经济型数控机床改造优化方案的研究论文

毕 业 论 文 （ 20*届） 论文题目： 经济型数控机床改造优化方案的研究 on C 生姓名 学 号 院 系 专 业 班 级 指导教师 完成日期 1 目 录 毕业论文（设计）任务书 . 2 毕业论文开题报告 . 2 【摘要】 . 4 关键词 . 5 第一章 数控机床改造方案的选择 . 5 . 5 . 10 改造对象的现状调查 . 11 正确的方案是改造成功的一半 . 14 第二章 经济型数控车床钻孔工艺改进 . 14 . 14 头在刀台上的安装 . 15 动 钻孔的应用 . 15 第三章 经济型数控机床网络通讯和控制技术研究 . 17 求分析 . 17 . 18 经济型数控机床的定位精度分析 . 21 经济型数控机床定位误差的补偿方法 . 22 第四章 国产数控系统助力企业机床改造 . 24 产系统具备规模优势 . 24 参考文献 . 27 致谢词 . 28 2 毕业论文（设计）任务书 学生姓名 陈磊 专业班级 机械制造与自动化 指导教师 靳瑞生 论文题目 经济型数控机床改造优化方案的研究 研究的目标内容及方法 目标 ： 适应生产，使生产具有投资少，见效快等优点 。 内容： 应用成熟数控技术和经验，以适应生产的具体要求为目的，对现有机床的局部结构进行改造，并安装上新部件、新装置、新附件，用计算机控制机床的工作，提高机床的技术性能指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。 方法： （ 1）查阅数控机床改造的相关资料。 （ 2）了解掌握数控机床改造方案的相关知识 。 （ 3）找老师询问 经济型数控机床改造优化方案的研究 的有关知识。 分阶段完成的工作 1. 20*年 07 月 08 日 20*年 08 月 28 日确定毕业论文的选题，收集材料完成论文的任务书和开题报告。 2. 20*年 08 月 28 日 20*年 09 月 28 日撰写论文，完成第一稿，并交指导老师。 3. 20*年 09 月 28 日 20*年 10 月 04 日指导教师阅改论文。 4. 20*年 10 月 04 日 20*年 10 月 20 日修改论文完成第三稿，并交指导老师。 5. 20*年 10 月 20 日 20*年 10 月 25 日指导 教师阅改论文。 6. 20*年 10 月 25 日 20*年 11 月 01 日修改论文完成第三稿，并交指导老师。 7. 20*年 11 月 01 日 20*年 11 月 05 日指导老师阅改论文，确定是否参加论文答辩。 8. 20*年 11 月 06 日 20*年 11 月 10 日毕业论文答辩，评定论文成绩，评出优秀论文。 系部（主任）意见 毕业论文开题报告 论文题目： 经济型数控机床改造优化方案的研究 3 学生姓名： 王冬冬 专业：机械制造与自动化 指导教师：靳瑞生 20*年 9月 20日 二、 本课题的研究 目的 实现普通 机床的数控化改造，确定 经济型数控机床改造的方案和确定原则，使机床能适应现代 生产，使生产具有投资少，见效快等优点 。 一、 本课题的研究意义 众所周知，制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，是推动国家技术进步的主要力量。加入 国制造业正面临极大的考验和挑战。我国制造业水平与发达国家相比，总体水平偏低，这直接影响到我国工业产品质量的提高和制造成本的降低，影响到我国工业产品的国际市场竞争力。为改造这种落后状况，必须提高制造业的装配水平，特别是机床的数控化率。 购置数控机床是提高机床数控化率的途径；对旧机床进 行数控化改造，也是提高机床数控化率的重要途径之一。 我国机电行业（包括机械、电子、汽车、航空、航天、轻工、纺织冶金、煤炭、邮电、船舶等）拥有的机床结构比较陈旧，操作系统复杂，控制系统落后，生产率底下，如果靠购置新的数控机床取而代之，显然耗资巨大，不符合国情。因此，采用数控技术对现有机床进行改造，符合国家的产业政策。另外，从市场容量来讲，不管是汽车制造业、模具制造业，还是军工企业，机床数控化改造都蕴藏着无限商机。 近年来，美国、日本、德国、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数 控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。在美国，机床改造业被称为机床再生（ ；在日本，机床改造业被称 4 为机床改装业（ 。机床改造业逐步从机床制造业中分化出来， 。 三、 主要研究依据； （ 1）查阅数控机床改造的相关资料。 （ 2）了解掌握数控机床改造方案的相关知识。 （ 3）找老师询问 经济型数控机床改造优化方案的研究 的有关知识。 四、 参考文献 1 余英良 机床数控改造设计与实例 1998 2 何立民 单片机应用系统设计系统配置与接口技术 2001 3 刘文波 陈白宁 机床数控技术 2000 4 浩舸 邓奕 床数控改造中机械装置设计技巧 期刊论文 004(7) 5 李文 普通铣床的数控改造 期刊论文 004(6) 6 王文霞 茆巍浩 普通工具磨床的数字化改造 期刊论文 0*(1) 7 王永红 旧数控机床改造的意义及其技术途径 期刊论文 008(6) 8 刘丽云 普通机床数控化改造中要考虑的主要问题 期刊论文 0*(04) 指导教师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日 系部审查意见： 系部负责人（签名）年 月 日 【 摘要 】 经济型数控机床是指具有针对性加工 功能但功能水平较低且价格低廉的数控机床， 本文主要介绍了经济型数控 车 床 钻孔工艺改进；经济型数控机床网络通讯和控制技术研究、定位精度分析、定位误差的补偿方法。 机 5 床数控改造的优点 ,分析了改造的思路 ,并以经济型数控车床为例阐述了改造需注意的问题 重点介绍机床数控化改造方案的确定 ,基本步骤 ,目的 ,经济合理性 。 数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用 ,但数控机床一次性投资较大 ,对机床进行数控化改造不失为一良策 型企业设备的实情出发 ,指出对普通机床进行技术改造的必要性 数控机床改造的优化方案及其确定原则 效快的优点 ,值得推广 . 【 NC to of a NC on NC NC of NC of to NC as an to To of NC on NC to in a a is NC be a in of a C to a of 关键词 ： 普通机床 经济型数控机床 改造 优化方案 第一章 数控机床改造方案的选择 近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产业，其中绝大部分是数控机床的改造，也有一部分业务来自非数控机床的 6 升级改造。 现代数控驱动产品带来丰富的选择作为西门子数控产品的核心代理和系统集成商，我们这些年来主要采用西门子产品 为广大用户提供服务。西门子产品的更新也在最近几年出现了新气象，改变了过去德国电气产品贵而娇气的形象，形成了与日本数控产品双雄整天下的局面。 02S/C 系统 80202 操作面板 , 机床控制面板 , 输入 /输出单元及系统软件 . 操作编程极其简便、免维护、性能价格比高，是专门为低端 中国的销售非常成功。 802S/作面板，数控功能， 程方法等，所不同的只是 02S 带有步进驱动系统，控制步进电机，可带 3个步进驱动轴及一个 +/- 10 02C 带有伺服驱动系统 ,它采用传统的模拟伺服 +/- 10最多可带 3个伺服驱动轴及一个伺服主轴。最新推出的 802e , 更是将 入输出点、控制接口等所有部件集成在面板背后，一体化的设计使得使用维护更为方便。因此 80202C 系统非常适合于普通机床、数显机床的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造。我们曾经应用的场合有数控车 床、数控镗铣床、数控磨床、枪钻机床、 专机等。 其中 02C 在车 /铣加工应用技术上具有优势，配的是新型的西门子 11U，这种系统甚至可以连接 3个坐标轴的光栅尺，形成闭环控制，所以我们也曾把它应用在座标镗床、坐标磨床，性能价格比很高 。 02D 系统 西门子公司在新世纪推出了 802D 数控系统。该系统属于中低档系统，其特点是：全数字驱动，中文系统，结构简单 (通过 接系统面板， I/O 模块和 伺服驱动系统。 ) 调 试简单 (通过 批量调试 )。具有免维护性能的 02D 核心部件 有 机界面和通讯等功能，集成的 件可使用户非常容易地将控制系统安装在机床上。 02D 可控制 4 个数字进给轴和 1 个主轴。主轴完全通过 有数字接口，也可通过模拟接口控制。使用 线可非常简洁地 7 将伺服和 I/O 模块等系统各部件直接相连。模块化的驱动装置 11 以根据数控车床或数控铣床的需要配置各种 驱动和电机，强大的 置测量可用电机端编码器，也可以选用光栅尺， 02D 具有功能强大的 7编程工具可运行在任何 上，其诊断功能也非常完善。梯形图编程和经典的 序举例可非常方便地应用于机床控制。 02D 系统虽属于低档系统但是基本上已经是标准的数控系统，最适合于数控车床、铣床、磨床和带小型刀库的数控加工中心的配套及改造。 40D/810D/840统 840D/810D 是几乎同时推出的，具有非常高的系统一致性，显示 /操作面板，机床操作面板 入 /输出模块， 程语言数控系统操作，工件程序编程，参数设定，诊断等 伺服驱动的许多部件 。 由于以上的特点，该系列产品在许多企业应用及其广泛，尤其在汽车，航空，机械等行业。采用 810D/840D 系统， 产品，客户的利益得到了非常好的维护：操作的一致性，编程的一致性，备件的一致性，培训，维修方便等，都可显示中文。 、 40D，它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。 840D 与 11D 数字驱动系统和 7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统。 它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。 标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。 由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等 。 40D 的突 出之处在于其不断扩展的特性。其自学习、自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。远程诊断使其故障的分析解决更加方便快捷。 40D 最大限度集成在与 11 控制模块相同的50 40D， 11D，加上先进的 8 统，即为机床的自动化提供了全方位的解决方案：全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。 840D 采用了当今最先进的控制概念、适用于钻削、铣削以及车削和磨削机床加工的控制。例如，具有数控系统和 数字通讯的车床可以达到磨床的加工精度。 40D 还可以实现许多特殊的 能，这在同类系统中是难以看到的。 、 10D 是 840D 的 驱动控制集成型， 驱动集成在在一块板子上，驱动的功率部分又可提供 3 个坐标和 2 个坐标两种。简单来说，也就是 10D 系统没有驱动接口， 10D 件选件的基本包含了 840D 的全部功能，例如： 1） 同样的钻、铣、车等加工循环； 2） 提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制； 3） 坐标变换功能； 4） 固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点； 5） 模拟量控制控制模拟信号输出； 6） 刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件； 7） 样条插补功能 (A， B， C 样条 )用来产生平滑过渡； 8） 压缩功能用来压缩 录； 9） 多项式插补功能可以提高 10D/810行速度； 10） 温度补偿功能保证您的数控 系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度 ； 由此可见 10D 的功能和选件非常强大，并不低于 840D，只是它的应用场合有其特殊性，合理的利用它内部集成的驱动系统，可以减少成本并且获得高性能。因而它不仅仅局限于数控机床配套，在木加工、石材处理或包装机械等行业也有广阔的应用前景。 在我们的改造实践中，近 2 年来，运用最多的就是 40D/810D，尤其是 810D 在强力磨床、外圆磨床、瓦楞辊磨床等机型应用上，颇有心得。 最近随着采用 场总线结构西门子 840统的推出，我们又多了一种颇有竞争力的选择： 9 1） 全 成的 40控系统为您提供了一个基于 新潮的控制概念。得益于此概念的主要用是那些以某种方式使用了 场合或者使用分布式驱动和 I/O 的自控方案。应用领域包括木制品，玻璃，制陶，包装，贴片机，冲压机，弯曲机，以及各种机床和类似机床的机械。除了高度的软、硬件开放性， 40显著特点是， 制控制功能与 能一起都在 理器上运行。也就是说，可以省略传统控制系统中所需的 理单元。 这种控制系统包含大量的标准化部件：带接口卡的工业 ，T 操作系统， 于过程控制的 接口和 制软件。 2） 40提供给您的还很多。特别有利的是其在庭中的地位。例如， 40D 与 能，操作者功能和机床数据是兼容的。相应的 序和 且由于系统高度开放，软件应用可同样适用于两个系统。 40 动化控制环境的一部分。 3） 利用 现分布式配置。如今系统朝着分布式方向发展的趋势是十分明显的。而 40另一个重要特点就是带有位置控制的 是一种用于驱动和 I/O 的统一的现场总线。它允许数个系统实现分布式配置。 4） 置工具加上附属的“ 您提供了特殊便利。即，用户可利用其来生成自己专用的用户界面而不必掌握额外 的软件技能。 5） 全部功能集于同一模块，实现最佳通讯。 是一块 的插板。该模块包含了集成的 7 315P 用于 接口 )和P 接口接和 I/O。可连接 用型驱动装置。 P 块则可作为 I/O。 40C 系统 40C 系统一直雄居世界数控系统水平之首，内装功能强大的35以控制 11A/D 模拟 式或数字式交流驱动系统， 10 适合于高复杂度的数控机床。虽然已经推出很多年，但依然表现良好，深受用户欢迎。 我们的应用主要是在复杂的数控镗铣床、加工中心、龙门加工中心、五面体加工中心、高档磨床。 与数控系统相配套地西门子先进的交流驱动系统 流驱动系统采用了统一的伺服控制技术，进给伺服电机扭矩从 185流主轴电机从 应不同的驱动系统解决方案。 拟式伺服，配合 1列进给驱动电机 (600V)和 1 , 可控制主轴，进给轴，及普通异步电机。 11D:数字式伺服，配合 1列进给驱动电机和 1控制主轴，进给轴等。只能配合 810D、 840D、 840C 数控系统。 11U:可接收模拟信号或数字信号 (可以进行位置控制，速度控制及转矩控制。配合 11 1机。是理想的驱动系统解决方案之一。 机床的来源及改造需求 1） 进口数控机床： 80 年代以来我国政府为满足军工 生产需要，进口了大量的数控机床，尤其在航空、兵器等行业，这些机床基本都是精密高档设备，绝大部分是当时的所谓部管设备。这些机床已经到了电气升级换代的时候，前几年由于机械行业的不景气，改造工作欠债很多，大部分此类机床面临电气备件的匮乏，甚至已经处于停机状态，不改造是没有出路的。 2） 进口二手数控机床：近年来，这类机床由于多为企业考虑生产实际需要，自筹资金进口，相对采购成本较低，进口量比较大，其中有些机床进口时就考虑了改造的要求，有些则是进口后，运行了一段时间候就面临着改造的需求。 3） 国产数控机床：我国自 90 年以后生产的数控机床，大多为中低档数控机床，也同样面临电气系统老化，需要改造， 4） 普通机床：我国大量的普通机床应用于生产第一线，这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、 11 铣床的数控化改造需求量很大。另外则是有些特殊类型或者大型普通机床，由于本身特点以及良好的机械基础，具有生机改造的价值。 上述 4 大类中， 1、 2 类的改造需求大多是中高档系统， 3、 4 类则是中低档数控系统比较理想的改造对象 。 改造对象的现状调查 对于数控机床的改造，我们将从以下几个方面加以 详细调查，以制定相应的改造方案： 1） 数控系统的分析 数控机床改造，首当其冲的是系统的改造，根据我们的调查，老系统有： 西门子： ， 3， 8， 850/880， 810（早期型号） 发那科： ， 6， 3 这两大品牌的系统占有了目前我国目前老数控机床的绝大多数，目前多数系统的电气备件已经停止供货，改造时候基本上不考虑保留老系统，我们采取的方案是根据机床的现有控制等级、产品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档系统。这些系统大部分带有老型号的 辑控制系统，在改造方案的制定中 ，要考虑新老系统替换时候的差别，对 分输入输点的数量和性质作出比较精确的估算。 2） 老主轴伺服系统的价值分析和改造方案 改造对象的主轴系统有两大类：直流伺服主轴和交流伺服主轴 改造方案如下： 保留驱动装置和电机：老的主轴伺服采用的基本都是 +/模拟信号接口，对于状态良好、价值很高的主轴可以采用保留的方案，适用的系统有：02C、 802D、 810D、 840D、 840840C。 只保留直流主轴电机：有些大型机床主轴电机功率相当大，价格比较贵、安装比较麻烦，同时电机状况 良好，这个时候可以采用保留电机，改造驱动系统，采用西门子新的直流伺服控制装置 6代劳驱动装置，适用的系统有：02C、 802D、 810D、 840D、 840840C。 不保留驱动装置和电机：采用西门子新型 1列主轴电机和相应的驱动装置替代老电机和驱动装置。 3） 老进给伺服系统的价值分析和改造方案 12 保留驱动装置和电机：同样，老的进给伺服采用的基本都是 +/模拟信号接口，对于状态良好、价值很高的进给装置和电机可以采用保留的方案，适用的系统有： 02C、 802D、 810D、 840D、 840840C。 不保留驱动装置和电机：采用西门子新型 1 1列进给轴电机和相应的驱动装置替代老电机和驱动装置。 4） 测量系统系统的价值分析和改造方案 旋转变压器：基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代 感应同步器 /尺：感应同步器 /尺的情况略为复杂一些，我们采取的对策是能够改 掉尽量改掉，用新型海德汉光栅尺和圆光栅加以替代。但是在某些场合，如精密转台，会面临新的圆光栅安装不能实施的难题。西门子为此提供了感应同步器 /尺信号到新系统的转换装置 ，但是这个装置的价格比较昂贵，非到万不得已不选用。 光栅尺：我们接触的进口机床大部分采用海德汉光栅尺，对于这些老尺子，其中方波信号可适用的新系统有： 02C、 840C、电压信号适用的新系统有： 02C、 802D、 810D、 840D、 840840C。但是大量的老尺子的信号是电流信号：西门子和海德汉分别提供了电流信号到电压信号的转换装置，而且价格不太贵。 5） 其他电气相关部件 电气柜、操作站：很多情况下，用户会提出电柜改造的问题，对此我们和用户会做充分的交流，按照 电气控制柜以及柜内元器件的状态作出合理的选择。一般来讲，进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即便使用了相当年限，也要比国产的甚至是合资的元器件状态好，所以在改造高档进口数控机床一般电气柜不作大拆大改。 一些二手机床的电气柜状态比较差，或者用户认为电气柜元器件故障率太高都可以采取全套更换的方式，采用 者相当的国际名牌还是国产合资品牌，取决于用户的投入。 13 数控操作站可以是改造给人的第一印象，所以在用户资金许可的前提下，尽量选用西门子配套的国际名牌，如 品牌，质量和外观都能与进口机床匹敌。 电缆：在方案指定初期就按照电气相应方案测定需要的电缆长度，在我们的改造项目中，凡是与数控驱动测量系统直接相关的电缆，我们只选择原装电缆，但是大型主轴电机的电力电缆由于价格过于高昂，而不考虑原装电缆。 外围元器件：除了老化和损坏的外围元器件，一般我们不建议用户更换外围元器件。有个情况除外，少部分机床采用了交流 110V 电气元件，而新系统又无法与之匹配。 6） 原始资料： 机床的原始资料是我们了解机床出厂状况的最基本资料，其中电气原理图、电气维修手册、控制程序，都是我们需要仔细研究的。特别需要注意的是原始资料提供的信息不完全是正确的。国外机床厂有的提供的是系列型号的通用图纸，有的时候机床出厂前的电气硬件改动没有在电气资料上体现，这就要求我们一定要对照机床实物，把关键环节的每个细节一一落实，避免犯错误。 7） 控制要求和特殊选件 对于一台要改造的机床，控制要求、主轴数、坐标轴数、测量元件、机床现状几大要素基本可以确定改造可以选择的系统和相应的驱动和测量系统方案。但是这并不是绝 对的，有些特殊类型机床或者用户需要的一个特殊功能往往就决定了系统的选择。比如： （ 1） 图形显示和图形模拟； （ 2） 双 /多通道功能，用于双车、车削中心和其他具有两个加工单元的机床 ； （ 3） 龙门轴功能：龙门式镗铣床、加工中心，要求两个龙门轴能够完全实现同步，只有这个功能才能做到实时监控两个坐标的跟随误差，实现同步 ； （ 4） 配对轴功能：两个坐标可以实现要求不是很高的同步； （ 5） 激光加工的距离控制； （ 6） 同步主轴功能：用于车削中心两个主轴之间的工件交接； （ 7） 砂轮恒线速控制； （ 8） 砂轮的在线 修整和补偿； 14 （ 9） 斜轴磨床； （ 10） 能； （ 11） 前馈控制； （ 12） 进给轴齿轮插补：用于齿轮加工机床； （ 13） 凸轮插补； （ 14） 镗床镗杆低头补偿； （ 15） 网络和远程诊断功能； 用户提出的特殊功能，系统厂家一般都有相应的选件满足需要，从而也就决定了用户需要的相应档次的数控系统及选件，然而一般令用户比较难受的问题主要是这些选件往往价格很高，同时有的时候由于某个选件只有在高一个档次的系统上才提供，也使用户必须选购高一挡的系统，而付出相应的代价。 这个时候，我们作为熟练应用系统从事 改造的公司，站在用户立场上，我们一般都会采取这样的立场：系统选用尽量以够用为限，能用低档不用中档，能用中档不用高档，能够自己开发的特殊功能尽量自主开发，一切为用户考虑。 近几年来，我们在数控瓦楞辊磨床的双辊特殊加工、数控强力磨床的修整补偿和恒线速度控制、龙门式大型加工中心改造等项目上，投入开发力量，取得了很好的效果，赢得了用户的认可。 正确的方案是改造成功的一半 在每一个改造课题被提出来之后，我们的工程人员会对改造的对象进行充分深入的调查研究，为此我们一方面采用标准的机床状况调查表来做机床的信息的收集，充分利用用户对机床熟悉的实际情况；另一方面我们挑选最有经验的人员做好这第一个环节的工作，保证方案的合理和准确。 良好的开端是成功的一半。这几年，我们在改造市场闯出了一片天地，我们的经验告诉我们，只有把好这一关，改造的成功才有保障。 第二章 经济型数控车床钻孔工艺改 进 数控车床是按照输人的零件加工程序运行工作的。零件的加工程序中，包括刀具和工件的相对运动轨迹、主轴的启停、主轴转数、吃刀深度、走刀量、刀具的自动更换以及冷却液的开关等，功能十分强大。但在 济型数控车 15 床上钻孔 ，仍然是在车床尾座上安装钻头，通过转动尾座手轮进行钻孔的。因尾座没有自动进给功能，所以操作者劳动强度大，生产效率低，而且钻孔深度不易控制，在批量生产中尤为突出。现拟将钻头安装在刀台上，利用刀台的自动转位和自动进给的功能完成钻孔。 头在刀台上的安装 把刀具容量的自动转位刀台。刀具在刀台上的安装与普通车床上的相同，也是通过螺幻将刀杆压紧在刀台上进行安装。为了安装钻头，先制作一个钻夹座，如图 1所示。钻夹座通过螺钉被压紧安装在刀台上，然后将钻夹头装在钻夹座的锥 孔内，最后将钻头夹紧在钻夹头内即可。 图 1 钻夹座 钻夹座的 A、 B 面为定位安装面。 5刀台安装面到车床主轴中心线的中心高，同时保证锥孔中心线与 要控制钻头安装后钻头轴线与车床主轴轴线在竖直面内的平行度 );锥孔中心线与 要控制钻头安装后钻头轴线与车床主轴轴线在水平面内的平行度 )。钻头在刀台上安装后，钻头与车床主轴在水平面内的位置由车床的自动对刀保证。 5号莫氏锥孔与钻夹头的锥度相同 动钻孔的应用 如图 2所示为依锥柯汽车真空助力器中的柱塞，原钻孔工序为： 16 图 2 柱塞 工序 1：棒料夹于车床主轴卡盘上 ;车削零件左端全部尺寸达要求；切断，保证长度 余量 工序 2：工件调头以 车右端面保证长度 工序 3：手动钻孔 为 16.6 头端部磨成 球面 )。 工序 4：仍以 内孔车刀键内孔全部尺寸达要求；换外圆车刀车削 为了批量生产，需要对工件进行批量手动钻孔，然后进行工序 4，这就增加了工 件装夹次数，降低了生产效率且加工精度难以保证。 工艺改进后工序 工序 1：与原工序 1相同。 工序 2：定位与改进前相同。用外圆车刀车右端面长度尺寸 ;同一把车刀车 换钻头钻 16.6 内孔车刀幢内孔全部尺寸。 从改进前、后的工序安排可见，将工件原来的 2、 3、 4道工序合为一道工序，减少了一次工件的装夹工作。原来 2、 3、 4三道工序用时 4为一道工序后用时 约了 且钻孔的深度尺寸一致，质量稳定。 17 综上所述， 通过工艺改进大大提高了劳 动生产率，充分发挥了数控车床自动加工的优势，不但可完成钻孔的自动加工，而且可通过更换刀具在车床上完成不同直径的钻孔、扩孔、铰孔的自动加工，不用时可将钻夹座从刀台上取下，不影响其它刀具的安装，在经济型数控车床上完成了标准型数控车床的工作。 第三章 经济型数控机床网络通讯和控制技术研究 近年来，随着计算机和网络通讯为代表的信息技术的飞速发展和广泛应用，制造业无论是观念，还是技术都发生了很大的变化。传统的以相对固定的机器和生产场所为中心，由上至下进行管理控制的大批量制造生产模式正逐步向以 人为中心，基于技术的先进制造生产模式转变。全球制造的思想就是利用异地的资源(设备、知识、人力 )来制造市场所需产品，从而加工单元的远程监控技术就成为它的重要组成部分。要实现加工单元的远程监控，首要解决的问题是数控机床的网络通讯和控制技术问题。 本项目就是解决传统经济型的数控机床的网络通讯和控制技术问题，通过网络来实现 而适应现代先进制造技术的发展。 求分析 统经济型数控机床存在的问题 传统经济型的数控加工设备按数控系统分类主要有： 其中包括3T、 7M、 6 )、 产 3数控程序输入/输出通讯接口类型分有三类：一类为仅有 类为仅有纸带阅读机 8/5单位并行口，三类同时包括前两类接口。这三类机床同时还存在同样的问题就是：内存容量较小，不适应复杂、大型面、高精度、长程序零件的加工：它们的对外接口能力差，没有 能实现在线加工以及网络控制等问题。 望的解决方案 本着满足最基本的应用需求、且留有一定的可扩充性及性能提高的潜力的前提，来改善数 控加工技术应用环境。就此提出了以下解决方案：机床通讯接口的硬件改造，针对各类机床设计相应的通讯接口板卡：通讯控制软件的开发，以实 18 现各机床的单机通讯功能：开发其它辅助功能 (如：数控程序中加工信息的提取、数控程序图形模拟、长程序的在线加工等 )，弥补和增强原数控系统功能：网络体系的选择与通讯协议的定义及网络系统控制软件的开发，实现数控程序的中央服务器集中管理和网络通讯。 络系统构成及功能 整个网络系统是由中央服务器、网络接口、双向数据转换器、现场服务器、1分 数据接收器以及经济型数控机床等组成。 中央服务器是整个网络的中枢部分，它主要完成的是对各级服务器的整体控制。它采用后台中断工作模式，不需要人的干预，而且其前台还可以进行其他工作。 现场服务器是客户端，既担任起数控服务器的功能，又具有强大的网络通讯功能，它接受中央服务器下达的各项任务：从网络上获取由中央服务器传来的数控加工程序的数据信息，并把这些数据信息传送到 已加工过的数控程序反馈到中央服务器。能从系统的 件库中提取相应的数控代码，并从中提取有关的加工零件数据和信息，对其进行处理，实现 外，对需用长程序的零件加工，现场服务器还完成长程序的在线加工任务。 现场服务器可同时服务于多台数控设备，根据需要在车间一定的空间范围内(比如：一个小的工作间，一个小的局部区域 )设置网络节点，放置一台 台服务器根据实际需要靠选用 1分 统网络体系结构及通信协议的选择 系统中的各种信息都是通过网络来传输的。在计算机网络发展上，影响较大的网络体系主要有： P 体系结构模型。 考模型 是管它不是国际标准，但在计算机网络体系结构中却占有非常重要的地位。这是因为虽然 体系结构从理论上讲比较完整，其各层协议也考虑得很周 19 全，但事实上，完全符合 远不能满足各种用户的需求。然而使用 乎所有的工作站都配有 P 协议，并已成为计算机网络事实上的标准，通称“工业标准”。为此，我们在数控机床的网络通讯系统中，采用的是 P 的网络体系结构，该体系把计算机网络分为四层，即应用层、传输层、网络层和网络接口层。 输控制协议 (用户数据包协议 ( 用户提供进程无连接的数据报协议，数据包以独立包的形式传送，服务不提供无错保证，数据可能丢失、重复或失序：数据包的长度也受一次处理最大长度的限制 (默认值为 8192 字节，最大值为 32768 字节 )，不进行包的拆分和重组操作：而 据无差错、无重 复，可按发送顺序接收，数据为字节流，其长度不受限制，为用户提供虚电路服务，并为数据的可靠传输提供检验。根据数控加工的特点，尽管数据包在传输量小于 2048个字节时 数据包服务是单包、无序传送，而系统的网络通信显然不能保证所有传输的信息都小于 2048个字节，因此，只能选用 应用层的通讯协议的选择既要考虑到数控加工的特点又要具备实时性、可靠性以及数据传输量大等特点。本系统另行开发了基于 定了应用进程之间传输的信息的特殊含义。 讯协议的实现 系统协议，就是保证客户端和服务器端的应用线程之间能相互准确、及时、有序地传送信息，并能彼此毫无差错地对信息进行语法分析和解释。 对于网络控制系统，其传输信息有自己独特的含义。在客户端和中央服务器间传递的信息，主要有客户端的请求信息、数据信息和中央服务器端的状态信息。 客户端的控制信息又分为两种：网络控制信息和加工控制信息：服务器端的状态信息也分为两种：连接状态信息和客户端的状态信息。 在系统的协议中，这些信息都规定了相应的格式规范，客户端的网络控制信息主要用于与服务器连接的建立、 维持和释放。加工控制信息由控制命令字、控制参数组成。网络通讯协议格式为：“ 11令长度，命令参数， 4字节的校验码 (。 命令引导码，用以标识命令的开 20 始：命令长度只包括命令参数及校验码的长度。若无命令参数，则为 4，校验码将无意义也不被检验，但还是必须发送。 传输的数据包的末尾 4字节为校验码。前 3字节为该包的所有字节的和，第4字节为所有字节的异或值。若发送过程中有数据发生错误，则第 4 字节的校验码一定不正确。因此，靠监测第 4字节校验码来保证通讯数据的可靠性。 硬件设计原理 系统在服务器端使用 2/4/8口 入现场后采用2/4/8口 口卡与 当现场服务器服务于多台数控机床时，采用“ 1分 接于多台机床。“数据接收器”是专门针对仅有纸带阅读机 8/5单位并行口的机床 (如线切割机 )而设计的。它完成机床与 使用数据接收器时，在机床接线上 要作相应改动，即：在原纸带阅读机的输出信号线上通过三态门并入相应的 3原系统发送给纸带阅读机的步进信号作为控制系统写入数据的定时信号。系统设计时，设置了控制开关，用于选择使用原纸带阅读机还是使用数据接收器。 软件开发原理 系统的软件由两部分组成，一是网络控制系统的控制软件，再一个就是现场服务器与各类机床的通讯软件。 （ 1） 网络控制系统控制软件的开发原理 网络控制系统的控制软件安装于中央服务