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1、COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY HNUT课程设计说明书课程名称：机械制造自动化技术设计题目：C6140卧式车床横向进给系统数控化改造设计专业：机械设计制造及其自动化班级:0804学生姓名:罗巍学号：0812110432指导教师：吴吉平湖南工业大学科技学院教务部制2018年12月19日数控系统课程设计C6140 普通卧式车床数控化改造之横向进给系统X ）轴设计目录第一章绪论3b5E2RGbCAP1.1 、数控机床的产生3p1EanqFDPw1.2 、数控机床的发展3DXDiTa9E3d1.3 、我国数控机床的发展简况4RTCrpUDGiT1.4 、数控机床的发
2、展趋势45PCzVD7HxA1.5 、数控机床改造的意义5jLBHrnAILg第二章、车床横向进给系统存在的问题分析6xHAQX74J0X2.1 常见改进方案及存在问题6LDAYtRyKfE第三章、机械系统的改造设计方案7Zzz6ZB2Ltk3.1 、主传动系统的改造方案7dvzfvkwMI13.2 、安装电动卡盘7rqyn14ZNXI3.3 、进给系统的改造与设计方案8EmxvxOtOco第四章、进给传动部件的计算和选型9SixE2yXPq54.1 、脉冲当量的确定96ewMyirQFL4.2 切削力的计算9kavU42VRUs4.3 、滚珠丝杠螺母副的的计算和选型横向）9y6v3ALoS8
3、9第五章、绘制进给传动机构的装配图14M2ub6vSTnP第六章、控制系统硬件电路设计150YujCfmUCw第七章、步进电动机驱动电源的选用17eUts8ZQVRd第八章、控制系统的部分软件设计18sQsAEJkW5T第九章、结论24GMsIasNXkA第十章心得体会25TIrRGchYzg第十一章参考资料277EqZcWLZNX第一章 绪论随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等
4、多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。 lzq7IGf02E1.1 、数控机床的产生数控机床最早是从美国开始研制的。 1948 年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。 1949 年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于 1952 年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于 1955年进入实用阶段。一直到 20世纪 50年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了 60 年代，由于晶体管的应用，
5、数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。zvpgeqJ1hk1.2 、数控机床的发展自 1952 年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。 NrpoJac3v1第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC 系统。第三代数控：从1965年开始采用
6、小、中规模集成电路的NC 系统。第四代数控：从1970 年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。第五代数控：从1974 年开始采用微型电子计算机控制的系统。目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。 1nowfTG4
7、KI近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。 fjnFLDa5Zo1.3 、我国数控机床的发展简况我国从 1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。从1965 年开始，研制晶体管数控系统，直到 60年代末和 70 年代初，研制的劈锥数控铣床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工平面零件自动编程的研究。 1972-1979年是数控机床的生产和使用阶段
8、。例如：清华大学研制成功集成电路数控系统；数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究与应用；数控加工中心机床研制成功；数控升降台铣床和数控齿轮加工机床开始小批生产供应市场。从80 年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。上海机床研究所引进美国 GE 公司的 MTC-1 数控系统等。在引进、消化、吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所又开发出 BSO3 经济型数控系统和 BSO4 全功能数控系统，航空航天部706 所研制出 MNC864 数控系统等。进而推动了我国数控技术的发展，使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。我国
9、的数控机床已跨入一个新的发展阶段。 tfnNhnE6e51.4 、数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求具有进入更高层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。HbmVN777sL在数控系统方面，目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，诸如日本的FANCU ，德国的 SIEMENS 和美国的 A-B 公司，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。它们的数控系统都采用了 16 位和 32 位微机处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到 1MB 以上，机床
10、分辨率可达0.1微M,高速进给可达100m/min,控制轴数可达16个，并采用先进的电装工艺。 V7l4jRB8Hs在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式向数字式方向发展，以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。 83lcPA59W91.5 、数控机床改造的意义数控机床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在 60 年代已经开始迅速发展，其发展的原因是多方面的，主要有技术、经济、市场和生产上的原因。我国是拥有300 多万台机床的国家。而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床制造厂的能
11、力都是办不到的。因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备技术改造迫切要求解决的课题。用数控技术改造机床，正是适应了这一要求。它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入微机的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其它传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的 1/3 至 1/5，用户承担的起。从若干单位成功应用的实例可以证明，投入使用后，确实成倍地提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再逐步
12、推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。同时，它还可以作为全功能数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护、使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术朝机电一体化的方向过渡的主要内容之一。 mZkklkzaaP# / 28第二章、车床横向进给系统存在的问题分析C6140 车床横向进给系统在连续的使用过程中，由于磨损等原因，使丝杠与丝母间隙过大，产生轴向窜动，影响进给精度。通过调整可消除丝杠与丝母间的间隙，但实践证明，这种调整方法只消除了丝母的磨损间隙，而没有消除丝杠的磨损间隙。如果按丝杠磨损较大部位调整丝母
13、，则在丝杠磨损较小部位可能因间隙过小而使进给手柄转动太沉。 AVktR43bpw经过长期的观察和实践，发现几乎所有的机床都在很大程度上存在着进给机构精度因磨损而严重下降的问题。普通车床的横向进给机构因其使用频繁且承受很大的切削力，所以，磨损程度较其它机床严重，如果能够有效地解决车床的进给精度问题对其它类似的机构都有指导意义。 ORjBnOwcEd几十年来，国内外车床一直采用上述的传统结构，操作者在使用过程中必须经常进行调整，并把这项工作列入一级保养内容。因此，增加了工人的劳动强度，降低了设备的 利用率 ， 即使这 样 也不能很 好地保 证设备的精 度。2MiJTy0dTT2.1 常见改进方案及
14、存在问题针对普通车床横向进给机构的进给精度问题国内外专家多采用以下三种解决方案。1 .在中修或项修过程中，更换新的横向进给丝母。必要时，对横向进给丝杠进行修复，然后再配作丝母，这种办法并没有从根本上解决横向定位精度问题。机床只是在修复后最初阶段能够保障横向进给精度，数月后就进人反复调整阶段.而且加大了维修成本。gIiSpiue7A2 .有的专家试图用改进横向进给丝杠支承结构或减小丝杠变形的方法来解决问题。这种方案仅提高了丝杠的刚度，虽然能够间接地减缓丝杠和丝母的磨损，但仍然没有从实质上解决问题。这种方法的缺点是改造的成本和维修费用很大。 uEh0U1Yfmh3 .80 年代中期，随着电子技术的
15、进步与发展，国内外的专家们纷纷采用数控或数显技术对机床进行改造。采用数控技术改善机床进给机构精度，尤其是采用闭环控制，很好地解决了进给精度问题。但是这种技术改造成本太高，一般企业无法承受。采用数显技术改善机床进给精度的实例在国内比较多，虽然这种方案比数控技术改造投资小，但考虑到投资收益比，也不适合普通车床这类造价较低的设备改造，一般企业仅把这项技术应用于精、大、稀设备的改造，最常见的是造价几十万元的镗铣床改造。 IAg9qLsgBX第三章、机械系统的改造设计方案3.1 、主传动系统的改造方案卧式车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样减少改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。WwghWvVhPE提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用 24 速的多速电机和单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴实现无级变速工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于7
