CA6140普通車床的數控技術改造設計【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 目錄 前言 誤 !未定義書簽。 摘要 第一章 緒論 一 數控系統(tǒng)發(fā)展及趨勢 （一）國內外數控系統(tǒng)發(fā)展概況 （二）數控技術發(fā)展趨勢 0 （三）智能化新一代 控系統(tǒng) 3 二 普通機床數控改造的必要性 3 （一）微觀看改造的必要性 3 （二）宏觀看改造的必要性 4 三 數控改造的內容及優(yōu)缺點 4 （一）國外改造業(yè)的興起 4 （二）數控化改造的內容 5 （三）機床數控化改造的優(yōu)缺點 5 四 數控機床機構組成、特點及分類 6 （一）數控機床的組成 6 （二）數控機床機 構的特點 8 （三）數控機床的分類 1 五 普通機床數控化改造市場 4 （一）改造的市場 4 （二）進口設備和生產線的數控化改造市場 4 第二章 通車床數改的總體方案 6 一 總體方案 6 （一）主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的改造 7 （二）主軸脈沖發(fā)生器 7 （三）主軸脈沖發(fā)生器的結構及原理 8 第三章 數改 床傳動裝置設計 9 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 一 滾珠絲杠螺母 副 0 （一）滾珠絲杠副的工作原理、特點及類型 0 （二）滾珠絲杠副的結構 1 二 縱向進給系統(tǒng)的設計與計算 5 （一）縱向進給系統(tǒng)的設計計算 5 （二）滾珠絲杠設計計算 7 （三）齒輪及轉距的有關計算 1 三 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算 5 （一）橫向進給系統(tǒng)的設計計算 5 （二）滾珠絲杠設計計算 7 （三）齒輪及轉矩有關計算 9 四 滾珠絲杠副軸向間隙的調整和 預緊方法 0 五 滾珠絲杠副的安裝結構 3 （一）支承結構 3 六 進給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除 4 （一）采用減速箱的目的及注意事項 4 （二）減少或消除空程的必要性和方法 4 第四章 數改 動刀架設計 5 一 自動刀架的分類 6 二 自動刀架的設計 6 第五章 數改 6140 步進電機的設計 9 一 步進電機的工作方式 9 二 步進電機的選擇 9 （一）步進電機選用的基本原則 9 （二）數改 向進給系統(tǒng)步進電機的確定 1 （三）數改 向進給系統(tǒng)步進電機的確定 1 第六章 數改 6140 車床導軌設計 3 一 導軌的作用 3 二 塑料導軌軟帶 4 第七章 數控系統(tǒng)硬件電路設計 6 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 一 數控系統(tǒng)基本硬件組成 6 二 單板機控制系統(tǒng)的設計 7 第八章 產成本及經濟技術分析 9 第九章 結 論 0 參考文獻 1 專題： 3 高速切削的刀具材料及切削技術的應用 3 附錄 :外文文獻 2 2 附錄 :中文翻 譯 5 數字控制 5 致 謝 07 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 摘要 我國是世界上機床產量最多的國家，但數控機床的產品競爭力在國際市場中仍處于較低水平，即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢：一方面國內市場對各類機床產品特別是數控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產機床滯銷積壓，國外機床產品充斥市場，嚴重影響我國數控機床自主 發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經營上、產品質量上和促銷手段上等的原因外，一個最主要的原因就是新產品（包括基型、變型和專用機床）的開發(fā)周期長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產品。 普通機床的數控化改造事業(yè)方興未艾，在我國目前形式下將大批故障機床尤其是一大批閑置的普通機床進行改造、升級，以較小的投入盡快使這批設備在經濟發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益，的確是許多企業(yè)的一項不可忽視的課題。 關鍵詞 : 脈沖發(fā)生器 滾珠絲杠 滾珠絲杠螺母副 自動刀架 塑料導軌軟帶 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 y in at to of at be on of be on a in s a on me to of ,be be of in at s be in in up as as at of 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第一章 緒論 一 數控系統(tǒng)發(fā)展及趨勢 （一）國內外數控系統(tǒng)發(fā)展概況 隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集 成化基礎上，數控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上， 數控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 長期以來，我國的數控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構， 工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過 自 動編程系統(tǒng)進行編制。 間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中 復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正 的設定量，因而影響 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 作效率和產品加工質量。由此可見，傳統(tǒng) 統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了 多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程 ，因此，對數控技術實行變革勢在必行。 （二）數控技術發(fā)展趨勢 1 性能發(fā)展方向 (1) 高速高精高效化 速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速片、 片、多 制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 (2) 柔性化 包含兩方面：數控系統(tǒng)本身的柔性，數控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性， 同一群控系統(tǒng)能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3) 工藝復合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子 880 系統(tǒng)控制軸數可達 24 軸。 (4) 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，其作用是如何調度任務，以確保任 務在規(guī)定期限內完成。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。科學技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(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、紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 方面采用模糊控制，使數控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。 2 功能發(fā)展方向 (1) 用戶界面圖形化 用戶界面是數控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前 擬現(xiàn)實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單 進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 (2) 科學計算可視化 科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于 自動編程設計、參 數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3) 插補和補償方式多樣化 多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、 2D+2 螺旋插補、 補、 補 (非均勻有理 B 樣條插補 )、樣條插補 (A、 B、 C 樣條 )、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。 (4) 內裝高性能 控系統(tǒng)內裝高性能 制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準 戶程序實例，用戶可在標準 而方便地建立自己的應用程序。 (5) 多媒體技術應用 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備的故障診斷、生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的 應用價值。 3 體系結構的發(fā)展 (1) 集成化 采用高度集成化 及專用集成電路 片，可提高數控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應用 板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和 衡的新興顯示技術，是 21 世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降 低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 (2) 模塊化 硬件模塊化易于實現(xiàn)數控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如 儲器、位置伺服、 入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統(tǒng)。 (3) 網絡化 機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。 (4) 通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、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)調整加工過程變量。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、網絡技術、紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 術、 服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(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、網絡化。 （三）智能化新一代 控系統(tǒng) 當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代 控系統(tǒng)已成為可能。 智能化新一代 控系統(tǒng)將計算機智能技術、網絡技術、 服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于 一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。 二 普通機床數控改造的必要性 （一）微觀看改造的必要性 從微觀上看，數控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 (1) 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。 (2) 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得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了 柔性自動化 。 (3) 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 。 (4 ) 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。 (5) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償等多種自律功能，紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 長時間無人看管加工。 由以上五條派生的優(yōu)點： (1)降低了工人的勞動強度； (2)節(jié)省了勞 動力（一個人可以看管多臺機床）； (3)減少了工裝；縮短了新產品試制周期和生產周期； (4)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。數控技術已經成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。 （二） 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)模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統(tǒng)產業(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控機床、 包括在產品開發(fā)中推行 擬制造以及在生產管理中推行 理信息系統(tǒng)）、 等。以及在其生產的產品中增加信息技術，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，數控機床的比重（數控化率）到 1995 年只有 而日本在 1994 年已達 因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。 三 數控改造的內容及優(yōu)缺點 （一）國外改造業(yè)的興起 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 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)進入到以數控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業(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。 （二）數控化改造的內容 機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點： （ 1）是恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復； （ 2）是 ， 在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統(tǒng)，改造成 床； （ 3）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；對其不滿足生產要求的 行更新； （ 4）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。 （三）機床數控化改造的優(yōu)缺點 1. 減少投資額、交貨期短 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、紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 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。 2. 機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限 所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。 3. 熟悉了解設備、便于操作維修 購買新設備時，不了解新 設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；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。 4. 可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。 5. 可以采用最新的控制技術 可根據技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。 四 數控機床機構組成、特點及分類 （一）數控機床的組成 數控 機床外形一般分為五部分，組成框圖如圖 1 1 所示。 圖 1 - - 1 數 控 機 床 組 成 框 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 1. 機床主機 機床主機是數控機床的主體，它包括床身、主柱、主軸、進給機構等機械部件。 2. 數字控制系統(tǒng) 是數控機床的核心。當前一般采用計算機數控（ 稱 統(tǒng)。它是一臺專用控制計算機，包括硬件（印制電路板、顯示器、鍵盤、閱讀機等）項控制功能。 現(xiàn)代數控機床的數控系統(tǒng)都具有下面一些功能： (1)多坐標控制（多軸聯(lián)動）。 (2)實現(xiàn)多種函數的插補運算：直線、圓弧 、拋物線、正弦線等。 (3)代碼轉換： 換、英制 /公制轉換、二 /十進制轉換、絕對值 /增量值轉換等。 (4)人機對話：手動數據輸入，加工程序輸入，編輯及修改等。 (5)加工選擇：各種加工循環(huán)，重復加工，凹（凸）模加工，鏡象加工等。 (6)實現(xiàn)各種補償功能：進行刀具半徑、刀具長度、傳動間隙、螺距誤差的補償。 (7)實現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷。 (8)屏幕顯示：實現(xiàn)圖形、軌跡、字符顯示。 (9)聯(lián)網及通信功能。 3. 驅動裝置 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 驅動裝置是數控機床執(zhí)行機構的驅動部件。一般通用機床的主軸和進給系統(tǒng)是由電動機驅 動主軸箱中轉動齒輪來實現(xiàn)速度變換和加工運動。 4. 輔助裝置 輔助裝置是保證數控機床的功能得以充分發(fā)揮的配套部件。它包括的面很廣，有電器、液壓、氣壓等器件及系統(tǒng)，冷卻、潤滑、輸送等裝置，由于它們對發(fā)揮數控機床功能起重要作用，因此受到重視，發(fā)展極為迅速。 5. 其它附屬設備 為了提高數控機床工作效率，常常還配置一些附屬設備，如自動編程機，機外對刀儀等。 （二）數控機床機構的特點 在數控機床發(fā)展的最初階段，其機械結構與通用機床相比沒有多大的變化，只是在自動變速、刀架和工作臺自動轉位和手柄操作等方面作些改 變。隨著數控技術的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點，才對機床的生產率、加工精度和壽命提出了更高的要求。數控機床的主體機構有以下特點： （ 1） 由于采用了高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，數控機床的極限傳動結構大為簡化，傳動鏈也大大縮短； （ 2）為適應連續(xù)的自動化加工和提高加工生產率，數控機床機械結構具有較高的靜、動態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形?。?（ 3）為減小摩擦、消除傳動間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了高效傳動部件，如滾珠絲杠副和滾動導軌、消隙齒輪傳動副等； （ 4）為了改善勞動條 件、減少輔助時間、改善操作性、提高勞動生產率，采用了刀具自動夾緊裝置、刀庫與自動換刀裝置及自動排屑裝置等輔助裝置。根據數控機床的適用場合和機構特點，對數控機床結構因提出以下要求： 1、較高的機床靜、動剛度 數控機床是按照數控編程或手動輸入數據方式提供的指令自動進行加工的。由于機械結構（如機床床身、導軌、工作臺、刀架和主軸箱等）紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 精度與變形產生的定位誤差在加工過程中不能人為地調整與補償，因此，必須把各處機械結構部件產生的彈性變形控制在最小限度內，以保證所要求的加工精度與表面質量。 為了提高 數控機床主軸的剛度，不但經常采用三支撐結構，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承 ，以減小主軸的徑向和軸向變形。為了提高機床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用液力平衡減少移動部件因位置變動造成的機床變形。為了提高機床各部件的接觸剛度，增加機床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點，并在結合面之間施加足夠大的預加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度。 為了充分發(fā)揮數控機床的高效加工能力，并能進行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高 動態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調整構件的自振頻率等。試驗表明，提高阻尼系數是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結構既可以增加靜剛度、減輕結構重量，又可以增加構件本身的阻尼。因此，近年來在數控機床上采用了鋼板焊接結構的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。 2、減少機床的熱變形 在內外熱源的影響下，機床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運動關系遭到破環(huán)，也是機床季度下降。對于數控機床來說，因為全部加工過程是計算的指令 控制的，熱變形的影響就更為嚴重。為了減少熱變形，在數控機床結構中通常采用以下措施。 （ 1） 減少發(fā)熱 機床內部發(fā)熱時產生熱變形的主要熱源，應當盡可能地將熱源從主機中分離出去。 （ 2） 控制溫升 在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全消除機床的內外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過良好的散熱和冷卻來控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機床的發(fā)熱部位強制冷卻，也可以在機床低溫部分通過加熱的方法，使機床各點的溫度趨于一致，這樣可以減少由于 溫差造成的翹曲變形。 （ 3） 改善機床機構 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 在同樣發(fā)熱條件下，機床機構對熱變形也有很大影響。如數控機床過去采用的單立柱機構有可能被雙柱機構所代替。由于左右對稱，雙立柱機構受熱后的主軸線除產生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線移動可以方便地用一個坐標的修正量進行補償。 對于數控車床的主軸箱，應盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方向上。這就可以使主軸熱變形對加工直徑的影響降低到最小限度。在結構上還應盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時應使主軸箱的前 后溫升一致，避免主軸變形后出現(xiàn)傾斜。 數控機床中的滾珠絲杠常在預計載荷大、轉速高以及散熱差的條件下工作，因此絲杠容易發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產造成的后果是嚴重的，尤其是在開環(huán)系統(tǒng)中，它會使進給系統(tǒng)喪失定位精度。目前某些機床用預拉的方法減少絲杠的熱變形。對于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據測量結果由數控系統(tǒng)發(fā)出補償脈沖加以修正。 3、減少運動間的摩擦和消除傳動間隙 數控機床工作臺（或拖板）的位移量十一脈中當量為最小單位的，通常又要求能以基地的速度運動。為了使工作臺能對數控裝置的指令作出準確 響應，就必須采取相應的措施。目前常用的滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌在摩擦阻尼特性方面存在著明顯的差別。在進給系統(tǒng)中用滾珠絲杠代替滑動絲杠也可以收到同樣的效果。目前，數控機床幾乎無一例外地采用滾珠絲杠傳動。 數控機床（尤其是開環(huán)系統(tǒng)的數控機床）的加工精度在很大程度上取決于進給傳動鏈的精度。除了減少傳動齒輪和滾珠絲杠的加工誤差之外，另一個重要措施是采用無間隙傳動副。對于滾珠絲杠螺距的累積誤差，通常采用脈沖補償裝置進行螺距補償。 4、提高機床的壽命和精度保持性 為了提高機床的壽命和精度保持性，在設計時應充 分考慮數控機場零部件的耐磨性，尤其是機床導軌、進給伺港機主軸部件等影響進度的主要零件的耐磨性。在使用過程中，應保證數控機床各部件潤滑良好。 5、減少輔助時間和改善操作性能 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 在數控機床的單件加工中，輔助時間（非切屑時間）占有較大的比重。要進一步提高機床的生產率，就必須采取促使最大限度地壓縮輔助時間。目前已經有很多數控機床采用了多主軸、多刀架、以及帶刀庫的自動換刀裝置等，以減少換刀時間。對于切屑用量加大的數控機床，床身機構必須有利于排屑 。 （三）數控機床的分類 目前，數控機床品種已經基本齊全，規(guī)格繁多，據不完全 統(tǒng)計已有 400多個品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N原則來進行分類，但歸納起來，常見的是以下面三種方法來分析類。 1. 按工藝用途分類 (1)一般數控機床 這類機床和傳統(tǒng)的通用機床品種一樣，有數控車、銑、鏜、鉆、磨等，而且每一類又有很多品種，例如數控銑床中就有立銑、臥銑、龍門銑等，這類機床的工藝可能性和通用機床相似，所不同的是它能加工復雜形狀的零件。 (2)數控加工中心機床 這類機床是在一般數控機床的基礎上發(fā)展起來的，它是一般數控機床上加裝一個刀庫（可容納 10100 多把刀具）和自動換刀裝置而構成的一種帶自動換刀裝置的 數控機床（又稱多工序數控機床），這使數控機床更進一步地向自動化和高效化方向發(fā)展。 它和一般數控機床的區(qū)別是：工件經一次裝夾后，數控裝置就能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)地對工件各加工面自動地完成銑、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。這類機床大多是以鏜銑為主，主要用來加工箱體零件。 (3)多坐標數控機床 有些復雜形狀的零件，用三坐標的數控機床還是無法加工，如螺旋架、飛機曲面零件的加工等，紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 圖 1 - - 2 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框輸入步 進電 機數 控裝 置指令機床工作臺狀，于是出現(xiàn)了多坐標的數控機床。其特點是數控裝置控制的軸數較多，機床結構也比較復雜。其 坐標軸數通常取決于加工零件的工藝要求，現(xiàn)在常用的是 46 坐標的數控機床，最多可達 24 坐標。 (4)計算機群控 計算機群控也稱為直接數控（ 統(tǒng)，它是一臺大型通用計算機直接控制一群數控機床的系統(tǒng)。 2. 按運動方式分類 (1)點位控制數控機床 這類機床的數控裝置只能控制機床移動部件從一個裝置（點）精確地移動到另一個位置（點），在移動過程中不進行任何切削加工，至于相關點之間的移動速度及路線則取決于生產率。 (2)點位直線控制數控機床 這類機床工作時，不僅要控制兩相關點之間位置，還要控制兩相關點之間的移動速 度和路線（即軌跡）。 (3)輪廓控制數控機床 這種機床的控制裝置能夠同時對兩個或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)控制。 3. 按控制方式分類 (1)開環(huán)控制數控機床 在開環(huán)控制中，機床沒有檢測反饋裝置，如圖 1 2 所示，紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 圖 1 - - 3 半 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框 圖指令位置比較電路速度控制電路 - - 4 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框 圖速度反饋位置反饋指令 位置比較電路速度控制電路以不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。也正是由于信號的單向流程，它對機床移動部件的實際位置不作檢測，所以機床加工精度不高，其精度主要取決于伺服系統(tǒng)的性能。其工作過程是：輸入的數據經過數控裝置運算分配出指令脈沖，通過伺服機構（伺服元件常為步進電機）使被控工作臺移動。這種機 床工作比較穩(wěn)定，反應迅速，調試方便，維修簡單，但其控制精度受到限制。它適用于一般要求的中、小型數控機床。 (2)半閉環(huán)控制數控機床 半閉環(huán)數控系統(tǒng)的組成框圖如圖 1 3 所示。這種控制方式對工作臺的 實際位置進行檢查測量，而是通過與伺服電機有聯(lián)系的測量元件，如測速發(fā)電機 A 和光電編碼盤 B 等間接檢測出伺服電機的轉角，推算出工作臺的實際位置量，用此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有完全包括在控制回路內，因而稱之為半閉環(huán)控制。這種控制方式介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，高度卻比 閉環(huán)方便。 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 (3)閉環(huán)控制數控機床 由于開環(huán)控制精度達不到精密機床和大型機床的要求，所以必須檢測它的實際工作位置。為此，在開環(huán)控制數控機床上增加檢測反饋裝置，在加工 中時刻檢測機床移動部件的位置，使之和數控裝置所要求的位置相符合，以期達到很高的加工精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖 1 4 所示。圖中 A 為速度測量元件， C 為位置測量元件。 五 普通機床數控化改造市場 （一）改造的市場 我國目前機床總量 380 余萬臺，而其中數控機床總數只有 臺，即我國機床數控化率不到 3。近 10 年來，我國數控機床年產 量約為 臺，年產值約為 18 億元。機床的年產量數控化率為 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，自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床占60以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶抵圃煨袠I(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數是傳統(tǒng)的機床，而且半數以上是役齡在 10 年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益。所以必須大力提高機床 的數控化率。 （二） 進口設備和生產線的數控化改造市場 我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產線進行技術改造。據不完全統(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，紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 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、生產線從國外引進以后，有的