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毕业设计论文
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机床改造实例,毕业设计论文
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1 一、东方电机的“大型发电装备的重大关键加工设备数控化改造工程” 已在东方电机公司完成数控化改造并投产使用的各型机床共计 15 台。具体型号为： 齐一机 2.5 m立车 2 台 武重 3.4m立车 2 台 武重 6.3 m立车 1 台 C6140 车床 1 台 C6150 车床 1 台 俄罗斯 15 m卧车 1 台 俄罗斯 10 m卧车 1 台 捷克 5 m卧车 1 台 X5032 铣床 4 台（ 2 台为 4 坐标） 160 大型镗铣床 1 台 所改造的设备在东方电机公司的水轮机零件生产加工中应用良好，并成为了企业的主要生产设备， 为该厂制造三峡电站机组及 100MW 核电机组打下了基础。此外，国产数控系统在大型设备中的应用，在国内引起了重大反响，许多企业由此树立起了对使用国产数控系统的信心，如常柴公司和南飞公司都是因为上述工作影响而成批选用华中 I型系统，为国产数控系统的应用推广起到了很好的示范作用。在东方电机的部分应用情况见图 1图 7。 图 1 改造的 15m重型卧车 图 2 改造的 10m重型卧车加工电机轴 nts 2 图 3 改造的 6.3m大型立车 图 4 改造的 3.4 m大型立车 图 5 改造的 2.5 m大型立车 nts 3 图 6 160m镗铣床在加工水轮机叶轮 图 7 2.5m大型立车在加工水轮机叶轮 二、常柴股份公司“ 柴油机零件生产线及模具数控加工应用示范工程” 在常柴股份公司实际完成华中 I型系统应用 18 台。具体型号为： 德国 C630 卧式加工中心 7 台 德国 Deckel柔性单元 4 台 日本牧野仿形铣 1 台 大河立式加工中心 1 台 国产龙门加工中心 1 台 国产 C630 车床 1 台 XH7640 加工中 心 2 台（新机床） XH5660 仿形铣 1 台（新机床） 上述设备，除有 3 台柔系性单元由于机械部件过于老化需进一步整修外，其余的均已投产应用，用于柴油机缸体、缸盖及模具的加工，并已生产联线。此外，对模具加工的 2 台加工中心、 2 台仿形铣和龙门铣实现了网络化互接。在网络化联接中，除实现与总厂的 CAD/CAM 系统连接，实现连接程序的下载外，还可实现设备间的信息相互共享，可在加工中心上直接获得仿形铣的仿形结果，使得仿形铣数据可供多台设备使用，大大节约了昂贵的仿形铣设备购置费用。目前，这些设备运行状况良好，产生了重大 经济效益，获得用户满意。此外，在应用台数上，已经超额完成了合同规定计划任务。常柴公司的应用情况见下图 8图 11。 nts 4 图 8 由改造的德国加工中心组成的生产线 图 9 改造后的德国柔性单元 图 10 改造后的日本仿形铣进行模具的仿形加工 nts 5 图 11 常柴公司指定配用华中 I 型的订购加工中心 图 12 所加工的部分模具 三、南昌飞机公司应用 在南昌飞机制造公司完成 7 台美国麦道公司二手设备进行了改造，此外配用 2 台国产铣床。具体型号为： T250 转塔铣 4 台 数控下料铣床 1 台 辛辛那提卧式加工中 心 1 台 德国 4 轴工具磨床 1 台 国产 300 铣床 2 台 nts 6 该批设备有 7 台用于波音 737-700 飞机后缘肋、封闭肋， K8 飞机的柜接头、墙接头、前仪表盘骨架、中（左、右）舱仪表板等结构零件加工及相关模具加工； 2 台小型铣床用于飞机模线样板加工及企业培训。其应用情况见图 13图 14 图 13 T250 转塔铣 图 14 4 坐标工具磨床 四、通过改造，解决的关键技术 机床改造涉及的机床设备种类多、大型设 备及柔性单元控制复杂、可靠性要求高。此外，许多进口旧设备资料不全，特别是要求局部改造时，其改造复杂度大和工程工作量大。为此，针对各种设备的特点和原系统存在的不足之处，对华中 I 型进行了开放化和功能扩充，同时进行工程化开发，使系统功能得到发展，系统可靠性得到提高。此外，除完成数控改造工作外，还结合企业生产，进行了相应加工工艺研究，使数控设备能得到良好应用，受到了企业的欢迎。 在技术研究方面，主要解决了以下几方面的关键技术： 1）大型设备的数控系统技术 （ 1）大型设备控制中的抗干扰和信号长线传输技术 在伺服驱动方 面，开发了 RS 422 数字伺服通讯，克服了交流伺服的长线干扰；在nts 7 系统强电方面，开发了 RS 485 远程接口，提高了传输可靠性，并使数控系统连线极大简化。 此外， 进一步将网络技术引入到控制中，对操作按钮站与电柜以局域网连接，简化系统的联线。 （ 2）大型设备的远程操作控制和图形显示跟踪技术 采用前后台双机结构，前台用于伺服控制，后台进行操作控制，避免了大型机床的软、硬盘操作及普通 VGA 传输距离过长问题；设计了以数字通讯方式的远程操作盒，避免了长距离的信号干扰问题； （ 3）大型设备的机械传动间隙和传动误差补偿技术 考虑到大型机床的丝杆误差大，开发了双向补偿方式，并将补偿点扩展至 1024 点，较好地满足了大型设备的要求。 （ 4）大型设备的双立柱运动同步控制技术 龙门式大型设备的两个立柱需要同步运行。为此，开发了光栅尺接口和基于光栅尺全闭环的立柱双同步控制技术，通过软件技术对两个立柱运动进行比较控制，实现同步控制。 （ 5）大型零件的装夹找正和对刀调整补偿技术 为解决大型零件的装夹、找正困难的问题，减少加工辅助准备时间，在华中 I 型上扩充了测量功能，可配用触发式测头进行在线测量，方便零件的加工找正。 2）曲面加工数控加工技术 （ 1）复杂曲面多轴联动数控编程加工 针对复杂的水轮机模型叶片，结合改造的四坐标数控铣床，配套开发了其叶片加工数控编程系统，使东方电机原在进口五轴机床加工的叶片，可在四轴机床上进行。 此外，大型水轮机叶轮五坐标加工十分复杂，且效率不高，该厂的大型叶轮加工一件约需半年（使用的五坐标大型铣床为 426 万美元，且加工软件为引进）。为此，在前期合作的基础上，东方电机还进一步与项目组合作，研究大型叶片五轴加工的优化问题。 （ 2）数控机床和 CAD/CAM 的网络化集成 开发了数控系统的网络化技术。在常柴公司的模具加工车间中 ，利用 Internet 技术，使数控机床可以方便联网，使总厂 CAD/CAM 和分厂模具车间实现异地信息共享，可使CAD/CAM 工作站的加工程序直接传送至数控机床。此外，由于是网络化连接，还实现了机床间的信息共享，可使仿形铣的数字化信息直接传于其它数控机床加工，充分发挥仿形铣的使用效率，从而减少昂贵的仿形机床的配备。 （ 3）数控系统海量程序的连续加工技术 模具加工特别是数字化仿形信息十分庞大，常规 CNC 无法容纳，需要分块加工或以DNC 来进行程序储存和加工服务。为此，结合 PC 的大容量硬盘，开发了海量程序的连续执行技 术，可对大至 2Gb 的零件程序实现直接加工，极大地方便了模具加工 。 系统可靠性和工程化技术 nts 8 3）柔性单元和数控生产线控制技术 通过对带托盘和上下料机构的 4 台 Deckel柔性单元改造，了解了柔性单元的控制特点，并基本掌握了控制技术； 配合常柴公司，通过对柴油机典型零件工艺的分析，使用 8 台卧式加工中心，构成了柴油机缸体、缸盖零件的生产线； 通过成批改造机床，并在生产中运行，对系统暴露出来的不足问题进行了不断改进，特别是对伺服驱动部分进行了大的改型设计，使系统的软硬件不断完善，可靠性不断提高。目前，已基本掌握系统可 靠性技术，实现了生产中的稳定运行，获得了用户满意，并认为：国产数控的可靠性有了很大进步，与国外产品相比差别已经不大，已经可以接受使用。 五、 数控化改造 直接经济效益和间接经济、社会效益 1、设备的数控化改造，提高了机床性能和质量，为工厂产品创新创造加工条件，增强了企业的生产能力。 例如常柴股份公司 1974 年从日本牧野公司引进一台用于模具加工的仿型铣床，其控制系统是分立元件组成， X、 Y、 Z 轴驱动采用的是液压脉冲马达，由于年代久远，分立电子元件均已严重老化，故障频繁，维修困难，没有被件，尤其是仿型测头更是难以“ 伺候”；经过我公司改造后，该机床可实现三种加工方式。 1.数控加工； 2.边仿形边加工；3. 边仿形，边加工，边记录数据，机床的性能和加工范围大大扩大，投入使用后，机床使用正常，性能稳定，效率大为提高，为工厂新产品开发、生产了很多磨具。又如东方电机股份公司 2.5、 3.4、 6.3 立式车床经过改造后，除满足普通端面和外径切削外，对于一些异形面，如锥面、圆弧面、内外球面和各种流线型回转面都可进行加工，大大扩大了机床应用范围。 据初步统计，东方电机公司所投产的 15 台设备，可形成年产值 3800 万元的数控加工能力；常柴股 份公司的加工线，可形成缸体、缸盖零件 6000 件，年产值为 3200 万元的生产能力，由仿形铣和加工中心网络化后组成的模具加工系统，可实现年产柴油机零件模具 30 余套、产值 1500 万元；南飞公司所改造的二手数控设备，用于 波音 737-700 飞机后缘肋、封闭肋， K8 飞机的柜接头、墙接头、前仪表盘骨架、中（左、右）舱仪表板等 结构零件加工及飞机模线样板加工，提高了效率及质量，形成年产值 800 余万的飞机零件加工能力。 2设备的数控改造，可以有效提高工件加工精度和效率。 经过数控改造后的机床其加工精度和效率比原有都大为提高 ，大大提高了加工质量和效率，东方电机厂的大型设备改造，为其三峡电站机组、 100MW 核电机组制造、提高出口机组质量提供了良好加工手段。如大型水轮机的泄水锥原在普通立车上加工需 60 小时 /件，型面误差达 2mm。 6.3 立车改造后，加工球体轴承座零件 S900，其直径偏差在0.03mm 以内，远远满足原零件规定直径偏差 0.09mm 的要求，过去加工此零件需 120 小nts 9 时（包括打磨处理），而机床改造后加工时间减少到 20 小时（不需打磨），仅此提高效率6 倍。 在常柴公司的应用中，其改造的加工线在柴油机缸体、缸盖生产中，可大大提高生产 效率和质量，可提高工效 50-80%并降低废品率，且可减少产品换型的生产准备时间；所改造的日产仿形铣， 2 年来加工了柴油机模具几十套，还还加工了华宝空调的模具，共创产值 3000 多万。 3设备的数控改造，产生显著效益。 机床的数控化改造，产生的经济效益从两个方面来看，一是节省购置同类数控设备资金，一是改造后机床能发挥作用，特别是重型、专用机床更为明显，如购买一台 15 m数控卧车价值 2000 万，一台 6.3m 数控立车价值 1000 多万， 据在东电、常柴、南飞三个企业的初步统计，数控改造为企业节约了设备购置费用达 9645 万元。 （ 1）东方电机厂 东方电机厂共数控改造 15 台，其改造及节约费用如下表。 设 备 类 型 新购费 改造费 节约购置费 5 台大型设备 (15 m和 10m卧车、 6.3m立车等 ) 5000 万 450 万 4550 万 6 台中型设备（ 5m卧车、 2.5m立车等） 1700 万 300 万 1400 万 4 台普通设备（三、四坐标铣床） 240 万 80 万 160 万 合 计 6940 万 830 万 6110 注：上述费用不包括机床原值 （ 2）常柴股份公司 在常柴公司共改造设备 15 台，配新机床 3 台。改造及节约费 用如下表： 设 备 类 型 新购费 改造费 节约购置费 4 台柔性单元 1200 万 160 万 1040 万 7 台进口加工中心 1400 万 245 万 1155 万 4 台仿形铣、龙门铣等 700 万 100 万 600 万 合 计 3300 万 505 万 2795 万 注：上述费用不包括机床原值 （ 3）南昌飞机制造公司应用 在南昌飞机公司共改造 7 台，新机床 2 台。其改造的节约费用见下表： 设 备 类 型 新购费 改造费 节约购置费 4 台转塔铣 400 万 80 万 320 万 卧式加工中心 160 万 25 万 135 万 下料铣及工具磨 300 万 50 万 255 万 合 计 860 万 145 万 715 万 注：上述费用不包括机床原值 nts 10 4设备的数控改造，树立起了对使用国产数控系统的信心 国产数控系统在大型设备中的应用，在国内引起了重大反响，许多企业由此树立起了对使用国产数控系统的信心，如常柴公司和南飞公司都是因为上述工作影响而成批选用华中 I 型系统，为国产数控系统的应用推广起到了很好的的示范作用。 六、数控化改造前景展望 数控机床是机械制造自动化的基础。随着国民经济的发展，各行业对数控机床，特别是中、高档数控机床 的需求将与日俱增。根据国家关于加快发展数控机床工业的意见，到 2000 年，我国数控机床年产量要达到 2 万台，品种要达到 1000 种以上。要实现这一目标，我国数控产业有两大任务，一是形成我国自己的数控系统产业，二是配合机床行业共同开发众多品种的数控机床产品，每年开发 200 种以上新产品。 随着我国的工业现代化发展， 90 年代以来对数控机床需求大幅上
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