臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)-橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì),臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)-橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì),臥式,車床,數(shù)控,改造,設(shè)計(jì),橫向,進(jìn)給,系統(tǒng)
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
王海鵬
學(xué) 號(hào)
0501510138
指導(dǎo)教師
張衛(wèi)
張少文
選題情況
課題名稱
臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)—橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
√
偏易
工作量
較大
合理
√
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
√
無(wú)
開題報(bào)告
有
√
無(wú)
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
√
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
√
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
√
慢
中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況
優(yōu)
良
√
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：良
所在專業(yè)意見：
學(xué)習(xí)態(tài)度主動(dòng)認(rèn)真，積極參加集中指導(dǎo)和問(wèn)題討論，能按進(jìn)度要求完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
負(fù)責(zé)人：
2009年 4 月1 日
南 京 理 工 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
系 部：
機(jī)械工程系
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名：
王海鵬
學(xué) 號(hào)：
0501510138
設(shè)計(jì)(論文)題目：
臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2009年3月9日～ 2009年6月14日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
張衛(wèi) 張少文
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
龔光容
發(fā)任務(wù)書日期: 2009年2月26日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、學(xué)院（系）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)所在專業(yè)及學(xué)院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院（系）”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（2000級(jí)為10位數(shù)），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
本課題主要是采用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400mm的普通臥式車床。要求學(xué)生在對(duì)臥式車床的改造任務(wù)和功能需求作出認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，做好總體改造方案設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)這一典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)改造開發(fā)新產(chǎn)品及解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
本課題要求學(xué)生在對(duì)臥式車床的改造任務(wù)和功能需求作出認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，做好總體改造方案設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容及要求如下：
（1）調(diào)查研究、查閱及翻譯文獻(xiàn)資料，撰寫開題報(bào)告；
（2）改造任務(wù)及功能需求分析；
（3）總體改造方案的確定；
（4）橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
（5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書及使用說(shuō)明書。
相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)條件及要求如下：
（1）床身上最大加工直徑：400mm；最大加工長(zhǎng)度：1000mm；
（2）橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；
（3）橫向最快的工進(jìn)速度：400mm/min，縱向最快的工進(jìn)速度：800mm/min；
（4）換刀時(shí)刀架轉(zhuǎn)速：30r/min；
（5）CNC系統(tǒng)主CPU采用單片機(jī)。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：
（1）資料翻譯譯文及開題報(bào)告；
（2）總體改造方案的確定；
（3）橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書及使用說(shuō)明書。
4．主要參考文獻(xiàn)：
[1] 張俊謨.單片機(jī)中級(jí)教程—原理與應(yīng)用[M].第二版,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.
[2] 孫桓,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理[M].第七版,北京:高等教育出版社,2006.
[3] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版,北京:高等教育出版社,2006.
[4] 尹志強(qiáng).機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.
[5] 左建民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.
[6] 梁景凱,蓋玉先.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.
[7] 張立勛,黃筱調(diào),王亮.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.
[8] 江思敏,姚鵬翼,胡榮.Protel 電路設(shè)計(jì)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002.
[9] 劉朝儒,吳志軍,高政一.機(jī)械制圖[M].第五版,北京:高等教育出版社，2006.
[10] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第5卷)[M]. 第三版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000.
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2009年
3月9日 ～ 3 月15 日
3月16日 ～ 3 月22 日
3月23日 ～ 4 月12日
4月13日 ～ 5 月10日
5月11日 ～ 5 月31 日
6月1日 ～ 6 月7 日
6月8日 ～ 6 月14 日
接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)要求；查閱資料，完成外文資料翻譯工作。
撰寫開題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述。
改造任務(wù)及功能需求分析，總體改造方案的確定。
橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分詳細(xì)設(shè)計(jì)。
控制部分硬件電路及控制軟件的設(shè)計(jì)。
文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
準(zhǔn)備論文答辯。
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
學(xué)院（系）意見：
院（系）領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)前期工作材料
學(xué)生姓名:
王海鵬
學(xué) 號(hào)：
0501510138
系 部:
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目:
臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
--橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師:
張衛(wèi) 張少文
高級(jí)工程師 助教
材 料 目 錄
序號(hào)
名 稱
數(shù)量
備 注
1
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表
1
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
1
3
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告〔含文獻(xiàn)綜述〕
1
4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯〔含原文〕
1
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
1
2009年5月
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)
作 者:
王海鵬
學(xué) 號(hào)：
0501510138
系 部:
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
題 目:
臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
--橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
張少文 助教
張衛(wèi) 高級(jí)工程師
指導(dǎo)者：
評(píng)閱者：
2009 年 6 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中文摘要
如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。
本文主要是采用微機(jī)數(shù)控技術(shù)對(duì)最大加工直徑為400mm的普通臥式車床進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。首先對(duì)臥式車床的改造任務(wù)和功能需求進(jìn)行了認(rèn)真分析，其次確定了普通臥式車床數(shù)控改造的總體方案，包括主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案、換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、螺紋編碼器的安裝方案、進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案。最后經(jīng)過(guò)計(jì)算切削力、滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算、齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算對(duì)絲杠、齒輪等進(jìn)行了選型，詳細(xì)設(shè)計(jì)出了橫向進(jìn)給系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 數(shù)控技術(shù) 改造設(shè)計(jì) 橫向進(jìn)給 車床
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）外文摘要
Title Design of Horizontal Machine based on Numerical
Control Technology
--Design of Lateral Feeding System
Abstract
Today, rapid development of science and technology, especially micro-electronics technology and computer technology have expanded rapidly, and applied to the numerical control system, it can increase the degree of automation, machine tools, can improve the machining accuracy, so the most economical way is to carry out general transformation of the NC machine tool.
In this paper, using computer numerical control machining technology to the maximum diameter of 400mm for the general transformation of the design of horizontal lathe. First of all, the transformation of the horizontal lathe tasks and functions carried out a careful analysis of needs, and secondly to determine the general horizontal lathe CNC overall transformation program, including the main drive system of the transformation program, installed automatic rotary tool, the installation of encoder thread program, the transformation of feed system and design. Finally, after calculating the cutting force, ball screw design, the gear and the calculation of torque on the screw, gear selection, etc., the detailed design of a horizontal feed system.
Keywords CNC technology Transformation design Lateral feed Lathe
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
王海鵬
學(xué) 號(hào)：
0501510138
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
—橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
張衛(wèi) 張少文
2009年 3 月 22日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 本文闡述了機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性，機(jī)床改造的方案以及數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)。使其在生產(chǎn)過(guò)程中加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠，操作方便，性能價(jià)格比高。機(jī)床的數(shù)控化改造已成為一種趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞 機(jī)床 數(shù)控改造 橫向進(jìn)給
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來(lái)越多。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需更換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求[1]。
對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來(lái)的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑[2]。
1 機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性
1．1 微觀看改造的必要性
微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。
可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍[3]。
由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。
可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。
擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。
由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等[4]。
以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)[5]。
1．2 宏觀看改造的必要性
宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達(dá)20.8％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性[6,7]。
2 機(jī)床數(shù)控化改造的方案
數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)量，以降低改造成本。改造中需要解決的問(wèn)題是：將機(jī)械傳動(dòng)部分的進(jìn)給和手動(dòng)控制的刀架轉(zhuǎn)位改造成數(shù)控裝置控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車床。根據(jù)機(jī)床的有關(guān)資料，確定總體方案為：
利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過(guò)I/O接口輸出給X軸和Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過(guò)刀架控制器控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成車削功能，如圖1所示。
圖1 總體方案
機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：
（1）恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；
（2）NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)；
（3）翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；
（4）技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造[8,9]。
3 數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)
(1) 減少投資額、交貨期短
同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過(guò)于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高2～3倍，與購(gòu)置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50％左右[10]。
(2) 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限
所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。
(3) 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修
購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)[11]。
(4) 可充分利用現(xiàn)有的條件
可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。
(5) 可以采用最新的控制技術(shù)
可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床[12]。
4 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)數(shù)控化改造的機(jī)床就成為了數(shù)控機(jī)床，具有數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，如數(shù)控機(jī)床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點(diǎn)。但是改造后的機(jī)床也具有一定的局限性，主要有機(jī)床原有結(jié)構(gòu)精度限制了改造后機(jī)床的加工精度和加工性能；機(jī)床原有的結(jié)構(gòu)形式限制了改造后機(jī)床的加工范圍和數(shù)控化程度。這些不利條件最終影響了改造后機(jī)床的速度和精度[13]。
隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)整體水平的提高，數(shù)控系統(tǒng)的性能、伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置等配套產(chǎn)品的性能也提高很多，對(duì)數(shù)控化改造中機(jī)床速度和精度的提高都非常有利。
我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床中,近幾年急需技術(shù)改造的約占25%,這將蘊(yùn)藏著無(wú)限商機(jī)。機(jī)床改造主要是采用數(shù)控和計(jì)算機(jī)控制技術(shù),我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展和機(jī)床數(shù)控化改造應(yīng)緊跟世界潮流,發(fā)展多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng),開發(fā)高速、高精度、高效加工中心等關(guān)鍵技術(shù),向智能化方向發(fā)展[14,15]。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 閆素珍.聲發(fā)射技術(shù)及其應(yīng)用[J].西安航空技術(shù)高等?？茖W(xué)校校報(bào),2002.
[2] 梁家惠,尹作友.聲發(fā)射儀器的發(fā)展[J].無(wú)損檢驗(yàn)，1998.
[3] 顧京.數(shù)控加工編程及操作[M].北京:高等教育出版社,2002.
[4] 夏展宏.32通道聲發(fā)射特征參數(shù)的實(shí)時(shí)提取[J].無(wú)損檢驗(yàn),2003.
[5] 尹作友.聲發(fā)射采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].遼寧工學(xué)院院報(bào),2004.
[6] 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2005.
[7] 楊綸標(biāo),高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001.
[8] 王福泉,郝啟旺.變頻技術(shù)在空壓機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用[J].電機(jī)技術(shù),2002.
[9] 孫增圻.智能控制理論與技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.
[10] 張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.
[11] 李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999.
[12] 陳宏鈞,馬素敏.金屬速查速算手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1994.
[13] 范云漲,陳兆年.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.
[14] 王啟義,蔡群禮,胡寶珍.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M].沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社, 1989.
[15] 黃祖德.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1992.
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
一、本課題要研究或解決的問(wèn)題：
本課題要求在對(duì)臥式車床的改造任務(wù)和功能需求作出認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，做好總體改造方案設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容及要求如下：
（1）調(diào)查研究、查閱及翻譯文獻(xiàn)資料，撰寫開題報(bào)告；
（2）改造任務(wù)及功能需求分析；
（3）總體改造方案的確定；
（4）橫向進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分和控制部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
（5）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書及使用說(shuō)明書。
相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)條件及要求如下：
（1）床身上最大加工直徑：400mm；最大加工長(zhǎng)度：1000mm；
（2）橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖；
（3）橫向最快的工進(jìn)速度：400mm/min，縱向最快的工進(jìn)速度：800mm/min；
（4）換刀時(shí)刀架轉(zhuǎn)速：30r/min；
（5）CNC系統(tǒng)主CPU采用單片機(jī)。
二、擬采用的研究手段（途徑）：
由于該設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮具體方案時(shí)，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。
（1）機(jī)械部分改造
橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆掉原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲桿、光桿進(jìn)給箱和溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，采用一級(jí)齒輪減速，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。
（2）數(shù)控系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)
數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)(輪廓)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，CA6140車床要加工復(fù)雜零件輪廓，其各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有著確定的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。
采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制。因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控
制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。開環(huán)控制多用于負(fù)載變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中。
采用簡(jiǎn)易數(shù)控裝置，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在微機(jī)控制下的自動(dòng)加工。其工作原理是：根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，通過(guò)數(shù)控裝置上的鍵盤輸入微機(jī)，微機(jī)在監(jiān)控程序的管理下工作，并通過(guò)專用控制程序，把用戶加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)縱橫向二臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械接口傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)刀架縱、橫兩個(gè)方向的頻率。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架由單片機(jī)發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令，由自動(dòng)刀架驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)使刀架松開、抬起、旋轉(zhuǎn)后再自動(dòng)鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換刀過(guò)程。
該經(jīng)濟(jì)型微機(jī)橫向進(jìn)給系統(tǒng)擬采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，改造方案如圖1所示。微機(jī)通過(guò)I/O接口發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路，驅(qū)動(dòng)控制線路接受來(lái)自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)。
光電隔離
微
機(jī)
功率放大
步進(jìn)電 機(jī)
橫向工作臺(tái)
x
x