第一篇：毕业设计CAK6150普通车床的数控化改造(伺服系统的改造)说明书
目 录 引言...................................................................2 2 数控车床与数控介质.....................................................3 2.1 数控车床的组成.......................................................3 2.2 数控技术的发展......................................................4 3 数控改造方法及设计.....................................................5 3.1 数控机床在国内的前景.................................................5 3.2 机床数控改造.........................................................5 3.2.1机床改造的意义......................................................5 3.2.2 数控车床的性能和精度的选择.........................................6 3.2.3 车床数控改造方案选择...............................................7 4 伺服系统...............................................................8 4.1伺服系统的组成........................................................8 4.2 伺服系统的结构及分类.................................................8 4.2.1 进给伺服系统的现状与展望...........................................9 4.2.2 步进伺服系统.......................................................9 4.2.3 直流伺服系统.......................................................9 4.2.4 交流伺服系统......................................................10 4.2.5 直线伺服系统......................................................10 4.3 主轴伺服系统的现状及展望............................................11 4.3.1交流异步伺服系统...................................................11 4.3.2交流同步伺服系统...................................................11 4.3.3 电主轴............................................................12 4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。..................12 4.5 异步伺服驱动系统改造方案............................................13 结论....................................................................18 参考文献：..............................................................19 致 谢..................................................................20
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共 20 页 1 引言
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。
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服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
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； 3.生产效率高； 4.减轻劳动强度，改善劳动条件； 5.良好的经济效益； 6.有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，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，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，第 2 页
共 20 页 因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。数控车床与数控介质
2.1 数控车床的组成
1、输入输出装置
输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。
2、数控装置
数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。
3、可编程控制器
即PLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。
4、检测反馈装置
由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，第 3 页
共 20 页 实现闭环控制以保证数控机床加工精度。
5、机床主机
数控机床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。
2.2 数控技术的发展
随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。
为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：
1．加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率。2．跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。3．加大成套设计开发能力上求突破。4．发挥服务优势，扩大市场占有率。5．多品种制造，满足不同层次的用户。
6．模块化设计，缩短 开发周期，快速响应市场。
数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。
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共 20 页 3 数控改造方法及设计
3.1 数控机床在国内的前景
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床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。本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。3.2 机床数控改造
3.2.1机床改造的意义
1）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
2）性能稳定
3）提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而用而且可以缩短生产准备周期。
言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费 普通车床的数控化改造设计
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无
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共 20 页 论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。3.2.2 数控车床的性能和精度的选择
并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。
1）轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。2）进给运动：
进给速度：Z向（通常为8～400mm/min）；X向（通常为2～100 mm/min）。快速移动：Z向（通常为1.2～4m/min）；X向（通常为1.2～3m/min）。脉冲当量：在0.025～0.005mm内选取，通常Z向为X向的2倍。
加工螺距范围：包括能加工螺距类型（公制、英制、模数、径节和锥螺纹等），一般螺距在10mm以内都不难达到。
3）进给运动驱动方式（一般都选用步进电机驱动）。4）给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。
5）刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。6）其他性能指标选择：
插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。
刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿
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共 20 页 功能。
显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。
诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。
以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设计。3.2.3 车床数控改造方案选择
当数控车床的性能和精度等内容基本选定后，可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。因此，较典型的车床数控改造方案可选择为：配置专用车床数控改造系统，更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能：
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、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。
2）配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：Z为0.01mm，X向为0.005mm（要与相应导程的丝杠相配套）。
3）加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，掉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。
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共 20 页 4 伺服系统
4.1伺服系统的组成
伺服驱动系统（Servo System）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电 机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量.（使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。
伺服系统是以机械运动的驱动设备，电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中，伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令，经变换、放调与整大后，由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等，带动工作台及刀架，通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动，从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。
作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多，本文通过分析其结构及简单归分，对其技术现状及发展趋势作简要探讨 4.2 伺服系统的结构及分类
从基本结构来看，伺服系统主要由三部分组成：控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机（附图）。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的第 8 页
共 20 页 电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。4.2.1 进给伺服系统的现状与展望
进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机，进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服。4.2.2 步进伺服系统
步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，如500步、1000步、50 000步等等，从理论上讲其步距误差不会累计。
步进伺服结构简单，符合系统数字化发展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移动速度越低。特别是步进伺服易于失步，使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。但近年发展起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术，使得步进电动机的高、低频特性得到了很大的提高，特别是随着智能超微步驱动技术的发展，将把步进伺服的性能提高到一个新的水平。4.2.3 直流伺服系统
直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。另一方面从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。
然而，从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械
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共 20 页 换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。
4.2.4 交流伺服系统
针对直流电动机的缺陷，如果将其做“里翻外”的处理，即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分，由转子轴上的编码器测出磁极位置，就构成了永磁无刷电动机，同时随着矢量控制方法的实用化，使交流伺服系统具有良好的伺服特性。其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。
目前，在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统，有三种类型：模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口，改变工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。4.2.5 直线伺服系统
直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式（Direct Drive），与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式，带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，第 10 页
共 20 页 如加速度可达3g以上，为传统驱动装置的10～20倍，进给速度是传统的4～5倍。从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式；而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前应用到数控机床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。
4.3 主轴伺服系统的现状及展望
主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率，因此，只需完成主轴调速及正反转功能。但当要求机床有螺纹加 工、准停和恒线速加工等功能时，对主轴也提出了相应的 位置控制要求，因此，要求其输出功率大，具有恒转矩段 及恒功率段，有准停控制，主轴与进给联动。与进给伺服 一样，主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展，现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。
4.3.1交流异步伺服系统
交流异步伺服通过在三相异步电动机的定子绕组中产生幅值、频率可变的正弦电流，该正弦电流产生的旋转磁场与电动机转子所产生的感应电流相互作用，产生电磁转矩，从而实现电动机的旋转。其中，正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流与等效转子力矩电流的矢量和；正弦电流的频率可分解为转子转速与转差之和，以实现矢量化控制。
4.3.2交流同步伺服系统
近年来，随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高，使得采用永磁同步调速电动机的交流同步伺服系统的性能日益突出，为解决交流异步伺服存在的问题带来了希望。与采用矢量控制的异步伺服相比，永磁同步电动机转子温度低，轴向连接位置精度高，要求的冷却条件不高，对机床环境的温度影响小，容易达到极小的低限速度。即使在低限速度下，也可作恒转矩运行，特别适合强力切削加工。同时其转矩密度高，转动惯量小，动态响应特性好，特别适合高生产率运行。较容易达到很高的调速比，允许同一机床主轴具有多种加工能力，既可以加工像铝一样的低硬度材料，也可以加工很硬很脆的合金，为机床进行最优切削创造了条件。
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共 20 页 4.3.3 电主轴
电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，它将主 轴电动机的定子、转子直接装入主轴组件的内部，电动机的转子即为主轴的旋转部分，由于取消了齿轮变速箱的传动与电动机的连接，实现了主轴系统的一体化、“零传动”。因此，其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并可改善机床的动平衡，避免振动和噪声，在超高速切削机床上得到了广泛的应用。
从理论上讲，电主轴为一台高速电动机，其既可使用异步交流感应电动机，也可使用永磁同步电动机。电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术，通常内置一脉冲编码器，来实现厢位控制及与进给的准确配合。由于电主轴的工作转速极高，对其散热、动平衡、润滑等提出了特殊的要求。在应用中必须妥善解决，才能确保电主轴高速运转和精密加工。
4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
无刷电机结构解析
结构上，无刷电机和有刷电机有相似之处，也有转子和定子，只不过和有刷电机的结构相反；有刷电机的转是线圈绕组，和动力输出轴相连，定子是永磁磁钢；无刷电机的转子是永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组线圈，去掉了有刷电机用
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共 20 页 来交替变换电磁场的换向电刷，故称之为无刷电机（Brushless motor）。
无刷电机简明运行原理
简单而言，依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心全转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，电机就转起来了，电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关，更与无刷电机的控制性能有很大关系，因为输入的是直流电，电流需要电子调速器将其变成3相交流电，还需要从遥控器接收机那里接收控制信号，控制电机的转速，以满足模型使用需要。总的来说，无刷电机的结构是比较简单的，真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器，好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制，所以价格要比无刷电机高出很多。4.5 异步伺服驱动系统改造方案
异步机就是电机的转子转动的速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一致，有一个差值（不同步）。我们叫转差。这个转差与定子所产生的旋转磁场的转速的比率叫转差率。同步机与异步机的区别在于：从供电方面说，异步机只是在定子侧加上电压（也有转子上加电压的），而同步机要在定子和转子上都加上电压。也就是说异步机是单边励磁，同步机是双边励磁。从转速方面说，异步机的转速只与负荷大小有关（当然有一定的范围），而同步机的转速只与电网的频率有关。
从结构上说，同步电机与异步机转子的构造也不一样。异步机的转子是有夕钢片和铝条（或夕钢片和线圈组成），而同步机一般由数块磁钢和线圈组成（也有隐极式的不太一样）。当然还有许多差别，如工艺要求、设计问题等等.。异步机相对结构简单，制造方便，价格便宜，维护量少，调速范围较小，必需从电网吸取滞后的励磁电流，功率因数低。广泛应用于各种场合。但大多数用于电动机，作用于发电机的很少。
20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经
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共 20 页 商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：
⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。
⑶惯量小，易于提高系统的快速性。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。
自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的In分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，称为永磁交流伺服系统。
到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
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共 20 页 以生产机床数控装置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列，有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
德国力士乐公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。
德国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类，共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电动机控制。
德国宝石（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。
美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部（Motion Control Division），生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器。后合并到AEG，恢复了Gettys名称，推出A700全数字化的交流伺服系统。
美国A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。I.D.（Industrial Drives）是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen）的工业驱动分部，曾生产BR-
210、BR-
310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗袛（Goldline）永磁交流伺服电动机，包括B（小惯量）、M（中惯量）和EB（防爆型）三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用钕铁硼永磁材料，力矩范围为0.84～111.2N.m，功率范围为0.54～15.7kW。配套的驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置控制）和Smart Drive（数字型）三个系列，最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。
爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG，以生产直流伺
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共 20 页 服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。
法国Alsthom集团在巴黎的工厂生产LC系列（长型）和GC系列（短型）交流伺服电动机共14个规格，并生产AXODYN系列驱动器。
原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范围为7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6个机座号17个规格，力矩范围为0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。
近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统，其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型，功率从0.03～5kW，共18种规格；中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列，功率从0.75～4.5kW，共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5～5kW，有7种规格。
韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统，其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号，功率从15W～5kW。
现在常采用摴β时浠蕯（Powerrate）这一综合指标作为伺服电动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续（额定）力矩和转子转动惯量之比。
按功率变化率进行计算分析可知，永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D 的Goldline系列为最佳，德国Siemens的IFT5系列次之。
交流异步伺服通常有模拟式、数字式两种方式。与模拟式相比，数字式伺服加速特性近似直线，时间短，且可提高主轴定位控制时系统的刚性和精度，操作方便，是机床主轴驱动采用的主要形式。然而交流异步伺服存在两个主要问题：一是转子发热，效率较低，转矩密度较小，体积较大；二是功率因数较低，因此，要获得较宽的恒功率调速范围，要求较大的逆变器容量。
ADSD-AS系列是安迪公司自主研发、生产的交流异步伺服控制器。具有集成度高、第 16 页
共 20 页 体积小、可靠性高等一系列优点，可以方便的实现高精度铣削、车削、磨削等加工，比传统的变频器更胜一筹。
产品特点：
采用32位DSP为核心的控制单元，结合FPGA芯片的先进技术，实现高速高性能的控制。
根据负载整定PID高中低速和加减速参数，系统根据负载变化，自动调整增益。
功能齐全，支持位置控制模式，速度控制模式，转矩控制模式。
支持混合控制模式，可以随意动态切换。
操作灵活，可以按用户工艺要求，实现软PLC功能。可在线存储三套用户根据工艺要求编制的程序。
多种频率设定方式，模拟端子可以接受±10V、±2.65V、±20mA等范围信号。转速追踪启动与断电再恢复运行功能。
支持标准的RS485与Can Bus，符合RTU 通信协议。
人性化显示菜单，中文液晶显示，配以LED显示，同时显示3个状态参数。逆变模块（IGBT）温升监控功能，风扇调节可控，适时降低电机噪音和温升。完善的过流、过压、过热、欠压、过负载、编码器故障等保护机制。故障查询与记录功能，方便排除故障。
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共 20 页 结论
作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展了多种伺服驱动技术。可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展，具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点，并成为伺服系统的发展方向。
2010年3月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然不知，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。经过了几个月的写作，毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了难忘的回忆和收获。
3月初，我的论文题目定了下来，是：CAK6150普通车床的数控化改造。当开题报告定下来的时候，我便着手资料的收集，当时面对这真是有些茫然，不知如何下手。在与同学的交流后，终于使我对自己现在的状况有了一定的掌握。
当我终于完成了所有资料的收集整理后，整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。
我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。
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参考文献：
[1] 李明.数控机床.机械工业出版社，2000.6.[2] 李铁尧.金属切削机床[M]．北京：机械工业出版社，1989.[3] 罗永顺.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压，2005 [4] 吴孜越.C620普通车床的数控化改造[J].机床与液压，2005 [5] 孟俊焕.经济型数控机床改造的优化方案研究[J].机床与液压，2005 [6] 赵云龙.数控机床及应用[M]．北京：机械工业出版社，2001.[7] 秦曾煌.电工学（上册）第5版［M］.北京：高等教育出版社，1999 [8] 邓则名，邝穗芳.电器与可编程控制器应用技术［M］.北京：机械工业出版社，1999 [9] 吴道悌，王建华.电动学实验［M］.北京：高等教育出版社，1995 [10] 编写组.机床设计手册（1,2.3）[M].北京:机械工业出版社,1978 [11] 李力，向敬忠.机械设计基础（近机.非机）.清华大学出版社,2007 [12] 孙岩，陈晓罗，熊涛等.械设计课程设计.北京理工大学出版社,2007 [13] 徐锦康.机械设计.北京机械工业出版社,2003 [14] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社,2004 [15] 陆现柱.机械设计基础.学院出版社出版,2005
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致 谢
在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
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第二篇：卧式车床数控化改造设计
浙江工业职业技术学院
毕业论文
（2016届）
（卧式车床数控化改造设计）
学生姓名 学
号
院
系 专
业 指导教师 完成日期
卧室车床数控化改造
摘要
中国是一个传统的机械制造大国,但其装备水平落后,特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床,远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状,对传统机械制造业装备进行改造,解决机械制造业中的一些技术问题,用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升,是我国制造业的发展方向。本课题是针对已报废的两台卧式床进行数控化改造,其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法,对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升,以解决目前设备老化所带来的问题。
本次设计着重对卧式车床的纵横向进给系统改造，并对纵横向进给伺服系统齿轮箱进行改造。本次设计作了下面的一些工作： 1机械部分采用了一级齿轮传动，以BF型步进电动机作为驱动源，以CBM/CDM滚珠丝杠作为重要元件，以便更好的实行软件控制；
2数控部分采用MCS-51中的8031作为主控芯片建立一套单片机应用系统。扩展I/O接口用8155芯片及外存储器，采用地址锁存和译码器。SolidWorks造型，包括软件的应用和对车床的实体建摸。
关键词 卧室车床 数控化 改造
目录
1． 绪
论................................................................................................................................1
2.1车床改造方案的选择.................................................................................................................5
2.1.1设计系统的选择...............................................................................................................5 2.1.2系统运用方式的确定......................................................................................................5 2.1.3伺服系统的选择...............................................................................................................5 2.2车床改造方案的确定.................................................................................................................7 3.机械计算部分.........................................................................................................................8
3.1选择脉冲当量...............................................................................................................................9 3.2计算切削力...................................................................................................................................9 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型.............................................................................................10
3.3.1纵向进给丝杠.................................................................................................................10 3.3.2横向进给丝杠.................................................................................................................14 3.4齿轮传动比的计算....................................................................................................................16
3.4.1纵向齿轮传动比计算....................................................................................................16 3.4.2横向齿轮传动比计算....................................................................................................16 4.微机控制部分..................................................................................................................16 4.1 总体设计.....................................................................................................................................16 4.2主控制器......................................................................................................................................17
4.2.1主控器的选择.................................................................................................................17 4.2.2 8031对片外存储器的选择......................................................................................18 4.2.3 8031并行I/O口扩展................................................................................................19
5.SolidWorks造型...................................................................................................................19
5.1 SolidWorks 软件介绍..............................................................................................................19 5.2 绘制草图.....................................................................................................................................22 5.3 装配体设计................................................................................................................................24 结
论......................................................................................................................................27 致
谢......................................................................................................................................28 参考文献..................................................................................................................................29 装配图与零件图......................................................................................................................30
1． 绪
论
随着我国制造业的发张，对很多零部件的精度要求越来越高，许多零件用普通车床很难加工，要求用数控机床加工。这就需要大量经费，对老设备进行改造是一条投资少见效快的途径，有许多工厂有C6140卧式车床，但无法完成精度高的工件加工，因此需对其进行数控化改造。
数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一个精密的机电一体化产品。是由精密机械部件（如滚珠丝杆、高精度导轨、精密轴承、主轴）和复杂电气部件（如数控系统、驱动装置和伺服电机以及精密测量系统）构成的一个完整的产品。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下：
数控机床的系统组成框图
其工作原理是先根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求等条件，确定该零件的加工工艺过程、工艺参数，并按一定的规则形成数控系统能理解的加工程序。即：将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化；按标准的格式编制成零件加工程序单；然后将此加工程序输入到数控机床的数控装置中，并将输入到数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。确认无误后，再将被加工零件装夹好；对刀后，即可启动机床运行加工程序。在加工程序运行时，数控系统会根据加工程序的内容，发出各种控制命令，如启动主轴电动机，打开切削液、进行刀具轨迹计算、向特殊的执行单元发出数字位移脉冲和进行进给速度控制等。正常情况下，加工程序可直接运行到其结束。当改变加工零件时，在数控机床上只要改变加工程序，就可以继续加工新零件。
数控机床改造在国外以发展成一个新兴的工业部门。早在60年代已经开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务，其发展的原因是多方面的。
首先是技术的原因，过去20年里，金属切削的基本原理变化不大，但社会的生产力的巨大发展，要求制造技术向自动化和精密化前进。而刀具材料和电子技术却有很的大的进步，特别是微电子技术，电子计算机的技
术进步，反应出控制系统，它能帮助机床自动化又能提高加工精度，技术进步和高生产率的要求，精密加工的增多等，突出了旧机床技术改造技术的必要性和急迫性。
其次是经济上的原因。许多发达国家多做过系统的分析，如果旧机床设备以新设备更新，要付出很大的代价的，若利用“改造技术”，则节省大半资金，这种事半功倍的技术，不仅不浪费资金而切还为小企业技术改造开创了新路，而且对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。
再次是市场因素，目前许多国家设备所需的数控机床数量，按机床工业现状是无力及时提供的。机床“改造”就成为机床市场需要的补足手段。
最后是生产力的因素，在工业生产中，品种多小批量生产是现代化机械制造业的基本特征，只有相当大比重完成生产任务，不外乎选择通用机床、专业机床和数控机床，柔性制造系统，就工业复杂程度和一批工件所需要生产总成本比较中看出，数控机床最能适应这一需要。
我国是拥有300万机床国家。而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度不高，要想在近几年内大量用自动、半自动和精密机床更新现有设备，不论资金还是我国机床的能力是办不到的。因此应尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备改造自动化要求解决的课题。用这控制技术正是适应这一要求。它是建立在微电子现代技术和传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入了微机的应用，不但技术具有先进性，同时在应用此自动化改造方案，有较大的应用性和可调性，而且投资改造的费用低，一套经济型数控装置的价格仅是
全功能型数控装置的1/3到1/5拥护承担的起。从若干单位应用的实例可论证，投入使用后，成倍的提高了生产效率，取得了显著的经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再推出全功能型数控这条道路，适合我国经济、教育、生产水平，对于以后全动能型数控机床应用的准备阶段，为实现我国传统的机械制造的方向过度的重要内容。
CA6140机床是一种普通精度的及万能卧式机床，属于使用范围广的通用机床。这种机床的性能及质量较好。但结构复杂，自动化程序较低，是一种属于中型的普通机床，在各厂矿企业的应用很广。
为此，本次设计的任务是对CA6140卧式机床进行数控改造，利用微机对纵横向进给系统实行开环控制。驱动元件是利用步进电动机，传动系统利用滚珠丝杠。
2． 总体方案确定
2.1车床改造方案的选择
2.1.1设计系统的选择
在简易数控系统中，大多数是利用八位微处里机和单片机，近年来国有一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机，主要有MCS—48系列，CS-51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在国内用的较广，开发工具较齐的是MCS-51系列，这里选用MCS-51系列中的8031。
2.1.2系统运用方式的确定
数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线控制系统，轮廓控制系统，连续控制系统。车床是控制刀具以给定速率沿指定路线运动来加工工件轮廓复杂的零件，其个坐标轴的运动之间有着精确的出数关系，根据车床加工这一特点，采用连续控制系统比较合适，连续控制系统具有点位控制系统的功能，故定位方式采用增量坐标控制。2.1.3伺服系统的选择
伺服系统是实现位量伺服控制有开环、闭环和半闭环三种控制方式。开环控制的伺服系统存在着精度不能达到太高的基本问题，但是步进电机具有位移和输出脉冲的严格对应关系，使误差不能积累，转速和输出脉冲频率有严格的对映关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大
小、环境条件的波动变化的特点，数据装置发出信号的流向是单向的，对移动部件如工作台的实际位置工件检测。并且伴随电子技术和计算机控制技术的发展，目前大多采用直流电动机或交流电动机作为执行元件。虽然闭环、半闭环对控制系统能够实现较高精确的位置伺副。由于反馈环节必须的技术条件要控制闭环系统的良好的稳态和动态性能，其难度也大为提高。
本设计是基于CA6140普通型的车床的经济化、数控化改造故采用步进电动机实现开环伺服系统。2.1.4执行机构传动式的确定
（1）导轨 由于普通型车床的改造精度要求的不高的开环系统，而滑动导轨定位精度和灵敏不需研磨措施可达到10um左右。能够满足改装后的要求，所以仍采用原机床的导轨。
（2）螺旋传动
原机床的丝杠属于滑动螺旋传动，主要缺点就是机械效率低，一般仅为30~60%，与改造后的精度相差很多。数控机床除了具有较高的定位精度外，还应良好的动态间应特征，滚珠丝杠副的特点，传动效率高，一般达到90%以上，通过预紧力可消除丝杠间隙，运动平稳，传动精
度高，有可靠性，磨损小，使用寿命长，但制造复杂，成本高。要使系统指令好，有能满足精度要求，本次改造采用滚动螺旋机构。
（3）齿轮传动
考虑步进电动机步距角和丝杠导程只能按标准选择，为达到0.001秒的分辨率的要求，纵、横向均采用错齿调隙的齿轮做减速运动。
2.2车床改造方案的确定
（1）保留原车床的主传动链。
为了保证机床加工螺纹的功能，在主轴外端安装一个YGM脉冲发生器，使其与主轴转速相一致是1:1的关系，用它来发出脉冲发生器，使微机处理机根据主轴的脉冲信号，使刀架通过丝杠的转角产生进给运动。（2）纵向进给机构的改造,拆除原机床的进给箱和溜板箱利用原机床的安装孔销钉孔安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置,两端仍利用原固定
方式,这样可减少改装工作量。
（3）横向进给机构的安装：保留原手动机构。用于微机进给和机床对零件操作，原有的支撑结构也保留，电动机、齿轮箱安装在机床后侧。
（4）纵、横向进给机构采用齿轮减速，并且用双齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间采用消除弹簧，布量成互为120的位置。当螺钉松开时，由于各个弹簧所受力不同而自动调节间隙，再用螺钉紧固。
纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩,以保持机床原外观，起到美化机床的效果,溜板箱上安装了纵向快速进给按钮,以适应机床调整时的操作需要和遇到意外时紧急处理。
3.机械计算部分
本次设计将一台CA6140普通机床改造成微机数控机床，采用MCS-51型系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能,具有降速控制功能,其他设计参数如下: 最大回直径:
400 mm 电机功率:
7.5KW 快速进给:
纵向2.4m/min
横向1.2m/min 切削速度:
纵向0.5m/min
横向0.25m/min 定位精度:
0.015mm 移动部件重量:
纵向:800N
横向600N 加速时间:
30ms 机床效率:
0.8 3.1选择脉冲当量
根据机床精度要求脉冲当量,纵向0.01mm/脉冲，横向为0.005mm/脉冲
3.2计算切削力
3.2.1纵切外圆
1主切削力（Fz）计算由《金属切削原理》可知切削率：P：电机功率7.5Kw
n:主传动系统总效率取：η=0.78 Pc-切削功率Pc=0.78×7.5=5.85Kw
Pc又∵Pc=FzV
∴Fz=v
式中: V 切削速度 V=100m/min
FzPc/V=60×Pc×1000/v=3510N 3.2.2 横切端面
主切削力Fz, 可取纵切的1/2
Fz=1/2Fz1/2×3510=1755N 又Fx:Fz :Fy=1:0.4:0.25 Fx=0.4Fz=0.4×1755=702N Fy=0.25Fz=0.25×1755=438.75N Fx=0.25Fz=0.25×1755=877.5N Fy=0.4Fz=0.4×3510=1404N 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型
3.3.1纵向进给丝杠 1．计算进给牵引力Fm
纵向进给的综合型导轨
采用三角型或综合导轨:
Fm=kFx+f(Fz+G)
式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N): G-移动部件的重量(N)f—导轨上的摩擦系数,随导轨形式而不同
K考虑颠复力距影响的实验系数.f=0.16 则Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75N
2．计算最大动负载C
3C=LfwFm
选用滚珠丝杠副的直径d.时必须保证在一定轴向负载 作用下.丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀 现象.这个轴向负载的最大值称为该滚珠丝杠能承受的最大动
负载C可用C=3Lfw.Fm
60nTL=106
1000VSn=L0
公式中滚珠丝杠导程L=6mm.可取最高进给速度的(1/2~1/3)此处 VS=0.5×0.5=0.25m/min T: 使用寿命按15000h计算 L: 寿命以106转为1单位 Fw: 运转系数，按一般运转取 fw:12~1.5 取fw=1.3 10000.25N=6=42r/min 60nT604215000L=106=106=38小时
C=3L.fw.Fm C=338×1.3×1698.75=7508.47 3．滚珠丝杠螺母的选型
查<<精密机床配件系列>>-山东济宁
选取滚珠丝杠公称直径为φ40选用的型号为 CDM4006-2.5 其额定动载荷15470N,所用强度足够用
４．效率计算 tanrη=tan（r）
公式中摩擦角r=2°446，φ=10 公式中:r丝杠螺旋升角
r—摩擦角滚珠副的滚动摩擦系数 , f=0.003~0.004 R摩擦角约为10分 公式中:r螺旋角 CDM4006 r =2446
r:摩擦角取10分
tan244n=tan(24410）=94.24% 5．刚度验算
先画出纵向进给滚珠丝杠支承方式如图
图3—1纵向进给计算简图
最大牵引力为1698.75N, 支承间距L=1700mm 丝杠螺母及轴承均采用预紧,预紧力为最大牵引力为1698.75N.Fm.L0ΔL=EF
公式中: Fm工作负载(N)L.:滚珠丝杠L=6mm E:材料弹性模数对钢E=20.6×106(N/mm2)F:滚珠丝杠面积mm2
F=1/4πD2=1/4π×402=1256m 1698.736△L=20.61061256.00.394×104mm2
再算滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量δmm δ=0.394×10-4×L/6=0.011
对滚珠丝杠经过预拉拉伸,拉压刚度可提高4倍 其实际变量=1/4×0.011=2.75×10mm
33=0.00756mm<定位精度0.015mm
3.3.2横向进给丝杠
1．计算进给牵引力Fm 横向导轨为燕尾形导轨 其计算公式如下: Fm=KFx+f(Fz+2Fy+G)式中K:考虑颠复力矩的影响实验系数K=1.4 f:导轨上摩擦系数为f=0.2,G移动部件重量G=600N Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N 2．计算最大动负载(N)1000VS10000.250.54n=L0.==31.25 6031.2515000106L==28.125 3C=28.125×1.2×1629.3=5865.48N 3．选择滚珠丝杠螺母副
查<<精密机床配件系列>>丛书
山东济宁
选用滚珠丝杠为CDM2504-2.5 其额定的动载荷为6638 d=25mm d1=24.5mm 循环列数为1×2.5×2
Coa=16826 螺旋导程角
4r=arctanpD=arctan3.142
5r=2°55 选择精度等级为3级
4．传动效率的计算
tanr
η=tan(r）=tg2°55/tg(2°55+10)=0.945 5．刚度计算
横向进给丝杠方式,如图所示最大牵引力为2612.1N 支承间距 L=450mm 因丝杠长度较短不需要预紧
L=450
图3—2横向进给系统计算简图
1滚珠丝杠的拉伸或压缩变形量
FmL1629.34△L=EF=20.6106/4252=0.6448×104
滚珠丝杠经过预拉伸
=1/4×0.007254=0.0018 3=0.0054小于定位精度
定位精度为0.015
3.4齿轮传动比的计算
3.4.1纵向齿轮传动比计算
已确定纵向脉冲当量δ=0.01 ,滚珠丝杠导程L=6mm和步距角0.75, 可计算出i
360P3600.01i=b.L0=0.756=0.8 可选定齿轮的齿数为i=z1/z2=32/40 或20/25 d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70 3.4.2横向齿轮传动比计算
已确定横向脉冲当量δ=0.005mm/step,滚珠丝杠导程L=4mm 和步距角0.75 ,可计算出传动比i 360p3600.005i=b.L0=0.754=0.6 z1=21 ,z2=35
4.微机控制部分
在普通车床CA6140基础上加数控部分,以使其成为经济型数控机床,以完成较高的精度加工.4.1 总体设计
我国目前广泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通过扩展和I/O口扩展功能,实现对机床X,Z两个方向的控制.以及软硬的任务分配有:控制步进电
机脉冲发生和脉冲分配,数码显示的字符发生,键盘扫描管理既用硬件管理,又可用软件实现,此次采用若干方案:控制步进电机用的脉冲发生器用硬件.采用国产YB015环行分配器实现,字符发生及键盘扫描均有软件实现.4.2主控制器
4.2.1主控器的选择
近年来同外的一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种8位的单片微型端口及部分RAM于一体的功能很强的控制器。目前国内用得较广，开发工具较齐的是MCS—51系列包含三个产品：8031、8051和8751。三者的引脚完全兼容，仅在结构上有一些差异，主要是8031：8031是无ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得较多的就是我所选用的8031。(1)8031型芯片: 1)单片机是集CPU,I/O端口及部分RAM一体的功能很强的控制器,8031基本特点如下: 1处理器CPU8位 2芯片内有时钟电位 3具有12 各字节RAM 4具有21特殊功能的存储器 5具有4 各I / O端口,32根I/O线
6可寻址64K外部数据存储器
7可寻址64K外部程序存储器 8具有两个16位定时/记时数量 9具有5 个中断位,配备两个优先级 10具有一个全功能窜行接口 11具有寻址能力,适宜逻辑计算
从以上论证可以看出,8031型芯片,功能几乎为一块Z80CPU,一块RAM,一块Z80CTC两块Z80PLO和一块Z80SLO处理的微机计算机.(2)8031芯片管脚的功能及其他功能
按引脚功能可分三类，即：其一：I/O口线：P、P1、P2、P3共4个8为口。其二：控制线：PSEN（片外取指令控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外取存储器选择）、RESET（复位控制）。其三：电源及时钟：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。4.2.2 8031对片外存储器的选择
1、EPRAM选择：
根据MCS—51单片机应用系统中常用的EPRAM芯片，确定存储器容量为16K。选择EPRAM的型号时，主要考虑的因素是读取速度，这决定着系统是否正确工作。根据CPU与EPRAM时序匹配要求，可选用2片2764程序存储器。
2、RAM选择：单片机的扩展RAM多选用静态RAM，根据容量要求和RAM与CPU的读写时序匹配的要求，这里选用大容量的RAM6264两片。
4.2.3 8031并行I/O口扩展
8031有四个8位口(I/O端口),但真正能够提供用户使用的只有P1口,因为P2 P0口通常用来传送外存储器的地址和数据,P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要扩充.以便他能和更多外联机工作.扩充方法有两种:
①借用外面RAM地址来扩充I/O端口;
②利用并行I/O接口芯片来扩充I/O端口.5.SolidWorks造型
5.1 SolidWorks 软件介绍
SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个三维机械设计CAD软件。SolidWorks全
面采用非全约束的特征建模技术,由于其设计过程的全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变.它既提供自底向上的装配方法,同时还提供自顶向下的装配方法,自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件,更加符合工程习惯.它具有独创性的“封套”功能,来分块处理复杂装配体.其具有的“产品配置”功能,可为用户设计不同“构型”的产品.它集成了设计、分析、加工和数据管理整个过程,所获得的分析和加工模拟结果成了产品模型的属性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。他还可以动态模拟装配过程,进行静态干涉检查，计算质量特征，如质心、惯性矩等。它将2D绘图和3D造型技术容为一体,能自动的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程。SolidWorks同时有中英文两种界面选择，其先进的特征树结构使更加简便直接，而且它具有较好的开发性接口和功能扩展性，能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换、传送。
Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将 AutoCAD 的图形转换成Solidworks三维实体模型。另一方面，Solidworks 软件对于熟悉Windows的用户特别易懂易用，它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solidworks软件中，从而为用户提供一体化的解决方案。
进入SolidWorks的操作界面如图：
图5—1
5.2 绘制草图
图5—2 利用独特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和孔轻松创建设计。
■ 通过独特的对多个实体的特征及控制，加快零部件建模速度。
■ 通过动态编辑特征和草图，只需执行简单的拖放操作即可进行实时更改。
5.2.1 进入SolidWorks系统后,单击（标准工具栏）的新建，系统将弹出（新建SolidWorks文件）窗口。选择（零件）项，单击（确定）进入。然后在特征管理器中选择（前视基准面）为基准面，绘制草图。具体如图5—2所示。然后在利用拉伸功能就完成了主轴箱的设计，如图：
图5—3
从而生成主轴箱，实图下：
图5—4主轴箱
这就是主轴箱的设计过程，在CA6140设计过程中需要大量的零件如：刀架、导轨、顶尖等。
图5—5 顶尖
图5—6导轨床身
以上是顶尖、导轨床身的设计结果。
5.3 装配体设计
创建新的零部件时，可直接参照其他零部件并保持关系。设计具有成千上万个零件的大型装配体时可获得无可比拟的性能。可将零部件和特征拖放到适当的位置。
SolidWorks 提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建和记录特定的装配体设计过程。实际设计中，根据设计意图有许多特征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的，设计零件时无需考虑的。在产品的装配图作好之后，零件之间进行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。
SolidWorks 支持大装配的装配模式，拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、编辑零件装配体透明的功能。
SolidWorks提供两种装配体设计方法：
⑴由下而上的设计:首先绘制零件,然后将它们插入装配体中,并把这些零件按设计目的结合,完成装配。这是较常用的设计方法。当使用已建的零件来装配时,这种有下而上的方法较好。
⑵由上而下的设计:与由下而上的方法比,有上而下的设计不同之处在于:先从装配体开始,边装配边绘制零件。由一个零件的几何参数来定义其他的零件,或者产生在装配零件之后加工的加工特征。也可以从草图开始,定义固定零件位置、基准面等,然后参考这些定义来设计零件。
由两者比较来看,由下而上的设计中,由于零件皆为独立的设计,所以其间的关系和重新产生零件的操作较由上而下的设计更为简单,为此本次设计采用第一种方法。
在进入SolidWorks时,单击（标准工具）中的新建选择(装配体)进入装配体的工作窗口,然后通过配合使各个零件装在一起形成装配体, 所形成的装配体如图：
图5—9 卧式数控车床
结
论
通过此次毕业设计,使我对数控机床有了更加深刻的了解。了解了对普通车床进行简单数控改造的过程。知道如何将普通机床改造成简单经济型数控机床：分别将普通车床的丝杠、光杠改造成为滚珠丝杠；分别对机床的横向，纵向进行数控改造，采用步进电动机作为主传动力，采用微机控制。由于目前的水平将理论知识转为现实的生产力，还有一段距离，这就要求我们在今后工作和学习中不断钻研本专业知识，用知识去创造财富。牢记科学技术是第一生产力。
致
谢
本次研究论文在学校教研室、班主任、冯老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。由于能力有限，在整个设计过程中赵老师付出了很多心血，认真地查阅了设计过程中涉及的资料，逐一修改.又细心地帮助我改正，对此表示深挚的感谢。
在设计结尾阶段，我的同学和朋友们对我的设计和论文的书写给予很大的帮助。在此表示感谢。
再一次地感谢各位老师的辛勤指导。
参考文献
[1屈海军.C616型普通机床数控化改造.西安工业大学.2012.1.[2]张洪强.CA6136普通车床数控化改造.燕山大学.2012.5 [3]王国明.CA6140型车床的数控化改造.山东轻工业学院.2012.5 [4] 叶春宇.某型试验台液压加载系统研究.华中科技大学.2012.10 [5]佈和.高压气瓶专用螺纹数控机床电气设计.北京工业大学.2013.3 [6]曹静宇.面向专用机床钻铣数控系统设计.沈阳航空航天大学.2013.12 [7]马军.数控机床VMC850E的数控系统改造.电子科技大学.2014.6 [8]陈昌华.二维自动检测平台控制系统的设计与实现.南昌航空大学.2014.8 [9]董炫良.基于华中数控系统的普通铣床改造.通讯世界.2015.6 [10]韩红彪.卷筒折线绳槽的数控加工方法.矿山机械.2015.10
装配图与零件图
第三篇：刨削牛头刨床的机构改造设计毕业设计说明书
双向刨削牛头刨床的机构改造设计
摘 要
针对传统牛头刨床的空行程和工作效率低这两个缺陷，采用机械传动方式，对牛头刨床进行机构改造设计。使改进后的牛头刨床既能恒力切削，又能是滑枕做匀速直线运动，既能消除空行程，又能变单向切削为双向切削。不仅提高了工作效率，也降低了能耗，而且机构简单，容易进行改造。
关键词：牛头刨床 单行程 空行程
双向刨削。
Abstract：
A simplified calculation scheme for the equivalent stress of vortex dedendum under the effect of uniform internal ores sure was brought forward． Simulation has been carried out on the being established 72 finite element models of vortex body with the exertion of fixed end．．surface constraint and different interior pres．． sures．The simplified formula was obtained through planning from the analysis of simulated result．The research indicated that the distribution rules of equivalent stress of vortex dedendum with different parameters were basically identical and presented an exponential distribution along with the involute angles and revealed a linear relationship with the vortex addendum an d interior pressures．There is evident diference in stress distribution between the portion of end segment of vortex tooth．which corresponds to approximately 1r／2 of the portion of involute angle，and the rest portion．The portion that coresponds with the theoretical initial involute angle o／of the vortex tooth at the end segment had rapid changes in Stress．Under the circumstances of no consideration on the stress concentration at root of vortex tooth，the equivalent stress at the root of vortex toth can be carried out by simplified calculation of segm entation．Large numbers of living examples testified that except the o／portion of end segm ent，there was less eror between the result of simplified calculation and that of the finite element simulation，and the maximum eror was not more then 5％ ．Key words：vortex machinery；vortex dedendum；equivalent stress；simplified calculation
目录
1、毕业设计（论文）选题审批表
2、毕业设计（论文）任务书
3、毕业设计（论文）评审表 4．毕业设计（论文）答辩记录
文摘„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1 英文文摘„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1 第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 第二章 设计方案的拟定
2．1 刨床整体和各部件的拟订和分析„„„„„„„„ 3
2．1．1工作原理与机构组成„„„„„„„„„„„„„ 4 2．1．2 牛头刨床及其组成部分的名称和作用„„„ 13 2．1．3牛头刨床的典型机构及其调整„„„„„„„„ 14 2． 2 牛头刨床尺寸参数的确定„„„„„„„„„„„ 15 2．3 运动设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 2.4 B6050牛头刨床的传动系统„„„„„„„„„„31 第三章
系统和刀架的分析设计
„„„„„„„„„„„„„ 42 第四章 经济性分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 44 第五章 结论和展望 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„46 参考文献 致谢
第一章
引言
“九五”期间在机械工业产值在全国工业中的比重超过25％，生产保持稳定增长，为国民经济提供了大量可靠装备；先进制造技术得到大量采用，同时在高新技术产业化方面取得重大进展；研制、制造重大、精密、成套装备的能力显著提高；全方位、多层次的对外开放格局基本形成，机械产品出口的迅速增长，有力地支持了机械工业乃至全国经济的发展；体制改革取得突破性进展，市场机制已在机械工业发展中起主导作用，以建立现代企业制度为目标的国有企业改革稳步推进，民营企业、乡镇企业成为机械工业发展的新兴力量。
“十五”期间是机械工业历史上发展最快、变化最迅速的时期。整个行业发展成绩喜人，亮点频现：产出规模增长迅猛、发展环境显著改善、产业结构变化喜人、服务质量明显提高。
多年来中国机械工业的高位运行，盈利能力的持续提升，为国民经济可持续发展和综合国力的提高作出了无可替代的贡献。因此，大力发展机械工业，用先进的机械设备去装备国民经济各部门，对促进中国国民经济和社会发展具有重大意义。
2008年机械设备制造行业增长形势较好，投资继续保持较为快速的增长以及国民经济的结构调整、技术改造都对机械制造行业产生了大量的市场需求，为机械设备制造业的稳定增长提供了良好的产业环境。
虽然大力发展装备制造业已经成为全社会的共识,但是国内大多数重要机械制造装备的高端先进化却不是中国制造,尤其是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的高档机床。它的大脑的心脏大部分却要从国外引进。所以以高效率高精度为代表的中国制造机床不能没有创意,开发具有自主知识产权的“中国芯”迫在眉睫。而现有机床很多都是低效率,精度不高的普通车床,因此改造普通车床提高其生产效率以及精度也是一条可行的路。
传统的牛头刨床不论是机械传动式，还是液压传动式都只能做单向刨削，也就是滑枕在一个往复运动当中只有一个方向是刨削行程，而回程是空行程，不做刨削。虽然靠传动的急回特性可以缩短空行程的时间，但是也只是个改善，没有从根本上解决加工效率低空耗大的问题。正因为有空行程和刨削力不均匀这两个致命的缺陷，导致牛头刨床在实际生产中的应用受到很大限制。如果牛头刨床能消除空行程，变单向刨削为双向刨削，同时提供稳定均衡的刨削力，会带来良好的经济效益和社会效益。根据传统牛头刨床工作特征，实现双向刨削的技术难点：要解决滑枕往复运动提供一个始终相同的作用力和等速运动；要提供能双向刨削的刨刀。
第二章
设计方案的拟定
2．1 刨床整体和各部件的拟定和分析
刨床
机械制造行业中，刨床占有一定的位置。它适合加工一些狭窄、细长的零件。如机床的床身、箱体及其它零件上的平面、沟槽、成形面等。
（一）刨床的分类及型号
按刨床的结构特征可分为二类：牛头刨床、龙门刨床和插床。其应用范围各有不同。如B6050型，其中B表示属刨床类，6表示属牛头刨床组，0表示属牛头刨床型，50表示了该刨床最大行程的1/10(即500mm)。刨削加工能达到的精度等级为IT9～IT7，表面粗糙度Ra=6.3～1.6μm。
2．1．
1二、工作原理与结构组成
1.牛头刨床简介
牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量图1牛头刨床外形图
生产。
为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。2.牛头刨床传动系统及结构组成
图2表明了牛头刨床的传动系统怎样把电动机的回转运动转变成刨刀的切削运动和工作台的进给运动。打开牛头刨床的外壳，对它的内部结构加以分析研究。装在电动机1的伸出轴端上的小皮带轮2，通过一组三角皮带3，驱动固定在轴I上的大皮带轮4，再由轴I借助于摩擦离合器8，转动空套在轴I上的三联齿轮5、6、7，驱动花键轴II右端的三联滑移齿轮9、10、11(三联滑移齿轮是用来变换相啮合的齿轮对，以改变转速，从而调整刨削速度的。图示为齿轮6与10相啮合)，并由轴II转动左端的三联滑移齿轮12、13，14，驱动固定在轴III上的三联齿轮15、16、17(图示为齿轮13与16相啮合)，再由固联于轴III右端的齿轮18，驱动固定在轴IV上的大齿轮19。由图1-2b可见，在大齿轮19上，装有用销钉20联接的滑块21，此滑块可绕销钉20转动，并可在导杆22的导槽中滑动(销钉20到大齿轮中心的距离可由图1-2c所示的机构进行调整)，所以当大齿轮转动时，便可借助滑块21来拨动导杆22绕固定支点(销钉23)左右摆动(同时导杆下端的导槽与滑块24之间可作相对滑动，以改变导杆的有效长度)。大齿轮每转一周，导杆便往复摆动一次。又由于导杆的上端是用销钉25与调整块26相联的，而调整块又在拧紧手柄27时被紧固在滑枕28上。所以当导杆22摆动时，滑枕28便沿着导轨29作前后往复运动。于是由图2可知，安装在滑枕前端刀架30上的刨刀31便作切削运动
图2牛头刨床机构组成
图3 曲柄长度调节机构 图4 主执行机构
工作台32由如下方式获得到适时的、间歇的进给运动。
在大齿轮19的空心轴IV上，固定着凸轮33。当轴IV转动时，凸轮便推动滚子34而使L形推杆35绕其轴VIII往复摆动，于是推杆35的另一端的扇形齿轮36也往复摆动，以驱动空套在轴V上的扇形齿轮37摆动。又由于在扇形齿轮37下部的小轴上，装有一个棘爪38，所以当扇形齿轮37摆动时，棘爪38便间歇地拨动空套在轴V上的棘轮39转动一个角度，并遇过牙嵌离合器40，使轴V带着其左端的圆锥齿轮47间歇地转动一个角度，以驱动与其相啮合的圆锥齿轮42，从而通过伸缩轴VI使其另一端的圆锥齿轮43间歇地转动，再通过轴VII上的圆锥齿轮44和牙嵌离合器45，使螺杆46间歇地转动，以推动固联在工作台32上的螺母47间歇地移动。这样，工作台32便沿着滑轨48间歇地进行进给运动。切削运动和进给运动恰当地配合起来，便可实现其刨削平面的功能。
由上述分析知，电动机是它接受外界输入能量的原动部分，刨刀和工作台(包括夹持装置)是它的执行部分，从原动部分到执行部分之间所经过的一系列装置则是它的传动部分。所以就其主体来说，这部机器是由原动部分、传动部分和执行部分三个组成部分所构成的。我们还可以对多种机器进行类似的分析，由此知，任何一部完整的机器，其主体都是由主动部分、传动部分和执行部分所组成的。
图2所示的牛头刨床由以下机构组成
皮带传动(机构)：小皮带轮
2、皮带3和和大皮带轮4(包括轴，轴承、机架等，下同)。
齿轮机构：齿轮6和10(或13和16,18和19，36和37等)。螺旋机构：螺杆46和螺母47。
摆动导杆机构：大齿轮19(包括销钉20)，滑块
21、导杆22，滑块24等。凸轮机构：凸轮33和推杆35(包括滚子34)。棘轮机构：扇形齿轮37，棘爪38和棘轮39。…
组成上述各机构用的皮带轮、皮带，齿轮、螺杆、螺母、滑块，导杆、凸轮，椎杆、棘爪、棘轮等，以及联接用的螺栓、销钉等，支承用的轴、机架等都叫做零件。离合器、轴承等叫做部件或组件。3.牛头刨床传动系统机构简图
图5 牛头刨床传动系统机构简图
设计要求与技术条件
1.要考虑如何控制刨床走第二刀的精度（也就是要利用的刨床回来的那一次）。2.走第一刀的时候怎么不碰走第二刀的刀具 3.第一次走刀后平面校合
4.走刀速度总之一定好考虑第一刀的退和第二刀怎么进的交替过程 牛头刨床操作规程
一、认真执行《金属切削机床通用操作规程》有关规定。认真执行下列有关规定。
二、认真执行下述有关龙门刨床通用规定：
1、工件的安装应使工作台受力均匀，避免受力不均导致工作台变形。
2、工件装卡完毕后，须先低速移动工作台，检查无碰撞和行程、换向等均无问题后，方可工作。
3、工作台运行及横梁升降不准同时进行。横梁每次下降后，应再上升少许，以消除丝杆螺母间隙。
4、工作台行程，一般不得少于全行程的三分之一，使用最长行程时，速度应低些，以使反向越位行程不大于100毫米为宜。
5、工作台运行时绝对禁止站在工作台面上操作或做其他调正工作。主执行机构设计参考方案
图6 参考方案
各执行机构的协调设计（运动循环图）
执行构件刨刀和工作台间运动配合关系的圆环式运动循环图
图7 运动循环图
主执行机构设计方案完成后，极位夹角θ已知。确定上图中Φ角，为凸轮机构提供设计依据。
切削阻力线图及质心位置示意
图8 切削阻力线图及质心位置示意
曲柄长度调节机构部装图
图9 曲柄长度调节机构部装图
6档变速及转速图示意
图10 6档变速及转速图示意装图
确定传动系统各轮齿数和模数，画出机构运动简图和转速图。
1．摇臂机构
摇臂机构安装在刨床内部，其作用是把电机传来的旋转运动变成滑枕的往复直线运动。摇臂机构是由摇臂齿轮和摇臂等组成，如图8-39。摇臂的下端与支架相连；上端与滑枕的螺母相连。摇臂的滑槽与摇臂齿轮上的偏心滑块相连。当摇臂齿轮由小齿轮带动旋转时，偏心滑块带动摇臂绕支架中心左右摆动，使滑枕作往复直线运动。
刨削前，要调整滑枕的行程大小，使之略大于工件刨削表面长度。调整滑枕行程长度的方法是改变摇臂齿轮上滑块的偏心位置，转动方头便可使滑块在摇臂齿轮的导向槽内移动，从而改变其偏心距。偏心距越大，滑枕的行程越长。刨削前，还要根据工件的左右位置来调节滑枕的行程位置。方法是先使摇臂停留在极右位置，松开锁紧手柄，用扳手转动滑枕内的圆锥齿轮使丝杆旋转，从而使滑枕又移动到合适位置，然后拧紧手柄。2．棘轮机构
棘轮机构的作用是将摇臂齿轮轴的旋转运动间歇地传递给横梁内的水平进给丝杆，使工作台在水平方向做自动进给。图8-40 为棘轮机构工作原理示意图。
棘爪架空套在丝杆轴上，棘轮由键和丝杆相联。摇臂轴旋转时，通过齿轮转动，带动偏心销，使连杆拉动棘爪架往复摆动。摇臂齿轮轴每转动一周，刨刀往返一次，棘爪架即往复摆动一次。
棘爪架上装有棘爪，借弹簧压力使棘爪与棘轮保持接触。摇杆向前摆动时，棘爪的垂直面推动棘轮；摇杆向后摆动时，棘爪的斜面从棘轮上滑过，而棘轮不动。因此棘爪架每往复摆动一次，即推动棘轮向前转动若干齿，从而使工作台沿水平方向移动一定距离，实现自动进给。改变棘爪的前后方向，即可改变工作台的进给方向。若将棘爪提起，则棘爪与棘轮分离，自动进给停止，此时，可用手动进给。工作台进给量的大小，可通过调整棘轮罩的位置，即使棘轮罩遮住棘爪摆动范围内的部分棘齿，改变棘爪每次拨动的有效齿数进行改变。调节进给量的另一种方法是改变偏心销的偏心距离，偏心距小，则每次棘爪每次拨动的齿数少，进给量就小；反之进给量就大。刨削加工的主运动为刨刀的直线运动，刨削为单向加工，向前为加工行程，返回为空程。刨刀每次返回后，工作做横向的间歇移动是进给运动。
2．1．2 牛头刨床及其组成部分的名称和作用
如图8-38 是B6050型牛头刨床的外行图
牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁、底座等组成。主要组成部分的名称和作用如下： 1． 2． 3． 床身它用来支承刨床各部件。其顶面燕尾形导轨供滑枕作往复运动用，垂直面导轨供工作台升降用，床身内部安装有传动结构。
滑枕主要用来带动刨刀作直线往复运动。前端安装刀架。
刀架用于夹持刨刀。摇动上端刀架手柄，可使刨刀上下移动；松开转盘上的螺母，将转盘扳转一定角度，可实现斜向进给。滑板上还安装有可偏转的刀座。抬刀板可以绕刀座横轴向上抬起，刨刀在返回行程时，抬刀板抬起，减少刨刀与工件的摩擦。4． 工作台用来安装工件。它可以随横梁作上下调整运动，也可沿横梁作水平方向的移动和进给运动。
2．1．3 牛头刨床的典型机构及其调整
图1 B6050牛头刨床的传动系统 1、2—滑动齿轮组 3、4—齿轮 5—偏心滑块 6—摆杆 7—下支点 8—滑枕9—丝杠
10—丝杠螺母
11-手柄
12-轴14-锥齿轮
B6050牛头刨床的传动系统如图1所示，其典型机构及其调整概述如下。
（1）变速机构 如图1的变速机构由1、2两组滑动齿轮组成，轴Ⅲ有3×2=6种转速，使滑枕变速。
（2）摆杆机构 摆杆机构中齿轮3带动齿轮4转动，滑块5在摆杆6的槽内滑动并带动摆杆6绕下支点7转动，于是带动滑枕8作往复直线运动。
（3）行程位置调整机构 松开手柄11，转动轴12，通过13、14锥齿轮转动丝杠9，由于固定在摆杆6上的丝杠螺母10 不动，丝杠9带动滑枕8改变起始位置。（4）滑枕行程长度调整机构 滑枕行程长度调整机构见图2。调整时，转动轴1，通过锥齿轮5、6，带动小丝杠2转动使偏心滑块7移动，曲柄销3带动偏心滑块7改变偏心位置，从而改变滑枕的行程长度。
图2 滑枕行程长度的调整
1— 轴（带方榫）2—小丝杠 3—曲柄销 4—曲柄齿轮 5、6—锥齿轮
7-偏心滑块
图3 滑枕往复运动速度的变化
（5）滑枕往复直线运动速度的变化 滑枕往复运动速度在各点上都不一样，见图3。其工作行程转角为α，空行程为β，α＞β，因此回程时间较工作行程短，即慢进快回。（6）横向进给机构及进给量的调整 横向进给机构及进给量的调整如图4所示。齿轮2与图1中的齿轮4是一体的，齿轮2带动齿轮1转动，连杆3摆动棘爪4，拨动棘轮5使丝杆6转一个角度，实现横向进给。反向时，由于棘爪后面是斜的，爪内弹簧被压缩，棘爪从棘轮顶滑过，因此工作台的自动进给是间歇的。
图4 B6050牛头刨床运动及调整 1、2—齿轮 3—连杆 4—棘爪 5—棘轮 6—丝杆 7—棘轮护盖
工作台横向进给量的大小取决于滑枕每往复一次时棘爪所能拨动的棘轮齿数。因此调整横向进给量，实际是调整棘轮护盖7的位置。横向进给调整量的范围为0.33mm~3.3mm.2．2 牛头刨床尺寸参数的确定
2．3 运动设计
B6050型牛头刨床的设计参数 主运动参数主运动是指：将切屑切下来所需要的最基本的运动。主运动由电动机经减速装置将运动传给主轴，通过变换车头箱外的手柄位置，可使箱内不同的齿轮啮合，从而主轴得到各种转速，主轴通过卡盘使工件作旋转。所以，对于主运动是回转运动的机床，主轴转速即为主运动参数 显然，普通车床车削时，工件的旋转运动即是主运动。主轴转速 与切削速度，有如下关系：=口／(d)(1)式中：n一转速(r／nitn)一切削速度(m／n~n)；d一工件(或刀具)直径(m)。对于主运动是直线运动的机床，如插床或牛头刨床，主运动参数则是插刀或刨刀的每分钟往复次数(次／分)。我们知道：用户的要求是机束岗十的依据。根据各
自用户的不同要求，设计和制造出各种各样的机床新品种，这些不同品种的机床，其主运动参数都有不同的要求。实践中知 工作物材料的性质有软有硬；工作物的尺寸有大有小。因而，车制时车头的转动应有快有慢，即尺寸大的或材料硬度高的工作物应选慢速；而尺寸小的或材料硬度低的工作物要选择快速车削。
这样，为适应多种零件加工而设计制造的通用机床，通常主轴就需要进行变速，因而就需要确定它的变速范围，即确定最低转速与最高转速。如果采用分级变
速，则还应确定转速级数。(1)最低和最高转速nmm和n一的确定确定 和n一的方法，主要是根据试验研究，向实际调查和比较同类型机床，考虑技术发展情况再经过分析加以确定。前面提到：实际操作中，对尺寸大的或材料硬度高的工件，应取慢速切削；而工件尺寸小的或材料硬度低的则应选择高速进行切削。又依据公式(1)，可知：n = mm／(一)n = 一／(nd。)变速范围：咒=n一／n(2)(3)(沏削速度 值的确定 切削速度是指：车刀在一分钟内车削工件表面的直线长度(m／~lin)。显然，切削速度与刀具材料·工件材料·进给量和切深等因素都有关，其中以刀具材料和工件材料对切削速度的影响最大 因此，切 Ⅱ速度 值的确定，就应考虑多种工艺的需要。通常，我们是通过切削试验，并查阅切削用量手册，以及进行生产调查来得到切削速度 的数值。②关于d一和d～ 的取值。对于普通车床，如用D一表示床身上最大回转直径(即主参数)，通常可取d一 0．5～0．6D一，dlnin一0．2—0．25d一；对于摇臂钻床，如用D～表示最大钻孔直径(即主参数)，通常可取d～ D～，d ≈0．2～0．25d一。③应特别注意到：计算 mm和 一时，不是把一切可能出现的 ～、d 代入n～公式中，而是要在实际使用情况下，在采用的 一时，所常用的d值中较小的数值。同样，在nmm的计算中，也是在实际使用情况下，所采用的 时，常用的d值中较大的那个数值。(2)主轴转速数列
若采用分级变速，则还须确定转速级数。如：有一台机床，其分级变速机构共有Z级，其中nI=。，=n⋯ Z级转速分别为：II 2，3，⋯ ⋯ ' +l⋯ ⋯今欲在此机床上加工某一工件，已知加工该工件所需的最有利的切削速度为，与 相应的转速为n。如果机床上分级变速中的某一级转速恰好等于，这是理想的情况。但是，在实际操作中，更多的情况是不能恰好得到这个转速，而是处于某两级转速 与 +I之间，即： 进给运动参数是对进给量的描述。大部分机床的进给量是用工件每转一周，车刀向工件所移动的距离(rreCr)来表示。这类机床有：车床、钻床、镗床、滚 齿机等。对于进给量的变化只影响生产率的机床，为使相对损失为一定值，进给量的数列也应取等比数列。例如：1粥型镗床的进给数列是：0、05、0、07、0．10、0、13、0． 19、0． 27、0．37、0、52、0．74、1．03、1． 43、2．05、2． 9、5．7、8、11． 1、16共l8级，公比‘。：1．4(1)刨床、插床等作直线往复运动的机床，则是以每一往复的位移来表示。为使进给机构简单而采用间歇进给的棘轮机构，进给量由每次往复转过的齿数（1、2、3⋯⋯)而定，这就不是等比数列而是等差数列了 (2)铣床和磨床，由于使用的是多刃刀具，进给量常以每分钟的位移量表示，单位为rreCrrhn 与前面所述进给量用工件或刀具每转的位移表示，单位为n．m／r，显然有别。 (3)供大量生产用的自动和半自动车床，常用交换齿轮来调整进给量，可以不按一定的规则，而用交换齿轮选择最有利的进给量。．【比外，还应指出：用普通车床车制螺丝时，进给箱定。而螺纹的标准不是一个等比数列，而是一个分段的等差数列。3 标准公比、公比的选用及标准数列(1)标准公比 为了简化机床的设计与使用，根据机床实际使用情况，规定了公比的几个标准值，这些数值是选取2或l0的某次方根。(见表1)裹1 标准公比 1．06 1 12 1．∞ 1．41 I 58 2柜 轭 在 托 2相对速度损失 5．6％ l1％ 21％ 凹％ 卯％ 50％我们知道：机床转速是从小到大递增的，因此 >1。为使最大相对转速损失率不超过50070，即竺 ×l(1YTc≤50％，则 ≤2 因此，1(≤2。 当公比 选为2的某次方根，就能够便于采用双速电动机驱动，以便简化机床的变速机构。这是因双速电动机的两个同步转速的比值通常为2。此外，选为2的 某次方根后，还能便于记忆和写出等比数列，在此就不举例了。至于公比 选用l0的某次方根，这是因计数通常采用10进位。公比采用l0的某次方根后，可使这个等比数列中每隔n级后的数字，恰好是前面数字的l0倍，使数列整齐好记。(2)公比的选用 当确定了最高与最低转速以后，就应选取公比，为了减少相对转速损失，公比 最好选小一点。但由于越小，级数就愈多，使机床结构复杂。因此，只有对生 产率要求高的通用机床，以减少转速损失为主，才使值取小，如取 ：1．26或 ：1．41。而对某些机床(如组台机床)，工作中，常是在更换附件等方面耗费了较多的时间，而转速损失的影响相对地小多了。因此，设计中就应以简化构造为主。这样，公比 就可取得大些，如取 ：1．58或 ：2。对于自动机床，减少相对转速损失率的要求较高，常取 ：1．12或 ： 1、26。由于自动机床都是用于成批或大量生产，为了满足相对转速损失小的要求和又能简化构造，常采用交换齿轮变速。常用机床 一．确定极限转速 确定（或按给定的）主轴极限转速n（max）和n（min）求R（R）.二．确定公比 选定主轴转速数列的公比，并由它确定出标准或派生的转速。 三．求出主轴转速级数 用设计简单变速系统时，变速级数应该选为四．确定结构网和结构式，因为两轴间变速组的传动副数多采的形式，m,n为正整数。 划出合适的结构网，或按传动顺序列写合适的结构式，验算结构网或结构式中的最大扩大组（按扩大顺序的最末 2．4 B6050牛头刨床的传动系统一． 图8-5所示为B6050牛头刨床的传动系统图。传动系统是通过一些传动机构和零件，如带，带轮，轴，齿轮，丝杆，螺母等等，把电动机，滑枕和工作台等运动部件联接起来的系统，用于传递动力并协调各运动部件的运动。 1.传动链 在牛头刨床上，由电动机到滑枕之间由一些传动零件和机构把他们互相联系起来；由凸轮到工作台之间又有一些传动零件和机构把它们互相联系起来，这两种传动联系均称为“链传动”。 凡传动链必有首末两端，即一端是主动链（如电动机或凸轮），另外一端是被动链（如滑枕或工作台）。机床在工作过程中，需要多少个运动，就有多少条传动链，而所有这些传动链就组成了整台机床的传动系统。 2． 机床的传动系统图 阅读分析机床传动系统图的方法： 1）2）3）首先应该找出首末两端件，再找出联接首末的传动机构 研究分析各传动轴间的传动关系和传动比；分析各传动轴和各传动齿轮之间的关系。 分析整个运动的传动关系，列出传动结构式和运动的平衡方式，从而计算出该机床的各级速度。 二． 主运动 B6050牛头刨床的主运动是指滑枕的往复直线移动。传动链的首末两端分别是电动机和滑枕（图8-5）。 N=4KW，n=1430r/minde 的驱动电动机经传动比为φ95/φ362的三角皮带传动，带动轴I旋转。在轴I上装有三种传动件和传动机构： 1）在I轴左端接有F摩擦锥式制动器，它的作用是摩擦锥在机床停车（电动机停）时，与固定部分（安装在床身内壁上）压合，用锥面的摩擦力使传动件，包括机床滑枕和工作台移动马上停止。这样可保证停机后，刀具和工作台有准确的位置，并减少了停机的辅助 时间。 2）在轴I中间有片式离合器M压紧摩擦片可将I轴旋转传给三轴联动齿轮（48 25 52）。M离合器的通和断有齿轮齿条机构之齿轮当中的手柄控制，M离合器和F离合器互相联动，即M离合器结合F离合器松开，只有M离合器松开F离合器才制动。 3）I轴左端的齿数30的齿轮传到横向和垂直进给传动当M片状摩擦离合台器结合时，三联滑动齿轮旋转，控制II轴的三联齿轮得到3种转速I-II轴传动比分别为25/53，48/30，52/26，用变速手柄控制。从II轴到III轴也是用变速手柄使左边的三联滑动齿轮啮合。由于华东齿轮不同位置，使II轴每种转速，至III轴又得到3种转速。三中传动比为23/57，30/30，31/49。通过以上分析可知，由变速手柄控制的II轴和III轴的二组三联传动齿轮，使III轴共获得3χ3=9种转速。 III轴上的Z=23齿轮和IV轴Z=115的套筒大齿轮啮合，是IV轴旋转。大齿轮左端装有曲柄摇杆机构，带动滑枕做往复运动；大齿轮旋转一周，滑枕往复运动一次 由电动机至滑枕为一条传动路线（传动链），它可以用传动平衡方程式来表示传动关系，传动比和转速的关系。 n=nχφ95/φ362χiχη（r/min） 电主式中，n—滑枕每分钟往返次数 n———电动机的转速，n=1430（r/min） 电电 i———主运动传动链变速传动机构传动比。它是每级传齿轮的主动和被动齿轮齿数主的比值（三联滑动齿轮的啮合位置不同，计算齿轮齿数也不同）。η———皮带传动的弹性滑动系数，可取0.95； i———主运动传动链变速传动机构传动比。它是每级传动齿轮的主动和被动齿轮齿主数的比值（三联滑动齿轮啮合位置不同，计算齿轮齿数也不同）。 有平衡方程式可算出各级滑枕往复行程次数。现在将最高最低往复行程次数计算如下： 25232395=1430××××n14.3（r/min） 1155357362min52402395=1430××××n150(r/min)3622640115maxB6050牛头刨床标牌上标准滑枕每分钟行程为15、24、37、51、64、80、100、126和158。 （3）进给传动链 本刨床的进给运动是工作台的间歇进给，它是在滑枕退至工件之外，再次切入工件之前进行的。由于有这种间歇进给时间的要求，故进给转动链必须由始端件滑枕或Z=115的大齿轮的套筒右端轴IV上装有凸轮的滚轮传动，得到滚轮轴的摆动运动，再经Z= 45、Z=18的扇形齿轮传动用棘爪带动棘轮作一个方向的间歇旋转运动，每次棘爪拨动棘轮齿数的多少用另一个凸轮手动控制（控制进给量大小），棘轮的间歇旋转应调整到与滑枕在往复运动配合。 Z=80的棘轮的间歇旋转运动，经齿状离合器k向左啮合。传至IV轴在经过进给安全 1机构B，传给圆锥齿轮Z=25和Z=16。IV轴为伸缩轴，Z=23圆锥齿轮的旋转有k控制 2进给换向后传至IV轴再经k齿状离合器啮合，使丝杆V带动工作台水平进给；如经k43离合器啮合使轴X旋转，再经圆锥齿轮传动（15/19），丝杆VI轴旋转，使工作台垂直进给。 由于棘爪拨动棘轮齿速范围1~16，故其进给量空16级，最小和最大进给量如下： 水平进给： 12523=凸轮一转××××5=0.125（mm）s横min801618162523=凸轮一转××××5=2(mm)s横max801618垂直进给： 125233515s垂min=凸轮一转××××××4=0.08（mm） 8016***33515s垂max=凸轮一转××××××4=1.26(mm)8016183519(4)快速移动链 工作台横向和垂直方向除可以做间歇工作进给外，还可以做快速连续移动。这种快速移动是在调整机床或装卸工件时移动工作台而使用的。 快速移动链的的始端件是和主动链空同使用的电动机，经皮带传动至轴I。轴I右端的Z=30齿轮带动Z=70，Z=60齿轮，使V轴旋转。再经右端31/69传动比传至空套齿轮Z=69，k离合器左向啮合时，工作台做间歇工作进给，k 离合器右向啮合时，Z=6911齿轮旋转运动传至工作台，则工作台做横向水平和垂直方向快速运动。快速传动链平衡方程和速度如下： s横快=1430×953070312523××××××4=842(mm/min)362706069161895362×s垂快=1430× 3070× 7060× 3169× 2516× 2318× 353515× 19×4=531.5(mm/min).（5）传动路线表达式 综合上述分析，B6050牛头刨床全部传动系统可由传动路线表达式表示： 三． 摇杆机构的设计 B6050型牛头刨床的曲柄摇杆机构 如下图，曲柄摇杆的作用是将Z=115大齿轮的旋转运动传至滑枕，使滑枕做直线往复运动。 1）工作原理 Z=115的大齿轮做等速旋转。大齿轮当中有一对啮合的圆锥齿轮，带动径向丝杆旋转。滑块即可随大齿轮旋转又可沿摇杆中间的糟内滑动。于是由大齿轮的旋转运动转变为摇杆左右摆动。摇杆摆动中心为o，上端叉行糟内配有滑块，滑块销与 1滑枕连接；当大齿轮旋转一周时摆动摇杆带动滑枕在床身上面的导轨上做一次往复运动。 大齿轮中心O有手柄轴，可手摇手柄使圆锥齿轮带动丝杆旋转，曲柄摇杆工作原理图 曲柄销沿大齿轮径向移动，可调节摇杆的摆角大小，由于摆角改变，使滑枕行程长度有所改变。曲柄销距中心O越远，行程越大；距中心O越近，摆角越小，行程越短。2）速度分析 大齿轮转过一周，所用时间为t，工作行程时所用时间t,大齿轮转 工作过角；滑枕返回行程时所用时间t，大齿轮转过 返回角。如果大齿轮转速为n，则滑枕没往复行程一次所需时间，等于大齿轮一周所需的时间： t=1=t+t 工作返回n式中，t———滑枕往复行程一次的时间（min） t————滑枕工作行程时间(min)工作 t————滑枕返回行程时间(min)返回 n—————大齿轮转违(r/min)，或滑枕没分钟往复次(1/转) 四． 多片摩擦式离合器和制动装置 机床上的离合器的用来定期的接通或断开传动链两轴之间的运动，以时间机床的开动、停止、换向和变速等动作。 离合器可分为齿式离合器、摩擦离合器和超越离合器等几种主要类型。B6050牛头刨床的采用摩擦离合器来实现启动和停止机床工作运动的。 如下图为B6050牛头刨床多片摩擦式离合器和制动装置的机构。图中三联齿轮通过一系列传动机构将运动传递至滑枕。三联齿轮是空套在轴I上，右端是多片式摩擦离合器，左端为制动装置。摩擦片有两种不同的形状外摩擦片3以外缘的突起部分卡在三联齿轮套筒的缺口糟内，内摩擦片4则以花键孔套在花键轴I上。而内外摩擦片是相间安装的，通常情况下是相互 脱开的，当扳动操纵机构的拔叉将滑环9向右移动时，使轴I上的摆块10绕轴心按顺时针摆动，其下端就拨动推杆8向左移动，通过推杆8左端的定位销使滑环7和螺母5同时向左移动，压紧内、摩擦片，靠摩擦片的作用，使空套的轴I上的三联齿轮随同轴I一起转动。当扳动操纵机构的拔叉将滑环9向左移动时，就使内、外摩擦片放松，即不能传递扭矩，也就是轴I与空套的三联齿轮两者的传动断开，滑枕也就停止运动。 在轴I上的空套三联齿轮左端是制动装置，其中带外锥体的制动圈2，用导键安装在三联齿轮左端的套筒上。在启动机床时，操纵机构的拔叉将制动圈2向右移动，使制动圈2与带有内锥面的制动碗1分开；停车时，操纵机构的拔叉将制动圈2向左移动，使制动圈2与固定不动的制动碗1合上，借助两者间的摩擦力作用，使三联齿轮制动，亦即使滑枕的运动迅速停止。由于制动装置与摩擦离合器是用同一手柄操纵的，而且两者是联动的，所以只有当制动装置松开后，摩擦离合器的内、外摩擦片才压紧；摩擦离合器的内、外摩擦片松开后，制动装置才合上。 多片式摩擦离合器所传递的扭矩，与其片数的多少（即摩擦面的大小）、内，外摩擦片间压力的大小和摩擦系数的大小等有关。通常，在使用中主要是调节多片摩擦离合器的内、外摩擦片被压的松紧程度。过松不能传递动力或打滑，并且会发热，这种现象很不好；过紧则易使机床超载损坏。调整摩擦理合器的松紧时，先将卡子6钦下，然后转动调节螺母5，使之旋进或退出一牙，或数牙直至调节到适当的松紧程度为止。五． 过载安全机构 如下图所示为B6050牛头刨床的过载安全机构。该结构主要是由平面摩擦片4和圆锥齿轮5所组成的，当操作不甚或切削超载时，摩擦盘会自行打滑并使进给停止。这样不至于损坏机件，保证机床的运行外，同时还保证有足够的运行扭矩使之正常进给。如在进给中出现连续行不规则的打滑现象，则会影响进给的均匀性而使工件表面粗糙度边粗。此时，可将盖1旋开，并旋松螺钉2，用方头扳手旋转螺母3，调整到使进给机构正常工作为止。但是不宜旋得过紧，以防不起过载的作用，调整后应仍将螺钉2和盖1旋紧。 第三章 系统和刀架的改造方案设计 l 牛头刨床滑枕恒推力和 等速运动的实现传统牛头刨床主传动机构的曲柄摇杆机构的运动特性是无法实现滑枕往复等速运动的，正因为滑枕在刨削行程中的速度不均匀性，无法提供对滑枕的恒定推力。从机械设计角度分析解决第一技术难点的方法可谓多种多样，但从经济性、技术性、可靠性角度综合分析，比较简单易行且经济实用的方法是 采用机械传动式，下面就这种方式的设计思路作介绍用机械传动方式实现牛头刨床滑枕恒推动力和等速直线运动的设计方案如图1所示。其设计思路采用机构运动简图方式来描述运动。其传动原理是：电动机通过带传动拖动由齿轮1，2，3，4组成的齿轮传动机构，再由齿轮4与齿条1啮合推动滑枕运动(齿条1与滑枕相固连)。因为电动机是在某一选定的转速下工作，而且整个传动系统传动比恒定，因此，这套机械传动系统必定能给滑枕提供恒定的刨削力和匀速直线运动为了在正反向刨削过程中电动机始终保持一个方向转动，且不停歇不换向，设计方案中特别加入一个电磁阀和一个介轮(介轮与齿轮4相啮合)。按图1所示，当齿轮2顺时针转动时，若齿轮3和齿轮4啮合，滑枕向右作正向运动；当滑枕运动到碰铁1触动行程开关1时，电磁铁动作，将齿轮3推向右侧脱离齿轮4并与介轮啮合，这就使齿轮4反转，最终使滑枕反向运动。 在滑枕回过程中，碰铁2触动行程开关2时，电磁铁又动作并将齿轮3拉回与齿轮4重新啮合，使滑枕再次换向右行，进而保证了双向刨削的实现。2 双向刨削刀架的设计 双向刨削刨刀刀架的设计采用双刀交替工作式。其设计思路见图1。其工作原理是：当滑枕向右工作时，在进入刨削之前的预工作阶段，齿轮5在齿条2上滚动，齿轮5受到的啮合阻力方向向左，这就使得摇杆向左摆转，同时牵动连杆2及与 之相连的连杆1向左移动，从而带动刀架1和刀架2绕主刀架上的铰链作顺时转动，这样就使刨刀1靠向工作面而同时使刨刀2抬起，此时便可使牛头刨床作正向刨削。当滑枕运动到碰铁1触动行程开关1时，电磁铁动作，将齿轮3推向右侧脱离齿轮4并与介轮啮合，这就使齿轮4反转，使滑枕反向运动，这时，齿轮5在齿条2上向左滚动，齿轮5受到的啮合阻力方向向右，使得摇杆向右摆转，同时牵动连杆2及与之相连的连杆1向右移动，从而带动刀架1和刀架2绕主刀架上的铰链作逆时转动，这样就使刨刀2靠向工作面而同时使刨刀1抬起，此时便可使牛头刨床作反向刨削。这就使两把刨刀随应刨削要求而实现自动交替变换。为了解决刨刀的对定问题，在主刀架上设置了一个凸轮机构 当逆时针转动刀凸轮，对刀凸轮将左侧副刀架2抬起，使其绕铰链沿顺时针转一个小角度，同时通过连杆1拉动刀架1靠向主刀架靠板并垂直于工件，调整主刀架升降手轮，使刨刀1抵到工件表面后将其固定；然后再顺时针扳动对刀凸轮，使对刀凸轮顶起刀架1，让刨刀1抬起，也使刀架2靠向主刀架靠板并垂直于工件表面，再将刨刀2抵到工件表面后再固定，便完成两把刨刀的对定。牛头刨床双向刨削的实现 按图1所示，当电动机拖动使齿轮2做顺时针转动时，若齿轮3和齿轮4啮合，滑枕向右运动作正向刨削，齿轮5在齿条2上向右滚动，齿轮5受到的啮合阻力方向向左，这就使得摇杆向左摆转，同时牵动连杆2及与之相连的连杆1向左移动，从而带动刀架1和刀架2绕主刀架上的铰链作顺时转动这样就使刨刀1靠向工作面而同时使刨刀2抬起，此时便可使牛头刨床作正向刨削。当滑枕运动到碰铁1触动行程开关1时，电磁铁动作将齿轮3推向右侧脱离齿轮4并与介轮啮合，这就使齿轮4反转，使滑枕反向运动，同时，齿轮5在齿条2上向左滚动，齿轮5受到的啮合阻力方向向右，使得摇杆向右摆转，同时牵动连杆2及与之相连的连杆一1向右移动，从而带动刀架1和刀架2绕主刀架上的铰链作逆时转动，这样就使刨刀2靠向工作面而同时使刨刀1抬起，此时便可使牛头刨床作反向刨削。反向刨削的示意如图2所示当滑枕回程过程中，碰铁2触动行程开关2时，电磁铁动作并将齿轮3拉回与齿轮4重新啮合，使滑枕再次换向右行，进而又实现正向刨削。移动碰铁1，2的位置便可调整滑枕的行程和相对工作台的位置。工作台的横向进给由横向进给步进电机拖动一套螺旋传动机构来实现。当任意一个行程开关动作时，步进电机工作一个角度，通过螺旋传动机构使工作台作横向移动一个距离。 第四章 经济性分析 任何一个较为复杂的机械零件，都有不同的加工工艺方案，特别是一个新产品，从开发设计，试制，小批量投产到产品发展和成熟时期的大批量生产，都要经历不同的生产批量过程。作为组成这一产品的机械零件必须根据生产批量来确定其工艺方案，现在以B6050型牛头刨床双向切削刀架改造设计为例，将在保持加工精度的同时大大提高生产效率,且安全性能好,自动化程度有所提高,对工人的劳动强度也没那么大。说明在不同生产批量情况下，如何合理选择定位基准，采用适宜的生产设备和工艺手段，以保证加工质量可靠，满足市场的需求。达到生产批量的能力，同时投资小，见效快，成本低，从而获得企业的最大经济效益。 传统的牛头刨床，无论是机械传动式，还是液压传动式，都是只能做单方向刨削，也就是滑枕在一个往复运动中，只有一个方向是刨削行程，而回程是空行程，不做刨削。虽然靠传动的急回特性可以缩短空行程的时间，但是也只是个改善，没有从根本上解决加工效率低和空耗大的问题。正是因为有空行程和刨削力不均匀(对机械传动式)这两个致命的缺陷，导致牛头刨床在实际生产中的应用受到很大的限制。如果牛头刨床能消除空行程，变单向刨削为双向刨削，同时提供稳定均衡的刨削力，会带来良好的经济效益和社会效益。 第五章 结论和展望 上述所确定的双向刨削牛头刨床设计方案，比较全面地阐述了双向刨削牛头刨的设计思路，较好地解决了关键性技术难题，实现了牛头刨床所应具备的优质高效、节能低耗的设计理念和目标，为刨削机床的技术创新开辟了一条新路。 改革开放以来，随着我国经济的高速发展，工程机械行业快速发展壮大。中国已成为工程机械行业生产大国。但由于受到企业规模、国际化程度尤其是关键核心技术等影响，中国并不是工程机械行业的强国。 开始打造工程机械航母 来自中国工程机械协会的信息显示，到2007年全国已有工程机械生产企业及科研单位2000多家；全行业固定资产净值270多亿元。“然而，世界工程机械巨头卡特彼勒2006年的销售额已经超过400亿美元。就是说我国的工程机械制造商加起来比不上一个卡特彼勒。”即使是中国规模最大的工程机械制造企业徐州工程机械集团公司，其销售额也只是美国卡特彼勒公司的7％左右。中国工程机械工业协会副秘书长江琳说。 中国工程机械协会综合部主任、高级工程师王金星说，尽管如此，经过多年发展，中国已经有了打造工程机械航母的基础。据中国机械工业联合会市场发展部冯宝珊介绍，经过多年发展，中国工程机械行业已经形成了一些以区域划分的产业基地，如以中联重科、三一重工、山河智能为代表的湖南工程机械；以徐工、常林、镇江为代表的江苏基地；以广西柳工、玉柴、柳建为代表的广西工程机械；以合力叉车、星马、江淮为代表的安徽工程机械等。对此，北京大学教授张国有认为，区域内的企业组合往往是成就区域品牌的重要基础。 国际化是品牌成长必经之路 培育世界级的品牌，从改革开放之初，中国工程机械行业就开始了探索。 中国工程建设机械的骨干企业大多有与外企合资、合作的经历。徐工先后与卡特彼勒在挖掘机方面、与利勃海尔在混凝土机械、起重机方面，与川崎在装载机方面等10多家外资企业有过合资合作；山推与小松在推土机、挖掘机方面有过合资合作；三一重工与迪尔(销售)等也有过合作。 长沙中联重工科技发展股份有限公司董事长詹纯新分析，在那些与外企的合作中，大部分企业达到了预期的目的。这些合资合作企业的产品也大都销往国际市场。 中国国际名牌协会会长解艾兰说，衡量企业的国际化程度不仅要看企业海外市场的销售额占其总销售额的比重是多少，还要看企业拥有的跨国人才数量、有没有国际化的企业管理方式等。 在广西柳工机械股份有限公司的生产现场，笔者看到这被外界认为是柳工“人才国际化”的例子：柳工股份“老外”副总裁大卫•闭同葆正在对周围人交代工作。这位柳工股份的副总裁来自国外一家著名工程机械企业，他在柳工生产经营中已经发挥重要作用。 发挥合力，防止“卡脖子” 中国工程机械行业发展很快，在国内市场已占主体地位，从产量上看中国也已是工程机械大国。然而，行业要壮大，必须进一步提高自主创新水平，提高核心竞争力，产品向高水平、机电液一体化和智能化等方向发展。 中国工程机械协会综合部主任王金星说，在工程机械行业高速发展的同时，中国本土配套关键零部件发展与主机生产技术水平提高不同步，严重制约了整机水平的提升，“提高国内基础零部件的生产制造水平，已成为中国工程机械发展的关键因素。” 笔者在中联重科、三一重工等企业先后看到因为液压器件缺货被迫重新调整的生产进度和生产计划。三一重工股份有限公司执行总裁易小刚说，工程机械作为装备制造业的一个重要产业，其基础零部件依赖进口，不利于产业安全。对企业来说，不但增加了制造成本，其正常生产也受到限制。 针对几家工程机械企业不同程度遇到的液压件、发动机、变速箱卡脖子问题，中国工程机械协会副秘书长茅仲文坦言，缺少核心零部件和重要零部件支撑的自主创新是难以为继的。日本小松、美国卡特彼勒等世界级工程机械企业都是自己生产发动机、液压元器件、控制元器件等基础零部件。 易小刚等认为，国家有关部门应在全行业统一规划，以行业为依托联合高校等科研力量，重点突破中高端液压元器件、发动机等瓶颈问题，通过资产重组或并购组建数家大型基础零部件龙头企业，增强零部件生产企业的研发能力，在关键、紧缺配套件研发中，互相合作，比如采取“国家支持一些、主机企业投入一些”等做法，以此来突破我国配套件发展的瓶颈。 在机械设备行业中，我们总会听到有人说：＂你这是国产的，质量没保证．我现用日产的＂说完好像很神气的样子走了．这种现像对我们业务来说不是新闻了，这说明什么呢？ 我们在回头看看我们中国机械制造行业，也就明白了，怪不得别人，这也引出了我们机械制造行业的不少问题！ 这又是什么问题造成这种局面的出现呢？而且不思精造？ 我想不是其它原因，关健是人，也不是我们中国人笨，不会做，而是我们也能，我们也能做得比日本更好．只是我们不做，出来的产品能用就行，缺泛精艺求精的追求．当然也有市场的原因，但长远这样下去，只会自闭，不会有发展．我们承认当下我们的国民不富裕，现在低档产品在国内还是占很大的市场．但我们也得承认，在不久的将来，这总局面将会改变，改变的速度将会令我们整个行业为着惊奇，这是时代的变迁，势不可挡的．这取决于人们的生活水平的提高，和对物资的高档要求的因素． 因此时下我们机械制造业不能再这样沉默下去了，动起来我们才能赢得未来． 参考文献 [1] 薛莲通.刨工工艺学.北京:中国劳动出版社.1997.2 [2] 杨昂岳 孙立鹏 杨武山.机械设计学习指导与习题集.武汉:华中科技大学出版社.2000.9 [3] 崔凤奎等.UG机械设计.北京:机械工业出版社.2004.1 [4] 陈心昭 权义鲁.现代实用 设计手册(上).北京:机械工业出版社.2006.6 [5] 秦立高 机床维修手册。北京：国防工业出版社1997.5 [6] 杨黎明 机械原理及机械零件。北京：高等教育出版社 1983.6 [7] 黄鹤汀 俞光 金属切削机床设计。上海：上海科学技术文献出版社出版 1986.7 [8] 戴曙 金属切削机床。北京：机械工业出版社 1993.5 [9] 王昆 机械设计基础课程设计。北京： 高等教育出版社 1996 [10] 罗洪田 机械原理课程设计知道书。北京：高等教育出版社 1986.10 致 谢 本文承蒙广西工学院机械工程系李书平老师指导和同组同学的帮助。李书平老师从本文的写作内容、版式编排等各方面多次给予了详细的指导，对本文所涉及项目的实施、刨床的设计、工艺的改进及组合机床的设计制造等给予了大量的帮助，并向我们提供了相关参考资料提出了很好的意见和建议，使得本文得以成稿，在此表示衷心的感谢!另外，向本文引用、转载过资料的文献作者表示感谢。向其他所有对于本文的完成做出过帮助的人表示感谢。 郑 州 大 学 硕 士 研 究 生 开 题 报 告 普通机床数控改造的结构设计及精度分析 一、课题概述、背景及意义 工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 微观上看，数控机床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。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。②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 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”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。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。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，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，可对市场需求作出快速反应等等。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CIMS计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床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，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操 1 郑 州 大 学 硕 士 研 究 生 开 题 报 告 作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。 二、主要研究内容 1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。 2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。 3.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。 4.根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。 5.对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。 6.对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。 三、拟解决的关键问题 1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。2.对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。 3.根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。4.设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。 四、拟解决方案及关键技术 1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。 2.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。3.根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。 4.在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。 五、创新点 1.运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；便于操作和维修。 2.从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。 3.运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。 六、课题预计目标 郑 州 大 学 硕 士 研 究 生 开 题 报 告 1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。 2.对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。 3.研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。 4.设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。 七、课题研究进展计划 预计本课题研究进展主要分以下几个阶段： 1.2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告 2.2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进 行总体设计 3.2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识 4.2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图 5.2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识 6.2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析 7.2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施 8.2008年11月～2008年12月 完成毕业论文 9.2008年12月 毕业答辩 参 考 文 献 [1] 刘跃南.机床计算机数控及其应用[M].北京：机械工业出版社，1997.[2] 王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.[3] 周文玉.数控加工技术基础[M].北京：中国轻工业出版社，1999.[4] 朱晓春.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2003.[5]张柱良.数控原理与数控机床.北京：化学工业出版社，2003.[6]］朱正伟.数控机床机械系统.北京：中国劳动社会保障出版社，2004.[7] C616车床经济型数控改造总体方案及主要部件的设计[J]，机床与液压，1999，3：50~52.[8] 杨祖孝.数控机床进给滚珠丝杠的选择和计算[J]，机床与液压，1999，3：50~52.[9] 徐桦.直线滚动导轨副的选择程序及寿命分析[J]，机械设计与制造，1999，3：3~5.[10] 翁史烈.现代机械设备设计手册-设计基础[M].北京：机械工业出版社，1996.[11] 吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京：化工出版社，2003.[12] 刘晓宇.刘德平.普通机床数控化改造关键技术的设计与计算[J]，机械设计与制造，2007，9：42~44.[13] 唐林.C616车床的经济型数控改造总体方案及主要零部件的设计 [J]，新技术新工艺，2007，6：48~50.[14] 南京工艺装备制造厂 精密滚珠丝杠副说明书 [15] P．P．Acarnley．Stepping Motors．A Guid to Modern Theory and Practice．Short Run Press Ltd，1982 [16] H.J Van de Straete etal: Servo Motor Selection Criterion for Mechantronic Application, IEEE/ASME Trans.on Mechantronics,Vol.3,No.1 43~44,1998.[17] Kuo B．C．and Wells B．H．Microcomputer Control of stepMotors．CSRL Report No．237，Control Systems Research Laboratory，University of Hlinois，p．17，August 1976 [18] Y.Koren, C.C.Lo.Advanced controllers for feed drive [J]，Annals of the CIRP, 1992,41(2), 3 郑 州 大 学 硕 士 研 究 生 开 题 报 告 689-698.[19] 遇天志.开放式数控工作台开发[D].西安：西安交通大学机械学院，2002.[20] 戴曙.数控机床进给系统设计[J]，制造技术与机床，1994，10：45～49.[21]徐杜，蒋永平，周韶勇等.全数字式步进电机连续细分方法与实现［J］.微特电机，1997，2：25～29.[22]王宗培.步进电动机及其控制系统［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1984.4～5.[23]周尊源，S M欧文斯.正弦波细分步进电机微步驱动器［J］.微特电机，1997，（5）：29～37.[24]范正翘，刘进，程胜.单片机控制的步进电机综合微步距驱动系统［J］.微特电机，1996，（3）：30～31.[25] 张福荣,王钧,李志梅.数控机床进给运动对加工精度的影响[J]，机床与液压，2006，4：92~99.[26] 程树康.步进电机细分控制电流的定量描述［J］.电工电能新技术，1990，3：25～27.[27] 肖本贤．步进电机微步驱动技术研究．［J］.自动化与仪表，1997，5：20～23.[28] 李忠杰，宁守信.步进电机应用技术，北京：机械工业出版社，2000.[29] 丁锋.开环数控系统控制精度分析[J]，机床与液压，2001，2：94~95. 2011 精品 sdowe 1、排水体制： 采用雨、污水分流制。 2、污水排水工程（1）污水量预测: 最大日污水量约为？？？立方米。（2）污水排放系统，生活污水经化粪池处理后排入村庄生化池进行处理，然后就近排 入排水渠。 3、雨水排放工程（1）雨水系统单独设置，建筑物屋面、阳台雨水用管道排至室外；规划区场地包括道 五、规划实施的措施与建议 第一期：目前已有部分改造项目已完成 改造内容：村容村貌整治 清理卫生死角；整改公共厕所；建设垃圾收集站；拆除乱搭建建筑； 村民住宅建筑立面整治.；古树古井设定保护范围（2）第二期： 改造内容：排水渠改造；村内道路硬化（3）第三期： 改造内容：村口广场整治，（4）第四期： 改造内容：干道亮化工程； 道路绿化工程 村图书室文化改造、文化墙改造 完善新住宅区剩余的工程 建设新规划部分新住宅 ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ 新建 新建 新建 新建 新建 新建 新建 新建 二、民间传说 一、名胜古迹第四篇：开题报告--普通机床数控改造的结构设计及精度分析
第五篇：[精品]美兰区演丰镇桃园村旅游化改造规划说明书
生活污水： 生活污水：采用污水管道收集，在村东侧文化墙后侧建设一处污水生化池，污水经处理达
美兰区演丰镇桃园村旅游化改造规划 美兰区演丰镇桃园村旅游化改造规划 说明书
（3）村头广场绿化 在用地的南侧和东侧结合驿站规划十二生肖广场；（4）古井、古树保护区，规划结合古井、古树划定了保护范围；
标后方可向东排入周边沟渠。古井周边设置截污沟，控制污水排入古井内。
4.6.2 亮化工程
规划结合道路建设设置村内室外照明系统。
4.6.3 垃圾站、公共厕所、沼气池建设等配套设施的建设
在规划区中心活动室旁边规划保留公厕一座，建筑面积 10平方米 垃圾收集点安排在村庄北边家禽集中圈养棚的旁边，同时拆除现状村头垃圾集并点。
4.5 完善公共服务设施 4.5.1 完善公共服务设施目标
充分利用现有设施，新建部分设施，形成配套完善生活方便的农村社区。
对于村民的生活垃圾等进行集中回收处理，每家每户发放一个垃圾回收箱，垃圾都集中投 放。安排专门的清洁人员专门负责厕所的卫生和垃圾的回收。沼气池建设与利用；在村庄北边设置家禽集中圈养棚，利用家禽的粪池和农作物的秸 秆、杂草等废弃物建设沼气池，将能量转化为热能和电能供村内农户使用，达到有效利用 能源、保护环境的目的。规划在村庄主要街道隔 100 米设一个果皮箱，加强对主要街道的管理，形成良好的农 村新面貌。
4.5.2 完善公共服务设施
完善文化设施 在中心活动室内设立一处村图书馆及文化活动中心。购置新书，提升村民文化素养。完善教育设施 与山尾村共同建设一处幼儿园，解决村民小孩入托问题。小学生上学就近安排在演丰 镇中心小学就读； 卫生设施 利用三尾村现有卫生室解决村民就近就医问题。
4.6.4 给水和雨水规划
4.6.4.1 给水工程规划 1.给水水源 现状村民生活用水水源来自山尾村村委会，从现有 4 米村级主干道的市政自来水干管 上接入，管径 75mm。规划给水系统仍沿用现有生活给水管网和水源。2.给水方式 根据现场调查，该村的市政进水管管径为 DN75mm，有一条进水管。现状村内无消防 设施。规划将采用生活、消防共用一套管道，对主管管径设计为 DN75mm，支管管径设计 为 DN50mm。3.、给水工程规划
4.6 市政公用设施完善 4.6.1 污水整治
（1）现状 桃园村内现状排水体制为雨污水合流。由于生活污水未经处理直接排入村东侧低洼地 带，使得周边环境日趋恶化，影响了村民的生活环境。（2）规划 雨水系统：旧村利用原有排水明沟系统进行排雨水，利用道路排水系统（道路边明沟）进 雨水系统 行雨水排放。
k
本村在保证供水安全的同时考虑到经济节约，规划采用枝状管网的方式来供水。室外消火栓用水与村民生活用水共用管道，在村民居住区内沿主要道路设置 2 处室外 消火栓，消防栓服务半径按不大于 120 米进行布置。
路及绿地雨水通过路槽排入雨水口，由雨水口和管道汇集后，就近排入附近排水渠。（2）暴 雨 强 度 公 式 采 用 海 口 市 城 市 总 体 规 划 中 选 用 的 暴 雨 强 度 公 式 Q=2338（1+0.4Lgp）/（t+9）0.65（L/s.ha）p=2 年
表二
用水单位 序号 用水项目 数量 居民生活用 水量 绿化用水量 未预见及渗 漏水量 用水量合计 单位
设计用水量一览表
用水定额 数值 单位 L/ 人.日 L/㎡ 10% 最高日 用水量（㎡ /d）87.00 42.76 12.98 小时变 化系数（k）最高日 最大时 2（m /h）备注 用水时 间（h）
4.7 村容村貌旅游化改造规划 4.7.1 村容村貌旅游化改造规划目标
形成村容整洁，环境优美，旅游风情浓郁的农村生活环境。
1 2 3 4
290 21381
人 ㎡
300 2
2.5
9.06
24
4.7.2 村容村貌整治措施
（1）主要住宅立面整治 对所以建筑的立面进行统一美化，包括外墙乱搭构架墙面、屋顶翻新，门窗刷新。
142.74 消防校核 流量，不 计入用水 量
（2）环境整治 拆除村内乱搭的临时棚架建筑，清理卫生死角，初步形成干净、卫生、整洁的环境。
5
消防用水
10
L/S
4.8 防雷和接地（1）防雷
根据《建筑防雷设计规范》，本项目按三类防雷要求设置，在所有建筑物易受雷击部位设置 避雷带，形成不大于 20M×20M 的网格。
4.6.4.3 排水工程规划
（2）接地系统
接地系统采用 TN-C-S 系统。各建筑物 380/220 伏电源进户零线均与总等电位接地箱连接，总接地电阻不大于 1 欧姆。建筑物内所有金属支架，金属管道及用电设备的金属外壳均与 总等电位可靠连接。
4.9 电视、电话工程
规划村居住户数有 35 户，按 1 门/户计；宣传活动室和驿站各设 1 门电话，则规划区 共需电话 37 门。电视、电话线同路由方式主线采用电杆，支线沿墙敷设。与其它管线的水平距离及交 叉时的竖向间距应满足管线综合规范要求。
1
5.3 改造资金筹集的建议
5.1 改造分期实施的建议
结合村的改造计划及资金状况，本次改造共分为四期进行，具体如下：（1）第
主要采用政府投入、多方筹集基金的方法。集资单位主要有：村民个人、村集体、地 方政府、共建单位。
5.4 改造建设管理及分工的建议
本次村庄整治项目涉及多方合作，主要分工如下：（1）村民：积极配合整治工作，参加拆除违章建筑及清理卫生死角工作。（2）村委会：实施整治工作主体。（3）地方及政府相关部门：协调、推进整治工作的实施，整治成果的验收。（4）共建单位：从资金技术上支持整治工作。（5）规划设计单位：制定改造规划。
表三
序 号
主要公共服务设施规划一览表
数量 类别 文娱 项目 现状 文化活动室 运动场 驿 管理 道路交通 社会停车场 垃圾收集点 站 1 1 1 规划 1 1 1 现状 120平方米 650平方米 100平方米 规划 ？？平方米 650平方米 100平方米 位于驿 规模 备注
5.2 村民自建住宅管理的建议
（1）建筑风格要求：村庄现状建筑多为琼北民居建筑格局，新建及翻修建筑宜与之协调，建筑宜为深色坡屋顶，不可西洋式，不宜平屋顶。建筑外墙宜白色，材料可选用抹灰等。勒脚宜为青色。建筑限高为两层。（2）门窗形式及材料：门窗宜加坡檐，材料宜选用传统样文，可采用现代材料。门宜采用 传统木门或其他材料但色彩与建筑协调的门。门不宜采用不锈钢铁皮及铝合金拉闸门。窗 及阳台不可外挑防盗网。（3）空调位置：不宜放置直接挂在临主要道路墙面，并适当予以遮饰。（4）建筑平面布局：建筑沿四边道路或窄巷不得外挑阳台，窗台、彩色塑料及石棉瓦雨棚。
1
体育 行政
2
3
—— 1 1
1 1 1
—— 15平方米 10平方米
？？平方米 站旁边 64平方米 10平方米
4
环卫 公厕
2
15 16 17 18 19
文化墙改造
？？m ？？m ？？m ？？m
？？ ？？ ？？ ？？
？？ ？？ ？？ ？？
新建 新建 新建 新建
铺装 休息座凳座椅 村民建筑立面整治
合计
表四
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
主要规划建设项目实施计划建议表
项目名称 办公楼 文化活动室 村主干道 村次级道路 绿化 公厕 下水道 给水管 垃圾中转站 家禽圈养棚 路灯 视频监控 十二生肖广场 社会停车场 建设规模 m2 占地？？m
2
附录
总价 ？？
桃园村，古称椰子园村，隶属演丰镇山尾村委会。1605 年琼州大地震，地陷 72 村后，幸存几户陈 姓人家移居现址。村民劫后余生，就地砍椰子树造房，树干当桁椽，树叶当瓦盖顶，故称椰子园村。百 年之后，因村中已无椰子树，后人将之改为桃园村，寄寓晋·陶渊明“世外桃源”之意。明万历年间（1605 年 7 月 13 日午夜）琼州地震，地陷 72 村入海底，幸存几户陈姓人家移居现址。为庇佑劫后余生的村民人丁兴旺，观音派善财童子化作飞鸟啄来树种，落地于此，长成十二参天古榕，分别代表人的十二生肖。相传一户村民，年过不惑，尚无子嗣，得观音梦中指点，在此十二棵榕树下焚 香十二个月后得子。此子异常聪明，6 岁已能吟诗赋对，人称“榕子奇童”。官人出题，“子丑寅卯辰巳 午未申酉戌亥生生不息”童子相对，“鼠牛虎兔龙蛇马羊猴鸡狗猪代代相传”，官人大喜，便御赐桃园十 二榕为“生肖神树”。次树位列十二榕之首，人称“子鼠榕”。从此，桃园十二榕成为东海岸之神树，庇 佑生灵，流传至今！
单价 ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？ ？？
建设分期 新建 改建 新建 新建 新建
1 黎福泉 相传，明万历年间，琼州大地震，劫后余生之村民移居至此，凿此深井，以图求存，其水甘冽，饮 之可避瘴疫，沾其泽者，永鹰多福，受天百禄。多年后，逢崖州大旱，方圆百里，众井汨汨，唯独井受 十二生肖神树庇佑，其泉瘴疫，味冽而清，群黎沾泽，万物滋荣，玉液蜚声，故名“黎福泉”。后人题 联赞日“东寨港众水兼和涌琼液，桃园村群黎协泽滋民生”。2 桃园十二榕
建筑面积 120 m2 ？？m2 ？？m ？？m2 10m
2
？？m ？？m 64m2 ？？m2 ？？盏 2盏 ？？m2 ？？m2
3
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