買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 摘 要 隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機床由于價格昂貴，且需要較高技術的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床 基礎上對其進行自動化改造。 作者在搜索、查閱研究大量有關資料的基礎上，對機床自動化改造技術進行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統(tǒng)的設計。整個改造過程主要對車床縱、橫向進給系統(tǒng)進行改造，選用自 動轉位刀架，由脈沖發(fā)生器來加工所需要的螺紋。整個控制系統(tǒng)以 8031 型號的單片機為中心，通過編程對機床的驅(qū)動設備進行控制以達到所需要的加工程度。 關鍵詞 ： 機床改造； 自動化機床； 控制系統(tǒng) 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精品 of of is of is a in of N is So it is a to to is in of 6150 it on of of on of of to is to to in be by PU 031 is to a an to on to of 通車床的自動化改造 1 目 錄 第 1 章 緒論 . 1 控機床與數(shù)控技術 . 1 控機床與發(fā)展趨勢 . 1 控 技術 . 2 控技術發(fā)展趨勢 . 4 控機床目前在工業(yè)中的地位 . 6 控改造的必要性 . 6 床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場 . 7 床數(shù)控化改造的必要性 . 7 控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺 . 8 我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見解 . 10 勢考慮 . 10 展策略 . 10 文的選題及主要研究內(nèi)容 . 11 文的選題 . 11 要研究內(nèi)容 . 11 第 2 章 數(shù) 控車床總體改造方案及機械部分設計 . 13 計要求 . 13 計基本思路 . 13 造方案的確定 . 13 計目的 . 13 體方案設計 . 15 珠絲杠的設計計算與選用 . 15 珠絲杠 . 15 向滾珠絲杠的設計與計算 . 16 向滾珠絲杠的設計與計算 . 24 珠絲杠的安裝與使用 . 32 機與滾珠絲杠連接用一級減速齒輪的設計與校核 . 34 輪傳動 . 34 向減速齒輪的設計與校核 . 35 向減速齒輪的設計與校核 . 39 給系統(tǒng)的步進電動機的計算與選擇 . 42 進電動機 . 42 向電機的計算與選擇 . 44 普通車床的自動化改造 2 向電機的計算與選擇 . 47 動刀架選擇與介紹 . 50 第 3 章 主軸脈沖發(fā)生器介紹與選型 . 52 電編碼器原理 . 52 軸脈沖發(fā)生器的安裝 . 53 軸脈沖發(fā)生器的選擇 . 54 第 4 章 普通車床自動化改造的單片機控制 . 56 統(tǒng)設計 . 56 單片機控制系統(tǒng)電路 . 58 儲器擴張電路 . 58 板操作鍵和功能選擇開關 . 61 能選擇開關 . 62 盤、顯示器接口電路 . 63 進電動機驅(qū)動電路設計 . 64 接口 . 67 助電路設計 . 68 第 5 章 小結 . 69 參考文獻 . 70 英文原文 . 71 中文譯文 . 錯誤 !未定義書簽。 致 謝 . 71 普通車床的自動化改造 3 普通車床的自動化改造 4 普通車床的自動化改造 5 普通車床的自動化改造 1 第 1 章 緒論 控機床 與數(shù)控技術 勢 （ 1）數(shù)控機床： 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。 6年后，即在 1952年，計算機技術應用到了機床上，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。 數(shù)控（ 段（ 1952 1970年） 早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的 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（ C），簡稱為數(shù)控（ 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 1959年的第二代 1965年的第三代 計算機數(shù)控（ 段（ 1970年現(xiàn)在） 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（ 段（把計算機前面應有的 通用 兩個字省略了）。到 1971年 ，美國 用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（ 又可稱為中央處理單元（簡稱 到 1974年微處理器被應用于數(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。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。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， 人計算機，國內(nèi)習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很普通車床的自動化改造 2 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 總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970年的第四代 974年的第五代 990年的第六代 C（國外稱為 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即 ，而我國仍習慣稱數(shù)控（ 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。 隨著 計算機、 微 電 子 、信 息、自動控制、精密 檢測 及機械制造技術的高 速發(fā) 展 ，機床數(shù)控技術有了 長 足 的進 步 。 近 幾 年 一些相 關 技術的發(fā) 展 ，如刀具及 新材料 的發(fā) 展 ，主軸伺服和進給伺服、 超高 速切削等技術的發(fā) 展 ，以及對機械產(chǎn)品質(zhì)量的要 求越 來 越高 等，加速了數(shù)控機床的發(fā) 展 。 目前 數(shù)控機床 正 朝著 高 速度、 高 精度、 高 工序集中度、 高復合 化和 高 可 靠 性等方向發(fā) 展 。世界 數(shù)控技術及其裝備發(fā) 展 趨勢 主要體 現(xiàn) 在以 下幾 個方面。 高速高效高精度 高生 產(chǎn) 率 。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的 改 進，主軸轉速和進給速度 大大提高 ， 減 少 了切削時 間 和 非 切削時 間 。加工中心的進給速度 已達 到 80m/20m/給加速度 達 刀時 間小 于 1s。 高 加工精度。以 前 汽 車 零件精度的數(shù)量 級 通常為 10 m，對精密零件要 求 為 1 m， 隨著 精密產(chǎn)品的出 現(xiàn) ，對精度要 求提高 到 m，有些零件 甚至已達 到 m， 高 精密零件要 求提高 機床加工精度，包括采用 溫 度補 償 等。 微 機電加工，其加工零件尺寸 大小 一 般 在 1 下 ，表面 粗糙 度為 納米 數(shù)量 級 ，要 求 數(shù)控系統(tǒng)能直接控制 納米 機床。 柔性化 柔 性化包括兩個方面的 柔 性 ： 一是數(shù)控系統(tǒng)本 身 的 柔 性，數(shù)控系統(tǒng)采用 模 塊化設計，功能 覆蓋 面 大 ， 便 于不同用 戶 的需 求；二 是 統(tǒng)的 柔 性，同一 據(jù)不同 生 產(chǎn) 流 程的要 求 ， 使 物料 流 和信息 流 自動進行動 態(tài)調(diào)整 ，從而最 大限 度地發(fā) 揮 統(tǒng)的 效 能。 工藝復合化和多軸化 數(shù)控機床的工藝 復合 化，是指工件在一臺機床上裝 夾 后，通過自動換刀、 旋轉主軸 頭 或 旋 轉工作臺等各種 措 施，完成多工序、多表面的 復合 加工。 已 經(jīng)出 現(xiàn) 了集 鉆 、 鏜 、 銑 功能于一 身 的數(shù)控機床，可完成 鉆 、 鏜 、 銑 、 擴 孔 、 鉸普通車床的自動化改造 3 孔 、 攻 螺 紋 等多工序的 復合 數(shù)控加工中心，以及 車 削加工中心， 鉆 削、 磨 削加工中心，電 火花 加工中心等。 此外 數(shù)控技術的進 步 也 提 供 了多軸控制和多軸 聯(lián) 動控制功能。 實時智能化 早期 的實時系統(tǒng)通常 針 對相對簡單的理 想環(huán) 境 ，其作用是如何 調(diào) 度任務，以確 保任務在規(guī)定 期 限內(nèi) 完成。而 人 工 智 能， 則 試 圖用計算 模 型實 現(xiàn)人類 的各種 智 能行為。 科學 發(fā) 展 到 今 天 ，實時系統(tǒng)與 人 工 智 能 已 實 現(xiàn) 相 互 結 合 ， 人 工智 能 正 向 著 具有實時響應的 更 加 復雜 的應用 領域 發(fā) 展 ，由 此 產(chǎn) 生 了實時 智 能控制這一 新 的 領域 。在數(shù)控技術 領域 ，實時 智 能控制的 研究 和應用 正 沿著 幾個主要分 支 發(fā) 展 ，如自 適 應控制、 模 糊 控制、 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡 控制、 專家 控制、 學習 控制、 前饋 控制等。 例 如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程 專家 系統(tǒng)、 故障 診斷 專家 系統(tǒng)、參數(shù)自動設 定和刀具自動 管 理及補 償 等自 適 應 調(diào)節(jié) 系統(tǒng) ； 在 高 速加工時的 綜 合 運動控制中 引 入 提前預測 和 預 算功能、動 態(tài)前饋 功能 ； 在 壓力 、溫 度、位置、速度控制等方面采用 模 糊 控制， 使 數(shù)控系統(tǒng)的控制性能 大大提高 ，從而 達 到最 佳 控制的 目 的。 結構新型化 20 世紀 90 年 代一種完全不同于 原 來數(shù)控機床結構的 新 型數(shù)控機床 被 開 發(fā)成功。這種 新 型數(shù)控機床 被 稱為 “ 6條 腿” 的加工中心或稱 虛擬 軸機床 (有的還稱為 并聯(lián) 機床 )，它能在 沒 有任何導軌和滑臺的 情況下 ，采用能夠 伸縮 的“ 6條 腿” (伺服軸 )支撐 并聯(lián) ， 并 與 安 裝主軸 頭 的上 平 臺和 安 裝工件的 下平臺相 連 。它可實 現(xiàn) 多坐標 聯(lián) 動加工，其控制系統(tǒng)結構 復 雜，加工精度、加工效率 較普通加工中心 高 2 10 倍 。這種數(shù)控機床的出 現(xiàn) 將給數(shù)控機床技術帶來 重大變 革 和 創(chuàng) 新 。 編程技術自動化 隨著 數(shù)控加工技術的 迅 速發(fā) 展 ，設備 類 型的 增 多，零件品種的 增 加以及零件形狀的 日益 復雜 ， 迫 切需要速度快、精度 高 的編程，以 便 于對加工過程的直觀 檢 查 。為 彌 補 手 工編程和 言 編程的不 足 ， 近年 來 開 發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形 交 互 式 編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、 會話式 自動編程系統(tǒng)、 語音 數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形 交 互 式 編程系統(tǒng)的應用 越 來 越廣泛 。圖形 交 互 式 編程系統(tǒng)是 以計算機輔助設計 ( 件為基礎， 首先 形成零件的圖形 文 件，然后 再 調(diào) 用數(shù)控編程 模 塊 ，自動編制加工程序，同時可動 態(tài)顯 示刀具的加工軌 跡 。其特 點 是速度快、精度 高 、直 觀 性好、 使 用簡 便 ， 已 成為國內(nèi)外 先 進的 件所采用的數(shù)控編程方法。 目前 常用的圖形 交互 式軟 件有 、 通車床的自動化改造 4 集成化 數(shù)控系統(tǒng)采用 高 度集成化 芯片 ，可 提高 數(shù)控系統(tǒng)的集成度和 軟 、 硬 件運行速度，應用 平 板 顯 示技術可 提高顯 示 器 性能。 平 板 顯 示 器 (有 科 技 含 量高 、質(zhì)量 小 、體 積 小 、功 耗 低 、 便 于 攜 帶等 優(yōu)點 ，可實 現(xiàn)超大 規(guī) 模顯 示，成為與 示 器抗 衡 的 新興 顯 示 器 ，是 21 世紀 顯 示 器 主 流 。它應用 先 進 封裝和 互 連 技術，將 半 導體和表面 安 裝技術 融 于一體 ,通過 提高 集成電 路 密度，減小 互 連長 度和數(shù)量來 降低 產(chǎn)品 價格 、 改 進性能、 減小 組件尺寸、 提高 系統(tǒng)的可 靠 性。 開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成的 總 線 式 、 模 塊 化、 開 放 、 嵌 入 式 體系結構， 便 于 裁 減 、擴 展 和 升級 ，可組成不同 檔次 、不同 類 型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。 閉環(huán)控制 模式 是 針 對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 僅 有的 專 用型 封 閉式開環(huán) 控制 模式提 出的 。由于制造過程是一個有多 變 量控制和加工工藝 綜 合 作用的 復雜 過程，包括 諸 如加工尺寸、形狀、 振 動、 噪聲 、 溫 度和 熱 變 形等各種 變 化 因素 ， 因此 ，要實現(xiàn) 加工過程的多 目 標 優(yōu) 化， 必須 采用多 變 量的 閉環(huán) 控制，在實時加工過程中動 態(tài)調(diào)整 加工過程 變 量。在加工過程中采用 開 放 式 通用型實時動 態(tài) 全 閉環(huán) 控制 模式 ， 易 于將計算機實時 智 能技術、多 媒 體技術、 網(wǎng) 絡 技術、 服控制、自 適 應控制、動 態(tài) 數(shù)據(jù) 管 理及動 態(tài) 刀具補 償 、動 態(tài) 仿真 等 高 新 技術 融 于一體，構成 嚴 密的制造過程 閉環(huán) 控制體系，從而實 現(xiàn) 集成化、 智 能化、網(wǎng) 絡 化。 （ 1）數(shù)控技術 裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn) 代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息 技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè) )的使能 技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外 世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造普通車床的自動化改造 5 技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù) 控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域 :(1)機械制造技術 ;(2)信息處理、加 工、傳輸技術 ;(3)自動控制技 術 ;(4)伺服驅(qū)動技術 :(5)傳感器技術 :(6)軟件技術等。 （ 2） 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成 為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè) (車、輕工、醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越 重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。 高速、高精加工技術是裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先 進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提 高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學 會(其確定 21 世紀的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 /輛，而且多品種 加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一 ;在航空和宇航工業(yè)領域，其加 工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空” 的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 目前高速加工中心進給速度可達 80m/至更高，空運行速度可 達100m/右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公 司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國公司的 床進給速度最大達 60m/速為100m/速度達 2g，主軸轉速已達 60000r/工一薄壁飛機零 件，只用 30同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加 工需 8h;德國 司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達 12000r/ 加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 普通車床的自動化改造 6 高到 5 m，精密級加工中心則從 35高到 1 一 1.5m，并且超 精密加工精度已開始進入納米級 (0. O1 u 動。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 己達 6 上，伺服系統(tǒng) 的 達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可 靠性。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到 了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括 在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如 加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成 ;為提高驅(qū)動性能及使用連接 方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等 ;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自 動編程、智能化的人機界面 等 ;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方 便系統(tǒng)的診斷及維修等。 數(shù)控設備更注重安全性、操作性 數(shù)控設備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安 全性和可操作性有了更高的要求。 控機床目前在工業(yè)中的地位 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多 的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。 2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達 1. 8 萬臺，比上年增長 28. 5%，機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2000 年的 17. 4%提高到 2001 年的 22. 7%。 2001 年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值己進入世界第 5 名，機床消費額在世界 排名上升到第 3 位，達 47. 39 億美元，僅次于美國的 53. 67 億美元，消費 額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國 機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢， 2001 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 24. 06億美元，比上年增長 27 。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù) 控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床 品種以中低檔為主。 控改造的必要性 普通車床的自動化改造 7 床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場 （ 1） 機床數(shù)控化改造的市場 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 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 臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6。我國機床役齡 10年以上的占 60以上； 10年以下的機床中，自動 /半自動機床不到 20，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）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?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)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。 （ 2） 進口設備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從 1979 1988 年 10 年間，全國引進技術改造項目就有 18446 項，大約 美元。 這些項目中 ，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉，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，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新 。種種原因使有的設備不僅沒有創(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難點，解決關鍵技術問題，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。 床數(shù)控化改造的必要性 （ 1） 微觀看改造的必要性 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。 普通車床的自動化改造 8 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。 由于計算機有高超的運 算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 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。 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 。 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 。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。 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)長時間無人看管加工。 由以上五條派生的好處。 如：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等等。 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 性制造單元）、 性制造系統(tǒng)）以及 算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數(shù)控技術已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。 （ 2） 宏觀看改造的必要性 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)模應用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、 包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行 擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 理信息系統(tǒng)）、 等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、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 而日本在 1994 年已達 因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。 控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺 普通車床的自動化改造 9 （ 1） 國外改造業(yè)的興起 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)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù) 控技術改造機床和生產(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（ 。從事再生業(yè)的著名公司有： 床公司、 寶）服務集團、 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（ 。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。 （ 2） 數(shù)控化改造的內(nèi)容 機 床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點： 其一是恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復； 其二是 ，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 床、床； 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，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 統(tǒng)以最新 行更新； 其四是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 （ 3） 數(shù)控 改造中主要機械部件改裝探討 一臺新的數(shù)控機床，在設計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了數(shù)控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。 滑動導軌副 對數(shù)控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導 軌防護和潤滑。 齒輪副 一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)普通車床的自動化改造 10 控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求，以保證機床加工精度。 滑動絲杠與滾珠絲杠 絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于 6 級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲 杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。 滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在 90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。 安全防護 必須以安全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。 我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略 見解 勢考慮 我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的 轉移，即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。 我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)問題，首先 從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定 ;其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實現(xiàn)禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。 展策略 從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場 需求普通車床的自動化改造 11 為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關 鍵技術以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。 強調(diào)市場需求為 導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機 (如量大面 廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等 )帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部 件 (數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 )的可 靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品 ;沒有規(guī)模就不 會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品 ;當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終 難以有出頭之日。 在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結 合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關，以解 決國家之急需。 在競爭前數(shù)控技術方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn) 權的技術和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。 文的選題及主要研究內(nèi)容 文的選題 在我簽約的徐州華東機械廠建材機械分廠內(nèi)，共有臥式車床兩臺，建材廠主要生產(chǎn)大型建材設備，所以要常常加工好多小的零件，如螺釘，小型的軸套等。由于這是常年生產(chǎn)建材設備，所以所要加工的零件也需要很多。因為零件太多，像墊片之類，有時就是加工好了這個又缺少另一個，而用普通臥式車床去加工有時一個人加工的東西都 會誤差很大，這樣給所造設備帶來很多的小問題。而如果要新買一臺新的數(shù)控車床，一是總體成本太高，因為性價比不是太高，容易浪費資源，二是建材廠沒有工人精通數(shù)控車床，所以要培訓工人一定又要花費很多時間影響生產(chǎn)進度。 所以設想決定對其數(shù)控改造，改造的同時讓操作人員一直在旁邊學習，學習怎么改裝，怎么安裝，并講解如何使用。 把所要加工的零件程序輸入到存儲器中，用到時直接調(diào)用即可，這樣一個人即可操作兩臺機床，而且效率提高了好大，精度也會提高很高，會為廠帶來很大經(jīng)濟利益。 要研究內(nèi)容 普通車床的自動化改造 12 1. 床 數(shù)控化改造總體機械部件設計。 設計和選用。 包括了進給滾珠絲杠的設計與選用，消隙減速齒輪系的設計計算與校核，進給用步進電機的選擇與校核。 3主軸脈沖發(fā)生器的安裝 4刀架的選用 用 8031 型號的單片機控制進給系統(tǒng)與刀架，并把脈沖發(fā)生器的數(shù)據(jù)通過單片機來加工螺紋。 普通車床的自動化改造 13 第 2 章 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設計 計要求 計基本思路 改造 床的基本思路是把原來的機床進行大修，只保留機床導軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。帶之以滾珠絲杠和步進電機，用單片機系統(tǒng)來驅(qū)動各軸的運動。經(jīng)過嚴密的計算和論證，選擇絲杠和驅(qū)動電機，根據(jù)使用要求，選擇系統(tǒng)配置和設計控制電路。 造方案的確定 床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應完成的工作內(nèi)容有 :控制主軸正反轉和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速 ;刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具 ;冷卻泵、潤滑泵的啟停 :加工螺紋時，應保證主軸轉一轉，刀架移動一個被加工螺紋 的螺距或?qū)С獭＿@些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。察看 床及有關資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體改造方案為 :對機床的改造部位是 :拆掉手動刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架 ;拆掉普通絲桿、光桿進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副 ;主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋使用由于改造設計的是簡易型經(jīng)濟數(shù)控，所以在考慮具體方一案時，基本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減小改動量，以降低成本?？傮w改造如下圖所示。 對該機床進行機械修理以便恢復機械精度要求，修理的主要目的是恢復機床 導軌、主軸、拖板的精度，撤除機床主軸箱和溜板箱內(nèi)的傳動部件以及傳動絲杠，只保留導軌、主軸、溜板、尾座。修理后已恢復其主要部件的精度。 計目的 利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，沖，橫向脈沖為 沖，驅(qū)動元件采用步進電動機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架，主軸采用變頻器控制。 普通車床的自動化改造 14 圖一 造后系統(tǒng)傳動圖 普通車床的自動化改造 15 體方案設計 由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù) 床有關資料，總體方案的確定如圖 22 所示 :采用單片機 8031 控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算處理。步進電動機經(jīng)同步帶輪傳動或直接傳動后，帶動滾珠絲杠轉動 ，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。主軸變速采用變頻器調(diào)速控制。 珠絲杠的設計計算與選用 珠絲杠 滾 珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力 ，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。 滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。 1)與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為 1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動 ,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下 ,即達到