数控专业毕业论文--普通车床纵向进给系统数控改造

1绪论1.1 课题背景和目的在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。

特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。

但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。

我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。

用这种装备加工出来的产品国内、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。

所以必须大力提高机床的数控化率。

在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。

而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：(1)提高生产率。

数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。

采用最佳参数和最佳走刀路线，缩短加工时间，从而提高生产率。

(2)数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。

由于它是按照程序自动加工不需要人工干预，其加工精度还可以利用软件进行校正及补偿，故可以获得比机床本身精度还要高的精度和重复精度。

(3)有广泛的适应性和较大的灵活性。

通过改变程序，就可以加工新产品的零件，能够完成很多普通机床难以完成或者根本不能加工的复杂型面零件的加工。

(4)可以实现一机多用。

一些数控机床，可以自动换刀，一次装卡后，几乎能完成零件的全部加工部位的加工，节省了设备和厂房面积。

(5)可以进行精确的成本计算和生产进度安排，减少在制品，加速资金周转，提高经济效益。

(6)不需要专用夹具。

采用普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。

节省了专用夹具设计制造和存放的费用。

(7)大大减轻了工人的劳动强度。

因此，采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。

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。

由于以上优越性，数控机床所占的比例逐渐增大。

从2004年的市场消费内容也可可看出,普通机床的市场份额在下降,数控机床则强烈增长，尤其是中高档数控机床供不应求。

可以预见，未来几年普通机床的市场份额将不断下滑, 数控机床的消费会逐渐扩大。

在这样一种背景下，我的课题选择为设计一台数控车床——CK20，用于对转体零件的圆柱面、圆弧面、圆锥面、端面、切槽、及各种公、英制螺纹等进行批量、高效、高精度的自动加工，以提高生产效率和产品质量和降低工人劳动强度。

此外，力求完成课题之余，熟悉国内外数控技术及数控机床的现状及发展趋势,增强对如何发展民族数控机床产业的感性认识。

1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 我国数控车床的研究现状我国从1958年开始研究数控机床，一直到20世纪60年代中期还处于研制、开发时期。

当时，一些高等院校、科研单位研制出试验性样机，是从电子管起步的。

目前我国数控机床生产厂家有100多家，生产数控机床配套产品的企业有300余家，产品品种包括八大类2000种以上。

目前以新开发出数控系统80余种。

分为3种型级，即经济型、普及型和高级型。

“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段，数控机床新开发品种300余种，已有一定的覆盖面。

新开发的国产数控机床产品大部分达到国际上20世纪80年代中期水平，部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。

进入20世纪90年代以来，我国数控机床生产企业都经历了结构调整、转变机制的艰苦磨砺过程。

近期，国家为扩大内需，通过加大技改投资和基础设施建设投资的措施来拉动国内市场消费。

目前，中国机床工业厂多人众。

2000年，金切机床制造厂约358家(20.6万人)，成形机床制造厂191家(约6.5万人)，共计549家(27.1万人)。

其中生产数控金切机床的约150家，生产数控成形机床的约30家，共计约180家，占厂家总数的1/3。

2001年金切机床产量19.2万台，内数控金切机床17,521台，约占9%。

总的来说：数控机床产量不断增长，2001年为1991年的3.6倍；进口量增长较快，达29倍，出口量有所增加，但数目较小，为4.8倍；数控机床消费量增加较快，达7.9倍。

产量满足不了社会发展的需求。

在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。

至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。

存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。

1.2.2 数控机床的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代化发展的大趋势。

当前世界上数控技术及其装备的发展呈现以下发展趋势：（1）高精度化现代科学技术的发展、新材料及新零件的出现，对精密加工技术不断提出新的要求，提高加工精度，发展新型超精密加工机床，完善精密加工技术，适应现代科技的发展，已经成为数控机床的发展之一。

其精度已从微米级到亚微米级，乃至纳米级。

提高数控系统的加工精度，一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术来实现提高数控机床的加工精度。

（2）高速化提高生产率是数控机床追求的基本目标之一。

数控机床高速化可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率，降低成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度，对制造野实现高效、优质、低成本生产具有广泛的适用性。

（3）高柔性化采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率，缩短生产周期，适应市场变化需求和提高竞争力的有效手段。

数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。

（4）高自动化高自动化是指在全部加工过程中尽量减少人的介入而自动完成规定的任务，它包括物料流和信息流的自动化。

（5）智能化随着人工智能在计算机领域的不断渗透与发展，为适应制造业生产柔型化、自动化发展需要，智能化正成为数控机床研究和发展的热点，它不仅贯穿在生产加工的全过程（如智能编程、智能数据库、智能监控），还贯穿在长品的售后服务和维修中。

（6）复合化复合化包含工序复合化和功能复合化。

数控机床的发展已模糊了粗、精加工工序的概念。

（7）高可靠性数控机床的可靠性一直是用户最关心的。

数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，提高可靠性。

（8）网络化为了适应FMC、FMS以及进一步联网组成CIMS的要求，先进的CNC 系统为用户提供了强大的联网能力，除有RS232串行接口、RS422等接口外，还带有远程缓冲功能的DNC接口，可以实现几台数控机床之间的数据通信和直接对几台数控机床进行控制。

（9）开放式体系结构 20世纪90年代以后，计算机技术的飞速发展推动数控机床技术更快地更新换代，世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。

1.3 课题研究内容和方法1.3.1 课题研究内容（1）机床总体设计方案及总体布局图绘制（2）纵向工作台机构理论计算、结构设计及绘制装配图（3）纵向工作台机构中典型零件的绘图（4）纵向工作台三维实体图绘制并装配（5）撰写毕业设计论文（说明书）1.3.2 课题研究方法此次设计任务主要是数控机床CK20纵向工作台的设计，三维图绘制及装配。

通过查阅文献资料，咨询老师和工人师傅，以及和同学的商量讨论，初步拟定如下设计方案：（1）机床整体方案采用45º斜床身，矩形滑动导轨。

（2）对于纵向工作台的设计，主要要考虑滚珠丝杆副的计算选择，对此采用参照滚珠丝杆的计算资料进行计算选择。

滚珠丝杠的安装方式，拟采用固定—固定方式，滚珠丝杠是通过垫片预紧的。

（3）绘制纵向工作台三维实体图，并进行装配。

2 总体设计2.1床身和导轨设计(1) 床身机床的床身是整个机床的基础支承件，是机床的主体，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。

床身的结构对机床的布局有很大的影响。

按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身有图1所示的5种布局形式。

一般来说，中、小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身，立床身采用的较少。

平床身工艺性好，易于加工制造。

由于刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，但床身下部空间小，排屑困难；刀架横滑板较长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。

平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，床身宽度也不会太大。

斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点：1）容易实现机电一体化；2）机床外形整齐、美观，占地面积小；3）容易设置封闭式防护装置；4）容易排屑和安装自动排屑器；5）从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度；6）宜人性好，便于操作；7）便于安装机械手，实现单机自动化。

这次设计中，我们采用的是45度斜床身。

(2) 导轨车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。

滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。

但传统滑动导轨摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。

目前，数控车床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料滑动导轨。

它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。

滚动导轨的优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近，不会产生爬行现象，可以使用油脂润滑。

这次设计中采用的是新型塑料滑动导轨。

2.2 主轴系统设计经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然后手动变速。

而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。

目前，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。