機電控制工程系畢業設計（論文）第1頁共36頁第一章概述1.1金屬切削機床及其在國民經濟中的地位金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，他是制造機器的機器，所以又被稱為“工作母機”或“工具機”。機床的母機屬性決定了它在國民經濟中的地位。機床工業為各種類型的機械制造廠提供先進的制造技術與優質高效的機床設備，促進機械制造工業的生產能力和工藝水平的提高。機械制造工業肩負著為國民經濟各部門提供現代化技術裝備的任務，即為工業、農業、交通運輸業、科研和國防等部門提供各種機器、儀器和工具。為適應現代化建設的需要，必須大力發展機械制造工業。可見，機械制造工業是國民經濟各部門賴以發展的基礎，而機床則是機械制造工業的基礎。一個國際機床工業的技術水平在很大程度上標志著這個國家的工業生產能力和科學技術水平。1.2數控機床的優越性數控機床是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物,是技術密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設備。它與普通機床相比,其優越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產品質量穩定,且自動化程度極高,可減輕工人的體力勞動強度,大大提高了生產效率,特別值得一提的是數控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜曲面的零件加工,因而數控機床在機械制造業中的地位愈來愈顯得重要。1.3數控機床在我國的發展現狀我國是世界上機床產量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內市場也面臨著嚴峻的形勢,一方面國內市場對各類機床產品特別是數控機床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產機床滯銷積壓,國外機床產品充斥市場。90年國外數控機床在我國市場的占有率僅達15%左右,而95年已達77%。嚴重影響我國數控機床自主發展的勢頭。這種現象的出現,除了有經營上、產品制造質量上和促銷手段上等原因外,一個主要的原因是我國生產的數控機床品種、性能和結構不夠先進,新產品(包括基型、變型和專用機床)的開發周期長,從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產品。具體地說,這個機電控制工程系畢業設計（論文）第2頁共36頁問題反映在下列五個方面:(1)我國機床廠目前開發基型產品的周期約為1518個月,其中設計時間約為58個月,占總周期的40%左右。而國外一些先進機床廠同類基型產品的開發周期為69個月,其中設計約1.52個月,只占25%。因此無論是產品開發的總周期還是設計所占的時間比例均與國外先進水平有很大的差距。(2)我國工廠由于缺乏設計的科學分析工具(如分析和評價軟件、整機結構有限元分析方法以及機床性能測試裝置等),自行開發的新產品大多基于直觀經驗和類比設計,使設計一次成功的把握性降低,往往需要反復試制才能定型,從而可能錯過新產品推向市場的良機。(3)用戶根據使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求,甚至在產品即將投產時有的用戶臨時提出一些要求,這就需要迅速變型設計和修改相應的圖紙及技術文件。在國外,這項修改工作在計算機的輔助下一般僅需數天至一周,而在我國機床廠用手工操作就至少需12個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門,常會出現漏改和失誤的現象,影響了產品的質量和交貨期。(4)現在我國工廠設計和工藝人員中青年占多數,他們的專業知識和實際經驗不足,又擔負著開發的重任。(5)由于長期以來形成的設計、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協同開發的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產品的反復修改,延長了開發的周期。為解決這些問題,必須對產品開發的整個過程綜合應用計算機技術,發展優化和仿真技術,提高產品結構性能,并建立起基于并行工程(ConcurrentEngineering)的使設計、工藝和制造人員協同工作和知識共享的產品虛擬開發環境,使用相應的產品虛擬開發軟件，這樣才能有效地解決產品開發的落后局面,使企業取得良好的經濟效益。1.4機床數控化改造的必要性我國目前機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有11.34萬臺，即我國機床數控化率不到3%。近10年來，我國數控機床年產量約為0.60.8萬臺，年產值約為18億元。機床的年產量數控化率為6%。我國機床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床占60%以上）。可見我們的大多數制造行業和企業的生產、加工裝備絕大數是傳統的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工機電控制工程系畢業設計（論文）第3頁共36頁出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展。所以必須大力提高機床的數控化率。經過大量實踐證明普通機床數控化改造具有一定經濟性、實用性和穩定性。所以很多企業紛紛將現有機床改造成經濟型數控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：用較少的資金，將普通機床改造升級為數控機床，可以為企業帶來可觀的經濟效益。1.5數控化改造的方法其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統工程。在進行數控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局。由于本次設計是經濟型數控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。我們主要的任務是對其主傳動系統、進給傳動系統進行改造，通過改造使其具有數控機床的一般特性。1.5.1主軸系統改造拆除了原來的主軸變速箱，采用機械無級變速器和分級齒輪變速相結合的方案，分級齒輪采用撥叉的方式，主軸的調速范圍可以從100rpm到4000rpm，與原來的多級齒輪調速相比，其機械結構大大簡化，而且實現了從有級調速到無級調速的跨越。1.5.2進給系統的設計本設計對縱、橫向進給系統進行開環控制,驅動元件采用直流步進電機,傳動系統采用滾珠絲杠。步進電機經一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉動,從而實現進給運動。在進行該傳動系統設計時，通常先根據系統的要求,對各個部分進行單獨設計，如滾珠絲杠副、齒輪副等。1.6機床主要參數床身最大回轉直徑250mm最大工作長度350mm刀架最大回轉直徑120mm主