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C6150车床主传动系统电气化改造开题报告
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北京XXXX大学

  

毕业设计(论文)开题报告

  

  

  

  

论文题目 :c6150车床主传动系统电气化改造

专 业: 机电工程

班 级: XXX

         (教学站)

学生姓名: XXXX



指导老师:

一、 选题依据

  随着产品更新换代的加快和人们需求的多样化,产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化 为适应这一变化,数控(NC)设备在企业中的作用愈来愈大。随着电子技术、计算机技术、信息技术以及激光技术等发展并用于机床领域,使机床的发展进入了一个新时代。数控车床具有加工精度高、质量稳定,生产效率高、适应性强等特点。因此它能较好地解决形状复杂、精密度高、批量小、零件多变的加工问题,使得机床柔性得以提高。目前我国企业机械制造整体水平与发达国家相比还有很大的差距。由于我国企业大部分数控机床和数控系统依赖进口,企业承受不了巨额购置费,且易受国外的控制,另外数控机械设备维修力量薄弱,进口的备件维修成本高,设备完好率低,大部分进口机床数控系统已经崩溃,有的甚至在进口后还没使用就已因为各方面原因不能使用等等。因此目前我国企业机床数控化比例极低,各企业使用的绝大部分为传统老式机床,很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率。为节省资源,降低企业固定资产采购成本,使资源利用最大化,对普通机床的数控电气化改造是非常有必要的。

  我国作为机床大国,如果对绝大多数传统的落后机床,都改用先进的自动化控制,实现机电一体化改造,将会适应多品种、小批量、复杂零件加工的需求,不但能提高机加工精度和生产率,而且会减少工人劳动强度、降低生产成本,缩短生产周期,特别适合我国国情,所以在当前我国现有机床的技术设备的基础上,进行必要的改造是机床研究学者的重要任务。

  数控机床对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。这是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应该运动的运动量,这就可以加工复杂的曲线和曲面。

  (2)可以实现加工的自动化,而且是柔性自动化,效率可比传统机床提高3到7倍。计算机有记忆和存储能力,可以记忆输入的程序并存储下来,然后按程序规定的顺序自动去执行实现自动化。传统机床可以靠凸轮或挡块等实现自动化,但凸轮制造及调整很费时,只有进行大批量生产时,才经济合理。而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,这是过去所不敢想像的重大突破,称之为实现了"柔性自动化"。

  (3)加工的零件精度高,尺寸分散度小,装配容易,不再需要"修配"。这是由于加工过程自动化,不受人的情绪和疲劳影响的结果。计算机还可以自动进行刀具寿命管理,不会因刀具磨损而影响工件精度和其一致性。最近,数控系统中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能,使加工精度得到进一步提高。

  (4)可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。这是自动化带来的效果(可以自动更换刀具),如加工中心,在工件装夹好后,可实现钻、铣、攻丝、扩孔等多工序的加工。这些多工序是在同一基面、同一次装夹下实现的,提高了相关的加工精度。现已出现其他工序集中的机床,如车削中心、车铣中心、磨削中心等。

  (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。这是在配备多种传感器条件下,计算机威力的体现。可以实现白班有人看管并做好充分准备工作,使得二班、三班在无人条件下自动加工。由此带来的劳动生产率的提高和生产周期的缩短等是非常明显的。

  (6)数控加工降低了工人的劳动程度,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,并可对市场需求做出快速反应。此外,机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及C1MS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。

终上所述,对传统的普通机床进行数控电气化改造是一个推动科学生产力发展、改进生产劳动力配置、降低企业生产成本的利国利民的好事情。所以我们必须对传统的机床进行数控电气化改造。

二、 设计内容

  C6150车床主要用于加工中小型轴类、盘类零件及螺纹加工。由床身主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱组成。其传动系统有主运动传动和进给运动传动。电动机经主运动传动键把运动传给主轴,实现主运动,主运动传动键经过转换机构传给进给运动传动键,实现进给运动。主运动和进给运动通过机械装置联系在一起。

  对C6150车床进行数字化改造,就是要把上述的主运动和进给运动的机械联系分离,把横向、纵向进给运动从原来的机械传动系统总分离出来,使其与主运动脱开,成为相互独立的运动。主运动(主轴)和横向、纵向进给运动分别由各自的驱动源驱动。

  对于主轴来说,多由配置变频调速器的交流电动机驱动。对于横向、纵向进给系统来说,分别由步进电机驱动。对于车床的控制则通过由单片机、驱动电源、步进电机、专用控制器组成的开环控制。由单片机或单板机按照输入的加工程序进行插补运算,由软件或硬件实现脉冲分配输出一系列脉冲,经功率放大后,驱动横向、纵向的步进电动机实现进给。数控装置通过一定方式控制主轴驱动,实现主轴的无极变速。

三、 设计方案

车床主传动改造的具体方案是:

1, 把原来的机床进行大修,保留机床导轨、主轴、溜板、尾架部件,其余拆除。大修时应当维持原机床的运动精度,尽量减小导轨副、丝杠副的阻力,以提高步进电机驱动转矩的有效率。

2, 主轴由配置变频调速器的三相异步电动机驱动。改造原有的主轴箱,扩大调速范围,根据车床的使用范围设计传动系统和主轴组件,实现分段无极调速。

为加工螺纹,在主轴后端加光电编码器,它是一种角位移传感器,伴随着主轴旋转连续发出脉冲信号。主轴应有准停控制和正反转控制。

对主轴传动的一般要求是,机床要有较宽的调速范围,以保证加工时选用合理的切削用量,获得最佳的生产率;加工精度和表面质量;要求主轴在全速度范围内均能提供切削所需功率,尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率,即恒功率范围要宽;要求主轴在正、反向转动时均可以自动加、减速控制,而且控制时间要短。

3, 横向、纵向系统分别由步进电动机和减速器以及滚珠丝杠螺母副、丝杠轴承、运动部件组成系统。

4, 进给系统传动要求具有较高的定位精度和良好的动态响应特性,即系统跟踪指令信号的响应快、稳定性好。

四、 工作进度排

1. 明确设计任务、熟悉设计课题、搜集有关资料;

  8月7日前完成

2. 在熟悉课题要求的前提下,进入课题实施阶段,进行有关方面知识的准备、撰写开题报告、翻译一篇与设计课题相关的英文资料; 8月30日前完成

3. 根据改造的要求提出改造的思路、拟定改造的方案;9月5日前完成

4. 进行机械结构改造设计(主轴箱装配图及2个零件图);

  9月10日前完成

5. 进行系统的动态特性分析、列写系统方程;

  9月25日前完成

6. 进行主传动电机控制系统的设计(绘制控制系统图);

  10月10日前完成

7. 编写毕业设计说明书并打印;

  10月20日前完成

8. 程序文件的整理、存储介质的制作、准备答辩。

  11月9日前完成

濉?最终目标

  本设计是将普通车床改造为具有数控车床性能车床,特别是车床的主传动方面的设计则是整个车床数控改造的关键,为了实现数控车床主轴变速要求,本课题控制系统采用变频器调速,与机械部分所设计的传动链共同组成车床主传动的运动,整体采用数控装置全面控制。

六、 研究基础

对C6150普通车床电气化改造应用到了普通车床加工工艺、车加工技术,普通车床制造原理、机械制造技术;机电一体化设计;数控车床加工工艺、数控车床加工技术,数控车床制造原理;步进电机技术;数控装置技术;变频器技术等基础知识。

摺?指导老师审核意见

指导老师签名

年 月 日

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