（机械制造及其自动化专业论文）普通车床的数控改造电气部分.pdf

。 1 i i i l l l1 1 1 1 1i i i l l l l l l i i i i ii i i1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i i i i i i i i y 18 0 7 5 9 0 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南林学院或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 签名：肄丝驽一日期：如她 关于论文使用授权的说明 本人同意：西南林学院有权保留论文的复印件，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文；提交论文一年后，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部 或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：叫雌导师签名：蛆日期：童堕i _ 玉 叠 ；1 摘要：2 0 世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，数控技术被认为 是2 0 世纪制造业最神奇、最具有成果的进展。自从1 9 5 2 年美国第l 台数控车床问世 至今已经历了5 0 多个年头，特别是近l o 年来，数控技术有了巨大进步，数控车床向 着高速化、高精度化发展，复合加工、新结构车床大量出现。中国是一个传统的机械 制造大国，但其装备水平落后，特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的车床， 这些旧的数控车床不能满足现代客户的加工要求，如：加工精度，小批量生产等。解 决这个问题有两种途径：一是购买新的数控车床；二是在旧的车床基础上进行数控化 改造。本课题是针对金工厂的一台普通车床c y 6 1 4 0 进行数控化改造，其现实意义在 于寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法，对传统机械制造行业的技术装备进 行技术提升，以解决目前设备老化所带来的问题。 作者在搜索、查阅大量相关资料的基础上，对普通车床数控化改造技术进行了深 入的研究和分析，并结合实际情况和改造的经费做出合理的改造方案，整个控制以数 控系统为中心，通过可编程控制器使c n c 系统、电气控制系统、伺服系统协调统一 工作，以实现数控加工。在数控车床改造设计的过程中，讨论了整个数控车床系统调 试的内容和步骤，系统地分析了数控车床p l c 控制程序、坐标伺服系统的调试过程 联机运行后，通过调整c n c 系统车床参数，对数控系统进行调整、使整个控制达到 最优。最后对其特殊功能的开发，选用其强大的补偿功能，分析误差产生的原因，最 终使车床达到所期望的结果。 帑 普通车床改造比购置新的数控车床有以下的优势：一是节省资金。旧车床的数控 改造同购黄新车床相比一般可节省6 0 左右的费用，大型及特殊设备尤为明显，一般 大型车床改造只需花购置新车床费用的1 3 ，并可以利用现有的地基；二是性能稳定 可靠。由于原车床的各基础零件经过长期使用，几乎不会产生应力变形而影响精度； 三是提高生产效率。旧车床经过数控改造后即可实现加工自动化，效率可比传统车 床提高3 至5 倍，不仅可以节约费用，还可以缩短生产准备周期。 综上所述，旧车床改造同购置新车床相比，它可使旧车床发挥作用，而且环保， 并为国家节省资源，可以节省很多费用，而且改造周期很短，可以很快可投入使用， 这就是改造的优势。 关键词：普通车床，数控改造，数控系统，可编程控制器 a b s t r a c t ：t h e2 0 t hc e n t u r y , h u m a ns o c i e t y s g r e a t e s ts c i e n t i f i c a n dt e c h n o l o g i c a l a c h i e v e m e n t sa r et h ei n v e n t i o na n da p p l i c a t i o no fc o m p u t e r , n u m e r i c a lc o n t r o lt e c h n o l o g y i sc o n s i d e r e dt h e2 0 t hc e n t u r y , t h em o s tm a g i c a lm a n u f a c t u r i n g ，t h em o s tf r u i t f u lp r o g r e s s s i n c e19 5 2t h eu n i t e ds t a t e sn o 1s i n c et h ea d v e n to fc n cl a t h eh a su n d e r g o n em o r et h a n 5 0y e a r s ，e s p e c i a l l yi nt h e p a s t 10y e a r s ，n u m e r i c a lc o n t r o l t e c h n o l o g yh a sb e e n t r e m e n d o u sp r o g r e s st o w a r dt h e h i g h - s p e e dc n cl a t h e s ，h i g hp r e c i s i o n d e v e l o p m e n t , c o m p o s i t ep r o c e s s i n g ，t h en e ws t r u c t u r em a c h i n et o o l sh a v ee m e r g e d c h i n ai sat r a d i t i o n a l m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n gp o w e r , b u tt h el e v e lo fi t se q u i p m e n tb e h i n d ，e s p e c i a l l ys o m e o l df a c t o r i e sa r em o s t l ym e c h a n i c a lo ro l d e rl a t h e s ，c n cl a t h et h e s eo l ds h o u l dn o tm e e t t h em o d e mc u s t o m e rp r o c e s s 远gr e q u i r e m e n t s ，s u c ha sm a c h i n i n ga c c u r a c y , s m a l lm a s s p r o d u c t i o n , e t c t os o l v et h i sp r o b l e mt h e r ei st w ow a y s ：f i r s t , p u r c h a s ean e wc n cs y s t e m ； s e c o n d ，a tt h eo l df o u n d a t i o no nc n cl a t h et r a n s f o r m a t i o n t h i si s s u ei so n ef o rp a y m e n t o f f a c t o r yu n i t sf o rc n cl a t h ec y 6 14 0t r a n s f o r m a t i o n , a n di t sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c el i e s i nl o o k i n gf o rav i a b l e ，t h e r ei st h ep r o m o t i o no ft h ev a l u eo fe q u i p m e n tm o d i f i c a t i o n m e t h o d s ，t h et r a d i t i o n a lm a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n tt o c a r r yo u tt h eu p g r a d i n go ft e c h n o l o g yt os o l v ea tp r e s e n t , b r o u g h ta b o u tb ya g i n g e q u i p m e n tp r o b l e m a u t h o ri nt h es e a r c h ，a c c e s st os u b s t a n t i a li n f o r m a t i o no nt h eb a s i so ft h eg e n e r a l t r a n s f o r m a t i o no fc n cl a t h et e c h n o l o g yf o ra ni n - d e p t hr e s e a r c ha n da n a l y s i s ，c o m b i n e d w i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o na n dt r a n s f o r mt h ef u n d i n go fr e h a b i l i t a t i o np r o g r a m sa n dm a k e r e a s o n a b l e ，t h ew h o l ec o n t r o ls y s t e mf o rc n cc e n t e r , t h r o u g ht h ep r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e rt om a k ec n c s y s t e m s ，e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m ，s e r v os y s t e m ，t h eh a r m o n i z a t i o n o fw o r ki no r d e rt oa c h i e v en u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n g a tc n cl a t h ed e s i g n e do nt h e b a s i so ft h ed i s c u s s i o no ft h ee n t i r ec n cl a t h es y s t e md e b u g g i n gt h ec o n t e n ta n dt h es t e p s ， t h es y s t e ma n a l y z e st h ep l cc o n t r o lp r o g r a mc n cl a t h e ，c o o r d i n a t es e r v os y s t e m l i n e d e b u g g i n gp r o c e s so fr u n n i n g ，b ya d j u s t i n gt h em a c h i n et o o lc n cs y s t e m sp a r a m e t e r s ， n u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e mt oa d j u s ts ot h a tt h ew h o l ea c h i e v eo p t i m a lc o n t r 0 1 f i n a l l yt h e s p e e i a lf e a t u r e so ft h e i rd e v e l o p m e n t , s e l e c t i o no fi t sp o w e r f u lc o m p e n s a t i o nf u n c t i o n , a n a l y s i so f e r r o rc a u s e s ，s ot h a te v e n t u a l l yl a t h et oa c h i e v et h ed e s i r e dr e s u l t s o r d i n a r yl a t h et h a nt ob u yan e wc n cl a t h eh a st h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：f i r s t , s a v e m o n e y t r a n s f o r m a t i o no fo l dc a r sb e dc n c l a t h ew i t ht h ea c q u i s i t i o no fn e wg e n e r a lc a l l b es a v e dc o m p a r e dt oa r o u n d6 0 o ft h ec o s t ，l a r g ea n ds p e c i a le q u i p m e n ti sp a r t i c u l a r l y e v i d e n t ，t h eg e n e r a ll a r g e s c a l ef l o w e rl a t h es i m p l yp u r c h a s ean e wl a t h ec o s t s1 3 ，a n d c a nm a k eu s eo ft h ee x i s t i n gf o u n d a t i o n ；i ia r es t a b l ea n dr e l i a b l ep e r f o r m a n c e b e c a u s e t h eo r i g i n a ll a t h ep a r t so ft h ef o u n d a t i o na f t e ral o n g t e r mu s e ，t h e yw i l lh a v el i t t l ea f f e c t t h ea c c u r a c yo fs t r e s sa n dd e f o r m a t i o n ；a r et h r e ei m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y b e du s e d c a r sc a l lb em o d i f i e da f t e ri m p l e m e n t a t i o no fc n cm a c h i n i n ga u t o m a t i o n ，i m p r o v e e f f i c i e n c yt h a nt r a d i t i o n a ll a t h e3 - 5t i m e s ，n o to n l yc a ns a v et h ec o s to fp r e p a r a t i o nc a n a l s os h o r t e nt h ep r o d u c t i o nc y c l e i ns u m m a r y , t r a n s f o r m a t i o no ft h eo l db e da sc o m p a r e dw i t ht h ea c q u i s i t i o no fn e w l a t h e ，i tw i l le n a b l et h eo l db e dt op l a yar o l e ，b u ta l s oe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds a v i n g r e s o u r c e sf o rt h ec o u n t r y , y o uc a ns a v eal o to fc o s t sb u ta l s ot h et r a n s f o r m a t i o nc y c l ei s v e r ys h o r t , c a nq u i c k l yb ep u ti n t ou s e ，t h i si st h ea d v a n t a g eo f t h et r a n s f o r m a t i o n k e yw o r d s ：l a t h e ，c h i ct r a n s f o r m a t i o n , c n cs y s t e m ，p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r 目录 l 概述1 1 1 普通车床数控改造的发展状况1 1 1 1 国外普通车床数控改造的发展状况1 l i1 2 我国数控车床情况2 1 2 普通车床数控改造的需求5 1 2 1 普通车床数控改造的必要性和迫切性5 1 2 2 数控车床改造的可行性6 1 3 数控技术的发展趋势7 + 1 4 课题的来源和研究的意义9 1 4 1 课题来源9 1 4 2 本文的主要工作9 1 5 本章小结1 0 2 数控基本原理1 l 2 1 概述1 1 2 2 数控车床装置的插补原理1 3 2 2 1 插补的基本概念1 3 2 2 2 基准脉冲插补1 5 2 2 3 数字积分法2 0 2 3 数据采样插补2 2 2 3 1 概述2 2 2 3 2 数据采样法直线插补2 3 2 3 3 数据采样法圆弧插补2 4 2 4 半闭环和闭环系统的速度计算2 5 2 5 位置控制原理2 6 2 5 1 位置分类2 6 2 5 2 位置进给驱动装置2 8 2 6 本章小结3 9 3c n c 系统的功能和组成4 0 3 1 广泰数控系统的功能及系统的技术参数4 0 3 2c n c 系统的硬件组成4 l 3 2 1 单微处理机硬件结构4 2 3 2 2 多微处理机硬件结构4 3 3 3 可编程控制器p l c 的控制原理4 3 3 3 1p l c 的基本结构及工作原理4 3 3 3 2p l c 与c n c 机床的联接方式4 4 3 3 3c n c 加工代码的实现方法4 5 3 3 4t 功能代码的实现方法4 6 3 3 5m 功能代码实现方法4 6 3 3 6p l c 控制程序的开发与编制4 6 3 3 7p l c 功能的内部集成4 7 3 3 8 模块的构成及变量说明4 7 3 4 数控系统电气线的连接4 7 3 5 数控系统内部总线上数据信息的传输4 8 3 5 1 数控系统与进给控制模块间信息传输4 8 3 5 2 数控系统与输入输出模块问信息传输4 9 3 6 本章小结4 9 4 改造方案的设计5 0 4 1 旧数控车床的现状分析：5 0 4 2 需要改造的部分5 l 4 3 改造方案设计一5 l 4 3 1 改造的整体方案5 1 4 3 2 车床数控改造的步骤5 9 4 3 3 新旧系统接口的转换设计6 0 4 3 4 预期达到的技术性能6 l 4 4 改造的实施6 l 4 5 验收及后期工作6 2 4 6 本章小结：6 3 5 控制电路设计6 4 5 1 控制电路和强电路的设计6 4 5 1 1x 、z 轴限位和参考点返回电路6 4 5 1 2 电动刀架的控制原理及控制电路6 5 5 1 3 驱动器与伺服电机的连接线路6 6 5 2 控制元件清单6 9 5 3 控制电路安装接线图6 9 5 4 本章小结7 1 6 系统的安装和调试7 2 6 1 系统安装连接7 2 6 2 车床参考基准点的设定- 7 9 6 2 1 轴限位参数的设定7 9 6 2 2 用户报警的编制8 0 6 3 数控车床操作指南8 1 6 3 1 系统的按键介绍8 l 6 3 2 操作说明8 2 6 4 车床总体性能优化8 5 6 5 本章小结8 6 7 结论与展望8 7 参考文献8 8 致谢9 1 攻读硕士期间发表的论文9 2 9 3 l 概述 1 概述 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数 控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品， 即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：( 1 ) 机械制造技术；( 2 ) 信息处理、 加工、传输技术；( 3 ) 自动控制技术；( 4 ) 伺服驱动技术；( 5 ) 传感器技术；( 6 ) 软件技 术等。数控技术在机械制造业中得到广泛的应用，是因为它有效地解决了复杂、精密、 小批多变的零件加工问题，能适应各种机械产品迅速更新换代的需要，使企业快速响 应市场需求的能力大大加强，其经济效益显著。 数控技术是2 0 世纪7 0 年代发展起来的一种车床自动控制技术。3 0 多年来，随 着电子器件、计算机、传感与检测、机械制造技术的不断进步，以电子信息技术为基 础，集传统的机械制造技术，计算机技术，成组技术与现代控制技术，传感测控技术， 信息处理技术，网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体的数控技术得到迅 猛发展和广泛应用。使得普通车床逐渐被高效率、高精度的数控设备所代替，从而形 成了巨大的生产力，导致了制造业发生了根本性变化，数控技术已成为现代制造技术 的基础，其水平高低和数控车床拥有量多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志 1 1 。工业装备的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的发展水平和现代化程 度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业( 如信息技术及其产业、生 物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业) 使用的技术和最基本的装备。马克思 曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么样劳动 资料生产。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高 对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术 已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径【2 】。 1 i 普通车床数控改造的发展状况 1 i i 国外普通车床数控改造的发展状况 在美国、日本和德国等发达国家，它们的车床改造成为新的经济增长行业，生意 盎然，正处在黄金时代，由于车床及技术的不断进步，车床改造是个“永恒”的课题。 在美国，车床改造业称为车床再生( r c l m a n u f a c t u r i n g ) 业，从事车床改造业的著名公司 普通车床数控改造 有：b e r t s c h e 工程公司、a y t o n 机床公司、d e v l i e g ，b u l l a v d ( 得宝) 服务集团、u s 设备公 司等；在日本，车床改造业称为车床改装、_ l k ( r e t r o f i t t i n g ) ，从事改装业的著名公司有： 大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山 本工程公司等l 川。 。 在德国，车床改造业已经成为一个新兴的工业部门。在不太景气的车床市场上， 二手车床的销售相当红火，据统计，早在1 9 9 8 年德国二手车床销售额就达到2 5 亿马 克。德国在车床数控化改造方面，不仅考虑了如何通过车床数控化改造来适应生产技 术的发展，而且还全面地考虑了如何充分利用技术工人现有的经验及知识，因此，德 国除了企业从事车床改造工作外，还有一些高校、研究机构等也参与了车床改造研究。 经过对车床改造过程中的生产技术、劳动组织和人员素质进行了全面、系统地调查后， 由联邦政府和州政府专门拨款支持该领域的研究工作。” t 在德国可以将改造后旧车床的质量和性能做得与新车床相似，而且，改造后的二 手车床的用户也同样能够得到供应商或改造厂提供的配套服务。这样，可以消除二手 车床用户的后顾之忧，他们也就更乐意改造本厂原有的车床或者从市场上购买改造过 的二手车床，从而推动了车床改造行业的发展1 4 。 1 1 2 我国数控车床情况 我国数控技术起步于1 9 5 8 年，近5 0 年的发展历程大致可分为3 个阶段：第一阶 段从1 9 5 8 年到1 9 7 9 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国 的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五 、“七 五 期间以及“八五 的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。 在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国 数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在 国家的“八五 的后期和“九五 期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。 在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五 末期，国产数 控车床的国内市场占有率达5 0 ，配国产数控系统( 普及型) 也达到了1 0 。 ( 1 ) 纵观我国数控技术近5 0 年的发展历程，特别是经过4 个5 年计划的攻关，总体 来看取得了以下成绩。 1 ) 奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术，包括数控系统、伺 服驱动、数控主机、专机及其配套件等的基本技术，其中大部分技术已具备进行商品 化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 2 l 概述 2 ) 初步形成了数控产业基地，在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了 如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂，兰州电机厂、华中数 控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数 控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 3 ) 建立了一支数控研究、开发、管理人才的队伍，在数控技术的研究、开发以 及产业化方面取得了长足的进步。但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研 究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽 然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比( 与国外对比) 不仅技术水平有差距，在某 些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。 ( 2 ) 从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平的估计。 1 ) 技术水平上，与国外先进水平大约落后1 0 1 5 年，在高精尖技术方面则更大。 2 ) 产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能 部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不 足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 3 ) 可持续发展的能力上，对数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术 应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 ( 3 ) 存在差距的主要原因 1 ) 认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足； 对市场的不规范、国外技术的封锁、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平 及能力分析不够。 2 ) 体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链 的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善 的培训、服务网络等支撑体系。 3 ) 机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创 新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 4 ) 技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。 车床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够 2 1 。 数控车床是机电一体化产品，涉及多种技术，对服务的要求很高。国内车床制造 商无论售前对客户工艺的了解、售中的安装调试，还是售后的维修服务和备件供应， 一般来说都比海外企业具有优势，关键是如何在竞争中充分发挥这种优势。 近年来，我国的车床改造业也从老行业进入到以数控技术为主的新行业，国家在 3 普通车床数控改造 军品能力调整和军品生产线的技术改造上投资，使部分大型军工企业迎来了新的机 遇，不少企业相继配置和增加了一定数量的数控设备，使工厂的加工能力发生了较大 的变化。但是由于投资有限，军品生产线的技术改造工作只能在局部关键点上进行， 大多数通用车床加工设备还在使用，同时，还有非常多旧数控车床需要更新控制系统， 这种类型车床改造的需求越来越大，所以，数控车床改造已经逐渐形成了一个产业。 目前，关于设备改造方面的报道比较多，其方法多种多样，具体表现在：根据用户 的需求可以选择不同的数控系统；根据要求可以进行经济性数控化改造，也可以进 行智能化数控设备改造。 不管哪种形式的数控改造，最基本的思路是要满足用户的基本使用需求。但目前 对车床的数控化改造，主要是经济性数控化改造为主。在改造过程中，主要应用系统 供应商提供的外部接线要求进行控制电路设计，没有对系统进行深入的分析研究，不 能结合实际应用解决当前同类设备存在的问题，如：现在的设备普遍采用正逻辑控制， 限位保护电路，当发生电路开路或接触不良时，不会立即报警，容易造成事故。针对 目前同类数控设备使用中存在的问题，经过仔细的研究和分析系统特性，在改造设备 时所有限位保护电路均采用负逻辑，当发生电路开路或接触不良时，会立即报警，防 止意外事故发生，设定了特殊的限位控制装置，使刀架在特定的位置不能换刀，保证 了生产安全。另外，车床加工的主要任务是承担轴类、套类、盘类等零件的加工。成 本、质量、生产率和产量、交货期是衡量企业生产能力和市场竞争能力的4 个要素， 采用传统的非数控生产方式只有达到一定比值的大批量的规模生产才能取得上述4 个方面的统一。但在当前激烈的市场竞争环境下，以生产为中心，企业为主导的卖方 市场已转向以市场需求为中心、用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性 化，且产品经济寿命大大缩短，这首先将形成以多品种小批量的生产方式为主流的生 产环境；其次，衡量企业竞争力的首位因素也由成本转为交货期。为此，发展柔性结 构体系的数控制造装备及制造系统是实现在快速多变的市场环境中对用户驱动的市 场需求作出灵活、快速响应的关键。所谓制造装备及制造系统的柔性化是指当产品的 品种的需求发生变化时，它们仍能在满足经济性的前提下，实现及时转换生产的适应 能力。同时，持续地提高经济加工精度也是适应市场竞争的另一个主要目标。因而作 为评定数控车床及系统效能的基本指标也将由传统的工作精度和切削能力改为用高 效柔性和高精化的程度来衡量。 4 约1 6 5 8 亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但 是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效 益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化 吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、 生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至 不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故 障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间， 需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富【6 】。 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一笔很大的资产，修好了就是财富。 只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活非常大的资产， 争取到最大的经济效益和社会效益，这也是一个极大的改造市场。 1 2 1 普通车床数控改造的必要性和迫切性 ( 1 ) 必要性和迫切性 7 1 1 ) 数控车床对比传统车床有以下突出的优越性 可以加工出传统车床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。这是由于计算机 有很强的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴应该运动的运动量，这就可以 加工复杂的曲线和曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化。从而效率可比传统机床提高三到 七倍。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，装配容易，不再需要“修配一。 5 普通车床数控改造 可实现多工序的集中，减少零件在车床间的频繁搬运。多道工序是在一次定位、 一次装夹下实现。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人 看管加工。因此劳动生产率提高和生产周期缩短，效益非常明显。 2 ) 利用少量资金进行数控化改造可以发挥明显效益 我们在用信息技术改造传统产业方面比发达国家落后2 0 年。因此每年都有大量 机电产品进口。这也就从宏观上说明了普通车床数控化改造的必要性和迫切性。上世 纪8 0 年代，陆续从国外引进了很多中高档数控车床，有的服役期满，有的不能正常 工作，处于闲雹，造成巨大资源浪费。这些车床共同之处在于机械部分基本完好，精 度较高，但不能满足正常生产的需要和现代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。 如果利用进口数控系统对现有数控设备进行数控化改造，只需几十万元就能发挥现有 设备的作用，而购置一台新的同性能的数控车床则需要几百万甚至上千万的资金，因 此，对我国来说数控车床的数控化改造，尤其是加工中心的数控化改造具有明显的经 济效益与社会效益，非常迫切瞵j 。 ( 2 ) 数控车床改造的内容例 1 ) 恢复车床功能，对车床存在的故障部分进行诊断并恢复； 2 ) 利用国内外先进数控系统，对车床进行数控化改造； 3 ) 为提高精度、效率和自动化程度，根据改造需要对机械、电气部分元器件进 行更换，对机械部分重新修配调整，恢复原精度； 4 ) 技术更新或技术创新。为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在 原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次。 1 2 2 数控车床改造的可行性 ( 1 ) 普通车床数控改造的可行性【1 0 1 1 ) 普通车床数控改造存在很大的市场需求； 2 ) 数控系统的技术日趋成熟，特别是s i e m e n s 系统、f a n u c 系统功能齐全、 性能稳定，非常适合车床改造； 3 ) 普通车床数控改造的优点很多，可以升级车床的功能，最重要的是可以节省 大笔的资金； 4 ) 车床功能模块化技术已经成熟，更换方便； 5 ) 经过若干年的锻炼，已经培养出一批掌握现代普通车床数控改造的队伍，在 改造车床方面的技术储备，力量雄厚。 6 i 概述 综上所述，普通车床数控改造具有可行性。 ( 2 ) 数控车床的特点【i l 】 1 ) 能适应不同零件的自动加工。数控车床是按照被加工零件的数控程序来进行 自动加工的，当改变加工零件时，只要改变数控程序，不必用凸轮、靠模、样板或钻 锉模等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，有利于产品的更新换代。 ， 2 ) 生产效率和加工质量商、加工质量稳定。数控车床上可以采用较大的切削用 量，有效地节省了加工时间。还有无级变速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能， 使辅助时间大为缩短，而且无需工序问的检验与测量，所以，比普通车床的生产率高 3 4 倍，甚至更高。同时由于数控车床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校 正和补偿，又因为它是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差，因此，不 但加工精度高，而且质量稳定。 3 ) 能完成复杂型面加工。 4 ) 工序集中，一机多用。数控车床特别是自动换刀的数控车床，在一次装夹的 情况下，几乎可以完成零件的全部加工，一台数控车床可以代替数台普通车床。这样 可以减少装央误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省车床 的占地面积，带来较高的经济效益。 1 3 数控技术的发展趋势 近1 0 年数控车床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 ( 1 ) 高速化 由于高速加工技术普及，车床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由3 0 0 0 4 0 0 0 r m i n ，提高到8 0 0 0 1 0 0 0 0 r m i n ，铣床和加工中心主轴转速由4 0 0 0 8 0 0 0 r m i n 提高到1 2 0 0 0 r m i n 、2 4 0 0 0 r m i n 、4 0 0 0 0 r m i n 以上；快速移动速度由过去的1 0 - - - - 2 0 m m i n 提高到1 2 0 r e r a i n 。 运动部件起动的加速度已由过去一般车床的0 5 9 ( 重力加速度) 提高到1 5 ，- - - 2 9 。 直线电机在车床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 ( 2 ) 高精度化 数控车床的定位精度已由一般的0 0 1 - - - 0 0 2 m m 提高到o 0 0 8 m m 左右，亚微米级 车床达到o 0 0 0 5 m m 左右，纳米级车床达到0 0 0 5 - - 一0 o l u m ，最小分辨率为l n m ( o 0 0 0 0 0 1 m m ) 的数控系统和车床已成为产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳 米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到l u m 的圆度，插补前多程序段预读，大大 7 普通车床数控改造 提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 ( 3 ) 复合加工、新结构车床大量出现 如5 轴5 面体复合加工车床，可以实现5 轴5 联动加工各类异形零件。也派生出 各种新颖的车床结构，包括6 轴虚拟轴车床，串并联铰链车床等。这些车床采用特殊 的机械结构，数控的特殊运算方式，具有特殊的编程要求。 ( 4 ) 使用各种高效特殊功能的刀具使数控车床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使用高 压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削 速度能达1 0 0 0 m m i n ，加工铝件能达5 0 0 0 m m “1 3 】。此外当前数控系统所需要的功能 将不只是高的性能( 高速、高精度、高可靠性) ，还要求具有“开放式”和“智能化”【1 4 1 。 ( 5 ) 开放式 要求新一代数控车床的控制系统是一种开放式、模块化的体系结构，其特点是： 在实现系统构成要素模块化的同时，要通过这些要素之间的标准化，能够将由不同买 方提供的要素自由地结合起来，从而能方便地构成完整的系统。 具体如下州： 1 ) 系统的构成要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准化的； 2 ) 系统的软件、硬件构造应是“透明的 、“可移植的”； 3 ) 系统应具有“连续升级 的能力。 同时新一代数控车床的机械结构也应是开放式的，其特点应是： 4 ) 采用功能模块部件组成的车床； 5 ) 采用“工艺策划、“加工数据库”向用户开放； 6 ) 采用“信息技术”将社会制造资源的合理调配逐步在机械制造业建立完善的 虚拟化与网络化的先进制造体系，使机械制造业资源高效地被利用，达到降低成本、 提高质量、缩短制造周期的目的。 ( 6 ) 智能化 随着人工智能在计算机领域不断渗透和发展，数控系统向智能化发展。在新一代 的数控系统和伺服装置中，由于采用“进化计算”( e v o l u t i o n a r yc o m p u t a t i o n ) ，“模糊系 统”f f u z z ys y s t e m ) 和“神经网络”( n e u r a ln e t w o r k ) 等三个方面新的控制机理，性能大大 提高。这种高性能的智能化的数控系统不但具有自动编程、前馈控制、自适应切削， 工艺参数自生成、运动参数动态补偿等功能，更具特色的是考虑到操作使用的因素而 呈现的极为友好的人机界面【嘲。 上述的“智能化”技术，还应用于新一代数控车床的调整、使用与维修等各个环节