《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-C6160臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)（含圖紙）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-C6160臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)（含圖紙）（47頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 1 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 摘要摘要 中國是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老機(jī)械 制造廠大多還是比較舊的機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。 針對目前制業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造，解決機(jī) 械制造業(yè)中的些技術(shù)問題，用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，是我 國制造業(yè)的展方向。 本課題是針對己報(bào)廢的 C616 普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，現(xiàn)實(shí)意義在于 如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對傳統(tǒng)機(jī)制造行業(yè)的技術(shù) 裝備進(jìn)行技術(shù)提升，以解

2、決目前設(shè)備老化所帶來的問題。 根據(jù)數(shù)控車床所承擔(dān)加工任務(wù)的特點(diǎn)，其加工的零件類型大多分為軸類套 類、盤類等，依據(jù)成組工藝技術(shù)的原理，我們提出首先編寫各類零件成組藝， 依據(jù)成組工藝，編寫數(shù)控程序，將數(shù)控加工程序編號存入 PC 機(jī)中的方法完成對 零件的快速程序編制，提高生產(chǎn)效率。 通過這種方法，可以變小批生為“大”批生產(chǎn)，可以有效的提高生產(chǎn)效率， 同時(shí)降低對操作人員的要求。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：機(jī)床改造， 數(shù)控技術(shù)， 數(shù)控機(jī)床，自動刀架 CADCAD 設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)圖紙，QQ153893706QQ153893706 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)

3、電一體化 第 2 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX Abstract China is a traditional mechanical manufacturing country, but the level of their equipment behind, especially in some of the old machinery factory most of the older machines still far from meeting the requirements of processing. For the current status of technol

4、ogy and equipment manufacturing industry, the traditional machinery manufacturing equipment to transform, to solve some technical machinery manufacturing industry in question the old with modern advanced technology to transform and upgrade the equipment, is the development direction of Chinas manufa

5、cturing industry. This topic has been scrapped for the C616 is a general transformation of used CNC lathe, practical significance is how to find a feasible and promote the value of the equipment modification method, the traditional machine manufacturing industry, technology and equipment for technic

6、al upgrading, to address the current equipment the aging problem. CNC lathe processing according to the task undertaken by the characteristics of most of its processing of the part type is divided into shaft sleeve, plate etc., based on the principles of group technology, we propose the preparation

7、of various components into a first group of Arts, based on group technology, the preparation of NC program, NC program code stored in the PC, a method of rapid completion of the part programming, improve production efficiency. In this way, can change a small group of students as “l(fā)arge“ batch, can e

8、ffectively increase productivity, while reducing demands on the operator. Key word: Transformation tools, numerical control technology, CNC machine tools, automatic knife 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 3 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 目錄目錄 一、緒論一、緒論1 1 (一)數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀2 (二)數(shù)控技術(shù)4 4 (三)對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化

9、發(fā)展的戰(zhàn)略思考1111 (四)設(shè)備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀1212 (五)本文的選題及主要研究內(nèi)容1313 二、二、 西門子西門子 802S802S 數(shù)控系統(tǒng)介紹數(shù)控系統(tǒng)介紹1515 (一)西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能1515 (二)系統(tǒng)配置方案研究1515 三、三、 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)1818 (一)電路設(shè)計(jì)18 (二)X、Z 軸限位和參考點(diǎn)返回電路18 (三)機(jī)床參數(shù)設(shè)置24 (四)控制元件清單.24 (五)控制電路安裝接線圖26 四、四、 數(shù)控車床總體改造方案及機(jī)械部分設(shè)計(jì)數(shù)控車床總體改造方案及機(jī)械部分設(shè)計(jì)2727 (一)設(shè)計(jì)要求27 (二)改造方案的確定28 (三)傳動系統(tǒng)改裝設(shè)

10、計(jì)與計(jì)算29 (四)步進(jìn)電動機(jī)的選擇37 (五)電動刀架的選擇38 五、五、 數(shù)控機(jī)床操作數(shù)控機(jī)床操作3939 (一)數(shù)控機(jī)床操作指南39 六、六、 應(yīng)用效果應(yīng)用效果4545 (一)應(yīng)用前景分析45 (二)經(jīng)濟(jì)效益分析45 結(jié)論結(jié)論4747 致謝致謝4848 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)4949 附件：附件：車床數(shù)控系統(tǒng)電路原理圖，C6160 數(shù)控車床縱向進(jìn)給傳動機(jī) 構(gòu)，C6160 數(shù)控車床橫向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu) 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 4 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 一、緒論一、緒論 ( (一一) )數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀數(shù)

11、控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀 1.1.數(shù)控設(shè)備 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)己有較多的使用， 在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床 以 FMS 模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率 不高，管理方式落后的狀態(tài)。1 年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第 5 名，機(jī) 床消費(fèi)額在世界排名上升到第 3 位，達(dá) 47.39 億美元，僅次于美國的 53.67 億 美元1，消費(fèi)額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求， 使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第 2 位，達(dá) 24.06 億美元，比上年增

12、長 27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種 加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、 鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品 種以中低檔為主。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 1.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位 例如:全長 33 公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國家重點(diǎn)建 設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的 2550 根軌道梁是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對加工軌 道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。去年年初，沈陽機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司 中捷友誼廠以工期 6 個(gè)月、標(biāo)的 6200 萬元在磁懸浮軌道專

13、用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開 招標(biāo)中折桂，并于 8 月底將一次性驗(yàn)收合格的 8 臺數(shù)控鏗銑床組成的軌道梁生 產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑 M 加工中心已加工出軌道梁 1100 根，確保了軌 道梁的加工精度和速度，為實(shí)現(xiàn)今年年底試車打下了良好的基礎(chǔ)。 2.數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高 2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1.8 萬臺，比上年增長 28.5%.金切機(jī)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%2。 3.數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 5

14、 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 近年來通過政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。如北京航天 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺; 煙臺第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機(jī)床配套的多種動力卡盤和過濾排屑裝置;濟(jì) 南第二機(jī)床集團(tuán)公司的數(shù)控龍門幢銑床、數(shù)控落地鏗銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等 30 多個(gè)系列 100 多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。 2.2.國外數(shù)控機(jī)床狀況分析 1.國際機(jī)床市場的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床 1998 年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá) 70%，我國為 60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù) 控車床、數(shù)

15、控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。 2.國外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化 己成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問題。從另 一角度來看，目前流行的 ERP 即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常 的管理部門(人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷)或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息 化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP 就比較“虛”沒有能 夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn) 代制造工廠來說，第一

16、是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起 碼的數(shù)量或比例;第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功 能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。 以 FANUC 和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò) 功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的 RS232 接口外，還備有以太網(wǎng)接 口，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的 網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。 3.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測 1.數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主向普及型為主轉(zhuǎn)變 據(jù)預(yù)測分析， 到 2005 年我國機(jī)床的數(shù)控化率為 9.5%

17、-10.36%，到 2010 年將達(dá)到 16.5%-19.27%。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 6 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長，高級型的需求緩慢增長。 2.數(shù)控金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理 數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點(diǎn)，將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求 增長，這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場消費(fèi)量中各類數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比不同于 傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)成比。 3.數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元(系統(tǒng))方向發(fā)展 目前歐、美、日等國應(yīng)用 DNC 己很普遍，柔性制造單元己占數(shù)控機(jī)床銷售

18、量的 30%以上。而我國 FMC, FMS 和 FML 的擁有量不足 50 套，相當(dāng)于日本 80 年 代的水平，占數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額不到 5%。 4.出口前景良好 1998 年及前幾年我國機(jī)床工具的出口額徘徊在 5 億美元左右，2000 年上升 到 7.85 億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國出口多極化市場的形成和鞏固，以 及我國加入 WTO，今后幾年我國機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預(yù)計(jì)到 2005 年出口創(chuàng)匯可達(dá)到 12 億美元3。 4.入世對中國機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊 加入 WTO 后，外資對我國機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 1.部分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受到?jīng)_擊 在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更

19、為突出:一 是在國內(nèi)處于市場成長期、外方掌握專有技術(shù)并處于壟斷地位的技術(shù)密集型行 業(yè)，如燃?xì)廨啓C(jī)、直流輸關(guān)鍵設(shè)備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機(jī)、機(jī)電一體化的 汽車發(fā)動機(jī)附配件等;二是單靠有限市場難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球 市場支撐的行業(yè)，如高壓開關(guān)、大型變壓器、高檔科學(xué)儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、 智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等;三是國內(nèi)外制造成本相差較大、外方享有明顯的品牌優(yōu) 勢、在華設(shè)廠可以在世界市場獲取豐厚利潤的勞動密集型或易于流通的裝配型 產(chǎn)品行業(yè)，如照相機(jī)、復(fù)印機(jī)、部分工業(yè)和民用儀表、高品質(zhì)低壓電器等。 2.工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競爭 隨著服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域?qū)ν忾_放，實(shí)力雄厚的國外公司可能更積極地到國

20、內(nèi)舉 辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務(wù)的工程公司，以其母公司產(chǎn)品為后盾， 以熟悉國內(nèi)情況的中方雇員為業(yè)務(wù)骨干，與我內(nèi)資企業(yè)展開激烈的競爭。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 7 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 3.我國機(jī)械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制 由于外資在華機(jī)械企業(yè)主要承擔(dān)制造車間的角色，技術(shù)來源主要依靠其母 公司，而原本就實(shí)力有限的內(nèi)資企業(yè)在完全開放的市場競爭中堅(jiān)持自行研制開 發(fā)將冒很大風(fēng)險(xiǎn)，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn)品的形象，多數(shù)內(nèi)資企業(yè)將盡可能與 外方合作，采用國際同行的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。 4.處于幼稚期的

21、自主產(chǎn)業(yè)的成長環(huán)境趨于嚴(yán)峻 由于國外企業(yè)將更加不愿轉(zhuǎn)讓技術(shù)，更愿意通過在華舉辦由他們控制的企 業(yè)來與內(nèi)資機(jī)械企業(yè)爭奪中國用戶的訂單，國內(nèi)用戶也有了更多的便利采購?fù)?資產(chǎn)品，從而部分處于成長初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。 ( (二二) )數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù) 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程 度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、 生物技術(shù)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(shù)和最基本的裝備。 馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)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(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活

22、動的最基本的生產(chǎn)資料， 而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè) 廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力 和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)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(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精 尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以 數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜 合國力和國家地位的重要途徑。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備 是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形

23、成的機(jī)電 一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1)機(jī)械制造技 術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動技術(shù);(5)傳 感器技術(shù);(6)軟件技術(shù)等。 1.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)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 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 8 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生 的一些重要行業(yè)(IT、汽車、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

24、數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢4。從目前世界上數(shù)控技術(shù) 及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。 1.高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)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(shù)研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)將其 確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)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(diǎn)問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)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

25、高切削速度和切削力很 小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)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(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺 釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)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(jìn)給速度可達(dá) 80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/min 左右。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(jī)床。美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá) 60m/min，快速為 100m/min，加速度達(dá)

26、2g，主軸轉(zhuǎn)速己達(dá) 60000r/min。加工一 薄壁飛機(jī)零件，只用 30min，而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 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12000r/mm 和 1g。在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已 由 100um 提高到 51um，精密級加工中心則從 3-5um，提高到 1-1.5um，并且超 精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(O.O1um)。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達(dá) 6 OOOh 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達(dá)到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加

27、工， 與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步 擴(kuò)大。2.5 軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 9 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削， 不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1 臺 5 軸聯(lián)動機(jī)床的效率 可以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料 銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更 高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)

28、構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā) 展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡 化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù) 合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床(含 5 面加工機(jī)床)的發(fā)展。新日本 工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)垂直平面的加工和任意角度 的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和 倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加

29、工，可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD/CAM 直接或間接控制5。 3.智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀(jì)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(gè)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(yīng)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(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)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(jī)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。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問

30、題。 目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的 NGC 歐共體的 OSACA、日 本的 OSEC，中國的 ONC 等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所 謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠 家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能)，形成系列化，并 可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制。 系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明 個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、 運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢

31、業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 10 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 心。 數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成 的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。 國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念 和樣機(jī)，如在 EM02001 展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的 “CyberProduction Center“(智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 CPC)6 ; 日本大限(Okuma)機(jī)床公司展出“IT plaza“(信息技術(shù)廣場，簡稱 IT 廣場);德 國西門子(

32、Siemens)公司展出的。 4.重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 (1)(1)關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用 性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃， 并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC, OSACA, OSEC)的研究和制定，世界 3 個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了 數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國在 2000 年也開始進(jìn)行中國的 ONC 數(shù) 控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 (2)關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。 數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于工 S06

33、983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G, M 代碼描述如何(how)加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他己越來越不能 滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) IS014649 (STEP-NC)7，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中 性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過 程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。STEP-NC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng) 域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首 先，STEP-NC 提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC 加工程序都集 中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)

34、下，NC 以及歐洲 OSACA-NC 數(shù)控系統(tǒng)的原型樣 機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。 5.數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性 數(shù)控設(shè)備是集機(jī)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。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 11 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 2.對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì) 1.我國在數(shù)控技術(shù)方面所取得的成績 我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年，近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為 3 個(gè)階段:第 一階段從 1958 年到 1979 年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù) 封鎖

35、和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家 的“六五” 、 “七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步 建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開 發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方 面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間， 即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn) 業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在 “九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá) 50%，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了 10%。縱觀我國數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā) 展歷程，特別是經(jīng)過

36、4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績8。 (1)奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)我國現(xiàn)在己 基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)， 其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。 (2)初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上， 建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州 電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì) 南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè) 基地。 (3)建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍雖然在

37、數(shù)控技術(shù)的研 究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識到，我國高 端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實(shí)需 求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比(與國外對比)不 僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備 的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢。 2.從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì) (1)技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后 1015 年，在高精尖技術(shù)方面則 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 12 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXX

38、XX 更大。 (2)產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn); 功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低;外觀質(zhì)量相對差;可靠 l 性不高，商 品化程度不足;國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。 (3)可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱;數(shù) 控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng);相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。 3.存在差距的主要原因 (1)認(rèn)識方面對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識不足;對 市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足;對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 水平及能力分析不夠。 (2)體系方面從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時(shí)

39、候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè) 鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時(shí)候少;沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、 完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。 (3)機(jī)制方面不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品 創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。 (4)技術(shù)方面企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不 強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。 ( (三三) )對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 1.戰(zhàn)略考慮 我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移， 即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

40、調(diào)整中，我國制造業(yè) 將進(jìn)一步“空芯” 。我們以資源、環(huán)境、市場為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世 界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心” ，而非掌握核心技術(shù)的制造 中心的地位，這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會 安全看，因?yàn)橹圃鞓I(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(dá)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(shí)現(xiàn)禁運(yùn) 和限制， “東芝事件”和“考克斯報(bào)告”9就是最好的例證。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)

41、C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 13 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 2.發(fā)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(jì)的市場需求為 導(dǎo)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(biāo)，用系統(tǒng)的方 法，選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn) 業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍 式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)(如量大面廣的 數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵 設(shè)備等)帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能

42、部件(數(shù)字化伺服 系統(tǒng)與電機(jī)、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(jià)格低廉而富有競爭力的 產(chǎn)品;當(dāng)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(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣 得掉”為目標(biāo)，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào) 研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至 整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 ( (四四) )設(shè)備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀設(shè)備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 目前，關(guān)于設(shè)備改造方面的報(bào)道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在:

43、 1.根據(jù)用戶的需求可以選擇不同的數(shù)控系統(tǒng)。 2.根據(jù)要求可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造，也可以進(jìn)行智能化數(shù)控設(shè)備改造。 不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿足用戶的基本使用需求。 但目前對車床的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造。在改造過程中，主要 沿用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的外部接線要求進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)，沒有對系統(tǒng)進(jìn)行深入 的分析研究，不能結(jié)合實(shí)際應(yīng)用解決當(dāng)前同類設(shè)備存在的問題，比如:現(xiàn)在的設(shè) 備普遍采用正邏輯控制，當(dāng)限位保護(hù)電路，如發(fā)生電路開路或接觸不良時(shí)，不 會立即報(bào)警，容易造成事故。針對目前同類數(shù)控設(shè)備使用中存在的問題，經(jīng)過 仔細(xì)的研究和分析系統(tǒng)特性，在改造設(shè)備時(shí)所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯

44、， 如發(fā)生電路開路或接觸不良時(shí)會立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生;設(shè)定了特殊的限 位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。這一技術(shù)已經(jīng) 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 14 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 申請了國家發(fā)明專利。另外，我們知道車床加工的主要任務(wù)是承擔(dān)軸類、套類、 盤類等零件的加工。成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力 和市場競爭能力的 4 個(gè)要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閉值的 大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述 4 個(gè)方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的市場競爭環(huán) 境下，以生產(chǎn)為中

45、心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣方市場已轉(zhuǎn)向以市場需求為中心,用戶為 主導(dǎo)的買方市場，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短， 這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境;其次，衡量企業(yè)競 爭力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝 備及制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)在快速多變的市場環(huán)境中對用戶驅(qū)動的市場需求作出靈活、 快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當(dāng)產(chǎn)品的品種的需求 發(fā)生變化時(shí)，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。 同時(shí)，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)市場競爭的另一個(gè)主要目標(biāo)。因而作 為評定數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)也將由傳統(tǒng)的工

46、作精度和切削能力改為 用高效柔性和高精化的程度來衡量。 高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競爭激烈的市場環(huán)境下的兩個(gè)最 主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。如何達(dá)到上述 要求，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)的柔性化，達(dá)到操作的簡便易行，在改造過程中利用 成組技術(shù)，來把單件多品種生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成變品種的批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)共用化的程序 存入系統(tǒng)，減少編程的麻煩，提高了加工效率。這一創(chuàng)新思路是目前市場上沒 有的，該技術(shù)己申請專利。同時(shí)采用無級變速方式，使其轉(zhuǎn)速提高到 2000r/min，實(shí)現(xiàn)了高速化。 ( (五五) )本文的選題及主要研究內(nèi)容本文的選題及主要研究內(nèi)容 對已報(bào)廢的兩臺 C616 普通廢舊

47、車床進(jìn)行數(shù)控化改造。通過改造，其目的就 是要?jiǎng)?chuàng)新一些技術(shù)，以便進(jìn)行推廣。課題組接到任務(wù)后，認(rèn)真仔細(xì)的研究改造 方案，分析現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床容易出現(xiàn)安全性故障的原因，經(jīng)過反復(fù)的論證， 在設(shè)計(jì)過程中，所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開路或接觸不良 時(shí)會立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生;設(shè)定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定 的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。 合理的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，利用原機(jī)床的電機(jī)作為主電機(jī)，節(jié)約了購買電機(jī)的 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 15 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 費(fèi)用。要求改進(jìn)后的設(shè)備能提高

48、精度達(dá)到數(shù)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB2670-82)10，同時(shí)滿 足操作方便，對使用人員要求不高的要求。 1.主要研究內(nèi)容 1. C616 車床數(shù)控化改造總體機(jī)械部件設(shè)計(jì)。 2.主要部件的設(shè)計(jì)和選用。 3.創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床限位保護(hù)裝置。使設(shè)備發(fā)生電路開路或接觸不良時(shí)， 應(yīng)立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生，提高設(shè)備使用的安全性。 4.設(shè)計(jì)雙限位保護(hù)開關(guān)，使刀架在特定的位置不能換刀。 5.滿足設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 6.對完成改造后的機(jī)床進(jìn)行安裝、調(diào)試，使其達(dá)到用戶使用要求。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 16 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXX

49、XXX 二、二、 西門子西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)介紹數(shù)控系統(tǒng)介紹 ( (一一) )西門子西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能數(shù)控系統(tǒng)的基本功能 德國西門子公司生產(chǎn)的 802S 數(shù)控系統(tǒng)是一種專門針對中國市場開發(fā)的經(jīng)濟(jì) 型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。它采用 32 位的微處理器(AM486DE2 )、集成 PLC，分離式小 尺寸操作面板、液晶顯示器和機(jī)床控制面板。802S 可以控制 2-3 個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動的進(jìn)給軸和一個(gè)主軸。 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能如下: 1.線性插補(bǔ)軸最多 3 軸(開環(huán))。 2.一個(gè)變頻器驅(qū)動的主軸，具有主軸編碼器反饋接口11。 3.PLC 模塊具有 16 個(gè)輸入點(diǎn)和 16 個(gè)輸出點(diǎn)

50、，經(jīng)擴(kuò)展可以達(dá)到 64 個(gè)輸入點(diǎn) 和 64 個(gè)輸出點(diǎn)。 4.支持中/英文轉(zhuǎn)換。 5.螺距補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償。 6.具有故障報(bào)警信息顯示和診斷數(shù)據(jù)顯示。 7.支持車削循環(huán)和銑削循環(huán)。 8.刀具補(bǔ)償功能。 9.螺旋插補(bǔ)功能。 10.用戶程序存儲器 256K. 11.可以擴(kuò)展兩個(gè)電子手輪。 12.通過特定的參數(shù)設(shè)置可以獲得示教功能。 ( (二二) )系統(tǒng)配置方案研究系統(tǒng)配置方案研究 1.西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接圖如圖 2-1 所示。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 17 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXX

51、XXXXX 圖 2-1 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接 2.系統(tǒng)配置方案研究 根據(jù)用戶使用要求，經(jīng)過嚴(yán)格的分析計(jì)算，確定系統(tǒng)配置如下: 1.按照用戶的要求，選用 802SSNC 系統(tǒng)，含顯示和操作面板。 2.根據(jù) Z 軸的進(jìn)給功率要求，通過計(jì)算，選擇 12N.M 的步進(jìn)電機(jī)。 3.X 軸和 Z 軸驅(qū)動器，選用 SETP DRIVE C 型驅(qū)動器。 4.主軸變頻器采用 ATV 28HU90N4 變頻器。 5.主軸編碼器采用 1024 線變頻器。 6.采用 100VA 的系統(tǒng)電源隔離變壓器。 7.系統(tǒng)電源采用 24V/4. 5A 電源。 8.主電機(jī)仍采用原來舊機(jī)床的電機(jī)。 9.選用 LD4-CK6132 電動

52、刀架。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 18 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 具體情況如表具體情況如表 2-12-1 所示。所示。 表表 2-12-1 系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置 序名稱型號數(shù)備注 1 NC802S I 含顯示、操作面板 2 步進(jìn)電機(jī) 9N.m 1 X 軸 3 步進(jìn)電機(jī) 12N.m 1 Z 軸 4 驅(qū)動器 SETP DRIVE C1 5 驅(qū)動器 SUP DRIVE C1 6 變頻器 TV 28HU90N4I 7 主軸編碼器1024 線 1 8 系統(tǒng)電源隔 離變壓器 1 OOVA1 9 系統(tǒng)電源 24V/4.5A

53、 1 要求無關(guān)機(jī)蕩機(jī) 10 主軸電機(jī) 1 11 油泵電機(jī) 1 12 電動刀架 1 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 19 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 三、三、 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì) ( (一一) )電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) 1.主軸電路 C616 數(shù)控車床主軸采用變頻器驅(qū)動三相交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級調(diào)速， 去除機(jī)床原有的主軸變速箱，可以獲得更好的操作性能和切削性能。 1.變頻器 采用德國 Schneider Electric 公司的 Altivar 28 通用變頻器，型號為 ATV 28HU90N4，功率 5.5KW

54、。 2.802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓 802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓為DC-1OV1OV。其中 0lOV 為主軸正轉(zhuǎn)速度控制(執(zhí)行 M3 指令)，0-10V 為主軸反轉(zhuǎn)速度控制(執(zhí)行 M4 指 令)。而變頻器的速度控制電壓為 0+lOV，其正/反轉(zhuǎn)由變頻器的 1/O 端口輸 入的狀態(tài)控制。如果直接把數(shù)控系統(tǒng)的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器 連接，將導(dǎo)致變頻器不能識別反轉(zhuǎn)控制電壓而不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。電路 KA 1, KA2 用于控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，KA3 用于對速度控制電壓的極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證變 頻器的速度控制電壓在反轉(zhuǎn)時(shí)也為 0-+1 OV。 3.變頻器故障報(bào)警輸出

55、變頻器的故障報(bào)警輸出作為系統(tǒng)的報(bào)警輸入，如果主軸出現(xiàn)過流、短 路、過熱等故障時(shí)均可及時(shí)停止系統(tǒng)的運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警信號。 ( (二二)X)X、Z Z 軸限位和參考點(diǎn)返回電路軸限位和參考點(diǎn)返回電路 1.x、z 軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯 經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的限位控制電路的缺陷，研制出一種新的限位控制 方式，即負(fù)邏輯控制。其基本思路是:使用限位行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開 關(guān)沒有壓下時(shí) I/0 點(diǎn)與 24V 接通，當(dāng)限位開關(guān)被壓下 1/O 點(diǎn)與 24V 斷開，機(jī)床 限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠 性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。 采用負(fù)邏輯

56、輸入的方法，這樣有利于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。如 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 20 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 果機(jī)床的電路采用傳統(tǒng)的繼電器、接觸器等元件實(shí)現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負(fù)邏 輯，因?yàn)樗麜?dǎo)致部分繼電器、接觸器處于始終通電狀態(tài)。這會造成損耗大、 元件升溫、壽命縮短等問題，并且元件間機(jī)械接觸，還會因?yàn)檎饎拥纫蛩卦斐?誤動作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實(shí)現(xiàn)，不會出現(xiàn)以上問題。 本次數(shù)控改造使用的數(shù)控系統(tǒng)為西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件、 硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。硬件連接數(shù)控

57、機(jī)床中 PLC 的輸入點(diǎn)有以下兩種連接 方法，其中圖 3-2 所示的連接方法是正邏輯輸入，其原理是:當(dāng)機(jī)床運(yùn)動超程時(shí) 壓下行程開關(guān) SQ1, SQI 閉合 PLC 內(nèi)的光電藕合器件得電，PLC 認(rèn)為該點(diǎn)的邏輯 值為“1“，信號有效，PLC 執(zhí)行相關(guān)操作。這種方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)從+24V 端子 到 PLC 輸入點(diǎn)之間的線路接觸不良或開路則會造成 SQI 無效 (即使 SQI 被壓下 閉合)，而導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)重大事故12。 圖 3-1 負(fù)邏輯輸入 圖 3-2 正邏輯輸入 （1）圖 3-1 所示的是負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號輸入使用行程開關(guān)的常 閉觸點(diǎn)在正常情況下 SQI 是閉合的，該輸入點(diǎn)的邏輯值為“

58、1“，當(dāng) SQI 被壓下 斷開時(shí)輸入點(diǎn)邏輯值為“0“。這時(shí)要求通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置或修改 PLC 程 序把該點(diǎn)邏輯值“1”設(shè)定為無效狀態(tài)，而邏輯值“0”設(shè)定為有效狀態(tài)。如果 從+24V 端子到 PLC 的輸入點(diǎn)之間的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有 效，機(jī)床會立即報(bào)警，必須在電路連接良好的情況下機(jī)床才能正常運(yùn)行。這種 方法排除了因限位電路開路而造成故障的可能性，機(jī)床的安全性得到提高。 軟件設(shè)置負(fù)邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)， 其方法有兩種: 第一，在 PLC 編程時(shí)通過程序?qū)崿F(xiàn)。 第二，通過設(shè)定機(jī)床參數(shù)實(shí)現(xiàn)。 （2）在兩種方法中，要求數(shù)控系統(tǒng)具有可以對其 PL

59、C 輸入、輸出端口的邏 輯有效狀態(tài)進(jìn)行修改的功能。西門子的 SINUMERIK 802S 數(shù)控系統(tǒng)具有此功能。 本次改造對限位等影響機(jī)床安全的輸入點(diǎn)采用負(fù)邏輯就是采用的第 2 種方法。 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 21 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX (3)采用負(fù)邏輯存在的問題及對對策數(shù)控機(jī)床的 PLC 輸入點(diǎn)采用負(fù) 邏輯輸入的方法使輸入電路中的光電禍合器的發(fā)光二極管長期處于通電狀 態(tài)。但是由于該發(fā)光二極管的工作電流很小(只有幾毫安，輸入電路只消耗幾十 毫瓦)，因此系統(tǒng)的功耗的增加對功率幾千瓦的機(jī)床來說可以忽略不

60、計(jì)，同時(shí)發(fā) 光二極管是冷光源，也不會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱。光電藕合器的工作壽命大于 10 萬小 時(shí)，以每臺機(jī)床每天連續(xù)工作 12 小時(shí)計(jì)，可以保證機(jī)床正常工作 20 多年，對 機(jī)床的壽命也不會造成影響。 2.參考點(diǎn)返回采用雙開關(guān)方式 用行程開關(guān)做參考點(diǎn)返回減速開關(guān)，用接近開關(guān)作為參考點(diǎn)檢測開關(guān)。在 各軸返回參考點(diǎn)時(shí)，先高速運(yùn)動到參考點(diǎn)返回減速開關(guān)，將其壓下后反向慢速 逼近參考點(diǎn)，到參考點(diǎn)檢測開關(guān)后完成參考點(diǎn)返回。由于這種方法使各軸在達(dá) 到參考點(diǎn)前速度較低(可通過參數(shù)設(shè)定改變)，所以精度較高并且可以消除絲杠 的反向間隙。 3.電動刀架控制電路 電動刀架的刀位檢測霍爾元件為輸出電路為集電極開路輸出方式，不

61、能與 數(shù)控系統(tǒng)直接相連，需要在各刀位檢測電路輸出端添加集電極上拉電阻。如圖 3-3 所示。 圖 3-3 刀架電路 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 22 頁 姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 4.驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的連接線路 驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的連接如圖 3-4 所示，連接電纜采用數(shù)控系統(tǒng)配置的專 用動力電纜。 圖 3-4 驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的連接圖 為保證步進(jìn)電機(jī)的相序準(zhǔn)確，必須按照系統(tǒng)說明書的要求連接，否則步進(jìn) 江漢大學(xué)機(jī)建學(xué)院 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) C6160 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 專業(yè)：光機(jī)電一體化 第 23 頁 姓名：

62、XXX 學(xué)號：XXXXXXXX 電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動器所使用的 85V 交流電源由 380V 交流電驅(qū)動變壓器壓 降壓產(chǎn)生，為克服步進(jìn)電機(jī)起動時(shí)大電流的沖擊，驅(qū)動變壓器必須有足夠的功 率余量，實(shí)際改造中選用的是 1.5KVA 的變壓器。為防止電源干擾，在驅(qū)動變壓 器原邊與副邊之間繞有屏蔽層并接地。驅(qū)動器與數(shù)控系統(tǒng)之間的連接電纜由于 深入強(qiáng)電柜，因此要求有良好的抗電磁干擾性能，一般采用西門子系統(tǒng)廠商提 供的屏蔽多芯雙絞電纜，但其長度不能滿足要求，換用了同規(guī)格的自購電纜也 可以滿足要求。 5.系統(tǒng)接地電路 接地包括系統(tǒng)電源接地和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)接地。分別如圖 3-5 ,圖 3-6 所示。 圖 3-5 系統(tǒng)電源接地 良好合理的接地是系統(tǒng)可靠工作的重要保證。為提高系統(tǒng)抗干擾能力各須 接地的設(shè)備均通過 1Omm2的接地線直接與接地排相連，地線排再通過 16mm2的接 地線與電源系統(tǒng)的地線相連接。這種接地方法可以抑制各設(shè)備