C6150普通卧式车床主轴、尾架改造及控制系统设计开题报告

课题名称：C6150普通卧式车床主轴、尾架改造及控制系统设计毕业设计（论文）开题报告

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一、开题综述

1.研究意义

随着现代数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01至0.02mm，已能满足C6150车床改造后加工零件的精度要求。与普通机床相比，数控机床具有以下的优点：一是适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；二是加工精度高；三是生产效率高；四是减轻劳动强度，改善劳动条件；五是经济效益好；六是有利于生产管理的现代化。

而在国内的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。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内容。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。

2.研究现状及已有成果

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。

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。

近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业己有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。数控化改造在我国很有必要。

二、研究内容

1.研究内容

本课题主要是分析研究C1650普通卧式车床的结构、性能、工作原理，将C6150普通卧式车床改造为经济型数控机床。

2.研究方向

主要是对普通机床的主轴箱（进行改造）、（对）尾架的进行数控改造以及（各部分的）数控系统的设计。

3.系统功能

经过对C6150普通卧式车床的数控改造，使主轴箱的重量和运转噪声降低，主轴的启动速度加快，主轴由原来的有级变速变为无级变速，能够实现运动的开停、变速、换向和制动，具有螺纹切削、尾架套筒自动顶紧和放松功能，具有人机见面、键盘输入、数据显示、逻辑控制等功能，可以进行直线和圆弧插补编程。

三、实现方法及预期目标

本课题主要是分析研究

图1-1 C6150普通卧式车床简图

以上是C6150普通卧式车床简图，机械部分1、5两部分数控改造和控制系统设计的初步方案如下：

1.主轴改造的初步方案：

（1）采用齿轮二级变速机构。如图1—2 a)所示是使用滑移齿轮要实现二级变速的主传动系统图。这种改造能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围调节速度的能力，但是这种传动在

齿轮啮合的过程中会产生很大的振动和噪声。

图1—2 a) 齿轮二级变速主传动系统图

（2）采用内装电动机轴与主轴用联轴器同轴连接，大大简化主轴箱体与主轴的结构，有效提高主轴部件的刚度，但主轴输出转矩小，电动机发热对主轴热变性影响较大。

主轴电机

图1—2 b) 内装电动机轴与主轴用联轴器同轴传动系统图

（3）采用同步齿形带传动装置，如图1—2 c)所示，主轴采用交流变频器控制主轴电动机，以实现无级变速。这种主传动系统能够满足转速与转矩的输出要求，可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声。另外在主轴的安装一个编码器，实现螺纹切削。

主轴电

动机

图1—2 c) 同步齿形带传动装置系统图

对以上三种方案的比较，决定选择第三个为初步方案。

2.尾架改造的初步方案：

如图1-3所示，采用液压系统来控制尾架的伸缩，达到紧固工件的效果。去掉原来手动装置。

图1—3 车床尾架结构简图

1- 顶尖 2-套筒 3-尾座 4-活塞杆 5-端盖 6-左挡块（伸出） 7-右挡块（退后） 8-右行程开关 9-左行程开关 10-行程杆

3.控制系统设计的初步方案：

如图1-4所示，采用经济型数控系统，也就是采用开环数控系统，因为它具有结构简单，造价低，维修调试方便，运行维护费用低等优点。

图1—4经济型数控控制系统结构图

4. 成果形式：

1.完成零件图3张以上；控制系统原理图。

2.5000汉字英文资料翻译。

3.编写15000字设计说明书。

单片机

步进驱动装置 横向步进电动机 开关量控制电路

主轴驱动装置 步进驱动装置

主轴电动机

车 床

通信 接口

软 件

纵向步进电动机