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1、题目:普通车床的数控技术改造及横向机构设计,答辩人:指导老师:,主要内容,一、课题研究的背景和现状二、课题研究的目的和意义三、课题研究的主要内容四、课题研究的展望,一、课题研究的背景和现状,目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。,一、课题研究的背景和现状,1.1 国内数控机床的发展现状:1)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
2、于使用效率不高，管理方式落后的状态。2)国产数控机床不能满足市场的需求 1.2 国外数控机床的发展现状:1)国际机床市场的消费主流是数控机床 2)国外数控机床的网络化,一、课题研究的背景和现状,1.3 数控系统的发展趋势:1)继续向开放式、基于PC的第六代方向发展 2)向高速化和高精度化发展 3)向智能化方向发展,二、课题研究的目的和意义,2.1 本课题研究的目的：要求在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及纵向进给系统的详细设计。通过这一典型机电一体化产品的开发设计，培养综合运用所学专业知识改造开发新产品及解决工程实际问题的能力。,二、课题研究的目的和意义
3、,2.2 本课题研究的意义：数控机床是制造业实现生产现代化的主机,数控技术的水平高低和机床的数控化率是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前我国机床的数控化率还不到5%,新机床的数控化率也仅为6%。无论从数控技术水平和机床的数控化率都大大落后于西方发达国家。由于机床以及技术的不断进步,机床改造已是个”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,具有重要的现实意义和使用价值:（1）节省资金。（2）性能稳定可靠。（3）提高生产效率。,三、课题研究的主要内容,3.1 普通车床介绍 C-类代号(车床类机床)W-结构特性代号 6-组代号(落地及卧式车床组)1-系代号(卧
4、式车床系)63-主参数(最大工件回转直径的1/10),普通卧式车床的结构布局,三、课题研究的主要内容,普通车床各部分功能介绍主轴箱是支撑主轴并带动工件作回转运动。进给箱是进给传动系统的变速机构。交换齿轮箱是用来将主轴的回转运动传递到进给箱。溜板箱是接受光杆传递的运动，驱动床鞍和中、小滑板及刀架实现车刀的纵横进给运动。,主要结构及运动特点,由主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆、光杆、床身等组成,主轴变速箱功能：支承主轴和传动其旋转,进给箱：变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量,溜板箱：将丝杠或光杠旋转运动变为溜板和车刀的直线进给运动,CXXX卧式车床的功能,三、课题研究
5、的主要内容,3.2 总体方案的确定 CXXX型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。,三、课题研究的主要内容,普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。车床数控化改装后属
6、于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。,三、课题研究的主要内容,纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。,三、课题研究的主要内容,3.3 机械系统的改造设计方案进给系统的改造与设计方案。主传动系统的改造方案。自动回转刀架设计,二、总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的
7、运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。（1）普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。,（2）普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。（3）根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能强、速度快、抗干扰、性/价比高等优点。,（4）根据系统的功能要求，需要扩展程
8、序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。（5）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。,（6）计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速轮副，且应有消除间隙机构。（7）选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。,三、机械系统的改造设计方案1主传动系统的改造方案 对普通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，这样可减少机械改造的工作量。
9、主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。,若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用2速的多速电动机代替原有的单速主电动机；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电动机，以实现无级变速。,2安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。,3换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路
10、，由数控系统完成。,4螺纹编码器的安装方案 螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动。,螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在床头箱的后端。需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性联接，且车床主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。,5进给系统的改造与设计方案（1）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找主轴的同步轴，安装螺纹编码器。（2）拆除进给箱总成，在此位置
11、安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。（3）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座与螺母座托架。,（4）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式电动刀架。（5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。（6）将横向进给步进电机通过法兰座安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。（7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。,四、进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：1、确定脉冲当量2、计算切削力3、选择滚珠丝杠螺
12、母副4、设计减速箱5、选择步进电动机,五、绘制进给传动机构的装配图在完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动机的计算、选型后，就可以着手绘制进给传动机构的装配图了。在绘制装配图时，需要考虑以下问题：（1）了解原车床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。（2）根据载荷特点和支承形式，确定丝杠两端轴承的型号、轴承座的结构以及轴承的预紧和调节方式。,（3）考虑各部件之间的定位、联接和调整方法。例如，应保证丝杠两端支承与螺母座同轴，保证丝杠与机床导轨平行，考虑螺母座、支承座在安装面上的联接与定位，同步带减速箱的安装与定位，同步带的张紧力调节，步进电动机的联接与定位等。（4）考
13、虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。例如，丝杠螺母的润滑、防尘防铁屑保护、轴承的润滑及密封、行程限位保护装置等。,（5）在进行各零部件设计时，应注意装配的工艺性，考虑装配的顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。（6）注意绘制装配图时的一些基本要求。比如，制图标准，视图布置及图形画法要求，重要的中心距、中心高、联系尺寸和轮廓尺寸的标注，重要配合尺寸的标注，装配技术要求，标题栏等。,致 谢,我的论文写作和课题研究是在各位老师和同学的关心、帮助下完成的。在此，我感谢他们对我的支持，我要深深感谢用心血汗水教育我的老师们：老师，他们渊博的知识，对教育的执著，严谨的治学态度，使我终身受益。感谢我周围的同学们，他们给了我无微不至的关心和帮助，他们勤奋严谨的学习态度是我学习的榜样。,谢 谢,
