淺析普通車床的數(shù)控化畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p>　畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）題 目：淺析普通車床的數(shù)控化 </p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)在普通機床數(shù)控化改造中的選擇。機械部分的改造。系統(tǒng)的組成。機床數(shù)控改造的意義、優(yōu)缺點以及發(fā)展前景。</p><p>　　關(guān) 鍵 詞：普通機床；數(shù)控化；數(shù)控機床；伺服

2、系統(tǒng)；數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　論文類型：【基礎(chǔ)研究】 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　On the basis of the condition of the equipment in small enterprises or middle enterprises, in the process

3、 of restructuring the general machine tool into NC, the problems that how to select the NC system, servo system and how to restructure the structures of the machine tool and so on are introduced.</p><p>　　KE

4、Y WORDS: General tools; NC; NC machine tool; servo system; NC system</p><p>　　Dissertation Type: Basic Research</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p>　　第1章 機床數(shù)控化改造的分類1</p>

5、<p>　　第2章 控制原理2</p><p>　　2.1伺服系統(tǒng)的選擇22.2數(shù)控系統(tǒng)的選擇3</p><p>　　第3章 機床機械部件的改造4</p><p>　　3.1主傳動系統(tǒng)的改造43.2進給傳動系統(tǒng)的改造43.3刀架的改造6</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的組成9</p>

6、<p>　　4.1接口硬件介紹及其設(shè)計9</p><p>　　4.2　系統(tǒng)的軟件部分11</p><p>　　第5章 機床數(shù)控化改造的聯(lián)調(diào)13</p><p>　　5.1空運轉(zhuǎn)前的檢查13</p><p>　　5.2各種動作試驗13</p><p>　　5.3功能試驗14</p>

7、<p>　　5.4空運轉(zhuǎn)試驗14</p><p><b>　　5.5試切15</b></p><p>　　第6章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇16</p><p>　　6.1步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)16</p><p>　　6.2異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)16</p><

8、;p>　　6.3交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)16</p><p>　　第7章 改造的技術(shù)準(zhǔn)備17</p><p>　　7.1改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功17</p><p>　　7.2改造的實施18</p><p>　　7.3驗收及后期工作18</p><

9、p>　　第8章 機床數(shù)控改造的意義及發(fā)展史20</p><p>　　8.1機床數(shù)控改造的意義20</p><p>　　8.2數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢20</p><p>　　8.3數(shù)控未來發(fā)展的趨勢21</p><p>　　8.4應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)21</p><p>　　8.5機床數(shù)控化改造的必要性

10、22</p><p>　　8.6宏觀看改造的必要性22</p><p>　　第9章 機床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場及優(yōu)缺點24</p><p>　　9.1機床數(shù)控化改造的市場24</p><p>　　9.2進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場24</p><p>　　9.3數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺24</p&

11、gt;<p>　　第10章 參考文獻28</p><p>　　近年來，隨著各行業(yè)對機加工產(chǎn)品要求的不斷提高和數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機床以其精度高、效率高和勞動強度低等諸多普通機床無法比擬的優(yōu)勢，成為當(dāng)今制造業(yè)的主流加工設(shè)備。目前，一個企業(yè)設(shè)備數(shù)控化程度的高低已經(jīng)直接影響到了它的生存。那些擁有大量普通機床的工廠，正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。這些廠家效益不好的主要原因，一方面是大量普通機床閑置造成浪費，另

12、一方面是沒有足夠的資金購買新的數(shù)控設(shè)備。而數(shù)控機床在機械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅(qū)動元件，無檢測反饋機構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達±0.01至0.022mm，已能滿足C620車床改造后加工零件的精度要求。因此，投入較少的資金，把原有機床進行升級改造，使之變成

13、數(shù)控機床，就成了解決這一問題的最好辦法?，F(xiàn)在，機床的改造，特別是把普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，已經(jīng)成為了我國廣大企業(yè)設(shè)備投資的重要組成部分?，F(xiàn)將機床改造中要考慮的主要問題介紹如下：</p><p>　　數(shù)控車床行業(yè)中,目前國內(nèi)使用的大都是以步進電機作為驅(qū)動元件構(gòu)成的經(jīng)濟型車床數(shù)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)大多采用單片機作為控制核心,以開環(huán)方式工作,功能少而且故障率較高。在如今車床的改造過程中,我們應(yīng)用的SKY普及型車床系統(tǒng)

14、,以其獨特的雙位置閉環(huán)控制方式,全面兼容的標(biāo)準(zhǔn)高速64位PC控制核心,方便的自動對刀功能,強大的CAD/CAM/CNC一體化功能,發(fā)揮出國外系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢,給用戶帶來良好的經(jīng)濟效益。</p><p>　　第1章、機床數(shù)控化改造的分類</p><p>　　機床的數(shù)控化改造可以分為以下幾種： </p><p>　　*其一是恢復(fù)原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)

15、； </p><p>　　*其二是NC化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床； </p><p>　　*其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重；</p><p>　　*其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提

16、高水平和檔次的更新改造。 </p><p><b>　　第2章、控制原理</b></p><p>　　常規(guī)閉環(huán)車床位置控制系統(tǒng)的設(shè)計,是在速度環(huán)基礎(chǔ)上加位置外環(huán)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。由于這類系統(tǒng)難以克服非線性因素的影響,常因自持振蕩而無法工作。為了克服系統(tǒng)這種缺陷,以轉(zhuǎn)角—線位移雙閉環(huán)位置控制方式,使數(shù)控技術(shù)達到一個嶄新的的層次。由其構(gòu)成的位置控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示。&

17、lt;/p><p>　　該系統(tǒng)由內(nèi)外雙位置環(huán)組成。其內(nèi)環(huán)為轉(zhuǎn)角位置環(huán),檢測元件為裝于電機軸上的光電碼盤,驅(qū)動裝置為交流伺服系統(tǒng),由此構(gòu)成一輸入為θi、輸出為θo的隨動系統(tǒng)。外部位置環(huán)采用光柵、感應(yīng)同步器等線位移檢測元件直接獲取機床工作臺位移信息,并以內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)角隨動系統(tǒng)作為驅(qū)動裝置驅(qū)動工作臺運動,并且引入Gc(S)組成的前饋通道,構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng),大大提高了其跟隨性能。因為工作臺的精度由線位移檢測元件決定,所以在理論上

18、消除了機床間隙對精度的影響。</p><p>　　2.1 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。例如，數(shù)控機床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類。在普通機床的數(shù)控

19、化改造中，一般選用價格較低的開環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的執(zhí)行元件——伺服電機，通常采用步進電機或永磁式交流伺服電機。 步進電機是采用脈沖數(shù)字信號進行控制的，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱?，易于控制，價格最低。其選擇的關(guān)鍵是對參數(shù)進行確定。確定參數(shù)的具體方法是：先計算電機的步距角，其次確定其步距精度，然后再對它的轉(zhuǎn)矩進行選擇，最后選定步進電機驅(qū)動器。永磁式交流伺服電機常用于進給驅(qū)動系統(tǒng)中，它容量大，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高，但啟動特性欠

20、佳。其選擇方法是：先確定電機的額定轉(zhuǎn)速，其次選擇其負載慣量，然后再確定它的額定轉(zhuǎn)矩，進行電機預(yù)選，最后通過進一步的速度、加減速轉(zhuǎn)矩及連續(xù)工作轉(zhuǎn)矩的驗算確定預(yù)選電機是否符合要求。根據(jù)車床傳動部分的</p><p>　　2.2數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的中樞，是其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，選擇時要保證能購得最適合的系統(tǒng)，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。首先，要考慮被改造機

21、床的功能要求。根據(jù)機床的功能要求選擇數(shù)控系統(tǒng)，以使數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，而選擇了功能遠遠多于改造機床功能的系統(tǒng)，造成功能過剩、資金浪費，且在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加而帶來故障率升高的隱患。又要保證所選數(shù)控系統(tǒng)能滿足機床全部功能要求，不要出現(xiàn)一些因必須的系統(tǒng)功能短缺，影響其它功能的使用，使機床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來。其次，要考慮數(shù)控系統(tǒng)的

22、制造廠商。老牌著名跨國公司主要有德國的西門子、日本的發(fā)那科和三菱、法國的NVM等，國內(nèi)公司主要有中華數(shù)控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統(tǒng)的性能尚優(yōu)于國產(chǎn)系統(tǒng)，但價格也較高，因此適用于大型高精度機床。國產(chǎn)系統(tǒng)功能較簡單，性能較穩(wěn)定，價格便宜，對一般車床、銑床已能可靠使用，且近幾年國產(chǎn)系統(tǒng)也有長足進步，與世界先進技術(shù)的差距越來越小。如中華數(shù)控公司，就憑借已</p><p>　　要考慮數(shù)控系統(tǒng)與其它配件的匹配。如

23、果數(shù)控系統(tǒng)、電機及驅(qū)動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時，就可能會出現(xiàn)輸入與輸出信號的不匹配及在傳送中信號產(chǎn)生滯后等現(xiàn)象。因此，選擇時要優(yōu)先考慮能提供進給伺服系統(tǒng)和主軸驅(qū)動的廠家的數(shù)控系統(tǒng)。另外，在資金允許的條件下，盡量向著名廠家型號系列靠攏。一般著名廠商此類系統(tǒng)零件篩選更嚴格，制造工藝更規(guī)范可靠，性能穩(wěn)定，能更好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障，也有利于維修。</p><p>　　第3章、 機床機

24、械部件的改造 數(shù)控機床的機械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。因此，不能簡單地認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了機床數(shù)控改造的目的。而是應(yīng)該從機床自身的價值考慮，分析改造要達到的目標(biāo)和所需投入。從該機床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來分析改造價值。對被改造機床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。其中包括機床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合改造要求，部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好，各坐標(biāo)軸的機械傳動結(jié)構(gòu)及

25、導(dǎo)軌副的形式等是否適用，各項精度是否滿足要求，機床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現(xiàn)過重大故障。從該機床的投入產(chǎn)出率估算，確定最終改造方案。3.1主傳動系統(tǒng)的改造 傳動系統(tǒng)進行改造時，一般應(yīng)盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機構(gòu)，只把主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)由原來的機械控制改變?yōu)橛蓴?shù)控系統(tǒng)控制。當(dāng)然，如果為了擴大變速范圍，實現(xiàn)加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機更換為多速電機，這樣可以使機床性能更好。但多速電機的功率是隨轉(zhuǎn)

26、速的變化而變化的，所以電機功率要大，且還要增加一套電機變速系統(tǒng)，改裝比較麻煩。對普通機床進行簡易數(shù)控改造</p><p>　　滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)

27、緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　改造時各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對有特殊要求的機床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導(dǎo)程在滿足機床改造后性能的前提下越小，對機床的傳動精度越有利。機床的傳動精度在保證機床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置

28、形式有很大的關(guān)系，一般在普通機床改造中絲杠副選P4級即可滿足要求，特殊精密機床選P3級甚至更高。絲杠副軸承常見的布置形式根據(jù)不同的需要可以分為以下幾種，如圖1。</p><p>　　圖1 絲杠副軸承的布置形式</p><p>　　(1).圖1－a中為一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。 &l

29、t;/p><p>　　(2).圖1－b中為一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。 </p><p>　　(3).圖1－c和1－d中為兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，

30、但設(shè)計時要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時的預(yù)拉伸量，否則會影響軸承壽命，同時也會因為預(yù)加負載得不易控制而增加電機的附加扭矩。b拖板。拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標(biāo)精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅(qū)動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩

31、種。剛性調(diào)整法傳動剛度較好，結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整起來很費時；柔性調(diào)整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側(cè)間隙，傳動剛度較低，傳動平穩(wěn)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。改造中，可根據(jù)機床加工目標(biāo)選用。具體選用可參考有關(guān)資料。c機床導(dǎo)軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應(yīng)充分考慮機床導(dǎo)軌的耐磨性。當(dāng)前國內(nèi)普通機床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對達不到預(yù)定要求的原機床導(dǎo)軌進行修磨、刮研</p><p>　　3

32、.3刀架的改造 刀架是否需要進行改造，要根據(jù)改造后機床主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機床上的加工，就沒有必要對刀架進行改造。若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行改造。即拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅(qū)動，由數(shù)控裝置控制的自動刀架。機床的數(shù)控化改造要考慮的因素很多。除了上面提到的主要內(nèi)容外，由于機床控制方式的改變，還要對其進行電氣部分的重新設(shè)計，機械部分的大修和專項

33、修理，解決調(diào)試、安裝等多方面存在的問題?？傊?，在改造過程中，一定要全面綜合地考慮問題。只有這樣才能改造出性能價格比最優(yōu)的機床。</p><p>　　快速自動對刀部分　配上附件對刀器，實現(xiàn)了有人工參與的快速自動對刀。其工作原理圖4可簡要說明。對刀模塊上有兩個對刀面A、B，其位置關(guān)系已知。在系統(tǒng)控制下，刀具刀尖分別觸及對刀面A、B的瞬間，采樣X、Z坐標(biāo)值，即可求得刀尖坐標(biāo)。即確定了該刀具在機床坐標(biāo)系中的位置。若刀具刀

34、尖為圓弧形，刀尖觸及A、B面時，采樣到的X、Z坐標(biāo)值為圓弧與對刀面接觸點的相關(guān)坐標(biāo)。此時系統(tǒng)將根據(jù)刀尖半徑與對刀面的幾何關(guān)系，通過計算求解出刀尖圓心坐標(biāo)，以此確定刀具位置。利用快速對刀功能，對一把刀只需1min左右。且對刀精度高，大大減少了加工的輔助時間，有效地提高了勞動生產(chǎn)率與車削加工質(zhì)量.</p><p>　　如圖1-1所示為CA6140型普通車床數(shù)控化改造例，它采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造

35、后的車床進給運動由步進電機A和B驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)(或床身尾部)和拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動。(插圖1-1) 為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當(dāng)利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)(主軸系統(tǒng))和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應(yīng)使處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進給機

36、構(gòu)若未拆除，工作時也應(yīng)使其處于空檔(空擋)位置。改造后的進給脈沖當(dāng)量的量值靠步進電機步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示： (θ/360)×（ac/bd)×T=δ 式中θ——步進電機步聚角(度)； T——所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程(mm); a,b,c,d——齒輪齒數(shù)，當(dāng)單級減數(shù)時，令c、d等于1； δ——脈沖當(dāng)量值(mm)。 步進電機的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機床型號來選擇，普通車床

37、(如C6140、C620等)的數(shù)控改造中</p><p><b>　　第4章、系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　該系統(tǒng)是由PC機和自行開發(fā)的數(shù)控控制板兩級控制組成，其組成如圖l所示。主要功能部件有：</p><p>　　4.1接口硬件介紹及其設(shè)計</p><p>　?。?）PC機。可選用市面上任何一種機型，也可利用

38、閑置低檔配置的機型。在PC平臺上可以開發(fā)出具有良好開放數(shù)控系統(tǒng)，從而增強經(jīng)濟型數(shù)控改造的整體效果。</p><p>　?。?）數(shù)控控制板?？紤]到經(jīng)濟型數(shù)控改造的特點，數(shù)控板沒有采用常見的ISA總線插卡，而是結(jié)合本課題的具體情自行開發(fā)一塊以8031單片機為核心的數(shù)控控制板。它主要成實EI性任務(wù)，如機床狀態(tài)檢測、緊急情況處理、細插補運算、脈沖分配等。PC機利用標(biāo)準(zhǔn)并行打印口與8031進行通信，將預(yù)處理后的數(shù)控加工信息

39、通過數(shù)控控制板完成對機床的控這種結(jié)構(gòu)省去了打開機箱的麻煩，方便安裝和維護。為提靠性和處理速度，采用硬件環(huán)形分配器產(chǎn)生脈沖控機的運轉(zhuǎn)。為增強系統(tǒng)的抗干擾能力，輸入輸出信號要經(jīng)電隔離。</p><p>　　（3）機床本體。為滿足數(shù)控加工的要求，對原機床機械的改造主要有：①進給系統(tǒng)。拆除原機床進給箱、溜板箱內(nèi)的零部件及光杠、滑動絲杠、掛輪?？v、橫向以步進電機作為驅(qū)動元件，經(jīng)一級齒輪減速后由滾珠絲杠傳動。原橫向手動機構(gòu)仍

40、保留，以方便機床的手動調(diào)整。②主變速系統(tǒng)。保持原機床的主舳手動變速，數(shù)控系統(tǒng)僅控制主軸電機的起、停和正、反轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)螺紋加工功能，往機床主軸末端安裝脈沖發(fā)生器作為主軸位信號的反鎖元件。③刀架部分，原機床手動轉(zhuǎn)位刀架保留不變。</p><p>　?。?）驅(qū)動電路。采用離低壓驅(qū)動方式，自行設(shè)計步進電機驅(qū)動電路板。2、主軸部分的改造 </p><p>　　車床主軸帶動工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車削加工

41、中的主運動，消耗機床大部分動力。普通車床由主電動機經(jīng)皮帶傳動，經(jīng)主軸變速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動或自動變速獲得（9～24）級轉(zhuǎn)速，通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機械主軸單元加變頻電機和變頻器組成。普通車床在數(shù)控化改造時大部分情況下保留原主軸箱，不做改動或少做改動。如需改動則要注意以下幾點： </p><p>　　如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤滑功能，則需對

42、其增裝單獨普通電機加以驅(qū)動，避免液壓系統(tǒng)受到主電機正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。 如不需要原有機械變速換擋時，則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死以免因為誤操作出現(xiàn)事故。 機床能否進行螺紋加工是主軸部分數(shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。改造時如圖2，我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼盤轉(zhuǎn)

43、一轉(zhuǎn)，通過反饋給系統(tǒng)控制進給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對式光電碼盤，目前國內(nèi)常用的為增量式光電碼盤。根據(jù)光電碼盤上刻線條數(shù)可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。</p><p>　　圖2 主軸編碼器安裝圖</p><p>　　PC機的標(biāo)準(zhǔn)并行打印口是一個具有25個引腳，3個端址的控制接口。

44、本系統(tǒng)只需把PC機插補后的數(shù)據(jù)快速的下傳，而上傳的只是機床的少量狀態(tài)信息，機床的動作主要由8031來控制完成。這種情況很適合打印機接口的通信特點。利用打印機接口在和數(shù)控控制板之間通信，不需增加額外硬件，只要把并行打的3個端口根據(jù)數(shù)控加工的需要重新定義即可利用，尤其適于經(jīng)濟型數(shù)控改造。數(shù)控控制板的有關(guān)組成電路如圖2所示。</p><p>　　4.2　系統(tǒng)的軟件部分</p><p>　　本數(shù)控

45、系統(tǒng)的軟件部分采用VC6.0編寫，三維圖形實現(xiàn)。由于軟件在PC平開發(fā)，因此適應(yīng)能力強，界面通俗易懂，三維圖形真實感強，系開放性能好，為以后的升級維護和功能的擴充修改提供了條件。</p><p>　　用戶在數(shù)控加工時，先要生成后綴為.cnc的零件加工程此程序可由/CAM軟件自動編程，也可在本系統(tǒng)的程序輯窗口手工編寫。然后，由數(shù)控系統(tǒng)軟件對加工程序進行檢查、編譯、粗插補，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，則給出詳細的錯誤信息，便于用戶修

46、改。編譯通過后，生成可執(zhí)行文件，利用加工預(yù)覽可以在加工前對加工過程仿真。在確認刀具軌跡符合要求況下，選擇操作面板上的“自動”檔，并按動“開始”按鈕，PC機則將處理后的數(shù)據(jù)通過打印接口送給8032，8031按升降速度硬件環(huán)分，發(fā)送脈沖給步進電機使機床動作，完成數(shù)工。限位、急停信號送入8031的外中斷引腳，發(fā)生緊急情況時，8031響應(yīng)中斷，停止發(fā)送脈沖，機床停止運動，同時向PC機發(fā)故障信號，使PC機停止向8031傳送數(shù)據(jù)，并在屏幕上顯示相的

47、報警信息，用戶可根據(jù)報警信息的提示及時排除故障。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，PC機和8031單片機之間快速可靠的數(shù)送是保證數(shù)控系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵，也是一個難點。潤滑部分的改造 </p><p>　　老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。</p>

48、<p><b>　　圖3 機床的潤滑</b></p><p>　　在對這些機床改造時一般都要對其潤滑部分進行相應(yīng)的改動，，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動潤化兩種，在機床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。 </p><p>　　絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。 </p&

49、gt;<p>　　第5章、機床數(shù)控化改造的聯(lián)調(diào)</p><p>　　機床安裝、系統(tǒng)各參數(shù)按要求設(shè)置完成之后，在機電聯(lián)調(diào)時還需完成各種動作試驗、功能試驗、空運轉(zhuǎn)、負荷試驗，檢驗機床數(shù)控化改造后是否滿足要求。 </p><p>　　5.1空運轉(zhuǎn)前的檢查 </p><p>　?。?）通電前機床外觀檢查（檢查機床各部位的裝配質(zhì)量，使他們能在通電后正常工作）。重

50、要固定結(jié)合面應(yīng)緊密貼合，用0.03塞尺檢查時應(yīng)該插不進，滑動導(dǎo)軌面的端部用0.03塞尺檢查深度小于20mm。重要固定結(jié)合面為床頭箱與床身的結(jié)合面，轉(zhuǎn)塔刀架底座與滑板的結(jié)合面，尾座體與尾座底板的結(jié)合面，床身與床身（拼結(jié)床身）的結(jié)合面，鑲鋼導(dǎo)軌與基礎(chǔ)件的結(jié)合面等。 </p><p>　?。?）仔細檢查各個箱體及各個運動部件是否按要求加油，箱體中的油平面不得低于油標(biāo)線以下。冷卻箱中是否有足夠的冷卻液，液壓站、自動間歇潤

51、滑裝置的油是否到油位指示器規(guī)定的油位，電器控制箱中的各開關(guān)及元器件是否正常，各插裝集成電路板是否到位，通電啟動集中潤滑裝置使各潤滑部位及潤滑油路充滿潤滑油。 </p><p>　　5.2各種動作試驗 </p><p>　　（1）手動操作試驗 </p><p>　　如車床依靠手動使刀架沿X、Z正負方向運動和單向進給運動。主要是試驗手動操作的準(zhǔn)確性，此功能多在加工對刀時

52、要用。 </p><p><b>　?。?）點動試驗 </b></p><p>　　在點動狀態(tài)下使刀架先慢后快運動，并進行倍率變換。 </p><p>　?。?）主軸變檔試驗 </p><p>　　主軸變擋試驗可按說明書中規(guī)定的變檔指令進行。 </p><p><b>　　（4）超程試驗

53、 </b></p><p>　　各軸做正負兩個方向的超程試驗。機床超程保護有兩種，一是軟件存儲極限保護，另一種硬件保護。超程狀態(tài)表現(xiàn)為控制機報警和屏幕上有顯示，另外液壓站電源切斷。如果超程保護不起作用，將造成機械部件損壞。 </p><p><b>　　5.3功能試驗 </b></p><p><b>　?。?）功能試驗

54、</b></p><p>　　用按鍵、開關(guān)、人工操縱對機床進行功能試驗。試驗其動作的靈活性、平穩(wěn)性以及功能的可靠性。 </p><p>　?。?）任選一種主軸轉(zhuǎn)速做主軸啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止（包括制動）的連續(xù)試驗，連續(xù)操作不少于七次。 </p><p>　?。?）主軸高、中、低轉(zhuǎn)速變換試驗。轉(zhuǎn)速的指令值與顯示值允差為±5%。 </p>

55、;<p>　?。?）任選一種進給量，將啟動、進給和停止動作連續(xù)操作，在X、Z軸的全部行程上，連續(xù)做工作進給和快速進給試驗?？焖傩谐虘?yīng)大于1/2全行程，正反方向連續(xù)操作不少于七次。 </p><p>　?。?）在X、Z軸的全行程上，做低、中、高進給量變換試驗。 </p><p>　?。?）轉(zhuǎn)塔刀架進行正反方向轉(zhuǎn)位和各種轉(zhuǎn)位夾緊試驗。 </p><p>　

56、　（7）液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)做密封、潤滑、冷卻性能試驗，做到不滲漏。 </p><p>　　（8）卡盤做夾緊、松開、靈活性及可靠性試驗。 </p><p>　?。?）主軸做正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及變換主軸轉(zhuǎn)速試驗。 </p><p>　?。?0）進給機構(gòu)做低、中、高進給量及快速進給的變換試驗。 </p><p>　?。?1）用數(shù)字控制指令進行機床的

57、功能試驗，試驗動作的靈活性和功能的可靠性。 </p><p>　　（12）試驗進給坐標(biāo)超程、手動數(shù)據(jù)輸入、位置顯示、回基準(zhǔn)點，程序序號顯示和檢索、程序暫停、程序刪除、直線插補、直線切削循環(huán)、錐度切削循環(huán)、螺紋切削循環(huán)、圓弧切削循環(huán)、刀具位置補償、螺距補償、間隙補償?shù)裙δ艿目煽啃?、動作靈活性等。 </p><p><b>　　5.4空運轉(zhuǎn)試驗 </b></p>

58、;<p>　　5.4.1主運動機構(gòu)運轉(zhuǎn)試驗 </p><p>　　在不切削狀態(tài)下，試驗主軸運轉(zhuǎn)時間的溫度變化和空載功率。機床主運動機械由低、中、高三檔轉(zhuǎn)速，有級變速為全部轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時間不少于2分鐘，在最高轉(zhuǎn)速段不得少于1小時，使主軸軸承達到穩(wěn)定溫度。檢查主軸軸承的溫度不超過70℃。 </p><p>　　5.4.2連續(xù)空運轉(zhuǎn)試驗 </p><p>　　用

59、數(shù)控程序指令全部功能做（不切削）連續(xù)運動和回轉(zhuǎn)試驗。其運動時間不大于15分鐘。每個循環(huán)終了停車，并模擬松卡工作，停車不超過一分鐘，根據(jù)客戶不同的要求連續(xù)運轉(zhuǎn)48h～72h。 </p><p><b>　　5.5試切 </b></p><p>　　在機床各項幾何精度和運動精度滿足要求后，應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和自定標(biāo)準(zhǔn)加工工件，以檢測機床數(shù)控化改造后的加工性能。有的除了要進行必要

60、的精加工外，還要進行一定的負荷試驗，以檢查其精度的穩(wěn)定性。 </p><p>　　在上述各項試驗滿足要求后，機床數(shù)控化改造后的聯(lián)調(diào)工作也就完成了</p><p>　　第6章、數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。</p><p>　　6.1步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)</p>&l

61、t;p>　　該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的

62、位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。</p><p>　　6.2異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于

63、零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)。用這種系統(tǒng)可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采。</p><p>　　6.3交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)

64、環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。</p><p>　　當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。</p>

65、;<p>　　選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅(qū)動電機的功率和用戶的要求。</p><p>　　第7章、改造的技術(shù)準(zhǔn)備</p><p>　　7.1改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。</p><p><b>　　技術(shù)準(zhǔn)備包括：</b></p><p><

66、b>　　1.機械部分準(zhǔn)備</b></p><p>　　為配合電氣改造而需進行的機械大修改造的測量、計算、設(shè)計、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。同時對停機后需拆、改、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個改造工作銜接得當(dāng)。</p><p>　　2.新系統(tǒng)電氣資料消化</p><p>　　新系統(tǒng)有許多新功能、新要求、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資

67、料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調(diào)試說明、使用手冊、編程手冊等。要有充裕的時間來對上述資料進行翻譯(進口系統(tǒng))、消化、整理、核對，做到思路清晰，層次分明。</p><p>　　3.新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計</p><p>　　根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計機電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點、參數(shù)測量點、維修位置等，要求

68、操作與維修方便、合理，線路走向通順、中小連接點少，強弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時需自行制作轉(zhuǎn)換接口。</p><p>　　4.操作、編程人員的技術(shù)培訓(xùn)</p><p>　　機床電氣系統(tǒng)改造后，必然對操作、編程人員帶來新的要求。因此提前對操作人員和編程人員進行新系統(tǒng)知識培訓(xùn)十分重要，否則將影響改造后的

69、機床迅速投入生產(chǎn)。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括新的操作面板配置、功能、指示含義；新系統(tǒng)的功能范圍、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別；維護保養(yǎng)要求；編程標(biāo)準(zhǔn)與自動化編程等等。重點是弄懂、弄通操作說明書和編程說明書。</p><p>　　5.調(diào)試步驟與驗收標(biāo)準(zhǔn)的確定</p><p>　　新的電氣系統(tǒng)改造完以后，怎樣進行調(diào)試以及確定合理的驗收標(biāo)準(zhǔn)，也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機械、液壓、電氣、控制、傳

70、感等，因此必須由項目負責(zé)人進行，其它人員配合。調(diào)試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進行。驗收標(biāo)準(zhǔn)是對新系統(tǒng)的考核，制定時必須實事求是，過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會對改造工作產(chǎn)生負面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來，不能輕易修改，因為它牽涉到整個改造工作的各個環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　7.2改造的實施</b></p><p>　　準(zhǔn)備工

71、作就緒后，即可進入改造的實施階段。實施階段內(nèi)容按時間順序分為：</p><p>　　1.原機床的全面保養(yǎng)</p><p>　　機床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時作對比分析用。</p><p>　　2

72、.保留的電氣部分最佳化調(diào)整</p><p>　　若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強電部分的零件更換，電機的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。只有對保留的電氣部分做好過細的最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機床有較低的故障率。</p><p><b>　　3.原系統(tǒng)

73、拆除</b></p><p>　　原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細進行，及時在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中的欠缺之處，應(yīng)及時補充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用。還有一定使用價值的，可作其他機床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。</p><p>　　4.合理安排新系統(tǒng)位置

74、及布線</p><p>　　根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖紙，合理進行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。</p><p><b>　　5.調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦

75、冷靜，隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈，無多余物品；各運動坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。</p><p>　　7.3驗收及后期工作</p><p>　　驗收工作應(yīng)聘請有關(guān)的人員共同參加，并按已制定的驗收標(biāo)準(zhǔn)進行。改造的后期工作也很重要，它有

76、利于項目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)。驗收及后期工作包括：</p><p>　　1.機床機械性能驗收</p><p>　　經(jīng)過機械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機床的各項機械性能應(yīng)達到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。</p><p>　　2.電氣控制功能和控制精度驗收</p><p>　　電氣控制的各項功能必須達到動作正常，靈敏可靠。控制精度應(yīng)用

77、系統(tǒng)本身的功能(如步進尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計量器具(如激光干涉儀、坐標(biāo)測量儀等)對照檢查，達到精度范圍之內(nèi)。同時還應(yīng)與改造前機床的各項功能和精度作出對比，獲得量化的指標(biāo)差。</p><p><b>　　3.試件切削驗收</b></p><p>　　可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、編程人員配合下進行試切削。試件切削可驗收機床剛度、切削力、噪聲、運動軌

78、跡、關(guān)聯(lián)動作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。</p><p>　　4.圖紙、資料驗收 </p><p>　　機床改造完后，應(yīng)及時將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、移交入檔。保持資料的完整、有效、連續(xù)，這對該設(shè)備的今后穩(wěn)定運行是十分重要的。</p><p><b>　　

79、5.總結(jié)、提高</b></p><p>　　每次改造結(jié)束后應(yīng)及時總結(jié)，既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，也有利于整個企業(yè)的技術(shù)進步</p><p>　　第8章、機床數(shù)控改造的意義及發(fā)展史</p><p>　　8.1機床數(shù)控改造的意義 1節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新

80、機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。</p><p>　　2性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 </p><p>　　3提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且

81、可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。</p><p>　　8.2數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢</p><p>　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的

82、變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。</p><p>　　1.數(shù)控(NC)階段(1952～1970年)</p><p>　　早期計算機的運算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIREDNC)，簡稱為數(shù)控(NC)。

83、隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。</p><p>　　2.計算機數(shù)控(CNC)階段(1970年～現(xiàn)在)</p><p>　　到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控(CNC)階段(把計算機前面應(yīng)有的"通用&q

84、uot;兩個字省略了)。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器(MICROPROCESSOR)，又可稱為中央處理單元(簡稱CPU)。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕(故當(dāng)時曾用于控制多臺機床，稱之為群控)，不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當(dāng)時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理

85、器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。到了1990年，PC機(個人計算機，國內(nèi)習(xí)慣稱微機)的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。</p><p>　　總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC(國

86、外稱為PC-BASED)。</p><p>　　還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控(即CNC)了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控(NC)。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實質(zhì)上已是指"計算機數(shù)控"了。</p><p>　　8.3數(shù)控未來發(fā)展的趨勢</p><p>　　1.繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展</p>&l

87、t;p>　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。</p><p>　　2.向高速化和高精度化發(fā)展</p><p>　　這是適應(yīng)機床向高

88、速和高精度方向發(fā)展的需要。</p><p>　　3.向智能化方向發(fā)展</p><p>　　隨著人工智能在計算機領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。</p><p>　　8.4應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。</p>

89、<p>　　1.引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工</p><p>　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。</p><p>　　2.引入故障診斷專家系統(tǒng)</p><p>　　3.智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置</p><p>　　可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)

90、獲得最佳的運行。</p><p>　　8.5機床數(shù)控化改造的必要性</p><p>　　1.微觀看改造的必要性</p><p>　　從微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。</p><p>　　a.可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。</p><

91、p>　　由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。</p><p>　　b.可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。</p><p>　　由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另

92、一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。</p><p>　　c.加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。</p><p>　　d.可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。</p><p>　　e.擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)

93、長時間無人看管加工。</p><p>　　f.由以上五條派生的好處。：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。</p><p>　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))等企業(yè)

94、信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　　8.6宏觀看改造的必要性</p><p>　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機械工業(yè))進行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬

95、制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就

96、從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。</p><p>　　第9章 機床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場及優(yōu)缺點</p><p>　　9.1機床數(shù)控化改造的市場</p><p>　　我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6

97、%。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%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(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(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)

98、展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。</p><p>　　9.2進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場</p><p>　　我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1979～1988年10年間，全國引進技術(shù)改造項目就有18446項，大約165.8億美元。</p><p>　　這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作

99、用。但是有的引進項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當(dāng)，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進時只注意引進設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達產(chǎn)達標(biāo)；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已

100、引進較長時間，需要進行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。</p><p>　　9.3數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺</p><p>　　1.國外改造業(yè)的興起&l

101、t;/p><p>　　在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)

102、。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。</p><p>　　2.數(shù)控化改造的優(yōu)缺</p><p

103、>　　a.減少投資額、交貨期短</p><p>　　同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60%～80%的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50%左右。</p><p>　　b.機械性能穩(wěn)定可靠，

104、結(jié)構(gòu)受限</p><p>　　所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p><p>　　c.熟悉了解設(shè)備、便于操作維修</p><p>　　購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力

105、；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。</p><p>　　d.可充分利用現(xiàn)有的條件</p><p>　　可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　e.可以采用最新的控制技術(shù)</p><p>　　可根據(jù)技術(shù)革新

106、的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當(dāng)今水平的機床。</p><p><b>　　3結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過改造后的車床,如云南機床廠的C6140車床、泰興機床廠的C6150車床等,能發(fā)揮出普及型數(shù)控車床的全部功能,精度高、可靠性好、操作容易。該機床再配合系統(tǒng)強大的CAD/CAM/CNC三位一體的軟件編程功能

107、,使其能加工多種精度要求高、形狀復(fù)雜的工件,從而給用戶創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟效益。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　改造前的普通車床：</b></p><p><b>　　改造后的數(shù)控車床：</b></p><p><b>　　參考文獻&

108、lt;/b></p><p>　　[1]李鐵堯.金屬切削機床[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1989.[2]羅永順.普通機床數(shù)控化改造設(shè)計中關(guān)鍵問題的研究[J].機床與液壓，2005，（6）：193-195.[3]吳孜越.C620普通車床的數(shù)控化改造[J].機床與液壓，2005，（8）：211-213.[4]孟俊煥.經(jīng)濟型數(shù)控機床改造的優(yōu)化方案研究[J].機床與液壓，2005，（7）：200-201.