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1、哈尔滨理工大学学士学位论文C6140数控机床改造摘 要由于目前国内的数控机床数量需求量大，达到300万台之巨，要进行全部翻新在实践，物质尚不具有足够的条件，为了达到的条件，为达到较高的精度，实现较好的经济性，对普通车床实行数控开环改造。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
2、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；- I -C6140 ordinary lathe of numerical control technology transformation AbstractDue to the current number of domestic CNC machine tool demand to reach300 million units of the giant,to be totally refurbished at the time, the
3、 material is not yet sufficient condition,in order to achieve the conditions to achieve high accuracy to achieve better economic nature of the open-loop CNC lathe to implement reform.Understand the concept of CNC machine tools,in accordance with the so-called digital control machine tools(tool)motio
4、n information in the order specified by the program automatically performs the operation.CNC machine tool sand CNC machine tools is to work under the supervision of the computer.It has many advantages,can be a fixture on the same machine can perform multiple operations,significantly improve producti
5、vity, etc., but its expensive.Since China is now mostly used lathe machine,low degree of automation, to update existing machines need a lot of money.To solve this problem, but also to adapt to many varieties,small batch machining parts we choose economical CNC machine tools transformation.This desig
6、n is mainly vertical feed system design, including vertical feed system transformation program to determine various parts of the design.Keywords NC; lathe; transform; - III -目录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题背景11.1.1 国内数控机床现状11.1.2 国内数控机床的特点11.2 数控机床发展概况21.2.1 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展21.2.2 向高速化和高精度化发展21.2.3
7、向智能化方向发展21.3 机床数控化改造的必要性21.3.1 微观看改造的必要性21.3.2 宏观看改造的必要性31.4 数控化改造的市场空间31.4.1 国内的市场31.4.2 进口设备和生产线的数控化改造市场41.5 机床改造的效益分析4第2章 普通车床的数控改造和可行性论证62.1 车床的数控改造62.1.1 设计内容及任务62.1.2 数控机床工作原理及组成62.2 可行性论证7第3章 总体方案的拟定和论证83.1 总体方案的拟定83.2 控制方式类型选择93.3 伺服进给机构的改造103.3.1 纵向进给机构的改造103.3.2 横向进给机构的改造103.3.3 步进电动机的选用10
8、3.3.4 丝杠螺母副103.3.5 机床导轨改造103.4 总体设计方案的确定11第4章 伺服进给机构设计124.1 伺服系统的组成原理124.2 伺服进给机构的设计内容和设计计算124.2.1 纵向进给系统的设计计算134.2.2 横向进给系统的设计计算174.3 步进电机的选择204.3.1 C6140纵向进给系统步进电机确定204.3.2 C6140横向进给系统步进电机的确定204.4 伺服系统说明214.4.1 机床进给系统的结构及工作原理21第5章 自动转位刀架225.1 数控车床刀架的基本要求225.2 数控车床刀架结构225.3 工作原理235.4 刀架的安装24第6章 编码盘
9、的安装部分256.1 光电编码器工作原理256.2 编码盘的安装25结论27致谢28参考文献29附录30第1章 绪 论1.1 课题背景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。1.1.1 国内数控机床现状近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
10、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
11、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。1.1.2 国内数控机床的特点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。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 控机床发展的关键配套产品有了突破。1.2 数控机床发展概况1.2.1 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
12、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。1.2.2 向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。1.2.3 向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。1 应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。2 引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。3 引入故障诊断专家系统
13、智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。1.3 机床数控化改造的必要性1.3.1 微观看改造的必要性从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。1 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。2 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。
14、数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了柔性自动化。3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易不再需要修配。4 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。5 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。6 由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。1.3.2 宏观看改造的必要性从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。由
15、于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。1.4 数控化改造的市场空间机床的数控制化改造是一个方兴未的行业，从各种统计数字上看前途应该是十分光明的，例如：在美国，日本和德国等发达国家，它们的机床改造人作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造是一个永恒的课题。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所以不难看出：1.4.1 国内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
