C618的数控化改造设计【毕业论文+ c618车床数控改造后的传动系统图（a0）+电磁离合器变速的主传动系统图(a1)+ 横向进给机构（a0）+数控改造的总体方案示意图(a1)】

C618的数控化改造

摘要  

本课题重点在于机械部分的设计，重点是传动部分，伺服进给机构，自动转位刀架及数控系统的选择与设计。

C618车床的主轴转速部分采用了变频调速交流异步电机，有级变速部分采用电磁离合器控制机构；车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动，经步进电机驱动，齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动；刀架改成由微机控制，经电机驱动的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，需安装主轴脉冲发生器。

改造后的C618车床实现了分段的无极调速，满足了横向与纵向的自动进给，具备了数控车床的功能。因此它有利于改善工人的工作环境，降低工作强度，提高加工质量。

 关键词： 主传动 变频调速 电磁离合器 伺服系统 齿轮 滚珠丝杠 转位刀架 数控系统

NC transformation of C618

Summary

This topic focuses on the design of the mechanical parts, focusing on the transmission part of the servo feed mechanism automatically switch to the selection and design of the turret and CNC systems.
  C618 lathe spindle speed part frequency control AC induction motor with variable speed part of the electromagnetic clutch control mechanism; vertical and horizontal lathe feed motion of the stepper motor driver to drive the ball through the stepper motor drive, gear reducer screw rotation, in order to achieve a vertical, horizontal feed motion; turret changed by computer control, motor-driven automatic indexing turret. Spindle pulse generator to be installed in order to maintain the function of the cutting thread.
  After transformation, the C618 lathe to achieve stepless speed control segments to meet the horizontal and vertical automatic feed with the function of the CNC lathe. So it will help to improve the working environment of workers, reduce labor intensity and improve processing quality.

Keywords:  The main drive   Frequency Control  Electromagnetic clutch

Servo system  Gear  Indexing turret  NC system

目   录

1  概论...........................................................1

1.1数控系统发展简史......................... .....................1

1.2国内数控机床状况分析........................................ ..1

1.2.1国内数控机床现状.............................................1

1.2.2国内数控机床的特点 ..........................................1

1.3数控系统的发展趋势.............................................1

1.3.1　继续向开放式、基于PC的第六代方向发展.......................1

1.3.2向高速化和高精度化发展.......................................2

1.3.3向智能化方向发展.............................................2

1.４机床数控化改造的必要性.........................................2

1.4.1微观看改造的必要性............................................2

1.4.2宏观看改造的必要性............................................3

2总体设计方案的 ................................................5

3主传动部分改造与设.............................................6

3.1主传动部分改造方案拟定和设计的内容.............................7

3.2、主传动部分改造设计计算.......................................10

3.2.1电动机的选择.................................................10

3.2.2主传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析..................11

3.3数控机床分级变速箱的设计.......................................12

3.3.1数控机床主轴转速自动变换过程.................................12

3.3.2分级变速箱的设计..............................................13

 3.3.3分段有级变速传动方案确定......................................15

3.4电磁离合器的设计计算.............................................16

4 伺服进给系统的改造设计与算....................................19

4.1伺服系统的组成原理和要求.........................................19

4.1.1、伺服系统的组成原理............................................19

4.1.2伺服系统的要求.................................................19

4.2 伺服进给机构的设计内容和设计计算...............................20

4.2.1 纵向进给系统的设计与计算......................................21

4.2.2.  横向进给系统的设计与计算....................................28

4.2.3步进电动机的确定...............................................30

5 自动转位刀架的选择设计.........................................35

5.1数控车床刀架的基本要求...........................................35

5.2自动转位刀架的选择...............................................35

5.3工作原理.........................................................35

5.4自动转位刀架的安装...........................................36

6 数控系统的选择设计..............................................37

6.1典型机床数控装置的硬件组成......................................37

6.2典型CNC系统（数控系统）技术性能...............................38

致 谢................................................................40

总 结................................................................41

参考文献.............................................................42

1 概论

1.1数控系统发展简史
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。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

1.2国内数控机床状况分析
1.2.1国内数控机床现状
    近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，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。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 
1.2.2国内数控机床的特点 
  1、新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 
  2、数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 
    2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率 从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 
  3、数控机床发展的关键配套产品有了突破。  
1.3数控系统的发展趋势

1.3.1　继续向开放式、基于PC的第六代方向发展
　　基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

1.3.2向高速化和高精度化发展
　　这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。

1.3.3向智能化方向发展
　　随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。
（1）应用自适应控制技术
　　数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
（2）引入专家系统指导加工
　　将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。

（3）引入故障诊断专家系统
（4）智能化数字伺服驱动装置
　　可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。

1.４机床数控化改造的必要性
1.4.1微观看改造的必要性
　　从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
 (1) 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
(2) 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了"柔性自动化"。
(3)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要"修配"。
(4)可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。
(5) 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看         管加工。
(6) 由以上五条派生的好处。
　　如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少   了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
1.4.2宏观看改造的必要性
　　从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

数控化改造的市场空间

    机床的数控制化改造是一个方兴未的行业，从各种统计数字上看前途应该是十分光明的，例如："在美国，日本和德国等发达国家，它们的机床改造人作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造是一个"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所以不难看出：

（1）国内的市场

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。
 （2） 进口设备和生产线的数控化改造市场
　　我国自改革开放以来，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1979～1988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。

机床改造的效益分析

提高机床数控化效率有两个途径：一是购买新的数控机床；二是对旧的机床进行改造而对于一个机床拥有量大，经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率是一个极其有效和使用的途径，采用第二中方法有以下的优点：

(1)减少了投资和交货的期限  

  同购置新的数控机床相比，一般可以节省60%到80%的费用，改造的费用大大减低。

(2)机械的稳定性可靠    

机床的床身，立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而铸件越久自然失效充分，内应力的消除使得比新的铸件更稳定，这些铸件的使用又可以节约社会资源，又减少了铸铁件生产时对环境的污染。

(3)熟悉了解设备结构性能，便于操作维修，购买的新设备，事先很难前面了解机床的结构性能，以至很难预算是否完全适合加工要求，而改造则完全可以避免这种情况，并且大大缩短了对数控机床在使用和维修方面的培训时间，机床一旦改装完成，很快就可以投入使用，见效较快。

……