床及数控机床的书籍，通过借阅这些书籍，了解了普通车床的基本性能参数及结构特点，通过与成型数控车床进行比较，明确了设计任务。2.2 数控化改造方案的制定数控化改造方案的制定通过阅读资料及参观成熟数控车床的结构设计，初步拟定以下三个总体改造方案。一）方案一，此方案考虑到尽可能保留车床原有功能，减化改造量，做好以下几个方面工作。1.机械部分改造：保留
14、原车床的主传动系统和变速操纵机构，也保留了原有车床的尾座及车身部分，但为了减化操作量，将原车床的刀架换为电动刀架。为了便于加工螺纹和丝杆，避免加工螺纹或丝杆时发生乱扣现象，在主轴箱内配置了与主轴转角位置变化信号，输送给计算机处理。拆除原进给箱中进给传动链内容，改用步进电机作动力源，经齿轮减速组传递动力，驱动滚珠丝杠，带动刀架作纵向进给，由此构成简易的开环控制系统。拆除原刀架，安装电动刀架，以减少操作量，实现自动化控制。2.数控装置的设计此方案中采用 MCS-51 系列中单片机作为核心芯片，设计了一个能够实现圆弧插补和直线插补运算的数控系统，它能完成设计任务书中要求的各项功能。3.方案一的初步评
15、价此方案保留了原有车床结构，进行了小部分改造。改造周期短，见效快、成本低是此方案的亮点，但其自动化控制程度低，一般适用于生产线上工序较稳定的零件的加工。二）方案二此方案改动量较大，主要做了以下几点改造：1.机械方面：要求主运动能实现自动变速，采用液压拔叉和电目录11磁离合器实现自动变速。保留了原车床的尾座及床身部分。采用电动刀架，实现转位换刀，提高加工效率，减少辅助时间。采用液压尾座、液压卡盘，实现工件的快速夹持，以利于提高生产率。其他机械方面的改造与方案一相似，不再赘述。2.数控方面：选用成熟的华中系统，实现软硬件合理配置来实现控制功能。3.方案二的初步评价此改造方案实现了车床的全自动化控制
16、，无论是从提高生产率方面考虑，还是从减轻工人劳动强度方面考虑均有极大优势。 但它对原车床改动量太大，必然使其改造周期延长，改造费用大幅上升，改造的经济性下降，影响它的实施。三）方案三为进一步提高机床的性能，解决机械有级变速的附加问题，形成了方案三。除拆除主轴箱外，还须采用交流伺服电机作主电机替代原主电机，并配置相应的变频调速装置，以此实现宽范围无极平滑变速，其它机械方面与设计方案二相同。方案三的初步评价此方案对原车床的机械部分改动过大，拆除的部分过多，外购件太多，使得改造费用大幅上升，周期长、见效慢，使改造的经济性下降，一般中小型企业不宜采用。2.3 C6150 卧式车床数控化改造总体方案的比较与选择卧式车床数控化改造总体方案的比较与选择此次设计是在普通车床上增加数显装置，增加数控
