14樣子-14機(jī)械本YJN正文-數(shù)控車(chē)床的經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用解析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用摘要了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床（刀具）運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的 順序自動(dòng)執(zhí)行操作的過(guò)程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。 它的優(yōu)點(diǎn)很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)， 但它的價(jià)格昂貴。由于我國(guó)現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車(chē)床，自動(dòng)化程度低,要更新 現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個(gè)問(wèn)題,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我 們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。本次設(shè)計(jì)主要為縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括縱向進(jìn)給 系統(tǒng)改造方案的確定，各零部件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵

2、詞：數(shù)控、車(chē)床、改造、縱向進(jìn)給畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用、八前言數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。 經(jīng)改造后的機(jī)床加 工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們對(duì)有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書(shū)籍、刊物進(jìn)行大量閱讀 收集了很多資料,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念， 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況， 數(shù)控機(jī)床的組成及 其工作原理，擴(kuò)大了我們的知識(shí)面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)， 對(duì)零件的加工質(zhì) 量的要求也越來(lái)越高。 隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)

3、， 產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代 加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更 高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 3 頁(yè)共 31 頁(yè)第一章概 述一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類(lèi)創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力 勞動(dòng)的工具。它與人類(lèi)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比， 起了質(zhì)的飛躍，為人類(lèi)進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)

4、歷了兩個(gè)階段和六代的 發(fā)展。1、數(shù)控（NQ階段（19521970年）早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺(tái)機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為數(shù) 控系統(tǒng)，被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（NQ。隨著元器件的 發(fā)展，這個(gè)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。2、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC階段（1970年現(xiàn)在）到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系 統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC階段（把計(jì)算機(jī)前

5、面應(yīng)有的通用兩個(gè) 字省略了）。到1971年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部 件-運(yùn)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(chēng)之為微處理器（MICROPROCESSOR又可稱(chēng)為中央處理單元（簡(jiǎn)稱(chēng)CPU。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱(chēng)之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但 可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱(chēng)為計(jì)算 機(jī)數(shù)控。到了

6、1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段， 可以滿(mǎn)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(jìn)入了基于PC的階段?？傊?jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代-小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于PC（國(guó)外稱(chēng)為PC-BASED。還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱(chēng)數(shù)控（NQ。所以我們?nèi)粘Ｖv的數(shù)控，實(shí)質(zhì)上已是指計(jì)算機(jī)數(shù)控了。二、數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)數(shù) 控機(jī)床（Numerical Co ntrol Mach ine Tools）是指采用數(shù)字形式信息控制機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過(guò)程

7、中所需的各種 操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入 計(jì)算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算以及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的工件的一類(lèi)機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問(wèn)題，是 一種靈活的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，尤其對(duì)于約占機(jī)械加工總量80%的單件、 小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來(lái)，采用數(shù)控機(jī)床 有以下幾方面的好處：1提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn) 疋；2提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率35倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則 可提高生產(chǎn)率510倍；3可加工形狀復(fù)雜的零件；4減輕了

8、勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；5有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。然而，數(shù)控機(jī)床畢竟是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床，技術(shù)復(fù)雜，成本較高。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 4 頁(yè)共 31 頁(yè)在實(shí)際采用時(shí)，一定要充分考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前，選用數(shù)控機(jī)床時(shí) 主要考慮以下三種因數(shù)：即單件、中小批量的生產(chǎn)；形狀比較復(fù)雜，精度 要求高的加工；產(chǎn)品更新頻繁，生產(chǎn)周期要求短的加工。凡是符合這三種 因 素 之 一 的 情 況 ， 采 用 數(shù) 控 機(jī) 床 ，對(duì) 于 改 進(jìn) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 、 減 輕 工 人 勞 動(dòng)強(qiáng) 度 、 提高經(jīng)濟(jì)效益等，都會(huì)獲得顯著的效果。畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用三、數(shù)控機(jī)床的工藝范

9、圍及加工精度1.數(shù)控機(jī)床的工藝范圍：根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，一般可按適用程度將 零件分為三類(lèi)：（1）最適用類(lèi)1） 形 狀 復(fù) 雜 ， 加 工 精 度 要 求 高 ， 用 通 用 機(jī) 床 無(wú) 法 加 工或 雖 然 能 加 工 但 很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件。2）用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件。3）有 難測(cè) 量 、難 控 制 進(jìn)給 、難 控 制尺 寸 的 不 開(kāi)敞 內(nèi) 腔 的殼 體 或 盒型 零 件 。4）必 須 在依 次 裝 夾中 合 并 完成 銑 、 鏜、 鉸 或 螺 紋等 多 工 序的 零 件 。（2） 較 適用 類(lèi)1） 在 通 用 機(jī) 床 加 工 時(shí) 極 易 受 人

10、為 因 素 （ 如 ：情 緒 波 動(dòng)、 體 力 強(qiáng) 弱、 技 術(shù)水平高低等）干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失的 零件；2）在通用機(jī)床上加工時(shí)必須制造復(fù)雜的專(zhuān)用工裝的零件。3）需要多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件。4）在通用機(jī)床上加工需要作長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整的零件。5）用通用機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動(dòng)強(qiáng)度很大的零件。（3） 不 適用 類(lèi)1）生 產(chǎn) 批量 大 的 零件 。畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè)2）裝夾困難或完全靠找正定位來(lái)保證加工精度的零件。3） 加工余量不穩(wěn)定，且數(shù)控 機(jī)

11、床上無(wú)在線檢測(cè) 系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo) 位置的零件。4）必須 用特定的 工 藝裝 備協(xié)調(diào)加 工的 零件 。2.數(shù)控機(jī)床的加工精度：看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定 位 精 度 如 果 能 達(dá) 到0.005mm（ISO標(biāo) 準(zhǔn).、統(tǒng) 計(jì) 法）,就 是 一 臺(tái) 高 精 度 機(jī) 床 ，在0.005mm（ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法）以下，就是超高精度機(jī)床，高 精度的機(jī)床，要 有最好的軸承、絲杠。超精密加工目前是指尺寸和位置精度為0.010.3卩m形狀和輪廓精 度為0.0030.1卩m,表面粗糙度鋼件RcK0.05卩m銅件RcK0.01卩m,國(guó)內(nèi)研制的超精密數(shù)控車(chē)床、 數(shù)控銑床已投入

12、生產(chǎn)使用。當(dāng)前在品種上需 發(fā)展超精密磨床和超精密復(fù)合加工機(jī)床, 同時(shí)要進(jìn)一步提升超精密主軸單 元、 超精密導(dǎo)軌副單元、 超精密平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、 超精密輪廓控制技術(shù)及納 米級(jí)分辨率數(shù)控系統(tǒng)的性能并加快其工程化。超精密機(jī)床主要用于解決國(guó)內(nèi)高新技術(shù)和國(guó)防關(guān)鍵產(chǎn)品的超精密加 工, 雖然需求量不很大, 但它是一項(xiàng)受?chē)?guó)外技術(shù)封鎖的敏感技術(shù)。 另一方 面, 超精密加工技術(shù)的深化研究, 它的成果的下延將有助于需要量大的加 工精度在亞微米級(jí)的高精密機(jī)床的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10卩m提高到5卩m,精密級(jí)加工中心則從35卩m,提高到11.5卩m,并且超精 密加工精度已

13、開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)（0.01卩m）。 在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置 的mtbf值已 達(dá)6 000h以上, 伺服系統(tǒng)的mtbf值達(dá)到30000h以上, 表現(xiàn) 出非常高的可靠性四、數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析1.實(shí)用性畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用選 購(gòu) 數(shù) 控 機(jī) 床 時(shí) ，企 業(yè) 要 有 明 確 的 目 的 和 出 發(fā) 點(diǎn) ，首 先 考 慮 的 是 數(shù) 控機(jī)床的實(shí)用性。(1)數(shù) 控 機(jī) 床 規(guī) 格 、精 度 的 實(shí) 用 性 。在 選 擇 數(shù) 控 機(jī) 床 時(shí),首 先 應(yīng) 確 定 數(shù)控 機(jī) 床 上 加 工 的 典 型 零 件 。零 件 的 尺 寸 決 定 機(jī) 床 的 加 工 范 圍 ；零 件 關(guān)

14、 鍵 部位的精度決定了所選機(jī)床的精度等級(jí) 。機(jī)床精度的評(píng)定指標(biāo)較多，因數(shù)控 機(jī)床類(lèi)別而異,但共有的關(guān)鍵項(xiàng)目是定位精度、重復(fù)定位精度以及綜合加 工精度。定位精度與傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械 系 統(tǒng) 中 的 扭 曲 、撓 度 、爬 行 、共 振 等 諸 因 素 造 成 的 綜 合 誤 差 。這 些指 標(biāo) 既 反映了伺服機(jī)構(gòu)的剛度,也說(shuō)明了位置反饋測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量。重復(fù)定位精 度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點(diǎn)的 穩(wěn)定性，傳動(dòng)鏈剛性直接影響重復(fù)定 位 精 度 。綜 合 加 工 精 度 指 最 后 加 工出 來(lái) 的 工 件 尺 寸 與 所 要 求 尺 寸 之 間 的 誤 差。選購(gòu)時(shí)應(yīng)避免

15、盲目追求高精度，注意機(jī)床精度與工件精度相匹配。(2)數(shù)控 系統(tǒng) 功能 的實(shí) 用性 。 數(shù)控 系統(tǒng) 功能 可分 為基 本 功 能與選用 功 能,各知名品牌數(shù) 控系 統(tǒng)的 基本 功能 差別 不大 。除基本功 能以 外,數(shù)控 系 統(tǒng)還為用戶(hù)提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜,而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中,性能差別很大,價(jià)格 也 相差 數(shù)倍 ，所以要根 據(jù)加工要 求和機(jī) 床性 能的需要 來(lái)選 擇。從 控制 方式 、 驅(qū) 動(dòng)形 式 、反 饋 形 式 、檢 測(cè) 、操 作 方 式 、接 口 形 式 和 故 障 診 斷 等 方 面 來(lái) 衡 量,合理地選擇適合機(jī)床的可選功能,放

16、棄可有可無(wú)或不實(shí)用的可選功 能。比如，自動(dòng)換刀裝置(ATC)是加工中心的基本特征,ATC裝置的投資 往往占整機(jī)的30%50%。因此在滿(mǎn)足使用要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單和可靠性高的ATC,以提高機(jī)床的可靠性和降低整機(jī)的價(jià)格。 應(yīng)當(dāng)注 意，單獨(dú)簽訂合同購(gòu)買(mǎi)附件的單價(jià)大大高于隨同主機(jī)一起供貨的附件單價(jià),應(yīng)盡可能在購(gòu)買(mǎi)主機(jī)時(shí)一并購(gòu)置部分易損部件及其他附件。2.經(jīng)濟(jì) 性。經(jīng)濟(jì)性是指選用的數(shù)控機(jī)床在滿(mǎn)足加工要求的條件下,所支付的 “錢(qián)”最少或較為合理的。經(jīng)濟(jì)性往往是和實(shí)用性緊密相連的,機(jī)床選得 實(shí)用、經(jīng)濟(jì),可避免不必要的浪費(fèi),避免以高代價(jià)換來(lái)功能過(guò)多而又不實(shí) 用的較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，避免在操作使用、維護(hù)

17、保養(yǎng)等諸多方面帶來(lái)困難。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文) 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 8 頁(yè) 共 31 頁(yè)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)使 用壽命一般為7年,主要以數(shù)控方面的使 用壽命 為 準(zhǔn) 。同 時(shí) 還 得 考 慮 市場(chǎng) 占 有 率,市 場(chǎng) 占 有 率 高 的 數(shù) 控 設(shè) 備 說(shuō) 明 是 旺 銷(xiāo) 產(chǎn) 品,已受到 多數(shù)用 戶(hù)的 青睞 和肯 定,一般 不會(huì) 有太多 的質(zhì)量問(wèn) 題。選購(gòu)數(shù)控機(jī)床應(yīng)考 慮投 資回報(bào),能夠在短 期內(nèi)收回投資 的機(jī) 床才是 好 機(jī) 床 。因 為 數(shù) 控 機(jī)床 的 主 要 優(yōu) 勢(shì) 是 實(shí) 現(xiàn) 工 序 集 中 ，從 而 提 高 生 產(chǎn)

18、率 和 加 工精度，所 以數(shù)控機(jī)床既適于單件小批生產(chǎn)，又 適于大批量 生產(chǎn)。多數(shù)中 小型企業(yè)購(gòu)買(mǎi)的數(shù)控機(jī)床用于批量生 產(chǎn)，因?yàn)榕可a(chǎn)不僅節(jié)省編程、對(duì) 刀等輔助時(shí)間，提 高機(jī)床利用率；而 且對(duì)操作者的技術(shù)要求 不高，人工費(fèi) 用 也 相 對(duì) 較低 。所 以 用 于 大 批 量 生 產(chǎn) 的 機(jī) 床 投 資 回 報(bào) 較 快 。少 數(shù) 產(chǎn) 品 附 加 值 高 ，具 有 一定 經(jīng) 濟(jì) 實(shí) 力 的 企 業(yè) ，為 了 生 產(chǎn) 組 織 方 便 而 購(gòu) 買(mǎi) 用 于 單 件 生 產(chǎn) 的數(shù)控機(jī)床。機(jī) 床利用率較低時(shí)，不 僅要考慮設(shè)備的使用費(fèi) 用，比 如潤(rùn)滑 油 、冷 卻 液 、電 力 消 耗 等 ，還 要 計(jì) 算設(shè)

19、 備 折 舊 。另 外 一 個(gè) 不 可 忽 視 的 因 素 是 設(shè) 備 的 貶 值 ，數(shù) 控 機(jī) 床 的 升 級(jí) 、更 新較 快 ，同 配 置 的 一 臺(tái) 機(jī) 床 ，現(xiàn) 在 售 價(jià)40萬(wàn) ， 三 年 后 可 能 降 至35萬(wàn) ， 這 樣 算 起來(lái) 貶 值 和 折 舊 一 樣 不 可 忽 視 。 所以沒(méi)有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低 的中小型企業(yè)，在購(gòu)置貴重?cái)?shù)控設(shè)備 之 前 ，一 定 要 充 分 研 究 收 回 投 資 的 周 期 。有 些 企 業(yè) 事 先 確 定 較 穩(wěn) 定的 批 量 加 工 意 向 ，甚 至 已 經(jīng) 接 到 訂 單 ，選 購(gòu) 機(jī) 床 時(shí) 要 求 機(jī) 床 廠 為 其 準(zhǔn) 備 工 裝

20、 、編 制 程序 、培 訓(xùn)工 人，即 所謂“ 交鑰匙” 工程，這 是投 資數(shù)控機(jī) 床最理想 的 情況。3.穩(wěn)定 可靠性。數(shù)控設(shè)備 的可靠性是廣大數(shù)控設(shè)備用戶(hù)必須關(guān) 心的焦點(diǎn)問(wèn)題,因 此 在選用數(shù)控設(shè)備時(shí)應(yīng)注 意生 產(chǎn)廠家 的規(guī)模和市場(chǎng)占有 率,確認(rèn)其 產(chǎn)品是 否達(dá)到國(guó)家規(guī)定的 平均無(wú)故障時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)定為500h）。目前多數(shù)機(jī)床廠 都采購(gòu)成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進(jìn)行 組裝。國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控系統(tǒng)有日 本FANUC德國(guó)的西門(mén)子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多， 而 床身 中的 直線 導(dǎo)軌 、主 軸又 分別 來(lái)自 德國(guó) 和臺(tái)灣 等地。所以 機(jī) 床的主 要 零部件的質(zhì)量一般是可靠的，需要重點(diǎn)考

21、察的是數(shù)控機(jī)床組裝企業(yè)的售后 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是否健全,服務(wù)隊(duì)伍的素質(zhì)是否能勝任工作,服務(wù)能否及時(shí),是否能履行承諾等。五、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向1.繼續(xù)開(kāi)放式，基于PC的第六代發(fā)展方向，基于PC的所具有的開(kāi)放 性的成本， 高可靠性， 軟硬件資源豐富等特點(diǎn)， 更多的數(shù)控系統(tǒng)， 生產(chǎn)廠 家會(huì)走上這條路，至少采用PC機(jī)作為他的前端機(jī)來(lái)處理人機(jī)界面、編程、 聯(lián)絡(luò)通訊等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)擔(dān)任數(shù)控的任務(wù)，PC機(jī)所具有的友好的人 機(jī)界面， 將畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 9 頁(yè) 共 31 頁(yè)普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。2.向高速化和高精度發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度發(fā)展方向 的需

22、要。3.向智能化方向 發(fā)展隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷深入和發(fā)展， 數(shù)控系統(tǒng)的智能化程 度將不斷提高。（1）.自適應(yīng)控制技術(shù)， 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中的一部分重要信息， 并自動(dòng)調(diào)整好系統(tǒng)的有關(guān)系數(shù)， 達(dá)到改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。（2）.引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工， 將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)以及加工的 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(kù)為支撐， 建立具有人 工智能的專(zhuān)家系 統(tǒng)。（3）.引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)。（4）.智能化 數(shù)字伺服 驅(qū)動(dòng)裝置 ， 可以 通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載 ， 而自動(dòng)調(diào) 整參數(shù)， 使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。六、數(shù)控化改造的必要性及如何改造進(jìn)行論述我國(guó)目前機(jī)床總量380余

23、萬(wàn)臺(tái)，而 其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)， 即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬(wàn)臺(tái)， 年產(chǎn)值約為18億元。機(jī) 床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國(guó)機(jī)床役 齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以 上 ）?？?見(jiàn) 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(jī) 床 ，而 且 半 數(shù) 以上 是 役 齡 在10年 以 上 的 舊 機(jī) 床 。用 這 種 裝 備 加 工 出 來(lái) 的產(chǎn)品普遍存在

24、質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó) 際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影 響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn) 定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具 有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升 級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.如何進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造（1）國(guó)外改造業(yè)的興起：在美國(guó)、日本和德國(guó)等 發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī) 床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第

25、10 頁(yè) 共 31 頁(yè)生意盎然，正處在黃金時(shí)代，由于機(jī)床以 及 技 術(shù) 的 不 斷 進(jìn) 步 ，機(jī) 床 改 造 是 個(gè) ” 永 恒 ” 的話 題,我 國(guó) 的 機(jī) 床 改 造 業(yè) 也 從 老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新行業(yè)，在美國(guó)、日本和德國(guó)用數(shù)控技 術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的 新的行業(yè)。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)稱(chēng)為機(jī)床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名公司 有 ：bertsche工 程 公 司 ，orgbon機(jī) 床 公 司 等 。在 日 本 ， 機(jī) 床 改 造 業(yè) 稱(chēng) 為 機(jī) 床改造業(yè)，從事改裝的公司有：大限工程集團(tuán)，山本工程公司等。（2）數(shù) 控化 改造 的優(yōu) 缺點(diǎn)1）

26、減小 投資 額， 交貨 期短 ，同 購(gòu)置 新機(jī) 床 相比，一 般可節(jié)省60%80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低，特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯，一般大型機(jī)床改 造 ，只 要 新 機(jī) 床 購(gòu) 置 費(fèi) 用 的1/3，交 貨 期 短 ，但 有 些 情 況 比 較 特 殊 。如 高 速 主軸、托盤(pán)自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過(guò)于費(fèi)工費(fèi)錢(qián)，往往改造成本提高23倍，與購(gòu)置新 機(jī)床相比，只能節(jié)約50%左右 。2） 機(jī)械 性能 穩(wěn)定 可靠 ，結(jié)構(gòu)受 限制，所 利用 的床 身、 立 柱等 機(jī)床 件都 是重而堅(jiān)固的鑄造件，兒不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高，質(zhì)量好， 可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年，但是受到后來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做

27、突 破性的改造。3）可采 用最新的 控制技術(shù)，可 充分利用現(xiàn)有的條件 ，可 以利用現(xiàn)有基 礎(chǔ)，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需要重新構(gòu)建地基。4）可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)提高 生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改造成為 今水平的機(jī)床。2.數(shù)控系統(tǒng)的改造型數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類(lèi)型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，即步 進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)量反饋的 閉環(huán)系統(tǒng)以及交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)系統(tǒng)這三種。（1）步 進(jìn)電 機(jī)拖 動(dòng)的 開(kāi)環(huán) 系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)電液脈沖馬 達(dá)等，由

28、數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后， 使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠幅驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，只需控制指令 脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行 部件運(yùn)動(dòng)的位移量，速度 和運(yùn)動(dòng)方向，這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端， 故稱(chēng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度， 齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低易改裝成功。畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 11 頁(yè) 共 31 頁(yè)（2） 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 或 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 拖 動(dòng) ， 光

29、柵 測(cè) 量 反 饋 的 閉 環(huán) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 該系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是，由光柵感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得 的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給的的值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變 換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置 與反 饋 的 實(shí) 際 值 差 距 等 于 零 為 止 ，閉 環(huán) 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 在 結(jié) 構(gòu) 上 比 開(kāi) 環(huán) 系 統(tǒng) 復(fù) 雜 、 成本高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)難，但是可以獲得 比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)，可 根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求決定是否采用這樣系統(tǒng)。（3）交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉

30、環(huán) 系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上， 間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置， 它只能補(bǔ) 償系統(tǒng)環(huán)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)試都比閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件的安裝問(wèn)題，當(dāng) 前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，如珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù) 控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是依據(jù)數(shù)控改造 后機(jī)床要達(dá)到的各種精度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶(hù)的要求。3、數(shù)控化改造中主要部件的改造探討一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度，運(yùn)動(dòng)幅之 間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙，功率大，便于操作和維修，機(jī)床數(shù)控改造 時(shí)，盡量達(dá)到上述要求，不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通

31、機(jī)床連接在一起就達(dá) 到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其達(dá)到一定的 設(shè)計(jì)要求，才能得到預(yù)期的改造目的。（1）滑 動(dòng)導(dǎo)軌幅對(duì)數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，導(dǎo) 軌除應(yīng)具有的普通車(chē)床的導(dǎo)向和 工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)，同時(shí) 要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防 護(hù)和潤(rùn)滑。（2）齒 輪 幅 一 般 機(jī) 床 的 齒 輪 主 要 集 中 在 主 軸 箱 和 變 速 箱 中 ，為 了 保 證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高，在結(jié)構(gòu)上要 能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng)，因 而改造時(shí) ，機(jī) 床只要齒輪必須滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的要求， 以保證機(jī)床的加工

32、精度。（3）滑 動(dòng)絲杠和 滾珠絲杠 ，絲 杠的傳動(dòng)直接關(guān)系到 傳動(dòng)鏈精度，絲 杠 的選用主要取決于加工件的精度要求 和0拖動(dòng)扭矩要求，以保證機(jī)床的加 工 精度 ，一 般情 況滑 動(dòng) 絲杠 不低 于6級(jí) ，螺母間 隙過(guò) 大則 應(yīng) 更換 螺母 ，采 用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠摩擦損失小 、效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上 ， 精度高、壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)力距和運(yùn)動(dòng)時(shí)力距相近，因此可以滿(mǎn)足較高精度、 零件加工要求。畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè)（4）安 全防 護(hù)，改造 效果必須 以安全為 前提，在 機(jī)床 改 造中 ，要 根據(jù) 實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施

33、，滾珠絲杠是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵，特 別是切削及硬沙粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也可以加整體鐵板防護(hù)罩，大 托板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對(duì)防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入 滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。第二章 總體方案的制度與比較一、車(chē)床數(shù)控化改造的實(shí)踐準(zhǔn)備及資料收集在車(chē)床數(shù)控化改造這個(gè)工程設(shè)計(jì)之前進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)。在這 期間，接觸了大量的數(shù)控化改造實(shí)例，使我對(duì)車(chē)床數(shù)控化改造有了初步了 解。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對(duì)數(shù)控裝備的要求。在工程設(shè)計(jì)課題接到手后，借閱了大量關(guān)于普通機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的書(shū) 籍，通過(guò)借閱這些書(shū)籍，了解了普通車(chē)床的基本性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通 過(guò)與成型數(shù)控車(chē)床進(jìn)行比較，明確

34、了設(shè)計(jì)任務(wù)。二、數(shù)控化改造方案的制定通過(guò)閱讀資料及參觀成熟數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步擬定以下三個(gè)總 體改造方案。一）方案一 ，此方案考慮到盡可能保留車(chē)床原有功能，減化改造量，做好以下幾個(gè) 方面工作。1.機(jī)械部分改造：保留原車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，也 保留了原有車(chē)床的尾座及車(chē)身部分，但為了減化操作量，將原車(chē)床的刀架換 為電動(dòng)刀架。為了便于加工螺紋和絲桿，避免加工螺紋或絲桿時(shí)發(fā)生亂扣 現(xiàn)象，在主軸箱內(nèi)配置了與主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送給計(jì)算機(jī)處理。拆除原進(jìn)給箱中進(jìn)給傳動(dòng)鏈內(nèi)容，改用步進(jìn)電機(jī)作動(dòng)力源，經(jīng)齒輪減 速組傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架作縱向進(jìn)給，由此構(gòu)成簡(jiǎn)易的開(kāi) 環(huán)控制系統(tǒng)。拆除原

35、刀架，安裝電動(dòng)刀架，以減少操作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。2.數(shù) 控裝 置的 設(shè)計(jì)此 方 案 中 采 用MCS-51系 列 中 單 片 機(jī) 作 為 核 心 芯 片 ，設(shè) 計(jì) 了 一 個(gè) 能 夠 實(shí) 現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 13 頁(yè) 共 31 頁(yè)圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)運(yùn)算的數(shù)控系統(tǒng)，它能完成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中要求的各 項(xiàng)功能。3.方 案一 的初 步評(píng) 價(jià) 此方案保留了原有車(chē)床結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了小部分改造。改造周期短，見(jiàn)效 快、成本低是此方案的亮點(diǎn)，但其自動(dòng)化控制程度低，一般適用于生產(chǎn)線 上工序較穩(wěn)定的零件的加工。_ 丿戶(hù)人 _二）方案二此方案改動(dòng)量較大，主要做了以下幾點(diǎn)

36、改造：1.機(jī)械 方面：要求主運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)變速，采用液壓拔叉和 電磁離合 器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。保留了原車(chē)床的尾座及床身部分。采用電動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位換刀，提高加工效率，減少輔助時(shí)間。 采用液壓尾座、液壓卡盤(pán)，實(shí) 現(xiàn)工件的快速夾持，以利于提高生產(chǎn) 率。其他機(jī)械方面的改造與方案一相似，不再贅述。2.數(shù)控 方面：選用成熟的華中系 統(tǒng)，實(shí) 現(xiàn)軟硬件 合理配置來(lái)實(shí)現(xiàn)控制 功能。3.方案 二的 初步 評(píng) 價(jià) 此改造方案實(shí)現(xiàn)了車(chē)床的全自動(dòng)化控制，無(wú)論是從提高生產(chǎn)率方面考 慮 ，還 是 從 減 輕 工 人 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 方 面 考 慮 均 有 極 大 優(yōu) 勢(shì) 。 但 它 對(duì) 原 車(chē) 床 改 動(dòng) 量 太大 ，必

37、然 使 其 改 造 周 期 延 長(zhǎng) ，改 造 費(fèi) 用 大 幅 上 升 ， 改 造 的 經(jīng) 濟(jì) 性 下 降 ， 影響它的實(shí)施。*J個(gè)*）方案三為進(jìn)一步提高機(jī)床的性能，解決機(jī)械有級(jí)變速的附加問(wèn)題，形成了方 案三。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服電機(jī)作主電機(jī)替代原主電機(jī)， 并配置相應(yīng)的變頻調(diào)速裝置，以此實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)極平滑變速，其它機(jī)械方 面與設(shè)計(jì)方案二相同。方案三的初步評(píng)價(jià)此 方 案 對(duì) 原 車(chē) 床 的 機(jī) 械 部 分 改 動(dòng) 過(guò) 大 ，拆 除 的 部 分 過(guò) 多 ，外 購(gòu) 件 太 多 ，使得改造費(fèi)用大幅上升，周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢，使改造的經(jīng)濟(jì)性下降，一般中 小型企業(yè)不宜采用。三、C6150 臥式車(chē)床數(shù)控

38、化改造總體方案的比較與選擇此次設(shè)計(jì)是在普通車(chē)床上增加數(shù)顯裝置，增加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè)NC車(chē)床。這設(shè)計(jì)到機(jī)械改造方面和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)置兩大方面的問(wèn)題，并帶 來(lái)附加的電氣與液壓控制系統(tǒng)的更改及設(shè)計(jì)問(wèn)題。綜合上述對(duì)三個(gè)總體方案的初步評(píng)價(jià)， 方案一有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：1.機(jī)械方面：方案一在機(jī)械方面保留了原車(chē)床上大部分部件， 這樣不僅保留了原車(chē) 床的加工工藝范圍， 并在配置了簡(jiǎn)單數(shù)控系統(tǒng)的條件下， 進(jìn)一步擴(kuò)大了加 工工藝范圍， 在低投入的情況下， 達(dá)到了較好的改造經(jīng)濟(jì)性。適合于中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)普通車(chē)床NC化。2.數(shù)

39、控配置方面方案一在數(shù)控配置上采用MCS-51系列中8031單片機(jī)做成簡(jiǎn)易數(shù)控系 統(tǒng)， 與機(jī)械方面對(duì)軟件控制系統(tǒng)的要求達(dá)成統(tǒng)一。 二方案二方案三對(duì)數(shù)控 系統(tǒng)的要求過(guò)高， 可能造成數(shù)控資源閑置， 降低改造經(jīng)濟(jì)性。3.人文方面對(duì)操作者而言，方案一機(jī)械部分改動(dòng)較少，操作者熟悉原機(jī)床，便于 操作維修，降低了對(duì)操作者的技術(shù)要求。由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的 特性早已了解，在操作使用時(shí)只需短時(shí)間培訓(xùn)，縮短了培訓(xùn)時(shí)間，見(jiàn)效快。4.經(jīng)濟(jì)性方面由 于 方 案 一 在 機(jī) 械 改 造 方 面 改 造 量 小 ，外 購(gòu) 件 少 ，可 降 低 改 造 費(fèi) 用 ， 縮短改造周期，交貨期短，可滿(mǎn)足生產(chǎn)急需。綜 合 上 述

40、優(yōu) 勢(shì) ， 選 定 方 案 一 為C6150臥 式 車(chē) 床 數(shù) 控 化 改 造 方 案 。第三章機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算一、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算已知條件：畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 15 頁(yè) 共 31 頁(yè)工 件 工 作 臺(tái) 重 量 ：W=100kgf=1000N（根 據(jù) 圖 紙 粗 略 計(jì) 算）時(shí) 間 常 數(shù) ：T=25ms滾 珠 絲 杠 基 本 導(dǎo) 程 ：L0=6mm行程：S=900mm脈沖當(dāng)量：縱向Spi=0.01mm/step步距角：a=0.75/step快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ min1.切削力計(jì)算：由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率Nc=

41、NnK式中：電動(dòng)機(jī)功率N=5.5KWn： 一 般 為0.750.8取n=0.75K:進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.95畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第16頁(yè)共 31 頁(yè)由金屬切削原理可知，主切削力：_ X7FI=CFiapFIfFIKFI查表得：CFI=188kg.f/mm2=1880MpaXFI=1YFI=0.75KFI=1則再計(jì)算FI如表7-1所示:表1 Fl計(jì)算結(jié)果ap(mm)333444555f(mm)0.40.50.60.40.50.60.40.50.6FI(N)28373352384531825127478555896408當(dāng)FI=5953.5N時(shí)，切

42、削深度ap=5mm,走刀量f=0.6mm,以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可得知，在一般外圓車(chē)削時(shí)：FX=(0.10.6) FIFY= (0.150.7) FI取FX=0.5 FI=0.5X5953.5=2976.8NFY=0.6 FI=0.6X5953.5=3572.1N2.滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算則Nc= NnK =5.5X0.75二Dn1000Nc =又因?yàn)?.1420065- 1000FIV612040 m / min6120Nc6120X3.95Fl=V=40=595.35kgf=5953.5N由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)中式（6-3）知，綜合導(dǎo)軌車(chē)床絲杠的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床

43、經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第17頁(yè)共 31 頁(yè)軸向力：P=KFX+F(FI+W)式中K=1.15F=0.150.18取為0.17畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第18頁(yè)共 31 頁(yè)查表6-7運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fw=1.2查表6-8硬度系數(shù)fH=1.0貝qQ=3L fwfH5.67 1.2 1 4605.4 = 9854.6N根據(jù)最大動(dòng)荷Q的可供選用的滾珠絲杠副型號(hào)有：W3006WCh2506WL3006WL2506WD3006N3006NL3000ND3006ND3506選擇內(nèi)循環(huán)，螺紋式預(yù)緊，基本導(dǎo)程Lc=6mmNL3006型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母副：Db=30螺

44、旋升角入=339 ,C=1600kgf1）效率計(jì)算則P=1.15X2976.8+0.17(5953.5+1000)=4605.4N強(qiáng)度計(jì)算:壽命值：取工件直徑D=100mm,查表6-6得Ti=15000hLi60niTi106nif 1000vf niL0DL。ninif630.66二6.3Li60 niti606.3 1500010610二5.67Nch3006畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第19頁(yè)共 31 頁(yè)根據(jù)機(jī)械原理中公式（5-5）,知絲杠副的傳動(dòng)效率：剛度驗(yàn)算滾珠絲杠在受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量L=6mm=0.6cm滾珠絲杠截面積Jg_tg( )tg3

45、39tg(3039 10)= 0.956式中摩擦角，二10，螺旋升角=3039EF(cm)(6-13)式中彈性模量E,對(duì)鋼E=21X106N/cm2畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第20頁(yè)共 31 頁(yè)=（即2二2二5.3EF4605.4 0.6621 1065.3二8.9 10(cm)滾珠絲杠因扭矩作用而引起的導(dǎo)程變化量L1很小，可忽略 即L=L10所以，,；J00,丄J008.9 10cm =14.8m/mL00.6查表6-9知，一級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15卩m/m,故剛度足夠4）穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠的兩端裝推力軸承，絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不必驗(yàn)算3.齒輪及轉(zhuǎn)矩

46、的有關(guān)計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用6畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 20 頁(yè) 共 31 頁(yè)1）有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比2）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（以下用及公式見(jiàn)表6-30）工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：180匚92180；0.00122J （）2W = （） 100 = 0.584kg cm = 5.84N cmX3.14 0.75絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：4 444JI 7.8 10_D L =7.8 10_6.422 2=2.617kg cm 26.17N cmJI2=7.8 10842 = 6.39kg cm = 63.90N cm2式中D圓柱零件的直徑（cm）L零件軸向長(zhǎng)度（cm）忽略電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣

47、量，則總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:3）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力距計(jì)算InMaJn10 N m9.6T式中T時(shí)間常數(shù)當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma1J2(TSJI 2) JI 1J1i1二2(94.77 63.90)26.17 5.841.25-133.56N cm2nmaxVmaxL02000 1.25416.7r / minMamax13.3 6 416.710 , =2.32N m=23.2kgf cm9.6 0.025360、P=1.25畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用6畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 20 頁(yè) 共 31 頁(yè)當(dāng)n=nt時(shí)，Ma=Ma畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第23頁(yè)

48、共 31 頁(yè)njfi100CV Ft1000 40 0.6 1.25nt16.59r/minL0nDL03.14漢100；613.356 16.594Mab10一=0.0923N m = 0.923kg f cm9.6 0.025M竺=如2二i 2二i= 0.8 f =0.16 Mf0.16 100 0.61.529kgf cm=15.29N cmf2x3.14x0.8x1.2510“9Fx,29FxL0(1 0)126.07 0.6(1 0.9)2-6兀i 6漢3.14漢0.8匯1.25M-FxL126.07 0.612.045kgf cm=120.45N cm2二i 2 3.14 0.8

49、1.25故快速空載啟動(dòng)所需力矩:M = MamaxMfM0二23.2 1.529 0.763二25.492kgf cm二254.92N cmM二MatMfMMt二0.923 1.529 0.763 12.045= 15.26kgf cm=152.6N cmM二MfM0=1.529 0.763二2.292kgf cm二22.92N cmMmax= 25.492kgf cm縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定MoP0L02二i2(i -0)= 0.7630kgf cm = 7.63N cm4.步進(jìn)電機(jī)的選擇MqL00.30.5M_電機(jī)啟動(dòng)力距啟動(dòng)力距取為ML。電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力距L00.35254.920.3

50、5=728.34 N cm畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第24頁(yè)共 31 頁(yè)為滿(mǎn)足最小步距要求，三相六拍工作方式畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第25頁(yè)共 31 頁(yè)728.34,41N cm0.866 0.866步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率皿200J = 3333.3Hz60p60 0.01綜合考慮，查表選用130BF001型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可滿(mǎn)足使用要求加工螺紋或絲桿時(shí)，也保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程, 須配置主軸脈沖發(fā)生器作為主軸位置信號(hào)的反饋元件，脈沖發(fā)生器，采用 同軸安裝，接膠管柔性聯(lián)接意在實(shí)現(xiàn)角位移信號(hào)傳遞的同時(shí)，又能吸收車(chē) 床

51、主軸的部分振動(dòng)，從而使主軸脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，信號(hào)傳遞準(zhǔn)確，其 聯(lián)接方式如下圖：脈沖發(fā)生器安裝時(shí)須注意：1小心輕放，不能有較大的沖擊和振動(dòng)以防 損傷光柵盤(pán)。2車(chē)床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生 器的最高允許轉(zhuǎn)速以免損壞脈沖發(fā)生器。一、刀架的選用拆除原手動(dòng)刀架和小托板，安裝由微機(jī)控制的四位電動(dòng)刀架，自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿(mǎn)足換刀時(shí)間短，刀具復(fù)定位精度高，刀具存儲(chǔ)量大，刀座占地面積小及安全可靠等特點(diǎn)。在進(jìn)行普通車(chē) 床的經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造時(shí)，多采用外購(gòu)直動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架（螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架）。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架能自動(dòng)完成抬起、回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位、下降、定位、和壓緊。刀架的抬起利用壓縮彈簧的恢復(fù)力，利用螺紋傳動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成軸向直線運(yùn)

52、動(dòng)，從而達(dá)到刀架的抬起。刀架的回轉(zhuǎn)采用微電機(jī)通過(guò)蝸桿渦輪使刀架抬起到一定高度時(shí)，由撥 塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架的選位由刀架位置的偏碼和微機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。刀架的下降采用微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于斜面銷(xiāo)的齒輪作用，刀 架不跟隨轉(zhuǎn)，只是下降，壓緊刀架的壓緊力由微機(jī)下降到位后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn) 生。拖板箱、脈沖發(fā)生器的選擇主 軸 脈發(fā) 生 器. ,-橡膠管查表T-2知：性二0.866MimMqfmax畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁(yè) 共 31 頁(yè)拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱上裝有固定滾珠 絲桿的螺母，并在內(nèi)部設(shè)儲(chǔ)油箱和手壓泵用于潤(rùn)滑絲桿副。第四章 電氣

53、控制的設(shè)計(jì)計(jì)算一、數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基 礎(chǔ)，其性能的好壞不直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能 有效地運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件由電路概括起來(lái)由以下幾部分組成：中 央 處 理 單 元CPU總 線 ： 包 括 數(shù) 據(jù) 總 線 （DB）,地 址 總 線 （AB） 和 控 制 單 元 （CB）3存 儲(chǔ)器 ：包 括只 讀可 編程 存貯 器和 隨 機(jī)讀寫(xiě)存 貯器。4I/O輸 入/輸 出 接 口 電 路 。其 中CPU是 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 核 心 ， 作 用 是 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 運(yùn) 算 處 理 和 控 制 各 部 分

54、電路協(xié)作。存 貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng) 用程序和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，總線是CPU與存儲(chǔ)器，接口以 及其它轉(zhuǎn)換電路鏈接的紐帶是CPU各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由 之路。MLS-51系 列單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較為普遍， 其配套芯 片低廉， 普及性通用性強(qiáng)， 制造方便， 完全能夠滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的改畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 共 31 頁(yè)造 需 要 。本 方 案 對(duì)C6150的 數(shù) 控 化 改 造 以8031組 成 的 單 片 機(jī) 作 為 數(shù) 控 控 制 系統(tǒng)。、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（

55、一）主要的技術(shù)特性及硬件配置中央處理器為8301CPU,系統(tǒng)時(shí)鐘為12M HZ,存貯器選用8片8KX8位 的2764 L=PKO M和8KX8位的6264K4M,監(jiān)控程序和各功能模塊程序固化在2764塊EPKO M內(nèi)。剩下的一片EPKOM芯片內(nèi)用于存放常用零件的加工程 序。 這樣安排的好處是更換零件加工程序時(shí)，只需更換一塊芯片即可。 調(diào) 試程序和運(yùn)行程序的中間數(shù)據(jù)也存放在6264內(nèi) 。I/O接口芯片選用2片8155,2#8155的PA口作為 輸出口，向L291輸出Z向電機(jī)的速度，指令PCD也定為輸出口，向其中P0P2用于微處理，對(duì)Z向電機(jī)速度反饋速度的轉(zhuǎn)向信號(hào)。P3P1用于對(duì)X向電機(jī)反饋信號(hào)。

56、PB口 定義為輸出口向L2P1輸出X向電機(jī)的速度指令。1#8155的PA口PB口定義8155(1)二）存儲(chǔ)器空間的分配8000H8FFFH9000H9FFFH6000H7FFFHEPROMEPROMEPROM存放監(jiān)控程序存放功能模塊程序存放常用零件加工4000H5FFFHSRNM程序（三） I/O地 址分 配地址芯片名稱(chēng)1FOOH1FFFH8155(1)BFOOHBFFFH8155(2)為輸入口 ， 用于鍵盤(pán)信號(hào)的 輸入08155內(nèi)部寄存器編址名稱(chēng)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 共 31 頁(yè)8155(2)命令狀態(tài)寄存器1FF8HOBFF8H畢業(yè)設(shè)

57、計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用PA口1FFYHPB口1FFAHPC口1FFBH定時(shí)器低8位寄存器仆FCH定時(shí)器高6位寄存器仆FDH和2位定時(shí)方式寄存器三、軟件系統(tǒng)本系統(tǒng)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，使其完成加工中要求的正反轉(zhuǎn)及傳動(dòng)速度。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要模塊如下：圖2鍵掃描模塊化流程圖OBFF9HOBFFAHOBFFBHOBFFCHOBFFDH畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 26 頁(yè) 共 31 頁(yè)圖 1 顯示模塊流程圖該模塊功能：識(shí)別是否有鍵按下。如有則進(jìn)行鍵譯碼，找出按下的鍵， 若無(wú)鍵，按下返回鍵。經(jīng)鍵譯碼如是數(shù)字鍵按下則將鍵值送顯示緩沖

58、區(qū)，若為功能鍵按下則轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序。程序流程圖見(jiàn)圖2。3.圓弧插補(bǔ)模塊該模塊的功能完成圓弧插補(bǔ)計(jì)算，入口參數(shù)：K1、R2分別為動(dòng)點(diǎn)Kij的坐標(biāo) ，Ui物態(tài)為圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo) 為動(dòng)點(diǎn)K的偏差，初值為出口參 數(shù)，A中，為 坐標(biāo)運(yùn)算完成，標(biāo)志置1，系統(tǒng)中圓弧加工分8個(gè)走向，由 圓弧加工的數(shù)控字中給出確定圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)的橫向步數(shù)和縱向步數(shù)。并且 給出步數(shù)表示的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，偏差計(jì)算為負(fù)值時(shí)，走縱向電機(jī)步進(jìn)支路，縱 向步數(shù)遞增，偏為正，走橫向電機(jī)步進(jìn)支路，橫向步數(shù)，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度遞減。4、步進(jìn)電機(jī)控制模塊該模塊功能是判斷步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，然后按順序輸出控制脈沖。畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文 ） 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造技術(shù)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè) 共 31 頁(yè)第五章 其他一、齒輪傳