1、1理工科类本科生毕业设计（论文）开题报告论文(设计)题目 CA6140 车床纵向进给单元的数控化改造作者所在系别 机电工程学院作者所在专业 测控技术与仪器作者所在班级 B11121作 者 姓 名 盖海强作 者 学 号 20114012124指导教师姓名 王 冰指导教师职称 副教授完 成 时 间 2015 年 3 月北华航天工业学院教务处制2说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定 ，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告 。开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2开题报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业
2、教研室论证审查后生效。开题报告不合格者需重做。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。5阅读的主要参考文献应在 10 篇以上（土建类专业文献篇数可酌减） ，其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。6参考文献的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在 2000 字左右。
3、1毕业设计(论文)开题报告学生姓名 盖海强 专 业 测控技术与仪器 班 级 B11121指导教师姓名 王冰 职 称 副教授 工作单位 北华航天工业学院课题来源 教师自拟课题 课题性质 应用设计课题名称 CA6140 车床纵向进给单元数控化改造本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）机床的数控化是制造业实现现代化生产的重要途径，数控技术的水平以及机床的数控化率是衡量一个国家的工业发展水平的主要标志。到目前为止，我国的机床数控化率还不足 5%，新型机床的数控化率也仅仅达到了 6%。无论是机床的数控化水平还是机床的数控化率都极大地落后于先进的西方发达国家
4、。从 20 世纪后期开始，我国着手调整产业以、产品的结构和生产方式。数控机床作为实现生产自动化的基础设备，已经远远不能满足各个工厂逐年增加的生产需求。对于众多的机械制造企业，如果只是单纯的依靠购买新型的数控机床，那么必然需要投入巨量的资金，而且周期也很长，这就会使许多的中小型企业望而却步。所以，利用一部分原有的普通机床，对其进行数控化改造，使机械设备的数控化率得以提高，这无疑是最方便有效的途径。就算是在发达的美国、日本、德国等国家，机床的数控化改造作为新兴的经济增长行业也是生意盎然，处在发展的黄金时代。在美国、日本、德国，机床和生产线的数控化改造具有广阔的市场，已经形成了机床和生产线的数控化改
5、造的新行业。在美国，机床改造业被称之为机床再生业，从事机床再生业的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton 机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US 设备公司等，其中得宝公司已经在中国开办公司。在日本，机床改造业被称之为机床改装业，从事机床改装业的公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。由于生产机床以及数控技术的不断改进，机床的改造已经成为一个“永恒”的课题。我国机床的改造业，也从原先的行业迈进了以数控技术为主的新型行业，具有重要的现实意义和实用价值：（1）节省资金。数控化改造机床与购置新的数控化机床相比可
6、节省 60%左右的费用，大型以及特殊设备是最为明显的。一般情况下，大型机床改造的资金仅为购置新数控机床的 1/3。即使是将原油机床的结构进行彻底的升级改造也仅需花费购置新数控机床资金的 60%，而且可以有效地利用原有的地基。（2）性能稳定可靠。原有机床的各个基础件已经经过了长期生产的磨合以及不断地改进完善，几乎不会因为产生应力变形从而影响精度。（3）提高生产效率。机床经过数控化改造后即可实现自动化加工，生产效率2比传统机床可提高 3 至 5 倍。对于复杂的零件来说，生产的难度越大，效率提高的越多，而且可以不用或者少用工装。不仅节约了生产费用，而且缩短了生产准备的周期。由于我国企业的大部分数控机
7、床及数控系统长期以来都依赖进口，大部分的企业都承受不了巨额的购置费用，而且容易受到国外的控制。另外，我国的数控机械设备维修力量薄弱，而进口备件的维修成本太高，设备的完好率很低。目前，大部分的早期进口的机床数控系统已经报废，有的甚至在进口后未经使用就因为各种原因而报废了不得不再次引进。因此，目前我国机床的数控化率极低，各个企业所使用的机加设备大部分仍是老式机床，难以满足高技术产品生产质量和效率的要求。为了节约资金、降低成本，最大限度的发挥传统老式机床的功效和价值，传统老式机床的数控化改造无疑是机加设备更新换代的必要途径，是企业升级发展、创品牌的必然趋势。设计内容和预期成果（具体设计内容和重点解决
8、的技术问题、预期成果和提供的形式）设计内容：（1）进给轴的改造：普通车床数控化改造时一般去掉走刀箱以及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链代替，具体体现为：Z 轴：纵向电动机 减速箱（或联轴器） 纵向滚珠丝杠 大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量。改造后整个传动链的传动精度在保证车床刚性的前提下，与滚珠丝杠福的选择和不知结构形式，机床导轨的精度等有很大关系。普通车床大多采用的是 T 型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠福相比摩擦阻力大、传动效率低，不能适应于高速运动。另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等问题，在进行改造时往往将其更换为滚珠丝杠福。普通车床大多采用滑动导轨，它的动、静摩擦系数较
9、大，在使用过程中会有不同程度的磨损，对车床传动精度和保持性带来很大影响。因此在改造的同时须针对导轨进行必要的检修处理，同时采用合理的润滑，充分保证其精度。在满足车床要求的前提下，为减少中间环节带来的误差，将电动机与丝杠副通过联轴器直接联接。对于 CA6140 车床来说，由于空间尺寸有限，电动机与丝杠副不能直联，大多采用齿轮副或同步带轮来传动。无论采用哪种传动，最关键的是注意传动间隙的消除。（2） 润滑部分的改造：普通车床导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和油脂润滑，这对车床的导轨丝杠副等的精度保持很不利，在同等驱动下车床的运动稳定性、灵活性也差一些。改造时要对润滑部分进行相应的改动，采用
10、稀油集中定量、定时供油润滑的方式，丝杠支撑轴承一般采用油脂润滑。（3）车床的防护：车床改造后采用局部防护或者半防护。局部防护只对丝杠副、3电动机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础上增加切削的保护，即增加挡屑装置。预期成果：（1）采用单片微机为主控 CPU，具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管两坐标同时显示、螺纹加工等控制功能。（2）配有步进电机驱动系统，脉冲当量为 0.01mm，定位精度为 0.01mm（要与相应导程的丝杠相匹配） 。（3）加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，失电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。（4）具有单步或连
11、续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。拟采取设计方法和技术支持（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）本课题主要以 CA6140 车床为对象进行其进给单元的数控化改造，通过分析该厂的产品和工艺，以确定典型的加工条件，并由此进行过力和功率的计算，同时要确定车床机械性能的完好性，以及车床使用的外界条件，选择正确的伺服系统类型。改造前要进行充分的技术准备，机械部分的计算与设计，消化新系统的电气资料，设计新旧系统接口的转换，确定调试步骤及验收标准。实施改造，完成 CA6140 车床的数控化改造。数控技术发展到现在
12、，在制造业中已经是成熟的技术，借鉴其他类型的车床改造的经验，对于 CA6140 车床的数控化改造时可行的，不过要注意以下几个问题： （1）大溜板相对于床身中轴线的不平行度，在改造前要进行精度恢复，否则无法在改造后用其他方法消除其引发的误差。（2）进给驱动电动机的选择、传动链的布置（是否使用同步带或无间隙齿轮减速、选择哪种型号的滚珠丝杠副） ，都会对改造后的运动性能和精度产生影响。（3）进给驱动电动机的工作扭矩，制约了车床进给运动的最大速度；驱动电动机上配的光电编码器光栅额数量，制约了车床的控制分辨率。（4）滚珠丝杠福的精度是车床重复定位精度、定长移动精度的重要基础，需对其选型、安装和调试特别重
13、视。为确保运动性能和使用寿命，有必要选择大直径、大节距的滚珠丝杠副，并采用两端固定支撑，安装时预加较大的预紧力，以克服温度造成的尺寸变化。（5）纵向丝杠长度较大，进给系统最高转速以及固有频率会比较的小，要满足高速加工没有问题，但是空载的运行速度就会比较的慢，但是总效率依然会比较高。4实现本项目预期目标和已具备的条件（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）（1）通过每学期的实习，我们对机加工的生产过程、环境以及设备的工作状况有了比较深刻的了解，对于机加工设备的原理、运行、检修、维护及参数整定等也比较的熟悉，为课题的完成奠定了实践基础。（2）通过四年的学习，对于机械的
14、设计要求、机械图纸的绘画阅读、以及数控技术的理论等都有了初步的掌握，是自己具备了一定的理论知识，为此次课题的研究准备了一定的理论基础。（3）通过查阅大量的文献，对数控技术的国内外发展状况、数控技术的实际应用、以及机电一体化系统的设计等都有了一定的了解。同时，经过借鉴其他类型机床的数控化改造的经验，是我对机床的数控化改造有了更深刻的认识，做了更充分的准备工作。各环节拟定阶段性工作进度(以周为单位)第一周：查阅资料文献，了解数控机床的特点以及发展趋势，此课题的研究意义第二周：了解数控车床的组成与工作原理，明确此次数控车床改造的目的和要求第三周：设计改造的总体方案，伺服进给单元、数控系统、导轨的选取与改装第四周：典型加工条件的确定，切削力的计算（滚珠丝杠、轴承的计算与选择）第五周：纵向传动系统的设计计算第六周：绘制进给传动机构的装配图第七周：控制系统硬件电路设计以及步进电机驱动电源的选用第八周：控制系统的部分软件设计第九周：参考指导老师意见修改设计5开 题 报 告 审 定 纪 要时 间 地点 主持人姓 名 职 务（职 称） 姓 名 职 务（职 称）参会教师论证情况摘要记录人：指导教师意见指导教师签名： 年 月 日教研室意见 教研室主任签名： 年 月 日
