数控专业数控机床.doc

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数控机床届 机 械 工 程 系专 业：机电设备维修与管理学 号： 学生姓名： 指导老师： 完成日期 20XX 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

2、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

3、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. 41.1 数控机床在我国的发展现状.41.1.1 车床数控化改造的意义 .51.1.2 普通车床数控化改造的优点 .51.2 数控化改造的内容. 71.3 机床数控化改造的必要性.12二车床数控改造的构思与方案.122.1 改造任务. 122.2 改造方案的论证.132.3 改造方案的确定.14三主要结构的数控改造方法.143.1 数控系统的改造.143.2 纵向（

4、Z 向）进给系统的改造.183.3 横向（ X 向）进给系统的改造.213.4 刀架 .213.5 主轴传动系统的改造.223.5.1 改造思路.223.6 滑动导轨副的改造.22四安全防护.224.1 硬防护 .224.2 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

5、适 应 产 品 零 件 的 变 换 ， 生 产 的 需 要 促 使 了 数 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

6、 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 。

7、提 高 机 床 数 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

8、 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 成 为 一 台 高河北机电职业技术学院（论文）效 、 多 功 能 的 数 控 车 床 ，

9、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

10、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 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

11、 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

12、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 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

13、 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

14、 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 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

15、 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)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

16、 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

17、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 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

18、 ， 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

19、 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 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

20、 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

21、.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 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

22、 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

23、济 性 可 观 等 特 点 。 为此 ， 在 旧 机 床 上 进 行 数 控 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

24、 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

25、。 数 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 和 夹河北机电职业技术学院（论文）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

26、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 。 (2) 加 工 精 度 高 ， 具 有 稳 定 的 加 工 质

27、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

28、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

29、 、 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

30、 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 、 排河北机电职业技术学院（论文）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) 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

31、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

32、 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 。