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湖南工學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題 目
用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造C6132型車床的設(shè)計
學(xué)生姓名
袁仁煉
班級學(xué)號
機(jī)本0704班214070420
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
文獻(xiàn)綜述
目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。而機(jī)床數(shù)控改造有以下意義：
1）節(jié)省資金。 機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。
2）性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。
3） 提高生產(chǎn)效率。 機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。
當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時，通過刀架的縱向和橫向移動，能加工出內(nèi)外圓柱面，圓錐面，端面，螺紋面等，借助于成型刀具，還能加工各種回轉(zhuǎn)表面。普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光桿或絲桿帶動縱溜板、橫溜板的移動。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進(jìn)行操作，刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。
對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)改造成為微機(jī)控制的，能獨(dú)立運(yùn)動的進(jìn)給系統(tǒng)，刀架改造為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于切削過程中切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動運(yùn)行，調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)查的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動加工車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適合小批量多品種復(fù)查零件的加工。
C6132車床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電動機(jī)，車床通過步進(jìn)電動機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。數(shù)控化改造提高了原機(jī)床的生產(chǎn)速度，降低了勞動強(qiáng)度，同時縮短了生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。
?? 經(jīng)數(shù)控化改造后的優(yōu)越性
??(1)數(shù)控化改造提高了加工精度和生產(chǎn)率。
? (2)數(shù)控化改造提高了機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出原機(jī)床難以加工或者不能加工的復(fù)雜軸類零件。??? ．
? (3)機(jī)床數(shù)控化改造后可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可比原機(jī)床提高3倍。
??(4)機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動報警、車床自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作者機(jī)床搖臂鉆床故障或編程錯誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。
C6132車床總體改造方案為：增配車床數(shù)控系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動，采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動進(jìn)給軸運(yùn)動，加裝編碼器，配置自動回轉(zhuǎn)刀架實(shí)現(xiàn)自動換刀功能。
??具體的改造主要從數(shù)控系統(tǒng)的選擇，機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計、自動回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計、編碼盤的選用和安裝、電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計、車床液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)等幾個方面來進(jìn)行，通過改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。
總體設(shè)計方案的確定
本設(shè)計屬經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對車的改動盡可能少，總體方案如下：
（1）數(shù)控系統(tǒng)選用連續(xù)控制系統(tǒng)，普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)及圓弧插補(bǔ)功能，還要能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等。
（2）進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。車床數(shù)控化改造設(shè)計后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，在保證一定加工精度的前提下，既簡化了結(jié)構(gòu)又降低了成本。
（3）選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，根據(jù)普通車床最在加工尺寸，加工精度，控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價格比。
（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口電路；包括輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床加工狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用到的光電脈沖編碼器和其它輔助電路。
（5）設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架其控制電路。
（6）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：由于用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動元件，所以要拆除原車床上的進(jìn)給箱、溜板箱、刀架光桿、操作桿等，用滾珠絲桿螺母副代替原梯形螺紋絲桿螺母副。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，兩端采用推力球軸承和深溝球軸承定位，減速機(jī)構(gòu)的固定仍采用原方式。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，使縱向進(jìn)給整體剛度增加。齒輪箱固定在尾座端床身上。
（7）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)保留手動機(jī)構(gòu)，用于微進(jìn)給及手動操作，原來支承結(jié)構(gòu)也保留，步進(jìn)電機(jī)及減速箱體安裝在車床的后側(cè)。溜板箱上安裝了縱、橫向快速進(jìn)給按鈕和急停開關(guān)，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時的操作需要和意外情況時緊急停車。
（8）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用一級齒輪減速，而橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)為了便于電機(jī)的安裝而采用兩級齒輪減速，兩者均采用雙片齒輪消除間隙。
（9）主軸系統(tǒng)保留原車床主軸部件，但在主軸上另外安裝主軸脈沖編碼器，以便于實(shí)現(xiàn)螺紋加工。
方案如下：
（1）縱向、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動元件，拆除原車床上的進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、光桿、操作桿等，用滾珠絲桿螺母副代替原梯形螺紋絲桿螺母副。
（2）在主軸上另外安裝主軸脈沖編碼器，以便于實(shí)現(xiàn)螺紋加工。
（3）選擇MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，根據(jù)普通車床最在加工尺寸，加工精度，控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價格比。
（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口電路；包括輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床加工狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。系統(tǒng)中還應(yīng)有螺紋加工中用到的光電脈沖編碼器。
工作進(jìn)度及具體安排
2011年1月至2月 調(diào)研并收集相關(guān)資料，確定整體設(shè)計方案；
2011年3月至4月 開始按設(shè)計方案進(jìn)行計算部分的設(shè)計；并設(shè)計相關(guān)圖紙；
2011年5月 把設(shè)計內(nèi)容整理成冊交給指導(dǎo)老師指出錯誤，并作相應(yīng)修改；
指導(dǎo)教師批閱意見
指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日
注：可另附A4紙