普通车床的机电一体化改造毕业设计说明书

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1、1目目 录录第一章第一章 绪绪 论论.11.1 机电一体化的发展 .11.1.1 机电一体化技术 .11.1.2 机电一体化发展概述 .21.2 机电一体化改造的必要性 .31.2.1 机床改造的意义 .31.2.2 机床改造的市场 .41.3 机电改造的内容 .61.4 本文的选题及主要研究内容 .81.4.1 本文的选题 .81.4.2 主要研究内容 .81.5 车床总体改造方案 .91.5.1 设计基本思路 .91.5.2 设计要求 .10第二章车床改造的机械部分设计第二章车床改造的机械部分设计.132.1 进给系统机械结构改造设计 .132.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型 .15

2、2.2.1 确定系统的脉冲当量 .152.2.2 切削力计算 .162.3 滚珠丝杠的设计计算与选用 .172.3.1 滚珠丝杠简介 .172.3.2 纵向滚珠丝杠的设计与计算 .182.3.3 横向滚珠丝杠的设计与计算 .262.3.4 滚珠丝杠的安装与使用 .332.4 电机与滚珠丝杠连接用减速齿轮的设计与校核.362.4.1 齿轮传动 .362.4.2 纵向减速齿轮的设计与校核 .372.4.3 横向减速齿轮的设计与校核.412.5 进给系统的步进电动机的计算与选择 .452.5.1 步进电动机.452.5.2 纵向电机的计算与选择.482.5.3 横向电机的计算与选择.512.6 电动

3、刀架选择与介绍.552第第 3 3 章章 主轴脉冲发生器介绍与选型主轴脉冲发生器介绍与选型.583.1 光电编码器原理.583.2 主轴脉冲发生器的安装.603.3 主轴脉冲发生器的选择.60第四章第四章 控制装置的选用控制装置的选用.634.1 JWK-15T 的简介.634.2 功能分配.654.3 程序设计.67第五章第五章 结论结论.78参考文献参考文献.79英文原文英文原文.81中文译文中文译文.90致致 谢谢.973摘 要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国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

4、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。本篇论文是在对普通卧式车床 CA6140 的基础上对其进行机电一体化改造。作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，丝杠选用摩擦损失小，效率高，精度高，寿命长的滚珠丝杠,电机选用步进电机,电动机与滚珠丝杠用齿轮减速；刀架改造成能自动换刀的回转刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹；整个控制系统以 JKW-15T 型号的单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要

5、的加工程度。关键词关键词：机床改造； 自动化机床； 控制系统4ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great compariso

6、n in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness

7、horizontal lather CA6140 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. Screw on th

8、e choice of friction loss, high efficiency, high precision, long life of the ball screw, the electrical selected stepper motor, motor and the ball screw with gear deceleration.The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and

9、 choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of JKW-15T is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.全套图纸及更多设计请联系QQ：360702501K

10、ey words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system 5第一章第一章 绪绪 论论1.1 机电一体化的发展机电一体化的发展1.1.11.1.1 机电一体化技术机电一体化技术机电一体化的实质是机械工程技术与微电子技术的结合。机电一体化技术是一门跨学科的综合性的复合技术，它随机械工程技术、微电子技术、计算机技术、激光技术、材料工程技术的发展而进步。机电一体化的一些共性关键技术有：信息处理技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服传动技术、精密机械技术、系统总体技术等。把机电一体化技术应用于生产和生活所开发出来的新产品叫做机电一体化

11、产品。数控机床、机器人、全自动智能洗衣机等是典型的机电一体化产品。在发达国家中，机床的数控化已达 25%以上，而我国还不到 1%。但是，随着国民经济的发展，各行业对数控机床的需求量将增加。世界机器人的拥有量在未来 10 年将以 25%30%的速度增长，将进入生产自动化、航天、深海以及军事、农业、办公、医院、家庭、社区等诸多领域。像全自动智能洗衣机这样生活领域中的许许多多机电一体化产品已经被人们所喜爱，还在被大量地开发出来。以信息为主要工作对象，既有控制功能的系统工程可称为机电一体化系统。比如，CIMS 是比较大的机电一体化系统工程。它将制造系统、设计系统、经营管理系统、信息数据系统通过计算机系

12、统及通信网络联系起来。它是一个闭环反馈系统，输入的是关于产品的概念和需要，输出的是经检验合格可交付使用的产品，实现机械工厂综合自动化。61.1.1.21.2 机电一体化发展概述机电一体化发展概述人类用机器体系代替手工劳动生产是在 1785 年蒸汽机在纺织工厂的使用而开始的。1873 年出现的第一台凸轮控制车床，开始了机械自动化的进程。19101920 年美国福特汽车公司通过设计制造大量专用机床，首先建立生产流水线，创造平均每分钟生产一辆汽车的记录，并使生产成本大大降低。20 世纪 40 年代后期，人们利用机器的、电气的和液压的自动化装置，设计制造出各种高效的自动化机床，并用自动输送带将各个单独

13、的机床连接成自动生产线，从而使单一的品种大量生产为特征的刚性自动化生产达成成熟阶段。自动化生产对提高劳动生产率、保证产品质量，降低产品成本和推动社会进步起了不可估量的作用。全套图纸及更多设计请联系QQ：36070250120 世纪 40 年代世界上诞生了第一台数字计算机，使数控技术（Numerical Control-NC）的出现成为可能，1952 年美国麻省理工学院首先研制成专用电子计算机控制的三坐标立式数控铣床，解决了单件小屁生产自动化问题，开创了将计算机应用于机械装备自动控制的新时代。1958 年，第一台具有自动换刀装置和刀库的数控机床即加工中心（Machining Center-MC）

14、在美国研制成功，进一步提高了数控机床的自动化程度。第一台工业机器人（Industrial Robot）于 1959 年出现于美国。最早的工业机器人是极坐标式的，它的出现对自动化制造技术具有很大的意义。工业机器人可自动进程装配、焊接、喷漆、热处理、清砂、浇注铸件以及在恶劣环境中工作等。1960 年，美国研制成功自适应控制机床（Adaptive Control Machine Tools） ，使机床具有一定的智能，可以有效提高加工质量。1962 年和 1963年又相继在美国出现了圆柱坐标式工业机器人和计算机辅助设计及绘图系统（Computer Aided Design-CAD） ，后者为自动化设计

15、与制造之间的集成奠定了基础。7进入 20 世纪 70 年代以来，以大规模集成电路和微型电子计算机为代表的微电子技术，迅速地被应用到机械工业中，促进了机械工业突飞猛进发展，出现了种类繁多的微电子技术控制的机械、仪器和军械装备，以及柔性制造线 FML、柔性制造系统 FMS 和自动化制造系统，这样就大幅度地提高了产品质量和劳动生产率，适应了市场对产品多样化的要求，丰富了热门类的物质文明。今天，机械装备的面貌已焕然一新，成为机与电高度融合的整体，不仅成为人类体力的延伸，而且成为人类智力的延伸。1.2 机电一体化改造的必要性机电一体化改造的必要性1.2.1 机床改造的意义机床改造的意义全套图纸及更多设计

16、请联系全套图纸及更多设计请联系 QQ：360702501通常说“机床的真正价值在于使用” 。随着科学技术的发展，即使原来属于新颖，先进的机床也会逐渐变得陈旧，落后，满足不了产品种类的日益增加，质量不断提高的需要，因此， “技术老化”是客观规律。 据有关资料报导，在一些工业发达国家里，设备的平均役龄控制在 1020年之间，设备的“技术老化”期已短于 10 年，10 年役龄以内的设备能够达到设备总数的 50%左右。由此可见，设备速度相当快，一是用技术更为先进的新设备来代替技术性能“老化”了的旧设备；另一是进行有效的技术改进，使旧设备适应新的生产需要。例如，美国和西欧的一些工业先进国家，在钢铁企业中

17、虽然早已实现了现代化，可是旧设备并没有全部毁弃，而是通过技术改造的方法，使一些旧的设备能够达到使用新技术，新工艺的需要，继续生产出具有竞争能力的优质产品。目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在“技术老化”的问题设备役龄在 15 年以上的，所占比重相当大，面对这么多陈旧设备应该怎么办？这是一个急待解决的大问题。为实现工业现代化，我们同样要创造和引进新技术，新工艺，新设备，8进行必要的设备更新。另一方面动员机械制造业的广大职工，坚持自力更生和勤俭本企业的方针，大搞技术革新，挖掘设备潜力，更具有现实意义。而改造机床是深受大家欢迎的一种革新形式，为满足生产的需要已经做出了重大的贡献。例

18、如，某机械厂生产的只要产品是板框压滤机，生产批量很大，仅虑压板每年需要两万多块，总重量 2200 多吨。为了满足生产的需要，如果设计制造一条新的加工作业线，需要投资 20 余万元，便改装成了专用加工作业线。此作业线自 1960 年投产以来，到现在已使用了 20 多年了，一直负担者全部虑压板的生产任务，并且加工质量很稳定。又如，这个厂利用一台报废了的皮带传动龙门刨的床身，改装成了一台行程 8 米的导轨磨，从 1972 年改装成功到现在，共大修本厂机床 400 多台次，协助兄弟厂大修床身百余台，并且修磨精度高，光洁度好；然而改装这台机床只投资 5000 元，可是购买一台新的导轨磨床却要花费 10

19、几万元。改造机床的效益是多方面的，再从提高生产率看，假设改造机床 100 万台，每台生产率提高 20%，这就等于多生产 20 万台新机床；反之，如果不对旧机床实行技术改造，当前生产的新机床在技术水平上或数量上又不能及时地满足生产需要时，那就势必会影响国民经济的高速发展。通过上述事例不难看出，机床改造不但是解决设备“技术老化”的重要途径，能够满足生产发展的需要，而且可以获得十分客观的经济效果。1.2.2 机床改造的市场机床改造的市场（1）机床数控化改造的市场我国目前机床总量 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

20、为0.60.8 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9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。（2）进口设备和生产线的数控化改造市场我

21、国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从 19791988 年 10 年间，全国引进技术改造项目就有 18446 项，大约 165.8 亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很

22、好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。101.3 机电改造的内容机电改造的内容一.控制部分目前，在机械加工工业中，绝大多数是旧式机床，如果改用微机控制、实现机电一体化的改造，会使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，不但提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短

23、，适合我国国情。利用微机实现机床的机电一体化改造的方法有两种，一种是以微机为中心设计控制部件；另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作为主要控制装置，前者需要重新设计控制系统，比较复杂；后者选用国内标准化的微机空控制系统，比较简单。这种标准的微机控制系统通常采用单板机、单片机、驱动电源、步进电机及专用控制程序组成的开环控制，如图 1-1 所示，其结构简单、价格低廉。对机床的控制过程大多是用单片机单板机按照输入的加工程序进行插补运算，产生进给，由软件或硬件实现脉冲分配，输出一系列脉冲，净功率放大、驱动刀架、纵横轴运动的步进电机，实现刀具按规定的轮廓线轨迹运动。微机进行插补运算的速度较快，可以让单

24、板机没完成一次插补、进给，就执行一次延时程序，由延时程序控制进给速度。二机械部分机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度之外，还应有较好的动态响应特性，就是说相应要快、稳定性要好。一个典型的机电一体化系统，通常由控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部件，以及检测传感部件等部分组成。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中，常提出无间隙、低摩擦、地惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求主要从一下几个方面采取措施。（1） 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、11滚动导向支承、动（静）压导向

25、支承等。（2） 缩短传动链，提高传动与支承刚度，如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚珠导轨副的传动与支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或拉伸支承机构等。（3） 选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。（4） 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施。（5） 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。如选用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化。刀架电机刀架

26、控制电路继电器回转刀架（ ）车床纵横等轴限位主轴脉冲发生器光电隔离驱动器功率放大电路/口扩展存储器扩展微机急停、清 零 等功能按钮电机电机电机12 图 1-1 开环控制系统框图全套图纸及更多设计请联系 QQ：3607025011.4 本文的选题及主要研究内容本文的选题及主要研究内容1.4.11.4.1 本文的选题本文的选题目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在“技术老化”的问题设备役龄在 15 年以上的，所占比重相当大，面对这么多陈旧设备应该怎么办？这是一个急待解决的大问题。用普通卧式车床去加工有时一个人加工的东西都会误差很大，这样给所造设备带来很多的小问题。而如果要新买一台新

27、的数控车床，一是总体成本太高，因为性价比不是太高，容易浪费资源，二是工厂没有工人精通数控车床，所以要培训工人一定又要花费很多时间影响生产进度。所以设想决定对其数控改造，改造的同时让操作人员一直在旁边学习，学习怎么改装，怎么安装，并讲解如何使用。把所要加工的零件程序输入到存储器中，用到时直接调用即可，这样一个人即可操作两台机床，而且效率提高了好大，精度也会提高很高，会为厂带来很大经济利益。1.4.21.4.2 主要研究内容主要研究内容 1. CA6140 车床数控化改造总体机械部件设计。2.进给系统的设计和选用。包括了进给滚珠丝杠的设计与选用，消隙13减速齿轮系的设计计算与校核，进给用步进电机的

28、选择与校核。3主轴脉冲发生器的安装4刀架的选用5.数控系统的选择1.5 车床总体改造方案车床总体改造方案1.5.11.5.1 设计基本思路设计基本思路普通车床（如 C616,C618,C620,CA6140,C630）等是金属切削加工最常用的一类机床。400普通车床的布局如图如图 1-21-2 所示所示。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等。借助成形刀具，还能加工出各种成形回转面。普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜板、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时

29、要停车进行操作。刀架的纵向进给和横向进给不能联动，切削次序也由人工控制。14图图 1-2 400mm 普通车床的结构布局图普通车床的结构布局图全套图纸及更多设计请联系全套图纸及更多设计请联系 QQ：360702501 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造成为微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成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。由于切削加工中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动进行调节和更换，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

30、生产率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。1.5.21.5.2 设计要求设计要求 1.总体设计要求 总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式，伺服系统的类型，计15算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择。 （1）普通车床数控化改造后应具有定位，纵向和横向的直线插补，圆弧插补功能；还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选择连续控制系统。 （2）车床数控改装设计后属于经济型数控机床，再保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。 （3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用

31、8 位微机。再 8 位微机中，MCS-51 系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比。因此，可选择 MCS-51 系列单片机扩展系统。 （4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了 CPU 外，还包括扩展程序存储器、扩展数据存储器、I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器；包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应包括螺纹加工用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。 （5）设计自动回转刀架及其控制电路。（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机

32、床所要求的分辨率。（7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构。（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。进给伺服系统总体方案方框图如图如图 1-3 所示所示16向向步进电机床鞍及拖板中拖板步进电机功率放大功率放大光电隔离光电隔离微机图图 1-3 车床进给伺服系统总体方案框图车床进给伺服系统总体方案框图2.设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。以 CA6140 改装为例，设计参数如下：最大加工直径 在床面上 400 在床鞍上 210 最大加工长度 1000快进速度 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/

33、min溜板及刀架重力 纵向 800N 横向 600N主电动机功率 7.5kW代码制 ISO脉冲分配方式 逐点比较法17输入方式 增量值，绝对值通用控制坐标数 2最小指令值（脉冲当量） 纵向 0.01/脉冲 横向 0.005/脉冲机床定位精度 0.015刀具补偿量 099.99进给传动链间隙补偿量 纵向 0.15 横向 0.075自动升降速性能 有3.其他要求（1）原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本，缩短改造周期。（2）机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保证安装、调试、拆卸方便；需经常调整的部位调整应方便第二章车床改造的机械部分设计第二章车床改造的机械

34、部分设计2.1 进给系统机械结构改造设计进给系统机械结构改造设计N1240 g01 Z214.5 F80 M02 “A”18零件加工程序零件加工程序(左端左端)N0010 G92 X300 Z214.5 “A”N0020 G01 X60 F260 “近”1N0030 G01 X50 F100 “”1N0040 G04 F2.0 “延时”N0050 G01 X54 F80 “”2N0060 G01 U6 W-3 F140 “”3N0070 G01 X70 F100 “”4N0080 G04 F2.0N0090 G01 U2 W-1 F100 “”5N0100 G04 F2.0N0110 G01

35、W-16.5 F140 “”6N0120 G04 F2.0N0130 G02 U5 W-2.5 I5 K0 F140 “”7N0140 G04 F2.0N0150 G01 X138 F100 “”8N0160 G04 F2.0N0170 G01 U8 W-4 F140 “”9N0180 G04 F2.0N0190 G01 X166 F260 “”10N0200 G04 F2.019N0210 G01 U154 W32 F400 “过 A” N0220 G04 F2.0N0230 G01 X300 F80 “A”N0240 G01 U214.5 F80 M02 “A”第五章第五章 结结 论论 本

36、篇论文是关于普通机床的机电一体化改造，通过这次学习在机床改造中获的了意想不到的快乐与成就感，为以后的工作积累下丰富的经验。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，经过设计与计算， 丝杠选用摩擦损失小，效率高，精度高，寿命长的滚珠丝杠，型号为FFZD4005，电机选用步进电机，型号为 110BF003，电动机与滚珠丝杠用齿轮减速；刀架改造成能自动换刀的回转刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹；整个控制系统以 JKW-15T 型号的单片机为中心，通过编程对机床20的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。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。由于切削加工中的切削参

37、数，切削次序和刀具都会按程序自动进行调节和更换，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，从而提高了生产率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。但是本篇论文还有不尽如意的地方：1）所研究的东西只是停留在理论方面，很多东西现在还不是很明白2）在零件的设计计算过程中，还有些是不明白之处，设计的依据和其中的很多术语3）对 CA6140 车床的改造还不是很彻底，只是对其中的一些主要部件进行了改造，如时间在宽裕一些，我想我可以做的更好。但本次毕业论文，在指导教师刘同冈老师的精心指导下，掌握了设备自动化改造的主要技术关键环节，对数

38、控设备、数控技术有了更进一步的了解和掌握，了解了数控设备、数控技术的发展趋势，指明了以后的发展方向，必将为以后的学习和工作起到很大的作用。参考文献参考文献1李洪.实用机床设计手册.北京：机械工业出版社，19972杜君文 邓广敏.数控技术.天津：天津大学出版社，20023成大先.机械设计图册.北京：化学工业出版社，200327程志红.机械设计.南京：东南大学出版社，20065李福生.实用数控机床技术手册.北京：北京出版社，19936上海纺织工学院等.机床设计图册.上海：上海科学技术出版社，19797余英良.机床数控改造设计与实例.北京：机械工业出版社，1997218陈绍廉.数控机床改造技术.北京

39、：航空工业出版社，19889 于淘. C6132 普通机床的数控改造. 北华大学学报10谷风金. C6140 车床的数控改造与设计. 煤矿机械11赵美林. CA6140 车床的改造. 机床与液压12陈继振.CA6140 车床数控改造的安装及调试. 设备与维护13白文庆.普通车床的数控改造. 机械产品与科技14张丽芳.普通车床的数控改造设计. 船电技术15贾传圣.普通机床的数控改造与应用. 改装与维修16李朝阳.单片机原理及接口技术.北京：北京航天航空大学，200517林平勇 高嵩.电工电子技术.北京：高等教育出版社，200018张建明.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，200119张树

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41、电装备设计.北京：机械工业出版社，200229张树林.机械制造工程学.沈阳：东北大学出版社，200130哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学.北京：高等教育出版社 20012231L.Meivovitch.Elements of Vibration analysis.MCGRAWHILL，199532INTERNATIONAL STANDARD ISO02861 ISO02862 198833Yoram Koren.Computer Control of Manufacturing System.McGram Hill Book Co，198334Robert L.Norton . Des

42、ign of Machinery. China Machine Press，2003用于车外圆、端面和镗孔等加工的机床称作车床。车削很少在其他种类的机床上进行，因为其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床除了用于车外圆外还能用于镗孔、车端面、钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次定位安装中完成多种加工。这就是在生产中普遍使用各种车床比其他种类的机床都要多的原因。两千多年前就已经有了车床。现代车床可以追溯到大约 1797 年，那时亨利莫德斯利发明了一种具有丝杠的车床。这种车床可以控制工具的机械进给。这位聪明的英国人还发明了一种把主轴和丝杠相连接的变速装置，这样就可以切削螺纹。图中

43、标出了车床的主要部件：床身、主轴箱组件、尾架组件、拖板组件、变速齿轮箱、丝杠和光杠。床身是车床的基础件。它通常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铸铁制成，它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。通常在床身上面有内外两组平行的导轨。一些制造厂生产的四个条导轨都采用倒“V ”形，而另一些制造厂则将倒“ V ”形导轨和平面导轨相结合。由于其他的部件要安装在导轨上并（或）在导轨上移动，导轨要经过精密加工，以保证其装配精度。同样地，在操作中应该小心，以避免损伤导轨。导轨上的任何误差，常常会使整个机床的精度遭到破坏。大多数现代车床的导轨要进行表面淬火处理，以减小磨损和擦伤，具有更大

44、的耐磨性。主轴箱安装在床身一端内导轨的固定位置上。它提供动力，使工件在各种速度下旋转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮类似于卡车变速箱所组成，通过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有 8-18 种转23速，一般按等比级数排列。在现代车床上只需扳动 2-4 个手柄，就能得到全部挡位的转速。目前发展的趋势是通过电气的或机械的装置进行无级变速。由于车床的精度在很大程度上取决于主轴，因此主轴的结构尺寸较大，通常安装在紧密配合的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因为当工件必须通过主轴孔供

45、料时，它确定了能够加工棒料毛坯的最大外径尺寸。主轴的内端从主轴箱中凸出，其上可以安装多种卡盘、花盘和挡块。而小型的车床常带有螺纹截面供安装卡盘之用。很多大车床使用偏心夹或键动圆锥轴头。这些附件组成了一个大直径的圆锥体，以保证对卡盘进行精确地装配，并且不用旋转这些笨重的附件就可以锁定或松开卡盘或花盘。主轴由电动机经 V 带或无声链装置提供动力。大多数现代车床都装有 5-15 马力的电动机，为硬质合金和金属陶瓷合金刀具提供足够的动力，进行高速切削。尾座组件主要由三部分组成。底座与床身的内侧导轨配合，并可以在导轨上做纵向移动，底座上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座安装在底座上，可

46、以沿键槽在底座上横向移动，使尾座与主轴箱中的主轴对中并为切削圆锥体提供方便。尾座组件的第三部分是尾座套筒，它是一个直径通常在 2-3 英寸之间的钢制空心圆柱轴。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几英寸。活动套筒的开口一端具有莫氏锥度，可以用于安装顶尖或诸如钻头之类的各种刀具。通常在活动套筒的外表面刻有几英寸长的刻度，以控制尾座的前后移动。锁定装置可以使套筒在所需要的位置上夹紧。拖板组件用于安装和移动切削工具。拖板是一个相对平滑的 H 形铸件，安装在床身外侧导轨上，并可在上面移动。大拖板上有横向导轨，使横向拖板可以安装在上面，并通过丝杠使其运动，丝杠由一个小手柄和刻度盘控制。横

47、拖板可以带动刀具垂直于工件的旋转轴线切削。大多数车床的刀架安装在复式刀座上，刀座上24有底座，底座安装在横拖板上，可绕垂直轴和上刀架转动。上刀架安装在底座上，可用手轮和刻度盘控制一个短丝杠使其前后移动。溜板箱装在大拖板前面，通过溜板箱内的机械装置可以手动和动力驱动大拖板以及动力驱动横拖板。通过转动溜板箱前的手轮，可以手动操作拖板沿床身移动。手轮的另一端与溜板箱背面的小齿轮连接，小齿轮与齿条啮合，齿条倒装在床身前上边缘的下面。利用光杠可以将动力传递给大拖板和横拖板。光杠上有一个几乎贯穿于整个光杠的键槽，光杠通过两个转向相反并用键连接的锥齿轮传递动力。通过溜板箱前的换向手柄可使啮合齿轮与其中的一个

48、锥齿轮啮合，为大拖板提供“向前”或“向后”的动力。适当的离合器或者与齿条小齿轮连接或者与横拖板的螺杆连接，使拖板纵向移动或使横拖板横向移动。对于螺纹加工，丝杠提供了第二种纵向移动的方法。光杠通过摩擦离合器驱动拖板移动，离合器可能会产生打滑现象。而丝杠产生的运动是通过溜板箱与丝杠之间的直接机械连接来实现的，对开螺母可以实现这种连接。通过溜板箱前面的夹紧手柄可以使对开螺母紧紧包合丝杠。当对开螺母闭合时，可以沿丝杠直接驱动拖板，而不会出现打滑的可能性。 现代车床有一个变速齿轮箱，齿轮箱的输入端由车床主轴通过合适的齿轮传动来驱动。齿轮箱的输出端与光杠和丝杠连接。主轴就是这样通过齿轮传动链驱动变速齿轮箱

49、，再带动丝杠和光杠，然后带动拖板，刀具就可以按主轴的转数纵向地或横向地精确移动。一台典型的车床的主轴每旋转一圈，通过光杠可以获得从 0.002 到 0.118 英寸尺寸范围内的 48 种进给量；而使用丝杠可以车削从 1.5 到 92 牙 /英寸范围内的 48 种不同螺纹。一些老式的或价廉的车床为了能够得到所有的进给量和加工出所有螺纹，必须更换主轴和变速齿轮箱之间的齿轮系中的一个或两个齿轮。铣削是机械加工的一个基础方法。在这一加工过程中，当工件沿垂直于旋转刀具轴线方向进给时，在工件上形成并去除切屑从而逐渐地铣出表面。25有时候，工件是固定的，而刀具处于进给状态。在大多数情况下，使用多齿刀具，金属

50、切削量大，只需一次铣削就可以获得所期望的表面。在铣削加工中使用的刀具称做铣刀。它通常是一个绕其轴线旋转并且周边带有同间距齿的圆柱体，铣刀齿间歇性接触并切削工件。在某些情况下，铣刀上的刀齿会高出圆柱体的一端或两端。由于铣削切削金属速度很快，并且能产生良好的表面光洁度，故特别适合大规模生产加工。为了实现这一目的，已经制造出了质量一流的铣床。然而在机修车间和工具模具加工中也已经广泛地使用了非常精确的多功能通用的铣床。车间里拥有一台铣床和一台普通车床就能加工出具有适合尺寸的各种产品。铣削操作类型：铣削操作可以分成两大种类，每一类又有多种类型。1.圆周铣削在圆周铣削中，使用的铣刀刀齿固定在刀体的圆周面上

51、，工件铣削表面与旋转刀具轴线平行，从而加工表面。使用这种方法可以加工出平面和成型表面，加工中表面横截面与刀具的轴向外轮廓相一致。这种加工过程常被称为平面铣削。2.端面铣削铣削平面与刀具的轴线垂直，被加工平面是刀具位于周边和端面的齿综合作用形成的。刀具周边齿完成铣削的主要任务，而端面齿用于精铣。圆周铣削和端面铣削的基本概念，圆周铣削通常使用卧式铣床，而端铣削则既可在卧式铣床又可以在立式铣床上进行。铣削面的形成：铣削时可以采用两种完全不同的方法。应注意，在逆铣时，铣刀旋转方向与工件进给方向相反，而在顺铣时铣刀旋转与工件进给方向相同。在逆铣过程中，当铣刀齿刚切入工件时，切屑是非常薄的，然后渐渐增厚，

52、在刀齿离开工件的地方，切屑最厚。在两种铣削方法中，切屑的形成是不同的，逆铣过程中，刀具有推动工件并使工件从工作台上提升的趋势，这种作用有助于消除铣床工作台进给螺杆和螺母间的间隙，从而形成平稳的切削。然而，这种作用也有造成工件与夹紧装置之间的松动的趋势，这时应施加更大的夹紧力。此外，铣削表面的平整度主要取决于切削刃的锋利程度。顺铣时，26最大切屑厚度产生于靠近刀具与工件接触点处。由于相对运动趋于把工件拉向铣刀，如果采用顺铣法，要消除工作台进给螺杆可能产生的松动。因此，对于不能用于顺铣的铣床，不要采用顺铣方法。因为在铣刀结束切削时，处于切线方向的被切材料发生屈服，所以与逆铣相比，顺铣的被加工表面没

53、有什么切痕。顺铣的另一个优势是切削力趋于将工件压紧在工作台上，因此对工件的夹紧力可以小于逆铣。这一优势可以用于铣削较薄的工件或进行强力切削。顺铣的弱点是铣刀齿刚一切削每片铁屑时，刀齿会撞击工件的表面。如果工件表面坚硬，像铸件，就会使刀齿迅速地变钝。铣刀分类有多种方法，一种方法是根据刀具后角将铣刀分为两大类：1.仿形铣刀 每个刀齿在切削刃的背面磨了一个很小的棱面形成后角，切削刃可以是直线或曲线的。2.成形或凸轮形后角铣刀 每个齿的横截面在切削刃的背面呈偏心曲线状，以产生后角。偏心后角的各面与切削刃平行，具有切削刃的相同形状。这种类型的铣刀仅需磨削齿的前刀面就可以变得锋利，只要切削刃的外形保持不变

54、。铣刀的另一种分类方法是根据铣刀安装的方法进行分类。心轴铣刀带有一个中心孔以使铣刀安装在心轴上。带柄铣刀有一锥柄或直柄轴，含锥形轴柄的铣刀可以直接安装在铣床的主轴上，而直柄轴的铣刀则是夹持在卡盘里。平面铣刀通常用螺栓固定在刀轴的末端上。根据这种分类方法，通用型的铣刀可分类如下：心轴铣刀：圆柱形铣刀，角度铣刀，侧刃铣刀，嵌齿铣刀，错齿铣刀，成形铣刀 ，开槽铣刀，高速切削刀。带柄铣刀：端面铣刀，T 形槽铣刀，整体式铣刀，半圆键座铣刀，套式铣刀，高速切削刀，空心铣刀。铣刀的类型圆柱形铣刀是在圆周上有直的或螺旋形的齿的圆柱形或盘形铣刀。它们可以用来铣削平面，这种铣削称做平面铣削。螺旋形的铣刀上的每个齿

55、是逐渐地接触工件，在给定的时间内，一般有多齿进行铣削，这样可以减少震动，获得一个较平滑的表面。因此，与直齿铣刀相比，这种类型的铣刀，通常使用得更多。侧刃铣刀的齿除了在圆柱刀体的一端或两端向径向延伸之外，与圆柱形铣27刀是相似的。侧刃铣刀的刀齿既可以是直线的，也可以是螺旋形的，这种铣刀一般较窄小，具有盘形的形状。在跨式铣削加工中，常常将两个或更多的侧刃铣刀同时相间地安装在一个刀杆上同步并行切削。双联槽铣刀是由两个侧刃铣刀组成，但是在铣槽时，作为一组铣刀进行操作。在两个铣刀之间添加一些薄垫片，以调整之间的间距。错齿铣刀是较薄的圆柱形铣刀，刀上有相互交错的刀齿，相邻刀齿具有相反的螺旋角。这种铣刀经研

56、磨后仅用于周铣，在每个齿突出的一边，留有供切屑排出的缝隙。这种类型的铣刀可用于高速切削，在铣削深槽时可以发挥独特的作用。开槽铣刀是一种薄型的圆柱形铣刀，厚度一般为 1/32- 3/16 英寸。这种铣刀的侧面呈盘状，有间隙，可以防止粘连。与圆柱形铣刀相比，这种类型的铣刀每英寸直径上的齿数更多，通常用于铣削较深的、狭窄的槽，并可用于切割加工。28致致 谢谢本文是在刘同冈老师的关心和指导下完成的，作者在完成论文期间，不仅在研究和学习上得到了刘老师的耐心细致的启发、教诲和鼓励，在生活中也得到了他无微不至的关怀。刘老师以他特有的人格魅力感染着我，刘老师渊博的知识和对工作一丝不苟的态度和敬业精神给我树立了光辉的榜样，这对我来说将是一笔宝贵的精神财富。在此特向他表达我衷心的感谢和崇高的敬意。在此同时，同班同学在本文完成的过程中也给予我无私的帮助，在此一并表示感谢。在本文结束之际，谨向所有给予我帮助的人们致以诚挚的谢意!