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1、河北机电职业技术学院（论文 ） 河北机电职业技术学院毕业设计论文 数控专业毕业论文 16 届 机 械 工 程 系 专 业： 机电设备维修与管理 学 号： 021223130124 学生姓名： 王 建 指导老师： 董 建 荣 完成日期 2016 年 6 月 22 日 河北机电职业技术学院（论文 ） 摘要 数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥 着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设

2、备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。 数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，可加工形状复杂的零件，改善劳动条件，利于生产管理和机械加工自动化的发展。 普通机床的缺点： 普通 机 床 靠齿轮和普通 丝杠 螺母 传动。由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确，因此重复精度较低。普通 机 床测量时需停车后手工测量， 测量误差 较大，而且效率低下。适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工资水平高 。 在数控

3、机床上加工零件， 主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。 关键字： 数控化、改造、意义、普通车床 河北机电职业技术学院（论文 ） 目录 绪论 .3 一数控机床改造的背景和意义 .错误 !未定义书签。 1. 1 数控机床在我国的发展现状 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. 1. 1 车床数控化改造的意义 .7 1. 1. 2 普通车床数控化改造的

4、优点 .8 1.2 数控化改造的内容 .错误 !未定义书签。 1. 3 机床数控化改造的必要性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 二车床数控改造的构思与方案 .错误 !未定义书签。 2.1 改造任务 .错误 !未定义书签。 2.2 改造方案的论证 .错误 !未定义书签。 2.3 改造方案的确定 .错误 !未定义书签。 三主要结构的数控改造方法 .错误 !未定义书签。 3.1 数控系统的改造 .错误 !未定义书签。 3. 2 纵向（ Z 向）进给系统的改造 . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . 18 3. 3 横向（ X 向）进给系统的改造 . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3. 4 刀架 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3. 5 主 轴传动系统的改造 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3. 5. 1 改造思路 . . . . . . . . . . . . . . . .

6、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3. 6 滑动导轨副的改造 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 四 安全防护 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4. 1 硬防护 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

7、2 4. 2 软防护 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 五 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 参考文献 .25 致谢 .26 河北机电职业技术学院（论文 ） 绪论 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。产品的更新换代也不断加快。因此对机床 不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数

8、控机床的产生。 数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。 尽管数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量多品种零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率。但是目前我国在役机床总量约 380万台，其中数控机床总数只有 11万多台，数控机床占有率不足 3，而一些工业发达国家早已达到 20以上。我国是制造大国，但不是制造强国。 机械制造业水平与发达国家相比相对落后，设备陈旧，技术水平差距大，国际竞争力弱，影响了生产力的发展。逐步提高数控机床的占有率已经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数

9、控率有两个途径：一是增加新的数控机床，价格昂贵，一次性投资大，目前各企业均有大量的普通机床，完全用数控机床替代是根本不可能的；二是对旧机床进行数控化改造。我国是一个机床拥有量极大的国家，但大部分机床服役龄较长，采取对旧机床进行改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径，是企业必走之路。 制造技术和自动化水平的高低己成为一个国家 或地区经济发展水平的重要标志，而其中最具代表性的就是数控机床。我国现正处于从以劳动密集型产业为主向以技术密集型产业为主的发展阶段，对自动化设备的需求会越来越大、越来越积极。利用现有普通车床，通过数控化改造，使其河北机电职业技术学院（论文 ） 成为一台高

10、效、多功能的数控车床，是一种盘活资金的有效途径，也是低成本实现自动化的行之有效的方法。因为一方面我国普通车床保有量大，要将普通车床淘汰掉是不经济、也不现实的做法；另一方面，从我国目前生产状况来看，仍然以生产普通车床为主，普通车床的数控化改造将会长期存在，并会不断的发展。 河北机电职业技术学院（论文 ） 第 1 章 数控机床改造的背景和意义 1.1 数控机床在我国的发展现状 我国是世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势 ,一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求 ,而另一方面却有不少国产机床滞销积压 ,国外机床产品充斥市场。 90

11、 年国外数控机床在我国市场的占有率仅达 15%左右 ,而 95 年已达 77%。严重影响我国数控机床自主发展的势头。 这种现象的出现 ,除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外 ,一个主要的原因是我国生 产的数控机床品种、性能和结构不够先进 ,新产品 (包括基型、变型和专用机床 )的开发周期长 ,从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说 ,这个问题反映在下列五个方面 : (1) 我国机床厂目前开发基型产品的周期约为 15 18个月 ,其中设计时间约为 5 8 个月 ,占总周期的 40%左右。而国外一些先进机床厂同类基型产品的开发周期为 6 9 个月 ,其中设计约 1.5 2

12、个月 ,只占 25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。 (2) 我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具 (如分析和评价软件 、整机结构有限元分析方法以及机床性能测试装置等 ),自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计 ,使设计一次成功的把握性降低 ,往往需要反复试制才能定型 ,从而可能错过新产品推向市场的良机。 (3) 用户根据使用需要 ,在订货时往往提出一些特殊要求 ,甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求 ,这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外 ,这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周 ,而在我国机床厂用手工操作就

13、至少需 1 2 个月 ,且由于这些图纸和文件涉及多个部门 ,常会出现漏改和失误的现象 ,影响了产品的质量和 交货期。 (4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数 ,他们的专业知识和实际经验不足 , 又担负着开发的重任。 河北机电职业技术学院（论文 ） (5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立 ,缺乏有效的协同开发的模式 ,不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见 ,容易造成产品的反复修改 ,延长了开发的周期。 为解决这些问题 ,必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术 ,发展优化和仿真技术 ,提高产品结构性能 ,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)

14、的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境 ,使用相应的 产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面 ,使企业取得良好的经济效益。 1.1.1 车床数控化改造的意义 我国现在拥有数量多达 300多万台的通用机床，其中大部分机床的加工精度、生产率和自动化程度与先进设备相比不高，要想在几年内大量地用数控机床来更新，无论在资金上还是技术力量上都是难以实现的。但如果利用数控技术根据需要对现有机床加以改造，不仅能实现机床的自动化，提高机床的加工精度，而且投资少、见效快，适合我国的生产力水平。因此，利用数控技术改造旧设备已成为我国推广全功能数控机床的过渡手段。其具有 以下的几

15、点意义： 1.有利于企业技术的提高，成本的节约 数控机床与普通机床相比，有很大的优势，数控机床具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，改善劳动条件，利于生产管理现代化；而普通机床精度低，效率低，适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工人工资水平高。这样会大大的加大企业的支出，对企业的收入也是有所影响的 。 2.有利于企业经济开支的节约 数控化改造一般用户都能承担的起 ,这为资金紧张的中小型企业的技术改造开辟了新路 ,也对实力雄厚的大型企业产 生了较大的吸引力。由于新型机床价格昂贵 ,一次性投资巨大 ,如果把旧机床设备全部用新型机

16、床替换。要花费大量的资金 ,而替换下的机床又会闲置起来造成巨大浪费 ,若采用数控技术对旧机床加以改造和购买机床相比 ,则可省 50%以上的资金 ,一套经济型数控装置的价格仅为全功能装置的 1/3 到 1/5。 3.有利于数控化市场的扩大 河北机电职业技术学院（论文 ） 订购新的数控机床的交货周期一般较长 ,往往不能满足用户的需要 ,而改造的数控机床能够适应市场对产品多样化和高精度的要求。因此得到了用户广泛的应用 ,机床的数控化改造已成为满足市场需求的主要补充手段 ,对中、小型企业 来说是十分理想的选择。 4.有利于企业生产的扩大 在现代机械制造工业中 ,中小批量甚至单件生产 ,个性化的产品占有

17、相当大的比重 ,尤其是我国加入世贸组织后 ,成为世界性的加工基地 ,产品出口的增长迅速 ,从低附加值、劳动密集型产品逐步过度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的数控机床起了重要的作用。数控机床是最能适应这种生产需要的。 5.有利于企业的工业化水平的提高 以数控机床为代表的现代基础机械是制造实现生产现代化的重要设备，数控技术水平的高低和机床的数控化率，数控设备的拥有量已成为衡量一个国家现代工业化水平的重要标 志。 （ 6）有利于企业的多方面发展 数控技术用于机床的改造是建立在微电子技术与传统技术相结合的基础上，具有高可靠性、柔性强，易于实现机电一体化、经济性可观等特点。为此，在旧机床上进行数控

18、化改造可以提高机床的使用性能、降低生产成本、用较少的资金投入而得到较大的经济效益。 1.1.2 普通车床数控化改造的优点 机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一 直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。 数

19、控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对 位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开河北机电职业技术学院（论文 ） 和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 即通过简单的数字化控制，来实现满足要求的以及复杂的工序要求。 数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： (1) 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。

20、 (2) 加工精度 高，具有稳定的加工质量； (3) 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； (4) 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； (5)机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产效率高（一般为普通机床的 35 倍）； (6) 机床自动化程度高，可以减轻劳动强度改善劳动条件； (7) 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。数控机床一般由下列几个部分组成： a） 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件 。 b） 数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、 CRT显

21、示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 c） 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 d） 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润 滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、河北机电职业技术学院（论文 ） 排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 e)

22、 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 还具有良好的经济效益；有利于生产管理的现代化；数控改造费用低；机械性能稳定可靠，结构受限；可充分利用现有的条件；可以采用最新的控制技术；交货期短，可满足生产急需等优点。 1.2 机床数控化改造的必要性 我国目前机床总量 三百 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%。 而且机床的素质差，性 能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右。 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 ，急待改造 经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益 ，比较符合我国的 国情。