1、 1 高等教育自学考试毕业论文封面 市地： 年 月 日 专 业 姓 名 联系电话 准考证号 通讯地址 邮 编 论文题目 论文页数 指导教师 指导教师评估 签 名 评 审 意 见 签 名 答辩评估 签 名 毕业考核成绩 主考院校签章 年 月 日 2 摘要 . 4 第一章 绪论 . 6 1.1 课题研究的背景 . 6 1.2 课题研究的目的 . 7 1.3 课题研究的意义 . 7 第二章 设计要求 . 8 2.1 总体设计方案要求 . 8 2.2 设计参数 . 8 2.3 实施方案 . 9 第三章 机械部分改造 . 9 3.1 CA6041 型 普通车床简介 . 9 3.2 滚珠丝杠的选择 . 1
2、0 3.3 步进电动机的选择 . 15 3.4 减速箱体设计 . 21 3.5 自动回转刀架设计 . 27 3.5.1 刀架工作原理 . 27 3.5.2 刀架体设计 . 28 3.5.3 中心轴的设计 . 28 第四章 电气部分改造 . 30 4.1 CA6041 型车床电气原理图分析 . 30 4.1.1 CA6041 型车床主电路分析 . 30 4.1.2 CA6041 型车床控制电路分析 . 31 4.1.3 指示及照明电路分析 . 32 4.1.4 保护和联锁电路分析 . 32 4.2 CA6041 型车床电气控制电路的 PLC 改造 . 32 4.2.1 PLC 输入 输出点分配表
3、 . 32 4.2.2 主电路分析 . 33 4.2.3 控制电路分析 . 34 3 4.2.4 程序设计 . 34 第五章 结论 . 36 参考文献 . 37 致谢 . 38 4 摘要 针对大多数企业 ,具有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精 度较低、不能批量生产，自动化程度不 高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰。 数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径 ,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。 因
4、此 本文以普通车床 CA6140 数控化改造为案例，从普通车床数控改造的经济性进行评价入手，对数控技术在普通车床 CA6140 数控化改造应用作了深入研究与探索，形成相应的技术方案及 要点。主要内容为： 1对普通车床数控化改造进行分析其改造的意义以及改造的必要性和优越性 2 对普通车床 CA6041 机械结构进行设计其包括滚珠丝杠的选择及计算，自动回转刀架的设计等。 3 根据普通车床 CA6041 的电气原理图进行电气控制电路的 PLC 改造。 关键词 : 车床 数控化 必要性 改造 Abstract Most enterprises still have large amounts gene
5、ral-purpose machine tools which have longevity of service, low precision can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprises production. As a representative production of mechanical, electronic， hydrau
6、lic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve
7、 production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much .Enterprises equipment updating step are counteracted severly. The economical efficiency of the reform and the application of NC technology in 5 General purpose lathe CA6140s numerically controlle
8、d reforming is researched in this paper according to our practice of CA6140s numerically controlled reforming. And there forming scheme and main points are formed. The main contents is: 1. For ordinary lathe numerical control transformation analysis the significance of the transformation and the nec
9、essity of reform and superiority. 2. For ordinary lathe CA6041 mechanical structure design including the ball screw selection and calculation, automatic rotary head design, etc. 3. According to the ordinary lathe CA6041 electrical schematic diagram for electrical control circuit PLC reform. Key word
10、: Lathe Numerical control Necessity Reform 6 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景 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
11、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。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
12、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
13、是一个极大的改造市场。 7 1.2 课题研究的目的 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还 有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床对 零件的加工相比普通机床有着很多的优点： （ 1） 自 动化程度高 ； （ 2）加工精度、加工质量稳定可靠； （ 3）对零件加工的适应性强灵活性好，
14、能加工形状复杂的零件； （ 4）加工生产率高； （ 5）有利于生产管理的现代化 。 因此进行普通车床的数控化改造是十分有必要的。 1.3 课题研究的意义 数控机床是一种典型的机电一体化产品，它集精密 、 柔性和集成与一身，它可以较好的解决形状复杂 、 精密 、 小批多变的零件加工问题，能够稳定加工质量和提高生产效率，是一种 高度自动化机床。 可以加工出传统车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，可以瞬时准确的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。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统铣床提高 (3 7)倍。由于计算机有
15、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。数控车 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”。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”。可实现多工序的集中，减少零件在车 床间的频繁搬运。 8 第二章 设计要求 2.1 总体设计方案要求 对现有 普通车 床 CA6140 进行 功能分析，提出对其进行数控改造，选取 合适的数控系统并进行分析，并分别对主运动和进给运动机构 进行改造。如有必要需对相应机械结构进行改装设计，并对所选用数控系统及电气系统进行分析
16、。 具体的主要 目标和要求： 1 对 进给 系统 进行 机械部分设计与计算； 2 对 CA6140 普通车床电气 主电路、控制电路、信号、照明电路 以及保护和联锁电路 进行分析。 3 根据对普通车床 CA6140 的电路分析进行电气控制电路的 PLC 改造。 2.2 设计参数 最大加工直径（ mm）： 在床身上： 400 在床鞍上： 210 最大加工长度（ mm）： 1000 快速进给 (m/min): 纵向： 2.4 横向： 1.2 最大 切削 进给速度（ m/min）： 纵向： 0.5 横向： 0.25 重复定位精度 : 0.016/全行程 定位精度（ mm）： 0.04/全行程 主电机功
17、率（ KW）： 7.5 脉冲当量（ mm）： 纵向： 0.01/脉冲 横向： 0.005/脉冲 控制坐标数： 2 9 2.3 实施方案 进给系统数控化改造的主要部位有：挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板、刀架等。现拟定以下改造方案 。 1. 挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲编码器。 2. 进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操纵杠拆去，齿轮箱连 接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支撑座安装在车床尾座端原来装轴承座的部位。 3. 溜板箱部分：全部拆除，在原处安装滚 珠丝杠的螺母座，丝杠螺母固定在其上。在该处还可以安装部分操作按钮。 4. 刀架部分
18、：拆除原刀架，在该处安装自动回转刀架。 第三章 机械部分改造 3.1 CA6140 型普通车床简介 CA6140 车床的工艺范围很广，它能完成车削内外圆柱面、圆锥面、车削端面、各种螺纹、成形回转面和环形槽等多种多样的加工工序。也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。 CA6140 车床主运动由工件随主轴旋转来实现，而 进给运动由刀架的横向 运 动来完成。由于机械产品中回转表面的零件很多。车床的工艺范围又较广泛，因此 CA6140 车床使用十分广泛。 其特点为： 1. 加工范围较大。 2. 加工时，主运动是工件和旋转运动，进给运动是刀具的纵向和横向移动。 3. 正常情况下，在车削
19、加工过程中，切削力比较稳定，加工比较平稳 。 4.在车削加工过程中切屑和刀具之间的剧烈挤压和摩擦，以及刀具与工件之间的摩擦，产生了大量的切削热，但大部分热量被切屑带走，所以 CA6140 在加工过程中一般可以不使用切削液。 5. 在一般情况下，这种机床多用于粗 加工和半精加工。 10 以下为 CA6140 型普通车床主要部件图： 图 3-1 3.2 滚珠丝杠的选择 （一） 纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 (1)最大工作载荷计算 滚珠丝杠上的工作载荷 Fm (N) 是指滚珠丝杠副 在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做 进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。 由于原普通 CA6140 车床的纵向导轨是三角形导轨，则用公式 3-1 计算工作载荷的大小。 )( GFvfK F lFm （ 3-1） 1）车削抗力分析 车削外圆时的切削抗力有 Fx、 Fy、 Fz，主切削力 Fz 与切削速度方向一致，垂直向下，是计算车床主轴电机切削功率的主要依据。且深抗力 Fy 与纵向进给方向垂直，影响加工精度或已加工表面质 量。进给抗力 Fx
