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1、涪江职大毕业设计（论文）涪江机器厂职工大学2007 级机电一体化专业毕业设计(论文)课 题 姓 名 指导老师 年 月 日 摘要CA614 普通车床数控化改造，是为适应现代化生产和教学的一个重点技改课题。为了判断进行数控化改造是否合理，改造方案是否最佳，从技术和经济两个方面对机床数控化改造进行了可行性研究。关键词：数控化改造；技术可行性论证；经济合理性论证Abstract contentCA614 CNC Lathe transformation is to adapt to the modernization of production and a focus on teaching tech
2、nical subjects. Carried out in order to judge the reasonableness of NC transformation, the transformation program is the best, both from a technical and economic aspects ofKey words: Numerical Control Transformation; technical feasibility study; economic rationality proof前 言随着我国市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈
3、，产品更新更为迅速，中、小批量的生产越来越多。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需更换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。对于机械制造企业，单纯靠购买新的数控机床, 所需投资大。为了节约资金，降低成本，利用原来的部分普通机床进行数控化改造，提高机械设备的数控化率，是一种有效的途径。本文主要讨论对CA6140 型普通车床的数控化改造。目 录摘要 2前言 4第一章、 改造方案 71、数控部分采用MCS 51 72、
4、机械部分主传动系统 73、机械部分改造 8第二章 机床数控化改造的市场 111、机床数控化改造的市场 112、进口设备和生产线的数控化改造市场 11第三章、数控化改造的内容及优缺131、国外改造业的兴起 132、数控化改造的内容 133、数控化改造的优缺 14第四章、数控系统的选择161、步进电机拖动的开环系统 16 2、异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统环系统163、交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统17第五章、数控改造中主要机械部件改装探讨181、 滑动导轨副 182、 齿轮副183、滑动丝杠与滚珠丝杠184、安全防护19第六章 机床数控改造主要步骤201、
5、改造方案的确定202、机械修理与电气改造相结合203、先易后难、先局部后全局204、根据使用条件选择系统205、落实参与改造人员和责任216、改造范围与周期的确定217、改造的技术准备21总结 26参考文献 27第一章 改造方案普通机床进行数控改造后，系统应能控制主轴转速并实现其正反转；控制工作台实现纵向、横向和垂直方向的进给运动（车床刀架能实现纵向和横向的进给运动并自动转位换刀；加工螺纹时应保证主轴转1 r，刀架移动1 个被加工螺纹的导程）；控制冷却和润滑；通过键盘输入加工程序；由显示器显示加工状态等。因此，普通机床的数控改造内容有以下两大部分：（1）数控部分采用MCS 51: 系列单片机组
6、成控制系统，由功率步进电机经一级齿轮减速后驱动X、Y、Z 三轴（亦可用联轴器将步进电机与丝杠直接联结起来，以减小径向尺寸）。（2）机械部分主传动系统:主轴加装光电编码器供加工螺纹用；进给传动系统采用滚珠丝杠螺母副代替原有普通丝杠螺母副。数控部分改造机床中的主轴、冷却、润滑和刀架等均需系统自动控制，为此需设计接口转换电路和强电控制电路。电器元件可保留使用原机床中的变压器、自动断路器、接触器等。拆除原电控箱，原位安装改制后的电控箱。数控系统改造硬件原理连接图如图1 所示。图! 数控系统改造硬件框图3 机械部分改造：CA6140 型车床，主要用于对中小型轴类、盘类及螺纹零件的加工，改造后的机床要求具
7、有自动和手动（对刀、简单零件的加工）加工方式。为满足以上功能，对机床改造如下：（1）主传动系统保留原机床的主轴手动变速。改造后使其主运动和进给运动分离，主电机的作用仅为带动主轴旋转。增加一只电磁离合器，用以接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车。加工螺纹或丝杠时，为保证主轴每转一转，刀具准确移动一个导程，需配置主轴脉冲发生器作为主轴位置信号的反馈元件。脉冲发生器采用同轴安装，橡胶管柔性联接，意在实现角位移信号传递的同时，又能吸收车床主轴的部分振动，从而使主轴脉冲发生器转动平稳，传递信号准确。（2）进给系统原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除，纵向进给系统以步进
8、电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。滚珠丝杠仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承，与床身尾部步进电机相联接。步进电机经减速后和滚珠丝杠用套筒联轴器连接。横向进给系统中保留原手动机构，在原支承部位安装滚珠丝杠螺母副后，步进电机及减速器安装在横向溜板后方。（3）刀架部分根据实际机床的加工切削需要和系统的T 功能控制性能，拆除原刀架和小拖板，换上LD4 - 6132 型四方位自动刀架。该刀架内带小容量交流电动机，控制正转选刀。内置的4 只霍尔元件检测刀位位置，电动机反转完成刀具定位。4 CA6140 普通车床改造后，加工有效行程X
9、 / Z轴分别为390 / 1 400 mm；最大速度X / Z 轴分别为1 200 / 3 000 mm/ min；手动速度为400 mm/ min；手动快速为X / Z 轴分别为1 200 / 3 000 mm/ min；纵向进给脉冲当量为0.005 mm/ p，横向进给脉冲当量为0.0025 mm/ p，数控刀架可进行4 个方位的转换选择，其重复定位精度在0. 005 mm 以下，夹紧力在4 000N 以上，实现了开环数控自动化加工，大大提高了加工工效，增强了其适用性，稳定了零件的加工质量，并保留了原机床的基本结构和部分工作性能，节约资金，缩短生产周期，是工厂进行机械设备技术化改造的趋势
10、。第二章 机床数控化改造的市场1、机床数控化改造的市场：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，
11、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。2、进口设备和生产线的数控化改造市场：我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从19791988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。 这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只
12、注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。第三章、数控化改造的内容及优缺1、 国外改造业的兴起：在美国、日本和德国
13、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、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
