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1、本科毕业设计目录第1章 绪论51.1数控技术的产生、发展和作用51.2我国数控机床发展的历史与现状81.3机床数控化改造的可行性81.4本章小结9第2章 车床总体改造方案设计102.1主传动系统的改造112.1.1主轴无级变速的实现112.1.2主轴脉冲编码器的安装112.2纵横向进给传动系统的改造132.2.1 纵向（Z方向）进给传动系统的改造132.2.2横向（X方向）进给系统的改造142.2.3齿轮传动间隙的消除152.3刀架部分的改造162.4 导轨的改造16 2.5导轨的改造数控系统的类型及品牌选择172.5.1数控系统的类型172.5.2数控系统的选择172.6本章小结18第3章
2、机床数控系统硬件电路设计193.1 SINUMERIK 802S base line数控系统特点193.2 电柜设计及电源选用193.3 数控系统各部分的连接及接口设计213.3.1系统的接线213.3.2 PLC输入输出接口定义223.3.3 接口连接233.3.4 步进电机的连接303.4 回参考点配置313.5 驱动电流设定313.6 主控电路的设计333.7 本章小结35第4章 机床进给伺服系统机械部分设计计算364.1 确定系统脉冲当量364.2 计算切削力374.2.1 纵车外圆374.2.2 横切端面374.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型374.3.1 纵向进给丝杠374.3.2
3、横向进给丝杆404.3.3 纵向及横向滚珠丝杠副的几何参数424.4 贴塑导轨的应用434. 5 齿轮传动比的计算434.5.1纵向进给传动比的计算434.5.2横向进给齿轮箱传动比计算444.6 步进电机的计算和选型444.6.1纵向进给步进电机计算444.6.2横向进给步进电机的计算和选型474.7本章小结47第五章 参数设置与验收495.1参数设置495.1.1PLC参数设置495.1.2机床参数设置505.2改造后车床的验收与性能比较515.3 本章小结51第六章 总结与展望536.1 总结536.2 展望53参考文献56致谢 60 第1章 绪论1.1 数控技术的产生、发展和作用数控机
4、床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础，它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高、小批量及多变零件的加工问题且能稳定产品的加工质量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的发展水平和方向。与普通机床相比，数控机床能够自动换刀、自动变更切削参数，完成平面、回旋面、平面曲线的加工，加工精度和生产效率都比较高，因而应用日益广泛。随着计算机技术的发展，数控机床不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，它的性能日臻完善，应用领域日益扩大。同时
5、，为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高要求，当前，世界数控技术及其装备正朝着下述几个方向发展。1、高速、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。（1）高速、高效机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。(2)高精度精密化是为了适应高新技术发展
6、的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。当前，精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级(0.001m)，主轴回转精度达到0.010.05m，加工圆度为0.1m，加工表面粗糙度Ra值0.003m等。为了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度己由士10m提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m提高到1 1.5m。(3)高可靠性高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性一个数量级以上。对于每天工作两班的无人工厂
7、而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P(t)=99%以上的话，则数控机床的平均无故障工作时间(MTBF)就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，若只对一台数控机床而言，如果主机与数控系统的时效率之比为10：1的话(数控系统的可靠性比主机高一个数量级)，则此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。当前国外数控系统平均无故障工作时间(MTBF)在(710)10小时以上，整机平均无故障工作时间达800小时以上。2、模块化、智能化、柔性化和集成化(1)模块化
8、、专门化与个性化为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来数控机床特别明显的发展趋势。(2)智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，分别如下：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；在简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的机界面等；智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。(3)柔性化和集成化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数
9、控单机、加工中心和控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。3、开放式体系结
10、构由于数控技术中大量采用计算机新技术，新一代的数控系统体系结构向开放式系统方向发展。国际上的主要数控系统和数控设备生产国及其厂家都瞄准通用个人计算机所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，自80年代末以来竞相开发基于PC的CNC，开展了针对开放式CNC的前、后台标准的研究，基于PC的开放式CNC大致可分为四类：PC连接型CNC、PC内装型NC、NC内装型PC和纯软件NC。典型产品有FANUC150/160/180/210、A2100、 OA500、Advantage CNC System、华中I型等。4、出现新一代数控加工工艺与装备(1)为适应制造自动化的发展，向FMC、FMS
11、和CIMS提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用机器人和物流系统；(2)围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联体系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域；(3)以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统对机械加工中海量信息进
12、行存储和实时处理。应用数字化网络技术使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用；(4)由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术，使得机械加工向虚拟制造的方向发展。1.2 我国数控机床发展的历史与现状我国从1958年开始研制数控机床，几十年来，经历了发展、停滞、引进技术、自行开发等几个阶段。1965年，国内开始研制晶体管数控系统，20世纪60年代中期至70年代初，先后研制成功了CJK-18型晶体管数控系统、X53-IG立式数控铣床及YK53数控非圆齿轮插齿机。从70年代开始，数控技术在车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床、电加工机床等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制
13、成功。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平差，致使数控系统的可靠性、稳定性未得到解决，因此未能广泛推广。80年代，我国从日本FANUC公司引进了5、7、3等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机技术，以及从美国、德国等国引进了一些新技术。推动了我国数控机床稳定的发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。改革开放以来，我国数控系统的开发与生产发展迅速，取得了更为喜人的成果。通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，数控技术取得了长足进步。在与数控主机匹配方面可以说已基本上改变了“拖后腿”的局面，性能和质量显著提高，功能价格比有优势。我国具有自主版权的数控系统产
14、业开始形成，在市场上具有一定竞争力，逐步提高了市场占有率。目前我国可供市场的数控机床有2000多种，覆盖了超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压机床、前沿高技术机床等领域，可与日本、德国、意大利、美国并驾齐驱。数控系统经过多年的市场激烈竞争，已经形成由日本的发那科公司占市场50%、德国西门子公司占市场25%的垄断局面。我国从20世纪90年代末开始掌握基于通用32位工业控制机开放式体系结构的数控系统，特别是能够控制五轴联动并具备网络化远程监测、诊断、操作功能的数控系统。并开发出弧齿锥齿轮数控加工、三维激光视觉检测、螺旋桨七轴五联动加工和世界独创的空间曲面插补软件。目前批量投入市场的国产数控系
15、统，具有性能价格比的优势，正在改变国外强手在中国市场上的垄断局面。1.3 机床数控化改造的可行性目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床来替换根本不现实，而切替换下来的旧机床闲置起来又会造成浪费，要解决这些问题，应走普通机床的数控化改造之路。从美国、日本等国家工业现代化进程看，机床的数控化改造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有26%的机床经过数控改造，中小型企业则是74%，在美国有许多数控专业化公司，为世界各地提供机床数控化改造服务。因此，普通机床的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小型企业更是如此。利用现有闲置的旧机床，通过数控化改造，使其成为一台新高效、多功能的数控机床，其投资少，见效快，是一种盘活存量资产的有效方法，也是低成本实现自动化的有效方法，也是在短期内提高我国机床的数控化率的一条有效途径2000年我国机床总产量约17.5万台，其中数控机床产量是14053台，产量数控化率为8%。而像美国、日本等工业发达的国家机床产量数控化率已超过了50%。国数控机床占机床生产总值的比例远远低于美国、日本等发达国家。由此
