毕业论文:CA6140型普通车床数控化改造设计.doc
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1、CA6140 型普通车床数控化改造设计一 . 毕 业 设 计 题 目( 一 ) 主 要 设 计 参 数 及 技 术 指 标本 次 设 计 任 务 是 将 CA6140 型 普 通 车 床 进 行 简 易 数 控 化 改 造 与设 计 具 体 要 求 如 下 :1. X 轴 ( 横 向 ) 、 Z 轴 ( 纵 向 ) 改 为 微 机 控 制 、 采 用 步 进 电 机或 直 流 伺 服 电 机 驱 动 , 滚 珠 丝 杠 传 动 ;2.x 轴 ( 横 向 ) 脉 冲 当 量 : 0.005mm/脉 冲 ;3.z 轴 ( 纵 向 ) 脉 冲 当 量 : 0.010/脉 冲 ;3.操 作 要 求 :
2、 起 动 、 点 动 、 单 步 运 行 、 自 动 循 环 、 暂 停 、 停 止 ;4.实 现 功 能 : 车 削 外 圆 、 端 面 、 圆 弧 、 圆 锥 及 螺 纹 加 工 ;( 二 ) 毕 业 设 计 内 容 及 工 作 量1.设 计 计 算 说 明 书 数 控 技 术 的 应 用 于 发 展 ; 数 控 技 术 在 机 械 工 业 中 的 进 展 ; 数 控 改 造 的 必 要 性 ; 数 控 改 造 的 优 点 ; 数 控 改 造 的 设 计 步 骤 ; 数 控 改 造 方 案 的 确 定 ; 机 械 部 分 改 造 设 计 与 计 算 ; 电 机 的 计 算 与 选 择 ;
3、数 控 系 统 的 选 择 ; 参 考 文 献2.图 纸 部 分 普 通 车 床 数 控 化 改 造 总 体 方 案 图 ( O 号 图 纸 一 张 ) ; X 轴 ( 横 向 进 给 ) 机 械 改 造 配 图 ( O 号 图 纸 一 张 ) ; z 轴 ( 纵 向 进 给 ) 机 械 改 造 配 图 ( O 号 图 纸 一 张 ) ;二 、 数 控 技 术 的 应 用 与 发 展2数 控 技 术 是 一 门 集 计 算 机 技 术 、 自 动 化 控 制 技 术 、 测 量 技 术 、现 代 机 械 制 造 技 术 、 微 电 子 技 术 、 信 息 处 理 技 术 等 多 学 科 交 叉
4、 的综 合 技 术 , 是 近 年 来 应 用 领 域 中 发 展 十 分 迅 速 的 一 项 综 合 性 的 高新 技 术 。 它 是 为 适 应 高 精 度 、 高 速 度 、 复 杂 零 件 的 加 工 而 出 现 的 ,是 实 现 自 动 化 、 数 字 化 、 柔 性 化 、 信 息 化 、 集 成 化 、 网 络 化 的 基础 , 是 现 代 机 床 装 备 的 灵 魂 和 核 心 , 有 着 广 泛 的 应 用 领 域 和 广 阔的 应 用 前 景 。 一 般 数 控 系 统 由 输 入 /输 出 ( I/O) 装 置 、 数 字 控制 系 统 、 驱 动 控 制 装 置 、 电
5、 器 逻 辑 控 制 执 行 装 置 等 4 个 部 分 组成 。 数 控 机 床 就 是 采 用 了 数 控 系 统 的 机 床 , 是 高 效 率 、 高 精 度 、高 柔 性 和 高 度 自 动 化 的 现 代 机 械 加 工 设 备 , 是 高 度 机 电 一 体 化 的产 品 .但 是 随 着 信 息 化 程 度 的 逐 步 提 高 , 对 实 现 综 合 生 产 指 标 优 化的 综 合 自 动 化 系 统 的 需 求 不 断 增 长 及 通 信 技 术 与 计 算 机 及 其 网 络技 术 的 融 合 发 展 , 为 了 产 品 在 市 场 上 增 强 竞 争 力 , 提 高 综
6、 合 效 益 ,现 在 人 们 考 虑 更 多 的 是 把 传 统 的 数 控 系 统 技 术 放 在 企 业 信 息 化 大背 景 下 , 思 考 如 何 用 信 息 化 技 术 去 促 进 工 业 自 动 化 快 速 向 高 端 发展 。 在 全 球 市 场 环 境 影 响 和 推 动 下 , 改 进 产 品 质 量 、 提 高 生 产 效率 和 降 低 产 品 成 本 的 需 求 不 断 增 长 , 生 产 的 实 时 优 化 受 到 过 程 工业 的 普 遍 重 视 并 广 泛 加 以 采 用 。 为 了 适 应 变 化 的 经 济 环 境 , 减 少消 耗 , 降 低 成 本 , 提
7、 高 生 产 效 率 , 提 高 运 行 安 全 性 , 必 须 对 控 制 、优 化 、 计 划 与 调 度 以 及 生 产 过 程 管 理 实 现 无 缝 集 成 。 要 降 低 生 产成 本 、 提 高 产 品 质 量 、 减 少 环 境 污 染 和 资 源 消 耗 , 产 品 只 能 通 过全 流 程 自 动 控 制 系 统 的 优 化 设 计 来 实 现 。数 控 技 术 从 发 明 到 现 在 , 已 有 近 50 年 的 历 史 。 按 照 电 子 器 件的 发 展 可 分 为 五 个 发 展 阶 段 : 电 子 管 数 控 , 晶 体 管 数 控 , 中 小 规 模NC 数 控
8、 , 小 型 计 算 机 数 控 , 微 处 理 器 数 控 ; 从 体 系 结 构 的 发 展 , 可分 为 以 硬 件 及 连 线 组 成 的 硬 数 控 系 统 、 计 算 机 硬 件 及 软 件 组 成 的CNC 数 控 系 统 , 后 者 也 称 为 软 数 控 系 统 : 从 伺 服 及 控 制 的 方 式 可 分为 步 进 电 机 驱 动 的 开 环 系 统 和 伺 服 电 机 驱 动 的 闭 环 系 统 。 数 控系 统 装 备 的 机 床 大 大 提 高 了 加 工 精 度 、 速 度 和 效 率 。 人 类 发 明 了 机器 , 延 长 和 扩 展 人 的 手 脚 功 能
9、: 当 出 现 数 控 系 统 以 后 , 制 造 厂 家 逐渐 使 数 控 系 统 部 分 代 替 机 床 设 计 师 和 操 作 者 的 大 脑 , 具 有 一 定 的 智3能 , 能 把 特 殊 的 加 工 工 艺 、 管 理 经 验 和 操 作 技 能 放 进 数 控 系 统 。三 、 数 控 技 术 在 机 械 工 业 中 的 发 展众 所 周 知 , 机 械 工 业 是 是 国 民 经 济 产 业 和 支 柱 产 业 , 是 推动 国 家 技 术 进 步 的 主 要 力 量 , 随 着 科 学 技 术 的 发 展 , 机 械 产 品 的结 构 越 来 越 合 理 , 其 性 能 和
10、 效 率 日 趋 提 高 , 因 此 , 对 加 工 机 械 产品 零 部 件 的 生 产 设 备 -机 床 也 提 出 了 高 性 能 、 高 精 度 与 高 自 动 化的 要 求 。 机 械 工 业 中 , 单 件 与 小 批 量 产 品 占 到 70 80%, 这类 产 品 一 般 都 采 用 人 工 操 作 , 难 于 提 高 生 产 效 率 和 保 证 产 品 质量 , 特 别 是 一 些 轮 廓 复 杂 的 零 件 。 数 控 技 术 的 出 现 与 发 展 , 就 是为 了 解 决 单 件 、 小 批 量 、 特 别 复 杂 型 面 零 件 加 工 的 自 动 化 并 保 证质
11、量 要 求 。自 1952 年 出 现 第 一 台 数 控 机 床 以 来 , 随 着 计 算 机 自 动 控 制 伺服 驱 动 与 自 动 检 测 等 技 术 的 迅 速 发 展 , 表 征 数 控 机 床 的 水 平 和 决定 数 控 机 床 功 能 与 特 性 的 数 控 系 统 经 历 了 以 下 几 个 阶 段 :第 一 阶 段 : 数 控 ( NC) 阶 段 ( 1952 1970 年 ) 。 随 着 元 器 件的 发 展 , 这 个 阶 段 经 历 了 三 代 , 即 1952 年 的 第 一 代 -电 子 管时 代 ; 1959 年 的 第 二 代 -晶 体 管 时 代 ; 1
12、965 年 的 第 三 代 -小 规模 集 成 电 路 时 代 。第 二 阶 段 : 计 算 机 数 控 ( CNC) 阶 段 ( 1970 现 在 ) 。 到1970 年 , 通 用 小 型 计 算 机 作 为 数 控 系 统 的 核 心 部 件 , 从 此 进 入了 计 算 机 数 控 ( CNC) 阶 段 , 1971 年 美 国 INTEL 公 司 将 运 算 器和 控 制 器 集 成 在 一 块 芯 片 上 , 称 为 微 处 理 器 , 又 称 为 中 央 处 理 单元 ( 即 CPU) 。 到 1974 年 , CPU 被 应 用 于 数 控 系 统 , 到 了1990 年 ,
13、PC 的 性 能 已 发 展 到 较 高 的 水 平 , 进 入 基 于 PC 阶 段 。总 之 , 计 算 机 数 控 ( CNC) 的 发 展 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 ; 1990年 的 第 六 代 -基 于 PC( 国 外 称 为 PC-BASED) 。 数 控 系 统 发 展 到第 五 代 以 后 , 才 从 根 本 上 解 决 了 可 靠 性 低 、 价 格 极 为 昂 贵 、 应 用很 不 方 便 ( 主 要 是 编 程 困 难 ) 等 极 为 关 键 的 问 题 。四 、
14、 数 控 改 造 的 必 要 性4( 一 ) 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
15、 的 自 动 化 , 而 且 是 柔 性 自 动 化 , 从 而 效 率 可比 传 统 机 床 提 高 3 7 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 。 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
16、 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 ,
17、 可对 市 场 需 求 作 出 快 速 反 应 等 等 。以 上 这 些 优 越 性 是 前 人 想 象 不 到 的 , 是 一 个 极 为 重 大 的 突 破 。此 外 , 机 床 数 控 化 还 是 推 行 FMC( 柔 性 制 造 单 元 ) 、 FMS( 柔 性制 造 系 统 ) 以 及 CIMS( 计 算 机 集 成 制 造 系 统 ) 等 企 业 信 息 化 改 造的 基 础 。 数 控 技 术 已 经 成 为 制 造 业 自 动 化 的 核 心 技 术 和 基 础 技 术 。( 二 ) 从 宏 观 上 看 , 数 控 机 床 已 成 为 我 国 市 场 需 求 的 主 流 产 品
18、 ,需 求 量 逐 年 激 增 。 我 国 数 控 机 机 床 近 几 年 在 产 业 化 和 产 品 开 发 上 取得 了 明 显 的 进 步 , 特 别 是 在 机 床 的 高 速 化 、 多 轴 化 、 复 合 化 、 精 密化 方 面 进 步 很 大 。 但 是 , 国 产 数 控 机 床 与 先 进 国 家 的 同 类 产 品 相 比 ,还 存 在 差 距 , 还 不 能 满 足 国 家 建 设 的 需 要 。 我 国 是 一 个 机 床 大5国 , 有 三 百 多 万 台 普 通 机 床 。 但 机 床 的 素 质 差 , 性 能 落 后 , 单 台 机床 的 平 均 产 值 只
19、有 先 进 工 业 国 家 的 1/10 左 右 , 差 距 太 大 , 急 待改 造 。 旧 机 床 的 数 控 化 改 造 , 顾 名 思 义 就 是 在 普 通 机 床 上 增 加 微机 控 制 装 置 , 使 其 具 有 一 定 的 自 动 化 能 力 , 以 实 现 预 定 的 加 工 工 艺目 标 。 随 着 数 控 机 床 越 来 越 多 的 普 及 应 用 , 数 控 机 床 的 技 术 经 济效 益 为 大 家 所 理 解 。 在 国 内 工 厂 的 技 术 改 造 中 , 机 床 的 微 机 数 控 化改 造 已 成 为 重 要 方 面 。 许 多 工 厂 一 面 购 置
20、数 控 机 床 一 面 利 用 数 控 、数 显 、 PC 技 术 改 造 普 通 机 床 , 并 取 得 了 良 好 的 经 济 效 益 。 我 国 经 济资 源 有 限 , 国 家 大 , 机 床 需 要 量 大 , 因 此 不 可 能 拿 出 相 当 大 的 资 金去 购 买 新 型 的 数 控 机 床 , 而 我 国 的 旧 机 床 很 多 , 用 经 济 型 数 控 系 统改 造 普 通 机 床 , 在 投 资 少 的 情 况 下 , 使 其 既 能 满 足 加 工 的 需 要 , 又能 提 高 机 床 的 自 动 化 程 度 , 比 较 符 合 我 国 的 国 情 。 1984 年
21、 ,我 国 开 始 生 产 经 济 型 数 控 系 统 , 并 用 于 改 造 旧 机 床 。 到 目 前 为 止 ,已 有 很 多 厂 家 生 产 经 济 型 数 控 系 统 。 可 以 预 料 , 今 后 , 机 床 的 经 济型 数 控 化 改 造 将 迅 速 发 展 和 普 及 。 所 以 说 , 本 毕 业 设 计 实 例 具 有 典型 性 和 实 用 性 。 五 、 数 控 改 造 的 优 点普 通 车 床 数 控 化 改 造 一 般 是 指 对 现 有 普 通 车 床 的 某 些 部 位 做 一 定的 改 造 , 配 上 经 济 数 控 装 置 或 标 准 型 数 控 系 统 ,
22、 从 而 是 原 机 床 具 有数 控 加 工 能 力 。 其 改 造 有 如 下 的 优 点 :1、 资 本 效 率 出 发 , 改 造 闲 置 的 普 通 机 床 ,能 发 挥 旧 机 床 的 原有 能 和 改 造 后 的 新 增 功 能 ,提 高 机 床 的 使 用 价 值 。2、 适 应 多 品 种 , 小 批 量 零 件 生 产 。3、 数 控 改 造 费 用 低 ,减 少 了 投 资 额 ,经 济 性 好 .数 控 车 床 改 造费 用 仅 为 新 购 一 台 数 控 车 床 费 用 的 15% 20%,同 购 置 新 机 床 相 比 ,一 般 可 以 节 省 75% 80%的 费
23、 用 ,如 果 再 结 合 机 床 大 修 理 , 几 乎 就是 一 台 新 的 数 控 车 床 ,甚 至 会 更 好 , 因 为 普 通 车 床 不 会 再 变 形 。4、 机 械 性 能 稳 定 可 靠 , 结 构 受 限 。 所 利 用 的 普 通 机 床 基 础 件 是重 而 坚 固 的 铸 造 构 件 , 而 不 是 焊 接 构 件 , 改 造 后 的 机 床 性 能 高 、 质量 好 , 可 以 做 为 新 设 备 继 续 使 用 多 年 。 数 控 化 改 造 后 使 原 有 的 机 械结 构 更 为 简 单 , 原 有 得 手 扶 进 给 机 构 全 部 消 失 。 这 样 一
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