CA機床縱向進給單元的數(shù)控化改造

1、理工科類本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告論文(設(shè)計)題目CA6140車床縱向進給單元的數(shù)控化改造作者所在系別機電工程學院作者所在專業(yè)測控技術(shù)與儀器作者所在班級B11121作 者 姓 名蓋海強作 者 學 號20114012124指導教師姓名王 冰指導教師職稱副教授完 成 時 間2015年3月北華航天工業(yè)學院教務(wù)處制說 明1根據(jù)學校畢業(yè)設(shè)計(論文)工作暫行規(guī)定，學生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告。開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。2開題報告應(yīng)在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)教研室論證審查后生效。開題報告不合

2、格者需重做。3畢業(yè)設(shè)計開題報告各項內(nèi)容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4開題報告中除最后一頁外均由學生填寫，填寫各欄目時可根據(jù)內(nèi)容另加附頁。5閱讀的主要參考文獻應(yīng)在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。6參考文獻的書寫應(yīng)遵循畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范要求。7開題報告應(yīng)與文獻綜述、一篇外文譯文和外文原文復印件同時提交，文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在2000字左右。畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學生姓名蓋海強專 業(yè)

3、測控技術(shù)與儀器班 級B11121指導教師姓名王冰職 稱副教授工作單位北華航天工業(yè)學院課題來源教師自擬課題課題性質(zhì)應(yīng)用設(shè)計課題名稱CA6140車床縱向進給單元數(shù)控化改造本設(shè)計的科學依據(jù)（科學意義和應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究概況，目前技術(shù)現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢等）機床的數(shù)控化是制造業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要途徑，數(shù)控技術(shù)的水平以及機床的數(shù)控化率是衡量一個國家的工業(yè)發(fā)展水平的主要標志。到目前為止，我國的機床數(shù)控化率還不足5%，新型機床的數(shù)控化率也僅僅達到了6%。無論是機床的數(shù)控化水平還是機床的數(shù)控化率都極大地落后于先進的西方發(fā)達國家。從20世紀后期開始，我國著手調(diào)整產(chǎn)業(yè)以、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式。數(shù)控機床作為實現(xiàn)

4、生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)設(shè)備，已經(jīng)遠遠不能滿足各個工廠逐年增加的生產(chǎn)需求。對于眾多的機械制造企業(yè)，如果只是單純的依靠購買新型的數(shù)控機床，那么必然需要投入巨量的資金，而且周期也很長，這就會使許多的中小型企業(yè)望而卻步。所以，利用一部分原有的普通機床，對其進行數(shù)控化改造，使機械設(shè)備的數(shù)控化率得以提高，這無疑是最方便有效的途徑。就算是在發(fā)達的美國、日本、德國等國家，機床的數(shù)控化改造作為新興的經(jīng)濟增長行業(yè)也是生意盎然，處在發(fā)展的黃金時代。在美國、日本、德國，機床和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造具有廣闊的市場，已經(jīng)形成了機床和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造的新行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)被稱之為機床再生業(yè)，從事機床再生業(yè)的著名公司有：Ber

5、tsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團、US設(shè)備公司等，其中得寶公司已經(jīng)在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)被稱之為機床改裝業(yè)，從事機床改裝業(yè)的公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。由于生產(chǎn)機床以及數(shù)控技術(shù)的不斷改進，機床的改造已經(jīng)成為一個“永恒”的課題。我國機床的改造業(yè)，也從原先的行業(yè)邁進了以數(shù)控技術(shù)為主的新型行業(yè)，具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值：（1）節(jié)省資金。數(shù)控化改造機床與購置新的數(shù)控化機床相比可節(jié)省60%左右的費用，大型以及特殊設(shè)備是最為明顯的。一般情況下，大型機床改造的資金僅為購置

6、新數(shù)控機床的1/3。即使是將原油機床的結(jié)構(gòu)進行徹底的升級改造也僅需花費購置新數(shù)控機床資金的60%，而且可以有效地利用原有的地基。（2）性能穩(wěn)定可靠。原有機床的各個基礎(chǔ)件已經(jīng)經(jīng)過了長期生產(chǎn)的磨合以及不斷地改進完善，幾乎不會因為產(chǎn)生應(yīng)力變形從而影響精度。（3）提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)過數(shù)控化改造后即可實現(xiàn)自動化加工，生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)機床可提高3至5倍。對于復雜的零件來說，生產(chǎn)的難度越大，效率提高的越多，而且可以不用或者少用工裝。不僅節(jié)約了生產(chǎn)費用，而且縮短了生產(chǎn)準備的周期。由于我國企業(yè)的大部分數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)長期以來都依賴進口，大部分的企業(yè)都承受不了巨額的購置費用，而且容易受到國外的控制。另外，我國的

7、數(shù)控機械設(shè)備維修力量薄弱，而進口備件的維修成本太高，設(shè)備的完好率很低。目前，大部分的早期進口的機床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)報廢，有的甚至在進口后未經(jīng)使用就因為各種原因而報廢了不得不再次引進。因此，目前我國機床的數(shù)控化率極低，各個企業(yè)所使用的機加設(shè)備大部分仍是老式機床，難以滿足高技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率的要求。為了節(jié)約資金、降低成本，最大限度的發(fā)揮傳統(tǒng)老式機床的功效和價值，傳統(tǒng)老式機床的數(shù)控化改造無疑是機加設(shè)備更新?lián)Q代的必要途徑，是企業(yè)升級發(fā)展、創(chuàng)品牌的必然趨勢。設(shè)計內(nèi)容和預期成果（具體設(shè)計內(nèi)容和重點解決的技術(shù)問題、預期成果和提供的形式）設(shè)計內(nèi)容：（1）進給軸的改造：普通車床數(shù)控化改造時一般去掉走刀箱以及溜板

8、箱，改用進給伺服（或步進）傳動鏈代替，具體體現(xiàn)為：Z軸：縱向電動機 減速箱（或聯(lián)軸器） 縱向滾珠絲杠 大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。 改造后整個傳動鏈的傳動精度在保證車床剛性的前提下，與滾珠絲杠福的選擇和不知結(jié)構(gòu)形式，機床導軌的精度等有很大關(guān)系。 普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動絲杠副，與滾珠絲杠福相比摩擦阻力大、傳動效率低，不能適應(yīng)于高速運動。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等問題，在進行改造時往往將其更換為滾珠絲杠福。 普通車床大多采用滑動導軌，它的動、靜摩擦系數(shù)較大，在使用過程中會有不同程度的磨損，對車床傳動精度和保持性帶來很大影響。因此在改造的同時須針對導軌進行必要

9、的檢修處理，同時采用合理的潤滑，充分保證其精度。 在滿足車床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的誤差，將電動機與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接。對于CA6140車床來說，由于空間尺寸有限，電動機與絲杠副不能直聯(lián)，大多采用齒輪副或同步帶輪來傳動。無論采用哪種傳動，最關(guān)鍵的是注意傳動間隙的消除。（2） 潤滑部分的改造：普通車床導軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對車床的導軌絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下車床的運動穩(wěn)定性、靈活性也差一些。改造時要對潤滑部分進行相應(yīng)的改動，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，絲杠支撐軸承一般采用油脂潤滑。（3）車床的防護：車床改造后采用局部防護或者

10、半防護。局部防護只對絲杠副、電動機、走線等采取防護措施。半防護是在局部防護的基礎(chǔ)上增加切削的保護，即增加擋屑裝置。預期成果：（1）采用單片微機為主控CPU，具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數(shù)碼管兩坐標同時顯示、螺紋加工等控制功能。（2）配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當量為0.01mm，定位精度為0.01mm（要與相應(yīng)導程的絲杠相匹配）。（3）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，失電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。（4）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。擬采取設(shè)計方法和

11、技術(shù)支持（設(shè)計方案、技術(shù)要求、實驗方法和步驟、可能遇到的問題和解決辦法等）本課題主要以CA6140車床為對象進行其進給單元的數(shù)控化改造，通過分析該廠的產(chǎn)品和工藝，以確定典型的加工條件，并由此進行過力和功率的計算，同時要確定車床機械性能的完好性，以及車床使用的外界條件，選擇正確的伺服系統(tǒng)類型。改造前要進行充分的技術(shù)準備，機械部分的計算與設(shè)計，消化新系統(tǒng)的電氣資料，設(shè)計新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換，確定調(diào)試步驟及驗收標準。實施改造，完成CA6140車床的數(shù)控化改造。數(shù)控技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，在制造業(yè)中已經(jīng)是成熟的技術(shù)，借鑒其他類型的車床改造的經(jīng)驗，對于CA6140車床的數(shù)控化改造時可行的，不過要注意以下幾個問題：

12、 （1）大溜板相對于床身中軸線的不平行度，在改造前要進行精度恢復，否則無法在改造后用其他方法消除其引發(fā)的誤差。（2）進給驅(qū)動電動機的選擇、傳動鏈的布置（是否使用同步帶或無間隙齒輪減速、選擇哪種型號的滾珠絲杠副），都會對改造后的運動性能和精度產(chǎn)生影響。（3）進給驅(qū)動電動機的工作扭矩，制約了車床進給運動的最大速度；驅(qū)動電動機上配的光電編碼器光柵額數(shù)量，制約了車床的控制分辨率。（4）滾珠絲杠福的精度是車床重復定位精度、定長移動精度的重要基礎(chǔ)，需對其選型、安裝和調(diào)試特別重視。為確保運動性能和使用壽命，有必要選擇大直徑、大節(jié)距的滾珠絲杠副，并采用兩端固定支撐，安裝時預加較大的預緊力，以克服溫度造成的尺寸

13、變化。（5）縱向絲杠長度較大，進給系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速以及固有頻率會比較的小，要滿足高速加工沒有問題，但是空載的運行速度就會比較的慢，但是總效率依然會比較高。實現(xiàn)本項目預期目標和已具備的條件（包括過去學習、研究工作基礎(chǔ)，現(xiàn)有主要儀器設(shè)備、設(shè)計環(huán)境及協(xié)作條件等）（1）通過每學期的實習，我們對機加工的生產(chǎn)過程、環(huán)境以及設(shè)備的工作狀況有了比較深刻的了解，對于機加工設(shè)備的原理、運行、檢修、維護及參數(shù)整定等也比較的熟悉，為課題的完成奠定了實踐基礎(chǔ)。（2）通過四年的學習，對于機械的設(shè)計要求、機械圖紙的繪畫閱讀、以及數(shù)控技術(shù)的理論等都有了初步的掌握，是自己具備了一定的理論知識，為此次課題的研究準備了一定的理論基礎(chǔ)。（3）通過查閱大量的文獻，對數(shù)控技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展狀況、數(shù)控技術(shù)的實際應(yīng)用、以及機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計等都有了一定的了解。同時，經(jīng)過借鑒其他類型機床的數(shù)控化改造的經(jīng)驗，是我對機床的數(shù)控化改造有了更深刻的認識，做了更充分的準備工作。各環(huán)節(jié)擬定階段性工作進度(以周為單位)第一周：查閱資料文獻，了解數(shù)控機床的特點以及發(fā)展趨勢，此課題的研究意義第二周：了解數(shù)控車床的組成與工作原理，明確此次數(shù)控車床改造的目的和要求第三周：設(shè)計改造的總體方案，伺服進給單元、數(shù)控系統(tǒng)、導軌的選取與改裝第四周：典