CA6140普通车床数控化改造设计书Word格式文档下载.docx

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近些年来我国机床工业已取得很大成就。

但和世界先进水平相比，还有较大的差距。

主要表现在大部分高精度和超密机床的性能还不能满足要求。

精度保持性也很差。

特别是高效自动化和数控机床的产量，技术水平和质量等方面都明显落后。

我国的技术人员素质还跟不上现代机床技术飞速发展的需要。

通过写这次毕业设计，学会了综合运用机械课程设计和其它课程地理论和实际知识，掌握了机械设计的一般能力，树立了正确的设计思想，培养了分析和解决问题的能力。

学会了从机械功能的要求出发，会合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算的工作能力。

确定它的尺寸，形状，结构及材料，并考虑制造工艺，使用，维护，经济和安全等问题，培养机械设计能力，机床设计是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的劳动。

随着生产的发展，使用部门对机床的要求也在不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使机床的设计与制造获得了迅速的发展。

机床设计也是从低级到高级发展的。

在开始设计机床的最初阶段，主要考虑这样两点：

首先，为了加工出一定形状的工件，必需保证刀具与工件之间具有一定的相对运动关系；

其次是机件要有足够的强度。

过了一段时间以后，又提出对机床几何精度的要求。

这时的机床设计与制造是在满足机床几何精度要求的前提下，主要根据经验或者用类比的方法进行的，可统称为经验设计。

随着科学设计的发展和工艺水平的提高，尤其是先进刀具的出现，使机床向高速，大功率的方向发展。

因此，对机床的精度和生产率等方面要求也就越来越高。

于是，又相继提出了一些设计机床时必须考虑的问题，如机床的精度问题，刚度，抗争性，低速运动平稳性，热变形，噪音，磨损等等。

对于这些问题的研究主要是通过机床性能实验进行的。

通过实验，分析它们的规律性，分析影响机床性能的主要原因和寻求解决问题的方法。

这时的机床设计是以实物测试和模型实验为基础进行的。

与此同时，把技术科学中的理论应用到机床设计中来，初步建立起机床的基础理论。

对于机床设计，显著地提高了机床的性能。

近些年来，现代科学技术的成就，为机床设计提供了大量的测试数据，理论研究也进入了新的阶段，尤其是电子计算机的应用，使机床设计开始进入计算机辅助（CAD）和优化的间断。

通过写这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件

1.1数控机床优势概述

1.1.1数控车床改造的意义

我国现在拥有数量多达300多万台的通用机床，其中大部分机床的加工精度、生产率和自动化程度与先进设备相比不高，要想在几年大量地用数控机床来更新，无论在资金上还是技术力量上都是难以实现的。

但如果利用数控技术根据需要对现有机床加以改造，不仅能实现机床的自动化，提高机床的加工精度，而且投资少、见效快，适合我国的生产力水平。

因此，利用数控技术改造旧设备已成为我国推广全功能数控机床的过渡手段。

1.1.2普通车床数控化改造的优点

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。

计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。

随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。

数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。

数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。

数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：

（1）适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；

在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。

（2）加工精度高，具有稳定的加工质量；

（3）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

（4）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

（5）机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产效率高（一般为普通机床的3~5倍）；

（6）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度改善劳动条件；

（7）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

数控机床一般由下列几个部分组成：

（8）主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

他是用于完成各种切削加工的机械部件。

（9）数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

（10）驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。

他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。

当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

（11）辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。

它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。

（12）编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

还具有良好的经济效益；

有利于生产管理的现代化；

数控改造费用低；

机械性能稳定可靠，结构受限；

可充分利用现有的条件；

可以采用最新的控制技术；

交货期短，可满足生产急需等优点。

数控机床已成为我国市场需求的主流产品，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，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。

1.1.3数控化改造的容

车床数控化改造的主要容和主要结构形式如下：

1、进给轴的改造

　　普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱，获得不同的工件螺距即Z轴运动；

走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱，获得不同的进刀量即X轴运动。

普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替，具体体现为：

　　Z轴：

纵向电机→减速箱（或联轴器）→纵向滚珠丝杠→大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。

　　X轴：

横向电机→减速箱（或联轴器）→横向滚珠丝杠→横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。

　　改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。

（1）滚珠丝杠副的选择和布置结构形式

　　普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低，不能适应于高速运动。

另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等等，在进行普通机床数控化改造时往往都将其更换为滚珠丝杠副。

滚珠丝杠副有以下一些特点：

摩擦损失小，传动效率高，可达0.90～0.96；

若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；

摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；

磨损小、寿命长、精度保持性好。

但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。

　　滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。

在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而循环式的回珠器在螺母副部，不存在卡死和脱落现象。

由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选循环式双螺母结构。

改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近，对有特殊要求的机床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝杠的直径。

丝杠导程在满足机床改造后性能的前提下越小，对机床的传动精度越有利。

机床的传动精度在保证机床刚性的情况下，与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系，一般在普通机床改造中丝杠副选P4级即可满足要求，特殊精密机床选P3级甚至更高。

丝杠副轴承常见的布置形式根据不同的需要可以分为以下几种如图1。

图1丝杠副轴承的布置

　①.图1－a中为一端固定，一端悬空的布置方式。

这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。

　②.图1－b中为一端固定，一端支承的布置方式。

这种安装方式多在丝杠较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承得数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。

1－d中为两端固定的布置方式。

这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴承的预紧力预拉伸丝杠，以减少丝杠热变形的影响。

这种方式多用在丝杠长度不大得情况，但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、支承刚度以及丝杠装配时的预拉伸量，否则会影响轴承寿命，同时也会因为预加负载得不易控制而增加电机的附加扭矩。

（2）机床导轨

　　普通车床导轨大多采用的是滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时间后都会有不同程度的磨损，对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。

因此在对其进