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1、07届机械设计及自动化专业课程设计（论文）目录摘要1第1章 绪论1 1.1数控系统发展简史1 1.2数控机床现状21.3数控系统的发展趋势 31.4机床数控化改造的必要性 41.5主要技术指标4第2章 华中HNC-21数控车削系统介绍4第3章 普通车床的数控改造可行性论证11 3.1技术可行性11 3.2机床本身11 3.3加工对象分析12 3.4市场可供性12第4章 总体方案的确定12 4.1总体方案设计要求124.2设计参数13第5章 进给传动部件的计算和选型165.1 脉冲当量的确定165.2 切削力的计算175.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向）175.3.1 工作载荷Fm的计算1
2、75.3.2 最大动载荷FQ的计算175.3.3 初选型号175.3.4传动效率的计算185.3.5 刚度的验算185.3.6 压杆稳定性校核185.4 步进电动机的计算与选型(纵向) 18 5.4.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq185.4.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq19 5.4.3步进电动机最大静转矩的选定21 5.4.4步进电动机的性能校核21 5.5 主轴交流伺服电机的计算与选型22 5.5.1主轴的变速范围22 5.5.2初选主轴电机的型号22 5.5.3主轴电机的校核22第6章 绘制进给伺服系统的机械装配图22第7章 元件的选择23结论24致谢2
3、5参考文献26卧式车床C6140数控化改造设计摘要 中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平落后，特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床，远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状，对传统机械制造业装备进行改造，解决机械制造业中的一些技术问题，用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升，是我国制造业的发展方向。本课题是针对己报废的C6140普通废旧车床进行数控化改造，其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法，对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升，以解决目前设备老化所带来的问题。本设计说明书包括：概论、总体设计方案的拟定和验证、主传动部分的改造设计、伺服进给系
4、统的改造设计、自动转位刀架的选择设计、编码盘安装部分的结构设计等几个部分。改造后的机床，主运动实现自动变速，纵向、横向进给系统进行数控控制，并要求达到纵向最小运动单位为0.01mm /脉冲，横向最小运动单位0.005mm/脉冲，刀架要是自动控制的自动转位刀架，要能自动切削螺纹。关键词:机床改造 数控技术 进给系统 滚珠丝杠 自动刀架第1章 绪论1.1数控系统发展简史1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6 年后，即在 1952 年，计算
5、机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.1.1 数控（ NC ）阶段（ 1952 1970 年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路 “搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年的第一代电子管；1959年的第二代晶体管； 1965 年的第三代小规模集成电路。 1.1.2 计算机数控（CNC）阶段（
6、 1970 年现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC)阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。到1971年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR),又可称为中央处理单元（简称CPU)。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的
7、微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机(个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC 的阶段。 总之,计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代小型计算机； 1974 年的第五代微处理器和1990年的第六代基于PC（国外称为PCBASED）。 还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC ）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的“数控”,实质上已是指“计算机数控”了。 1.2数控机床现状 近
8、年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特
9、种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。1.2.1国内数控机床状况分析1. 新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 例如：全长33公里的上海磁悬浮快速列车线，是“十五”期间国家重点建设项目，其中组成列车线的2550根轨道梁是整个工程的最关键部分，对加工轨道梁的精度提出了相当高的要求。沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊厂以工期6个月、标的6200万元在磁悬浮轨道专用数控机床项目公开招标中折桂，并于当年8月底将一次性验收合格的8台数控镗铣床组成的轨道梁生产线一次试车成
10、功，目前这套铣镗加工中心已加工出轨道梁1100根，确保了轨道梁的加工精度和速度，为实现年底试车打下了良好的基础。 2. 数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3. 数控机床发展的关键配套产品有了突破。 近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台；烟台第二机床附件厂开发了为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置；济南第二机床集团公司的数控龙门镗铣床、数控
11、落地镗铣床及数控锻压设备等30多个系列100多个品种的数控配套产品。1.2.2国外数控机床状况分析1. 国际机床市场的消费主流是数控机床1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势己从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。2. 国外数控机床的网络化随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门(人、财、物、产、供
12、、销)或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例;第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。以FANUC和西门子为代表的数控系统生产厂商己在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。1.3数控系统的发展趋势1.3.1数控未来发展的趋势 1. 继续向开放式、基于 PC 的第六代方向发展 基于 PC 所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用 PC 机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。 PC 机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 2. 向高速化和高精度化发展 这是适应机床向
