综合课程设计书写模板论文

摘 要

钻铣床是一种中小型通用金属切削机床。它适用于钻、扩、铰、镗、孔加工；如用圆片铣床、角度铣刀、形成铣刀及端面铣刀，能铣削平面、斜面、垂直面和沟槽等。装上附件立铣头后，可作为多方向的铣削工作。是现在工业加工过程中必不可少的机床之

一。钻铣床在加工中占用重要地位，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，其加工精度低，无法批量生产，自动化程度低，适应性不好，但考虑投资成本，生产的连续性，又不能马上将其淘汰。而购买新的数控机床是提高产品质量效率的重要途径，但成本较高，许多企业无法在短期内实现，这使得企业发展受到局限。为此把普通台式钻床进行数控化改造，不仅减少企业成本，也节约了时间，是大多数企业设备升级的重要途径，发展此类创新技术有助于我国机械制造业的发展。

本文以普通钻铣床ZX7016数控化改造为例，从普通钻铣床改造的经济性进行入手，对数控技术在普通钻铣床ZX7016数控化改造应用作了深入研究和探索，形成相应的技术方案及要点，主要内容：

（1）对普通钻铣床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通台式钻铣床数控化改造方案；

（2）对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号的选择，步进电机的选择等进行详细研究；

（3）采用了国产数控装置系统，根据所改造的性能和精度指标来选择数控装置系统；

论文的主要内容分为五大章，各个大章包含其他小结，其中涵盖大量知识点和设计方案内容。本文主要介绍了钻铣床数控改造的具体方案，并在文中附带详细的零件图以及装配图。可以使读者清楚了解所讲述的内容。

关键词：普通钻铣床； 数控改造； 伺服系统； 数控系统；

Abstract

Drilling and milling machine is a small and medium-sized general purpose metal cutting machine tools. It is suitable for drilling, expanding, hinges, boring, drilling; such as wafer milling, angle milling cutter, form cutters and face cutters, milling flat, incline, vertical and trench. Mounted attachment milling head can be used as multi-directional milling. Is essential in the industrial process machine. Drilling and milling machine to occupy an important position in the processing of general machine tools, with a large number of and longer service life for most businesses, its precision, not mass production, low degree of automation, adaptability, but considering the cost of investment, production continuity, they can not immediately be eliminated. Purchase a new CNC machine tools is an important way to improve product quality and efficiency, but higher costs, many companies can not achieve in the short term, which makes the development of enterprises has been limited. Ordinary desktop drill in this transformation of NC, not only to reduce the cost of doing business, but also saves time, is an important way of most business equipment upgrades, the development of such innovative technology to contribute to the development of China's machinery manufacturing industry.

CNC transformation to normal drilling and milling machine ZX7016, for example, start from the ordinary drilling and milling machine transformation of the economy of CNC technology in ordinary drilling and milling machine ZX7016 transformation of NC applications made in-depth study and exploration, technical solutions and points main elements:

（1）Ordinary drilling and milling CNC transformation of economic evaluation demonstrated in detail to determine the ordinary desktop drilling and milling CNC transformation program;

（2）The ball screw feed system model selection and design for assembly, design and bearing supporting the way the choice of models, selection of the stepper motor for detailed study;

（3）Domestic NC device, to select the numerical control device system according to the

indicators of performance and accuracy of the transformation;

The paper is divided into five chapters, each chapter contains Summary, which covers a lot of knowledge and design content. This paper describes the drilling and milling CNC transformation program, detailed part drawings and assembly drawings and included in the text. Can make the reader a clear understanding about the content.

Keywords: Drilling and milling machine; NC transformation; servo system; numerical control system

目 录

摘 要 ..................................................................... 1

Abstract .................................................................. 2

目 录 ..................................................................... 4

第一章 前言 ............................................................... 6

1.1 国内外数控机床的发展状况 ........................................... 6

1.2 国内外数控机床改造的状况 ........................................... 8

1.3 数控化改造的意义 ................................................... 9

1.4 数控化改造的内容 .................................................. 10

1.5 本章小结 .......................................................... 11

第二章 数控钻铣床总体方案设计要求 ........................................ 12

2.1 总体方案设计要求 .................................. 错误！未定义书签。

2.2 数控化改造方案的选择 .............................. 错误！未定义书签。

2.2.1 系统运动方式的确定 .......................... 错误！未定义书签。

2.2.2 伺服系统的选择 .............................. 错误！未定义书签。

2.2.3 执行机构传动方式的确定 ...................... 错误！未定义书签。

2.3 实施方案 .......................................... 错误！未定义书签。

2.4 本章小结 .......................................... 错误！未定义书签。

第三章 钻铣床机械部分改造 ................................ 错误！未定义书签。

3.1 工作台结构设计 .................................... 错误！未定义书签。

3.1.1 总体设计参数 ................................ 错误！未定义书签。

3.1.2 钻削力分析与计算 ............................ 错误！未定义书签。

3.1.2 齿轮传动比计算 .............................. 错误！未定义书签。

3.2 滚珠丝杠的选择 .................................... 错误！未定义书签。

3.2.1 滚珠丝杠螺母副的特点 ........................ 错误！未定义书签。

3.2.2 滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 .......... 错误！未定义书签。

3.4 轴承的选择与校核 .................................. 错误！未定义书签。

3.4.1 轴承的选择 .................................. 错误！未定义书签。

3.4.2 轴承的校核 .................................. 错误！未定义书签。

3.5轴的CAE分析及结构优化

3.6 本章小结 .......................................... 错误！未定义书签。

第四章 钻铣床工程图设计 .................................. 错误！未定义书签。

5.1 机械工程图设计的需要 .............................. 错误！未定义书签。

5.2 零部件的工程图设计 ................................ 错误！未定义书签。

5.2.1 立柱的工程图设计； .......................... 错误！未定义书签。

5.2.2 主轴箱的工程图设计； ........................ 错误！未定义书签。

5.2.3 工作台的工程图设计 .......................... 错误！未定义书签。

5.3 钻铣床总装配图 .................................... 错误！未定义书签。

5.4 本章小结 .......................................... 错误！未定义书签。

第五章 典型零件的数控加工编程 ............................ 错误！未定义书签。

第六章 全文总结 .......................................................... 12

参考文献 ................................................................. 14

致 谢 .................................................................... 15 总结 ..................................................... 错误！未定义书签。

第一章 前言

1.1 国内外数控机床的发展状况

随着计算机技术的迅猛发展，越来越多的人们发现计算机的友点，于是将计算机与工业制造相结合，于是在1952年美国人发明了世界上第一台数控机床，这是一台三轴数控铣床，用于飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工，从此之后，数控技术便蓬勃发展，并随着计算机和微电子技术的不断进步经历了两大阶段和六个时代将近五十多年的发展历程。两个阶段即第一大阶段叫逻辑数字控制(NC)阶段，其经历了电子管、晶体管和小规模集成电路三个时代；第二阶段叫计算机数字逻辑控制(CNC) 阶段，其经历了小型计算机、微处理器和PC机三个时代。到了现在，世界上数控机床每隔2-3年就发展一代，日本、美国、德国、西班牙等国家在数控机床的研制、开发方面处于世界一流水平，最为著名的数控机床制造商有德国SIEMENS系列、日本FANUC系列、西班牙FAGOR系列、美国CINCINATI系列、法国NUM系列，以其高可靠性和卓越的性能在世界各地受到用户的青睐。进入八十年代以来，市场竟争日益激烈，产品更新换代极为迅速，规模生产效益显著，而且随着航空工业、汽车工业以及轻工业生产的高速增长，复杂型面零件越来越多，精度要求也越来越高，这就迫切要求加工这些零件的母机一机床向高度柔性的数控机床方向发展，其在加工设备中所占比例越来越高，其拥有量是衡量一个国家工业水平的标准。因此，世界其他各国也都在大力开发机械制造自动化技术。我国也紧随步伐开始自己的数控技术与机床的研制。 我国从1958年开始进行数控机床的起步工作，其主要以剖析国外数控机床为主。到

上世纪七十年代中期，由于电子元器件的质量和制造工艺水平较低，致使国产数控机床的稳定性、可靠性问题未从根本上得到解决，而且，售价也较为昂贵，无法进行及时的推广。此后，我国数控机床从八十年代初期重新开始起步发展，我国近几年数控机床发展迅速，一大批性能较好，价格适宜的产品受到了用户的欢迎，但与工业发达国家仍存在阶段性的差距。就总体来说，我国数控机床的构成比较落后，以普通精度加工为主的车床、钻床所占比重大，以高精度加工为主的磨床、自动化和高效率的加工中心所占比重小。国产的经济型、低价位的数控机床比重大，其性能和加工效率与国外先进水平差距较大，中档以上的产品竞争力较低。装备各行业所需的数控机床，主要依靠进口，国产数控机床的市场占有率不高。到1993年产量已增长1828倍，产值数控化率从1% 以下

增长到12%。数控机床生产逐渐形成批量，开始出现了一批以北京机床研究所为龙头的机床厂。主要生产BF7、BF3、MTC一1、DYNAPTH10等数控系统，后来又组建了许多经济型数控系统的生产厂家，如:武汉华中数控有限公司、南京大方股份有限公司、常州宝马集团、西安微电子研究所等。在发展方向上数控机床一方面向着大型化、多功能化方向发展

;

另一方面则向着经济型小型化的方向发展。所谓经济型数控机床就是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有数控系统的高效自动化机床。

综上所述中国今后要加速发展数控机床产业，既要深入总结过往的经验教训，切实改善存在的问题，又要认真学习国外的先进经验，沿正确的道路前进。我国在作为机械制造自动化的数控机床设备，无论是在品种上、质量上，还是在使用上，同世界先进水平比均有很大差距，这也是制约我国机械工业发展的重要因素。 中国厂多人众，极需正确的方针、政策对数控机床的发展进行有力的指引。应学习美、德、日经验，政府高度重视、正确决策、大力扶植。在方针政策上，应讲究科学精神、经济实效，以切实提高生产率、劳动生产率为原则。在方法上，深入用户，精通工艺，低中高档并举，学习日本，首先解决量大而广的中档数控机床，批量生产，占领市场，减少进口，扩大出口。在步骤措施上，必须使国产数控系统先进、可靠，狠抓产品质量与配套件过关，打好技术基础。近期重在打基础，建立信誉，扩大国产数控机床的国内市场份额，远期谋求赶超世界先进水平，大步走向世界市场。

图1-1 Z7016钻铣床 图1-2 ZXK7035数控钻铣床

1.2 国内外数控机床改造的状况

随着数控机床的逐渐普及，数控系统的价格不断降低，使得使用旧机床进行数控化改造的优点更加明显，从而使得越来越多的机械工厂选择旧机床进行数控化改造作为设备更新的途径。世界各国，包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司、翻新公司或改造公司，承担旧机床数控改造的任务，并成功地改造了一些大型和重型机床。 德国政府一贯器重机床工业的重要战略地位,在多方面大力扶植，这也催生了将普通机床进行数控化改造的发展。德国的SCHIES公司在1981年把一台加工直径为19m 的超重型立式车床改装成数控机床。该机床是1929 年生产的，当时曾是世界上最大的机床，其改造内容有:工作台导轨改装为静压导轨，承载能力增加了将近50%；主传动采用半导体可控硅控制，取代老式机组的传动；刀架的滑动导轨改为滚动导轨；增加测量显示装置，配置数控系统等。该机床的全部改造费用仅为当时同类规格新机床价格120万马克的28.9%，其中大修费用占7.9%，数控改造费用占20%。该公司还改造了一台最大加工直径为14m 的超重型立式车床，全部改造费用为当时同类规格新机床价格800万马克的19.1%。

香港理工大学的工业中心是国际上现代培训公认的楷模，它的数控化机床占机床总数72%，其中就约有10%的数控化机床便是旧机床改造而来的，从改装后机床设备运行情况来看，改造后的各个技术指标取得令人满意的效果。

我国常柴股份公司曾改造过一台仿形铣床，改造费用约40 万，节约投资近250万元，用其加工N485柴油机铸造用模具，每套外协加工费用270万元，不到三个月时间，此台仿形铣床完成了两套N485模具和20套空调模具的加工。根据常柴股份公司对已完成数控化改造的1台加工中心和1台仿形铣床投入运行后统计，新增产值达到300多万元，取得了良好的经济效益。

我国自从上世纪八十年代初期开始进行机床数控化改造技术研究和推广，到现在已有三十多年的历史。这中间取得了很多宝贵的经验，但失败的教训也不占少数。由于机床数控化改造工艺并不是十分完善，使得改造机床目前大都局限在中、小型车、铣床的数控化改造上，这和工业发达国家的水平尚有很大差距，因此，笔者对具体机床数控化改造工艺方案研究为例，提出了对机床数控化改造工艺的研究模式。

1.3 数控化改造的意义

对普通机床进行数控化改造具有重要的意义，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。

 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。

 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。

由于计算机有记忆和存储能力，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，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，减少零件在机床间的频繁搬运。

 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。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。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。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。这也就说明了机床数控化改造具有极其重要的意义。

1.4 数控化改造的内容

本次设计是对钻铣床的工作台进行数控化改造。首先，了解钻铣床的结构，确定其改造方案；其次，选择滚珠丝杠、步进电机和消隙齿轮等零件，来达到提高传动精度，减小加工误差的目的；第三，采用芯片控制代替原有的电气控制形式，达到提高控制精度、减小响应时间和减小占地空间等目的，并且可视化的数控代码编程和模拟加工过程，可以提前发现程序的纰漏。最终保证设计的结果可以顺利达到设计任务的要求，完成X、Y两方向单独运行和同时运行，提高了加工效率。

图1-3 改造后的钻铣床

1.5 本章小结

本章内容主要为介绍了近几年国内外数控机床的发展和改造现状，并结合国内数控机床改造的实际情况，结合我国国情提出改造数控机床的意义以及改造数控机床的总体内容，从而对数控机床改造提出具体改造方案，以进一步对改造方案进行规划与设计。

第二章 数控钻铣床总体方案设计要求

第六章 论文总结

近年来，我国机床数控化改造工作，已从初步摸索进入比较成熟的阶段。我们运用成熟可靠、性能先进的国内外数控产品，为已进入频繁故障期、维修代价昂贵的第一代数控机床实现升级换代作了大量的工作。通过这次对钻铣床X-Y工作台的数控化改装设计，使我们进一步的了解了普通机床与数控机床的差异。也使我们更加深刻的认识到，利用数控系统改造机床是提高产品质量、提高生产效率，提高旧设备利用率，推广机电一体化技术的重要手段。

数控机床作为机电一体化典型产品，在机械制造业中发挥着越来越大的作用，它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高、小批量及多变零件的加工问题且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。对于企业而言，单纯依靠购买全新数控机床，所需一次性投资较大，而且替换下来的机床闲置起来又会造成浪费，要解决这些问题，应走普通机床的数控化改造之路。从美国、日本等西方发达国家的工业现代化进程看，机床的数控化改造也必不可少，经数控改造的机床占有较大比例。如日本的大企业中有26％的机床经过数控改造，中小型企业则是74％，在美国有许多数控专业化公司，为世界各地提供机床数控化改造服务。因此，普通机床的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为。本文以ZX7016型普通钻铣床为例，从机械结构设计方面详细阐述了数控化改造的思想和方法。实践证明，经过改造后的钻铣床，拥有教完各的数控功能和高的加工精度，抗干扰能力强，可靠性明显提高，能适应更广泛地加工要求，与购买同档次的全新数控车床相比，节约资金约50％。本次改造，对于资金并不充裕的企业，特别是中小型民营企业，具有一定的借鉴意义。

首先，对国内外数控化改造进行了解分析，确定数控化改造对我国工业发展具有重大的影响，说明了数控化改造的意义和主要内容，然后对机床改造进行总体方案的设计，

对于系统运动方案，伺服系统的选择，以及传动方式进行了初步设计，为以后的计算和选型打好基础。

其次，开始对钻铣床结构进行机械部分的改造，设计了工作台的总体尺寸方案，进行了钻削力计算，确定齿轮传动比为1后省去了减速箱的，使得结构更加简单，接着对滚珠丝杠螺母副进行计算和选型，确定了滚珠丝杠螺母副的型号并进行了校核，然后对轴承进行了选择和校核，接着进行了同步伺服电机的选择，先确定了系统的脉冲当量，然后对伺服电机的距频特性进行计算并校核，确定了伺服电机的型号。

最后对总体工程图进行了设计，阐述了工程图设计的需要，然后分别将绘出的部分零件图进行了展示，以方便设计进行，钻铣床总体被分为三大部分，分别为立柱，主轴箱，工作台，并展示了各大部件的装配图，最后将进行总装，绘出了总装配图，并进行了叙述。

本次改造到此已告一段落，总体设计方案以达到设计要求，并在考虑到在改造过程中原钻铣床的精度和改造的成本、周期、难易程度等各方面因素，进行周密设计，完成了设计要求。

课程设计要求：本次课程设计总体要体现出专业知识的综合运用。

1、从总体设计-结构分析-数控加工体现出（CAD-CAE-CAM）技术综合运用。

2、机械设计基础理论；有限元分析与机构优化，数控加工工艺技术与自动编程技术。

3、完整的正确的图纸，总装图1张（A0-A1），零件图3张（A3-A4），设计说明书1份；

4、设计说明书图纸，指导教师审核通过后方可打印装订。

5、本学期放假前提交。

参考文献

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[6] 明兴祖主编．数控加工技术[M]．化学工业出版社:2001．

[7] 王先逵主编．机械制造工艺学[M]．机械工业出版社:2002．

[8] 廖念钊,古莹庵主编．互换性与技术测量[M]．中国计量出版社:2000．

[9] 陈碧秀等主编．实用中小电机手册[M].辽宁科学技术出版社:2000．

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[12] 中国机械工程学会李壮云主编．中国机械设计大典第五卷[M].江西科学技术出版社:2002．

致 谢

为期2周的课程设计就要结束了，我也顺利的完成了我的课题设计，在此之际我要衷心的感谢在设计过程中一直帮助我支持我的老师。

我要感谢指导老师——田卫军老师，田老师在整个设计过程中对我的影响很大，设计过程中的很多个难点都是在田老师的悉心指导下才克服的，还有田老师的亲切和善也是我在整个设计过程中感受最深的。也因为这样，和老师之间存在着师生心理障碍一下全无，我也就大方的有问题就问，有想法就提，这也使得我能更多的发现设计中存在的问题，并解决问题。田老师严谨的治学态度，渊博的专业知识，诲人不倦教学精神，在学术上和为人上都是我们的楷模和榜样。同时我还要感谢跟我一起参与设计的同学，虽然我们课题不同，但是都能在讨论中发现各自的问题，并互相提出解决的方法，设计能够顺利完成，也因为他们的帮助。

结束代表着新的开始，新的征程，本次的课程设计将会成为我今后工作，学习生活中的一份坚实的基础和保证。从中吸取的经验教训也将成为我们在今后生活道路上的一笔财富，挫折永远是前进道路上所必须面对的，相信我们的未来会走的更好，也可以让我们大学的老师放心。真心的感谢在大学帮助过我的老师和同学们，再次感谢你们！