C6140车床的数控化改造设计【开题报告】

开题报告
机械设计制造及其自动化
C6140车床的数控化改造设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：
a)1．1课题研究的内容、目的
本设计内容是对C6140普通车床进行数控改造，主要是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。

利用微机对C6140普通车床的纵、横向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用直线滚珠丝杠副，刀架采用四工位自动转位刀架。

通过数控改造，使车床提高了性能,简化了结构。

较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题，还能获得稳定的加工质量和提高生产率。

b)1．2 课题研究的依据和意义及国内外动态
1.2.1 课题研究的依据
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；3. 生产效率高；4. 减轻劳动强度，改善劳动条件；5.
良好的经济效益；6. 有利于生产管理的现代化。

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。

1.2.2机床数控改造的国内外动态
我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。

近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元，机床的年产量数控化率为6％，我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。

可见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。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。

由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"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。

在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。

从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。

美国得宝公司已在中国开办公司。

在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。

从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机
械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
a) 2.1课题研究的初步思路
对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。

这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。

由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。

b) 2.2具体工作和要求
（1）．因为是经济型数控改造，在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，尽可能的减少对机床的改动，以降低成本，缩短改造周期。

所以，进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。

（2）．卧式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。

数控系统设计成连续控制型。

（3）．纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由伺服电机、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。

（4）．为了达到一定的精度和速度要求，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。

（5）．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。

（6）．选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。

（7）．采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。

主要研究：
(1)纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。

(2)纵向和横向步进电机的选择。

(3)联轴器，轴的选择。

(4)自动刀架的设计。

主要解决的问题：
(1)增加微机数控装置，使车床具有移动的自动化能力。

(2)将滑动丝杆改成滚珠丝杆，并消除其间隙。

(3)修改部分机械装置，提高车床精度及效率。

重点：零部件的设计选择（伺服电机，滚珠丝杠，联轴器，轴），自动刀架系统设计。

完成零号图纸2—4张，包括总体布置图、横向进给，纵向进给图及自动刀架装配图。

设计说明书一份（包括选题依据与设计目的、方案论证与选择、原理与计算存在问题与改进方法、结论及参考文献等。

）
三、研究步骤、方法及措施：
1、查找资料
2、分析比较和方案确定
3、总体设计方案的确定
4、零部件设计选择
5、画装配图及零件图
6、写毕业论文
7、总结
四、参考文献：
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[5] 黄调，赵松年．机电一体化技术基础及应用[M]．机械工业出社，1999:25.
[6] 杨有君．数字控制技术与数控机床[M]．机械工业出版社，1999:18-36.
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[8] 李壮云．《中国机械设计大典》[M]第五卷.江西科学技术出版社，2002:3-8。