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1、机械制造与自动化毕业设计论文、乙前言数控机床经济型改造, 实质是机械工程技术与微电子技术的结合。经改造后的机床加工的精度、效率、速度都有了很明显的提高，适合我国现在经济水平的发展要求。本次毕业设计中，我们对有关数控机床及数控改造的相关书籍、刊物进行大量阅读, 收集了很多资料, 了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成及其工作原理，扩大了我们的知识面。随着科学技术的发展, 现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多 , 产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。同时，数控机床
2、将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。摘要摘要 : 了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床（ 刀具）运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。 而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它的优点很多 ,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。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,要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。 本次设计主要为纵向进给系统的设计， 其中包括纵向进给系统改造方案的确定，各零部件的设计。关键词 : 数控、车床、改造、纵向进
3、给第一章概 述一、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、数控（N。阶段（19521970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
4、为硬件连接数控（HARD-WIREIDQ ,简称为数控（NQ。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。2、计算机数控（CNC阶段（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（MICROPROCESSORS可称为中央
5、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
6、年的第六代-基于PC （国外称为PC-BASED。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（N。所以我们日常讲的“数控”，实质上已是指”计算机数控了。二、数控机床及其特点数控机床（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
7、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。概括起来， 采用数控机床有以下几方面的好处：提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质 量,急定；提高生产效率，一般约提高效率35倍，使用数控加工中心机 床则可提高生产率510倍；可加工形状复杂的零件；减轻了劳动强度，改善了劳动条件；有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。然而，数控机床毕竟是一种高度自动化的机床，技术复杂，成本 较高。在实际采用时，一定要充分考虑其技术经济效果。目前，选用 数控机床时主要考虑以下三种因数：即单件、中小批量的生产；形
8、状 比较复杂，精度要求高的加工；产品更新频繁，生产周期要求短的加 工。凡是符合这三种因素之一的情况，采用数控机床，对于改进产品 质量、减轻工人劳动强度、提高经济效益等，都会获得显著的效果三、数控机床的工艺范围及加工精度1. 数控机床的工艺范围：根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按适用程 度将零件分为三类：(1) 最适用类1) 形状复杂， 加工精度要求高， 用通用机床无法加工或虽然能加工 但很难保证产品质量的零件。2) 用 数 学 模型 描 述 的 复 杂 曲 线或 曲 面 轮廓 零 件 。3) 有难 测 量 、 难 控 制进给 、 难 控 制 尺 寸 的 不 开 敞 内 腔 的
9、壳体 或 盒型 零件。4) 必 须 在 依 次 装 夹 中 合 并 完 成 铣 、 镗 、 铰 或 螺 纹等 多 工 序 的 零 件 。( 2) 较适 用 类1) 在通用机床加工时极易受人为因素 (如： 情绪波动、 体力强弱、 技术水平高低等)干扰，零件价值又高，一旦质量失控会造成重大经 济损失的零件；2) 在 通 用 机床 上 加 工 时 必 须 制 造 复 杂 的 专 用 工 装 的 零 件 。3) 需 要 多 次更 改 设计后 才 能 定型 的 零 件 。4) 在 通 用 机床 上 加 工 需 要 作 长 时 间 调 整 的 零 件 。5) 用 通 用 机床 加 工 时 ， 生 产 率很
10、 低 或 体力 劳 动 强度 很 大 的 零 件 。( 3) 不 适 用 类1) 生产批量大的零件。2) 装 夹 困 难 或 完 全 靠找 正 定 位来 保 证 加 工 精 度 的 零 件 。3) 加 工 余量不 稳定 ， 且数 控 机床上 无 在线检 测 系统 可 自 动调 整 零 件 坐标位置的零件。4) 必 须 用 特 定 的 工 艺 装 备 协 调 加 工 的 零 件 。2. 数 控 机 床 的 加 工 精 度 ：看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重 复定位精 度如果能达到 0.005mm(ISO 标准. 、统计法), 就是一台高精 度 机床 ， 在 0.005mm
11、(ISO 标准. 、 统计法) 以下 ， 就是超高精 度机床 ， 高 精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。超精密加工目前是指尺寸和位置精度为0.010.3 m,形状和轮 廓精度为0.0030.1 w m,表面粗糙度钢件 Ra 0.05 m、铜件 Ra 0.01国内研制的超精密数控车床、数控铳床已投入生产使用。 当前在品种上需发展超精密磨床和超精密复合加工机床，同时要进一 步提升超精密主轴单元、超精密导轨副单元、超精密平稳驱动系统、 超精密轮廓控制技术及纳米级分辨率数控系统的性能并加快其工程 化。超精密机床主要用于解决国内高新技术和国防关键产品的超精 密加工 ，虽 然需求量不很大 ，但 它是一项受
12、 国 外技术封锁 的敏感技术。 另一方面，超精密加工技术的深化研究，它的成果的下延将有助于需 要量大的加工精度在亚微米级的高精密机床的研发和产业化。在加工精 度方面， 近 10 年来， 普通级数控机床的加工精 度已由 10 w m提高到5区m,精密级加工中心则从3 5区m,提高到1 1.5 m, 并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面， 国外数控装置的 mtbf 值已达 6 000h 以上 ， 伺服系统的 mtbf 值达到 30000h 以 上 ， 表 现 出 非 常 高 的 可 靠 性四、数控机床的经济分析1 .实用性。 选购数控机床时， 企业要有明确的 目的和出发
13、点， 首先考虑的是数控机床的实用性。(1) 数 控 机 床 规 格 、 精 度 的 实 用 性 。 在 选 择 数 控 机 床 时 , 首 先 应 确定数控机床上加工的典型零件 。零 件 的尺寸决定机床的 加工范围 ； 零件关键部位的精度决定了所选机床的精度等级。机床精度的评定 指标较多 ，因 数控机床类别而异, 但共有 的关键 项 目 是定位精度 、重 复定位精度以及综合加工精度。定位精度与传动链各环节的弹性、 间 隙等 因 素有关, 反映 了 机械系统 中 的扭 曲 、挠 度 、爬 行、共 振等诸 因素造成 的综合误差 。这 些指标既反映 了 伺服机构 的 刚度, 也说 明 了 位置反馈测
14、量系统的质量。重复定位精度反映了数控轴在全行程内 定位点的稳定性，传动链刚性直接影响重复定位精度。综合加工精 度指最后加工出来的工件尺寸与所要求尺寸之间的误差。选购时应 避免盲目追求高精度，注意机床精度与工件精度相匹配。(2) 数 控 系 统 功 能 的 实 用 性 。数 控 系 统 功 能 可 分 为 基 本 功 能 与 选 用功能, 各知名品牌数控系统的基本功能差别不大。 除基本功能以 外, 数控系统还为用户提供多种可选 功能。 通常数控系统具备的基 本功能比较便宜, 而特定选择的功能很贵。 在可供选择的功能模块 中, 性能差别很大, 价格也相差数倍 ，所 以要根据加工要求和机床性 能的需
15、要来选择。从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测、操作 方式、 接口形式和故障诊断等方面来衡量, 合理地选择适合机床的 可选功能 , 放弃可有可无或不实用 的可选 功 能 。比 如 ，自 动换刀装置 (ATC)是加工中心的基本特征，ATC装置的投资往往占整机的30% 50%。因 此 在 满 足 使 用 要 求 的 前 提 下 尽 量 选 用 结 构 简 单 和 可 靠 性 高 的 ATC, 以 提 高 机 床 的 可 靠 性 和 降 低 整 机 的 价 格 。应 当 注 意 ，单 独 签 订 合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价,应尽 可能在购买主机时一并购置部分易损部件及其他附
16、件。2. 经 济 性 。 经 济 性 是 指 选 用 的 数 控 机 床 在 满 足 加 工 要 求 的 条 件 下, 所支付的 “钱” 最少或较为合理的。 经济性往往是和实用性紧 密相连的, 机床选 得实用、 经济, 可避免不必要的浪费, 避免以高 代价换来功能过多而又不实用的较复杂的数控机床，避免在操作使 用、维护保养等诸多方面带来困难。数控机床的设计使用寿命一般为 7 年, 主要以数控方面的使用 寿命为准。 同时还得考虑市场占有率, 市场占有率高的数控设备说 明是旺销产品, 已受到多数用户的青睐和肯定, 一般不会有太多的 质量问题。选 购数控机床应考虑投资回报, 能够在短期内收回投资的机床 才是好机床。因为数控机床的主要优势是
