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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
Ｘ6132萬(wàn)能升降臺(tái)銑床數(shù)控化改造總體及
縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)X6132萬(wàn)能升降臺(tái)銑床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改造方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說(shuō)明了萬(wàn)能升降臺(tái)銑床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了X6132萬(wàn)能升降臺(tái)銑床機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)垂直的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
改造過(guò)程如下：（1）機(jī)械部分的改造，包括總體改造方案的確定和縱向進(jìn)給方向的改造。主要包括對(duì)滾珠絲杠螺母副及反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇及垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)裝配圖方案的制定。（2）電氣控制部分的設(shè)計(jì)，主要包括MCS-51系列單片機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用和電氣控制圖的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控，單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，滾珠絲杠，改造
51
ABSTRACT
Conventional existing X6132 universal lifting platform milling machine numerical control transformation of the disadvantages of the proposed scheme and design of a single chip microcomputer system, improve the processing precision and extend the machine's usage, and to improve productivity. This paper illustrates the universal lifting platform milling machine numerical control transformation of the design process, a more detailed description of the X6132 universal lifting platform milling machine transformation part of the design and numerical control system design. Using 8031 as the CPU control system of signal processing by the I/O interface, and output the step pulse, through a gear reducer, drive the leading screw to roll, so as to realize the vertical movement of the feed.
Reform process as follows: ( 1) the reformation of machine part, including the overall reconstruction scheme and vertical feed direction of reformation. Consisting mainly of ball screw pair and reaction stepper motor selection and calculation of vertical feeding mechanism assembly plan. ( 2) the electrical control design, including MCS-51 Series MCU and the expansion of the chip selection and electrical control diagram design.
Keywords: numerical control ,single-chip ,stepping motor ,?ball screw shaft ,reform
目 錄
目 錄 4
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 6
1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 15
1.2數(shù)控機(jī)床的適用范圍 16
1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 16
1.3.1數(shù)控機(jī)床加工工藝分析 16
1.3.2數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì) 17
1.3.3分析加工工藝路線 17
1.3.4編程原點(diǎn)的選擇 17
1.4 模擬仿真技術(shù) 18
1.5 數(shù)控機(jī)床的精度影響及分析 19
1.5.1 間隙誤差的影響 19
1.5.2度的反向誤差控制 20
1.6數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 22
1.6.1控制系統(tǒng)的選擇 22
1.6.2 選擇改造對(duì)象要適宜 23
1.6.3 機(jī)床的機(jī)械改造范圍要適當(dāng) 23
1.6.4 輔助改造要合適 24
1.7數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 25
1.7.1 個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì) 25
1.7.2 個(gè)性化是市場(chǎng)適應(yīng)性發(fā)展趨勢(shì) 26
1.7.3 開(kāi)放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì) 26
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 27
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 27
2.2 總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容 27
2.2.1伺服驅(qū)動(dòng) 27
2.2.2數(shù)控裝置 28
2.2.3系統(tǒng)功能 28
2.2.4采用環(huán)形分配器 28
2.2.5采用滾珠絲杠螺母副 28
第3章 確定切削用量及選擇刀具 29
3.1.背吃刀量ap或側(cè)吃刀量ae 30
3.2.進(jìn)給量f 與進(jìn)給速度Vf的選擇 32
3.3.切削速度Vc 33
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 36
4.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 36
4.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選型 36
4.3傳動(dòng)效率計(jì)算 39
4.4縱向絲杠傳動(dòng)比計(jì)算 40
4.5縱向絲杠步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 40
第5章硬件電路圖的設(shè)計(jì) 44
5.1微機(jī)控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn) 44
5.1.1微機(jī)控制系統(tǒng)的組成 44
5.1.2微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) 44
5.2微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備介紹 45
5.2.1主控制器CPU的選擇 45
5.2.2存儲(chǔ)器電路的擴(kuò)展 46
5.2.3 I/O口電路的擴(kuò)展 47
5.2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 47
5.2.5其它輔助電路設(shè)計(jì) 48
5.3程序部分 49
總結(jié)與展望 53
參考文獻(xiàn) 54
致 謝 55
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
數(shù)控機(jī)床發(fā)展史
20世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)了新的概念，用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制，推動(dòng)了機(jī)床自動(dòng)化的發(fā)展。
采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工，最早是在40年代初，由美國(guó)北密支安的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜斯公司（Parsons Corporation）實(shí)現(xiàn)的。他們?cè)谥圃祜w機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)翼時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮到刀具直徑對(duì)加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到±0.0381mm（±0.0015in），達(dá)到了當(dāng)時(shí)的最高水平。
1952年，麻省理工學(xué)院在一臺(tái)立式銑床上，裝上了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱(chēng)為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。
這臺(tái)機(jī)床是一臺(tái)試驗(yàn)性機(jī)床，到了1954年11月，在派爾遜斯專(zhuān)利的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產(chǎn)出來(lái)。
在此以后，從1960年開(kāi)始，其他一些工業(yè)國(guó)家，如德國(guó)、日本都陸續(xù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床中最初出現(xiàn)并獲得使用的是數(shù)控銑床，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床能夠解決普通機(jī)床難于勝任的、需要進(jìn)行輪廓加工的曲線或曲面零件。
然而，由于當(dāng)時(shí)的數(shù)控系統(tǒng)采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門(mén)使用外，在其他行業(yè)沒(méi)有得到推廣使用。
到了1960年以后，點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床得到了迅速的發(fā)展。因?yàn)辄c(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多。因此，數(shù)控銑床、沖床、坐標(biāo)鏜床大量發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，到1966年實(shí)際使用的約6000臺(tái)數(shù)控機(jī)床中，85%是點(diǎn)位控制的機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)工件一次裝卡而進(jìn)行多工序的加工。這種產(chǎn)品最初是在1959年3月，由美國(guó)卡耐·;特雷克公司（Keaney & Trecker Corp.）開(kāi)發(fā)出來(lái)的。這種機(jī)床在刀庫(kù)中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動(dòng)選擇刀具，并通過(guò)機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對(duì)工件進(jìn)行加工。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類(lèi)加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車(chē)削中心、磨削中心等。
1967年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System——FMS）之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。 1974年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床（簡(jiǎn)稱(chēng)為CNC機(jī)床），進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。
80年代，國(guó)際上出現(xiàn)了1～4臺(tái)加工中心或車(chē)削中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell——FMC）。這種單元投資少，見(jiàn)效快，既可單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級(jí)的集成制造系統(tǒng)中使用。
目前，F(xiàn)MS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領(lǐng)域擴(kuò)展，從中小批量加工向大批量加工發(fā)展。
所以機(jī)床數(shù)控技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代機(jī)械自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)。
那什么是銑床呢？據(jù)資料所載，所謂銑床，是主要用車(chē)刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車(chē)削加工的機(jī)床。在銑床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工。銑床主要用于加工軸、盤(pán)、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類(lèi)機(jī)床。
古代的銑床是靠手拉或腳踏，通過(guò)繩索使工件旋轉(zhuǎn)，并手持刀具而進(jìn)行切削的。1797年，英國(guó)機(jī)械發(fā)明家莫茲利創(chuàng)制了用絲杠傳動(dòng)刀架的現(xiàn)代銑床，并于1800年采用交換齒輪，可改變進(jìn)給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國(guó)人羅伯茨采用了四級(jí)帶輪和背輪機(jī)構(gòu)來(lái)改變主軸轉(zhuǎn)速。
為了提高機(jī)械化自動(dòng)化程度，1845年，美國(guó)的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔銑床；1848年，美國(guó)又出現(xiàn)回輪銑床；1873年，美國(guó)的斯潘塞制成一臺(tái)單軸自動(dòng)銑床，不久他又制成三軸自動(dòng)銑床；20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶有齒輪變速箱的銑床。
第一次世界大戰(zhàn)后，由于軍火、汽車(chē)和其他機(jī)械工業(yè)的需要，各種高效自動(dòng)銑床和專(zhuān)門(mén)化銑床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率，40年代末，帶液壓仿形裝置的銑床得到推廣，與此同時(shí)，多刀銑床也得到發(fā)展。50年代中，發(fā)展了帶穿孔卡、插銷(xiāo)板和撥碼盤(pán)等的程序控制銑床。數(shù)控技術(shù)于60年代開(kāi)始用于銑床，70年代后得到迅速發(fā)展。
銑床依用途和功能區(qū)分為多種類(lèi)型。
普通銑床的加工對(duì)象廣，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的調(diào)整范圍大，能加工工件的內(nèi)外表面、端面和內(nèi)外螺紋。這種銑床主要由工人手工操作，生產(chǎn)效率低，適用于單件、小批生產(chǎn)和修配車(chē)間。
轉(zhuǎn)塔銑床和回轉(zhuǎn)銑床具有能裝多把刀具的轉(zhuǎn)塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用于成批生產(chǎn)。
自動(dòng)銑床能按一定程序自動(dòng)完成中小型工件的多工序加工，能自動(dòng)上下料，重復(fù)加工一批同樣的工件，適用于大批、大量生產(chǎn)。
多刀半自動(dòng)銑床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通銑床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下，用于加工盤(pán)、環(huán)和軸類(lèi)工件，其生產(chǎn)率比普通銑床提高3～5倍。
仿形銑床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動(dòng)完成工件的加工循環(huán)，適用于形狀較復(fù)雜的工件的小批和成批生產(chǎn)，生產(chǎn)率比普通銑床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤(pán)式、立式等類(lèi)型
立式銑床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，刀架在橫粱或立柱上移動(dòng)。適用于加工較大、較重、難于在普通銑床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類(lèi)。
鏟齒銑床在車(chē)削的同時(shí)，刀架周期地作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于鏟車(chē)銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的小砂輪鏟磨齒面。
專(zhuān)門(mén)銑床是用于加工某類(lèi)工件的特定表面的銑床，如曲軸銑床、凸輪軸銑床、車(chē)輪銑床、車(chē)軸銑床、軋輥銑床和鋼錠銑床等。聯(lián)合銑床主要用于車(chē)削加工，但附加一些特殊部件和附件后，還可進(jìn)行鏜、銑、鉆、插、磨等加工，具有“一機(jī)多能”的特點(diǎn)，適用于工程車(chē)、船舶或移動(dòng)修理站
看機(jī)床的水平主要看金屬切削機(jī)床，其他機(jī)床技術(shù)和復(fù)雜性不高，就是近幾年很流行的電加工機(jī)床，也只是方法的改變，沒(méi)什么復(fù)雜性和科技含量。
我國(guó)的數(shù)控磨床水平不錯(cuò)，每年都有大量出口，因?yàn)樗?jiǎn)單，基本屬于勞動(dòng)密集型。
金屬加工主要是去除材料，得到想得到的金屬形狀。去除材料，主要靠車(chē)和銑，銑床發(fā)展為數(shù)控銑床，銑床發(fā)展為加工中心。高精度多軸機(jī)床，可以讓復(fù)雜零件在精度和形狀上一次到位，例如，飛機(jī)上的一個(gè)復(fù)雜零件，以前由很多種工人：車(chē)工、銑工、磨床工、畫(huà)線工、熱處理工用好幾個(gè)月干，其中還有報(bào)廢的，最新的復(fù)合數(shù)控機(jī)床幾天甚至幾個(gè)小時(shí)就全干好了，而且精度比你設(shè)計(jì)的還高。零件精度高就意味著壽命長(zhǎng)，可靠性好。
由普通發(fā)展到數(shù)控，一個(gè)人頂原來(lái)的十個(gè)，在精度上，更是沒(méi)法說(shuō)，適應(yīng)性上，零件變了，換個(gè)程序就行。把人的因素也降為最低，以前在工廠，誰(shuí)要時(shí)會(huì)車(chē)渦輪、蝸桿，沒(méi)個(gè)10年8年的不行，要是誰(shuí)掌握了，那牛得很?，F(xiàn)在用數(shù)控設(shè)備，只要你會(huì)編程，把參數(shù)輸進(jìn)去就可以了，很簡(jiǎn)單，剛畢業(yè)的技校學(xué)生都會(huì)，而且批量的產(chǎn)品質(zhì)量也有保證。
自美國(guó)在50年代末搞出世界一臺(tái)數(shù)控銑床后，機(jī)床制造業(yè)就進(jìn)入了數(shù)控時(shí)代，中國(guó)在六十年代也搞出了第一代數(shù)控機(jī)床，但后來(lái)中國(guó)進(jìn)入了什么年代，大家都知道。等80年代我們?cè)偃タ词澜绲臄?shù)控機(jī)床水平，差距就是20年了，其實(shí)奮起直追還有希望，但國(guó)營(yíng)工廠不思進(jìn)取，到了90年代，我們?cè)偃タ词澜缢?，已?0年的差距了。中國(guó)改革開(kāi)放前走的是蘇聯(lián)的路子，什么叫蘇聯(lián)的路子，舉個(gè)例子來(lái)講：比如，生產(chǎn)一根軸，蘇聯(lián)的方式是建一個(gè)專(zhuān)用生產(chǎn)線，用多臺(tái)專(zhuān)用機(jī)床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數(shù)發(fā)生了變化，這條線就報(bào)廢了，生產(chǎn)人員也就沒(méi)事做了。在1960－1980年代，國(guó)營(yíng)工廠一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)幾十年不變樣。到了1980年代后，當(dāng)時(shí)搞商品經(jīng)濟(jì)，這些廠不能迅速適應(yīng)市場(chǎng)，經(jīng)營(yíng)就困難了，到了90年代就大量破產(chǎn)，大量職工下崗?，F(xiàn)代的生產(chǎn)也有大批量生產(chǎn)，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設(shè)備是數(shù)控的，適應(yīng)起來(lái)就快。專(zhuān)業(yè)機(jī)床的路子已經(jīng)到頭了， ;西方走的路和前蘇聯(lián)不一樣，當(dāng)年的“東芝”事件，就是日本東芝賣(mài)給蘇聯(lián)了幾臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，讓蘇聯(lián)在潛艇的推進(jìn)螺旋槳上的制造，上了一個(gè)檔次，讓美國(guó)的聲納聽(tīng)不到潛艇聲音了，所以美國(guó)要懲處東芝公司。由此也可見(jiàn)，前蘇聯(lián)的機(jī)床制造業(yè)也落后了，他們落后，我們就更不用說(shuō)了。雖然，美國(guó)搞出了世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，但數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還是要數(shù)德國(guó)。德國(guó)本來(lái)在機(jī)械方面就是世界第一，數(shù)控機(jī)床無(wú)非就是搞機(jī)電一體化，機(jī)械方面德國(guó)已沒(méi)問(wèn)題，剩下的就是電子系統(tǒng)方面，德國(guó)的電子系統(tǒng)工業(yè)本來(lái)就強(qiáng)大，所以在上世紀(jì)六、七十年代，德國(guó)就執(zhí)機(jī)床界的牛耳了。
但日本人的強(qiáng)項(xiàng)就是仿造，從上世紀(jì)70年代起，日本大量從德國(guó)引進(jìn)技術(shù)，消化后大量仿造，經(jīng)過(guò)努力，日本在90年代起，就超越了德國(guó)，成為世界第一大數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)，直到現(xiàn)在還是。他們?cè)跈C(jī)床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在機(jī)床復(fù)合（一機(jī)多種功能）化方面，是世界第一。數(shù)控機(jī)床的核心就在數(shù)控系統(tǒng)方面，日本目前在系統(tǒng)方面也排世界第一，主要是它的發(fā)拿科公司。第一代的系統(tǒng)用步進(jìn)電機(jī)，我們現(xiàn)在也能造，第二代用交流伺服電機(jī)?，F(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)的核心就是交流伺服電機(jī)和系統(tǒng)內(nèi)的邏輯控制軟件，交流伺服電機(jī)我們國(guó)家目前還沒(méi)有誰(shuí)能制造，這是一個(gè)光學(xué)、機(jī)械、電子的綜合體。邏輯控制軟件就是控制機(jī)床的各軸運(yùn)動(dòng)，而這些軸是用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，一般的系統(tǒng)能同時(shí)控制3軸，高級(jí)系統(tǒng)能控制五軸，能控5軸的，五軸以上也沒(méi)問(wèn)題。我們國(guó)家也由有5軸系統(tǒng)，但“做秀”的成份多，還沒(méi)實(shí)用化。我們的工廠用的五軸和五軸以上機(jī)床，100％進(jìn)口。
機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的象征，其核心就是數(shù)控系統(tǒng)。我們目前不要說(shuō)系統(tǒng)，就是國(guó)內(nèi)造的質(zhì)量稍微好一點(diǎn)的數(shù)控機(jī)床，所用的高精度滾珠絲杠，軸承都是進(jìn)口的，主要是買(mǎi)日本的，我們自產(chǎn)的滾珠絲杠、軸承在精度、壽命方面都有問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)的各大機(jī)床廠，數(shù)控系統(tǒng)100％外購(gòu)，各廠家一般都買(mǎi)日本發(fā)那科、三菱的系統(tǒng)，占80％以上，也有德國(guó)西門(mén)子的系統(tǒng)，但比較少。德國(guó)西門(mén)子系統(tǒng)為什么用的少呢？早期，德國(guó)系統(tǒng)不太能適合我們的電網(wǎng)，我們的電網(wǎng)穩(wěn)定性不夠，西門(mén)子系統(tǒng)的電子伺服模塊容易燒壞。日本就不同了，他們的系統(tǒng)就燒不壞。近來(lái)西門(mén)子系統(tǒng)改進(jìn)了不少，價(jià)格方面還是略高。德國(guó)人很不重視中國(guó)，所以他們的系統(tǒng)漢語(yǔ)化最近才有，不像日本，老早就有漢語(yǔ)化版的。
就國(guó)產(chǎn)高級(jí)數(shù)控機(jī)床而言，其利潤(rùn)的主體是被外國(guó)人拿走了，中國(guó)只是掙了一個(gè)辛苦錢(qián)。
美國(guó)為什么沒(méi)有能成為數(shù)控機(jī)床制造大國(guó)呢？這個(gè)和他們當(dāng)時(shí)制定產(chǎn)業(yè)政策的人有關(guān)，再加上當(dāng)時(shí)美國(guó)的勞動(dòng)力貴，買(mǎi)比制造劃算。機(jī)床屬于投資大，見(jiàn)效慢，回報(bào)率底的產(chǎn)業(yè)，而且需要技術(shù)積累。不太附和美國(guó)情況。但后來(lái)美國(guó)發(fā)現(xiàn)，機(jī)床屬于戰(zhàn)略物資，沒(méi)有它，飛機(jī)、大炮、坦克、軍艦的制造都有問(wèn)題，所以他們重新制定政策，扶植了一些機(jī)床廠，規(guī)定了一些單位只能買(mǎi)國(guó)產(chǎn)設(shè)備，就是貴也得買(mǎi)，這就為美國(guó)保留了一些數(shù)控機(jī)床行業(yè)。美國(guó)機(jī)床在世界上沒(méi)有什么競(jìng)爭(zhēng)力。
歐洲的機(jī)床，除德國(guó)外，瑞士的也很好，要說(shuō)超高精密機(jī)床，瑞士的相當(dāng)好，但價(jià)格也是天價(jià)。一般用戶(hù)用不起。意大利、英國(guó)、法國(guó)屬于二流，中國(guó)很少買(mǎi)他們的機(jī)床。西班牙為了讓中國(guó)進(jìn)口他們的機(jī)床，不惜貸款給中國(guó)，但買(mǎi)的人也很少??借錢(qián)總是要還的。
韓國(guó)、臺(tái)灣的數(shù)控機(jī)床制造能力比大陸地區(qū)略強(qiáng)，不過(guò)水平差不多。他們也是在上世紀(jì)90年代引進(jìn)日本技術(shù)發(fā)展的。韓國(guó)應(yīng)該好一點(diǎn)，它有自己制造的、已經(jīng)商業(yè)化了的數(shù)控系統(tǒng)，但進(jìn)口到中國(guó)的機(jī)床，應(yīng)我們的要求，也換成了日本系統(tǒng)。我們對(duì)他們的系統(tǒng)信不過(guò)。韓國(guó)數(shù)控機(jī)床主要有兩家：大宇和現(xiàn)代。大宇目前在我國(guó)設(shè)有合資企業(yè)。臺(tái)灣機(jī)床和我們大體一樣，自己造機(jī)械部分，系統(tǒng)采購(gòu)日本的。但他們的機(jī)床質(zhì)量差，壽命短，目前在大陸影響很壞。其實(shí)他們比我們國(guó)產(chǎn)的要好一點(diǎn)。但我們自己的差，我們還能容忍，臺(tái)灣的機(jī)床是用美金買(mǎi)來(lái)的，用的不好，那火就大了。臺(tái)灣最主要的幾家機(jī)床廠已打算把工廠遷往大陸，大部分都在上海。這些廠目前在國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)中，也打著“國(guó)產(chǎn)”的旗號(hào)。
近來(lái)隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也引起了世界一些主要機(jī)床廠商的注意，2000年，日本最大的機(jī)床制造商“馬扎克”在中國(guó)銀川設(shè)立了一家數(shù)控機(jī)床合資廠，據(jù)說(shuō)制造水平相當(dāng)高，號(hào)稱(chēng)“智能化、網(wǎng)絡(luò)化”工廠，和世界同步。今年日本另外一家大機(jī)床廠大隈公司在北京設(shè)立了一家能年產(chǎn)1000臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控股公司，德國(guó)的一家很有名的企業(yè)也在上海設(shè)立了工廠。
目前，國(guó)家制定了一些政策，鼓勵(lì)國(guó)民使用國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，各廠家也在努力追趕。國(guó)內(nèi)買(mǎi)機(jī)床最多的是軍工企業(yè)，一個(gè)購(gòu)買(mǎi)計(jì)劃里，80％是進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)機(jī)床滿(mǎn)足不了需要。今后五年內(nèi)，這個(gè)趨勢(shì)不會(huì)改變。不過(guò)就目前國(guó)內(nèi)的需要來(lái)講，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床目前能滿(mǎn)足中低檔產(chǎn)品的訂貨。
美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。因其社會(huì)條件不同，各有特點(diǎn)。
1.美國(guó)的數(shù)控發(fā)展史
美國(guó)政府重視機(jī)床工業(yè)，美國(guó)國(guó)防部等部門(mén)因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國(guó)首先結(jié)合汽車(chē)、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國(guó)生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重於基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì)80代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超過(guò)，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正過(guò)去偏向，數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。
2.德國(guó)的數(shù)控發(fā)展史
德國(guó)政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，德國(guó)特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門(mén)緊密合作，對(duì)數(shù)控機(jī)床的共性和特性問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國(guó)的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價(jià)實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國(guó)特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門(mén)子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競(jìng)相采用。
3.日本的數(shù)控發(fā)展史
日本政府對(duì)機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過(guò)規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國(guó)，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國(guó)，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺(tái))超過(guò)美國(guó)(5,688臺(tái))，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺(tái)，出口27,409臺(tái)，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，大量出口，占去世界廣大市場(chǎng)。在上世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對(duì)性地發(fā)展市場(chǎng)所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過(guò)600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷(xiāo)售額在世界市場(chǎng)上占50%，在國(guó)內(nèi)約占70%，對(duì)加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。
4.我國(guó)的現(xiàn)狀
我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代， 中國(guó)于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無(wú)法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)、臺(tái)灣省共11國(guó)(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問(wèn)的差距。?
在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專(zhuān)家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專(zhuān)業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問(wèn)的差距。
2003年開(kāi)始，中國(guó)就成了全球最大的機(jī)床消費(fèi)國(guó)，也是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國(guó)。目前正在提高機(jī)械加工設(shè)備的數(shù)控化率，1999年，我們國(guó)家機(jī)械加工設(shè)備數(shù)控華率是5－8％，目前預(yù)計(jì)是15－20％之間。 一、 什么是數(shù)控機(jī)床 車(chē)、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機(jī)械加工方法，所謂機(jī)械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個(gè)方面。能完成以上功能的設(shè)備都稱(chēng)為機(jī)床，數(shù)控機(jī)床就是在普通機(jī)床上發(fā)展過(guò)來(lái)的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。給機(jī)床裝上數(shù)控系統(tǒng)后，機(jī)床就成了數(shù)控機(jī)床。當(dāng)然，普通機(jī)床發(fā)展到數(shù)控機(jī)床不只是加裝系統(tǒng)這么簡(jiǎn)單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫(kù)，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。 我們一般所說(shuō)的數(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控銑床和加工中心。 我國(guó)目前各種門(mén)類(lèi)的數(shù)控機(jī)床都能生產(chǎn)，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比國(guó)外落后10－15年，但如果國(guó)家支持，追趕起來(lái)也不是什么問(wèn)題，例如：去年，沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)收購(gòu)了德國(guó)西思機(jī)床公司，意義很大，如果大力消化技術(shù)，可以縮短不少差距。大連機(jī)床公司也從德國(guó)引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)。上海一家企業(yè)購(gòu)買(mǎi)日本著名的機(jī)床制造商池貝。， 近幾年隨著中國(guó)制造的崛起，歐洲不少企業(yè)倒閉或者被兼并，如馬毫、斯濱納等。日本經(jīng)濟(jì)不景氣，有不少在80年代很出名的機(jī)床制造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。 二、 數(shù)控設(shè)備的發(fā)展方向 六個(gè)方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國(guó)和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來(lái)，德國(guó)的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國(guó)的機(jī)床業(yè)一般。中國(guó)大陸、韓國(guó)。臺(tái)灣屬于同一水平。但就門(mén)類(lèi)、種類(lèi)多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世界前4名。 三、 數(shù)控系統(tǒng)?由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)、和各種開(kāi)關(guān)、傳感器構(gòu)成。目前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國(guó)西門(mén)子、日本三菱；其余還有法國(guó)扭姆、西班牙凡高等。國(guó)內(nèi)由華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。 華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯(cuò)，但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國(guó)內(nèi)一些大廠還沒(méi)有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)也不錯(cuò)。 我們國(guó)家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。
1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別
數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過(guò)程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的。它是一種高效能自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床，與普通機(jī)床相比，具有以下明顯特點(diǎn)：
1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工
數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
2. 加工精度高
3. 加工穩(wěn)定可靠
實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
4. 高柔性
加工對(duì)象改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)—FMS。
5. 高生產(chǎn)率
數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機(jī)床的 3～5 倍，對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。
6. 勞動(dòng)條件好
機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。
7. 有利于管理現(xiàn)代化
采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。
8. 投資大，使用費(fèi)用高
9. 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜
由于整個(gè)加工過(guò)程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。
10. 維修困難
數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求很高。
1.2數(shù)控機(jī)床的適用范圍
由于數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，適用于數(shù)控加工的零件有：
·批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件；
·幾何形狀復(fù)雜的零件；
·貴重零件加工；
·需要全部檢驗(yàn)的零件；
·試制件。
對(duì)以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。
1.3 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度
數(shù)控機(jī)床綜合了精密機(jī)械、電子、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、故障診斷和計(jì)算機(jī)等多方面的技術(shù)，是典型的高精度、高效率及高柔性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，近年 來(lái)我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)正處在突飛猛進(jìn)的階段，在數(shù)控機(jī)床的使用過(guò)程中，加工工藝和精度分析對(duì)于機(jī)床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響，本文結(jié)合筆者 多年的操作經(jīng)驗(yàn)，研究了數(shù)控加工工藝的主要步驟和精度研究中容易出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決方法。
1.3.1數(shù)控機(jī)床加工工藝分析
數(shù)控機(jī)床是是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，其數(shù)控加工工藝以自動(dòng)化和高速精密性為 主。高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，近幾年來(lái)，數(shù)控機(jī)床的在機(jī)械加工中的作用更為突出。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、 發(fā)展而不斷創(chuàng)新的一種應(yīng)用技術(shù)，所謂數(shù)控加工工藝就是用數(shù)控機(jī)床加工零件的一種工藝方法。隨著我國(guó)數(shù)控機(jī)床用戶(hù)的不斷增加，數(shù)控加工工藝在應(yīng)用的領(lǐng)域的重 要性日益突出，數(shù)控加工工藝以改善加工性能和提高加工效率為主要發(fā)展方向，并將二者融合到控制程序之中，運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的規(guī)范處理方式，融合多種加工 方法，以達(dá)到工序集中的復(fù)合加工方式為目的，提供更高水平的加工技術(shù)，從而進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用與發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)的地位如此重要就必須首 先了解數(shù)控加工工藝的主要特點(diǎn)和技術(shù)原則要求：(1) 數(shù)控加工的工藝內(nèi)容要按照零件加工的要求進(jìn)行工步細(xì)化，所以在進(jìn)行施工的過(guò)程中必須要依據(jù)加工要求進(jìn)行準(zhǔn)確編程；(2) 數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)應(yīng)合理，以保證數(shù)控機(jī)床的加工所產(chǎn)生的誤差最小化；(3) 數(shù)控加工的工序相對(duì)集中，以提高加工效率，對(duì)于復(fù)雜的加工過(guò)程，需要進(jìn)行必要的數(shù)控仿真技術(shù)支持。
1.3.2數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床有著高度的自動(dòng)化特點(diǎn)，其加工工藝要依靠數(shù)控模塊對(duì)設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行實(shí)施，因此要求加工的工藝線路在規(guī)劃時(shí)必須精準(zhǔn)，同時(shí)要把握好加工程序的編 制，因?yàn)榫幊毯w了數(shù)控機(jī)床加工的重要內(nèi)容，也是其工藝質(zhì)量得以保證的重要指標(biāo)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，必須先有合理有效的編程工藝路線設(shè)計(jì)，然后才能保證加 工工藝進(jìn)程的完整。
1.3.3分析加工工藝路線
數(shù)控機(jī)床的加工工藝路線設(shè)計(jì)要考慮到具體的加工環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)數(shù)控鏜銑床的加工環(huán)節(jié)更要重視，要根據(jù)具體情況做出明確的分辨。在數(shù)控車(chē)、鏜銑床或加工中心 上加工有同軸度要求的內(nèi)、外圓柱面或端面與外圓、內(nèi)孔有垂直度要求時(shí)，均應(yīng)在一次裝夾中完成。在數(shù)控鏜銑床或加工中心上加工有孔與端面有垂直度要求或平面 與平面有位置精度要求時(shí)，應(yīng)注意盡可能在一次裝夾中完成。
1.3.4編程原點(diǎn)的選擇
編程原點(diǎn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和工藝基準(zhǔn)盡量重合，避免產(chǎn)生尺寸鏈誤差及不必要的尺寸換算。設(shè)定的編程原點(diǎn)應(yīng)使工件容易找正，方便對(duì)刀，編程簡(jiǎn)便，有利于編程數(shù)值 的計(jì)算。對(duì)稱(chēng)零件的編程原點(diǎn)應(yīng)選在零件的對(duì)稱(chēng)中心。在加工零件上的工件原點(diǎn)應(yīng)容易準(zhǔn)確的確定，盡可能使加工余量均勻。例如：以孔定位的零件，應(yīng)以孔的中心 作為編程原點(diǎn)，對(duì)于一些形狀不規(guī)則的零件，可在其基準(zhǔn)面( 或線) 上選擇編程原點(diǎn)，當(dāng)加工路線呈封閉形式時(shí)，應(yīng)在精度要求較高的表面選擇編程原點(diǎn)( 或加工起始點(diǎn))。
1.4 模擬仿真技術(shù)
智能化模擬仿真技術(shù)，可以通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工工藝路線進(jìn)行仿真模擬而得出適合加工的一種軟件控制手段，結(jié)合運(yùn)用成組技術(shù)可以提高數(shù)控加工編程效率。例 如：根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和加工方法的相似性，把零件分成若干組，在每一組零件中選出一個(gè)代表性零件( 它可以是實(shí)際存在的，也可以是假想的，但必須包括組內(nèi)所有零件的加工要素)，根據(jù)這個(gè)代表零件模擬出一套典型的工藝規(guī)程，選定和設(shè)計(jì)一組機(jī)床及工藝設(shè)備， 并把它們組成一個(gè)專(zhuān)門(mén)的加工設(shè)計(jì)，如果模擬仿真技術(shù)成功就只需要略微做一下調(diào)整，便可以進(jìn)行加工生產(chǎn)。例如，運(yùn)用奧匹茲分類(lèi)方法拆分代號(hào)為12031 的零件結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。該零件是一個(gè)回轉(zhuǎn)體零件， 所以第一位數(shù)是1；一端有臺(tái)階，并有緊固螺紋，所以第二位數(shù)是2；無(wú)內(nèi)孔，所以第三位數(shù)是0；需要加工鍵槽，所以第四位數(shù)是3；有四個(gè)軸向孔，與其他要素 無(wú)位置要求，所以第五位數(shù)是1。按成組方式來(lái)組織零件生產(chǎn)時(shí)，首先按照零件的結(jié)構(gòu)特征、工藝特征以及加工設(shè)備的特征，將各種零件進(jìn)行分組、歸類(lèi)與編碼，然 后建立每類(lèi)零件的典型圖庫(kù)和成組加工工藝庫(kù)。
1.5 數(shù)控機(jī)床的精度影響及分析
數(shù)控機(jī)床的加工精度目前已經(jīng)有了高速的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的加工精度已從原來(lái)的絲級(jí)(0.01mm) 提升到目前的微米級(jí)(0.001mm)。而超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm 左右，形狀精度可達(dá)0.01μm 左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)(0.001μm)?？梢哉f(shuō)，數(shù)控機(jī)床的精度已經(jīng)進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。在這樣高精密 度要求下，必須要把握數(shù)控機(jī)床的精度分析，保證不會(huì)出現(xiàn)由于操作問(wèn)題而導(dǎo)致的精度誤差。
1.5.1 間隙誤差的影響
進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速齒輪、連軸節(jié)、滾珠絲杠副及支承軸承組成。在這些機(jī)構(gòu)的組成之中，如果出現(xiàn)一定的連接不穩(wěn)定就會(huì)導(dǎo)致間隙的產(chǎn)生，產(chǎn)生的間隙 就會(huì)改變整體的加工環(huán)節(jié)誤差。滾珠絲杠與螺母之間的間隙直接影響工作臺(tái)的進(jìn)給精度。設(shè)滾珠絲杠與螺母之間的間隙為SF，則反轉(zhuǎn)時(shí)造成工作臺(tái)進(jìn)給誤差 δ1=SF。不僅如此，絲杠螺母副的間隙還影響絲杠螺母副的剛度，進(jìn)而影響工作臺(tái)進(jìn)給精度。針對(duì)這些誤差問(wèn)題必須要轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化操作控制方式，在機(jī)械換向 時(shí)，對(duì)換向時(shí)間和換向方式做出改變。而對(duì)于滾珠絲杠與螺母之間間隙的消除方法，要重視對(duì)間隙的偏差測(cè)定，通過(guò)反復(fù)的間隙測(cè)量來(lái)確定出具體的偏差基數(shù)，要求 測(cè)出機(jī)床各軸的各項(xiàng)原始誤差，比較成熟的測(cè)量方法是激光干涉儀，測(cè)量精度高。用雙頻激光干涉儀進(jìn)行誤差測(cè)量，需時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)操作人員調(diào)試水平要求高，主要是 對(duì)誤差測(cè)量環(huán)境要求高，常用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的檢測(cè)，不適宜生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作。相對(duì)誤差分解、合成補(bǔ)償法，測(cè)量方法相對(duì)簡(jiǎn)單，一次測(cè)量可獲得整個(gè)圓周的數(shù)據(jù)信 息，同時(shí)可以滿(mǎn)足機(jī)床精度的檢測(cè)和機(jī)床評(píng)價(jià)。目前也有不少的誤差分解的方法，由于機(jī)床情況各異，難以找到合適的通用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差分解，并且對(duì)測(cè)量結(jié)果 影響相同的原始誤差項(xiàng)不能進(jìn)行分解，也難以推廣應(yīng)用。測(cè)定之后要再將這種基數(shù)輸入到程序控制之中，這樣就可以最大限度地保證數(shù)控程序進(jìn)行時(shí)的偏差數(shù)據(jù)最小 化，做到補(bǔ)償適當(dāng)。具體的補(bǔ)償方法如下：(1) 備份CNC 控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù)；(2) 由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測(cè)量的機(jī)床CNC 程序，并傳送給CNC 系統(tǒng)；(3) 自動(dòng)測(cè)量各點(diǎn)的定位誤差；(4) 根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù)，并傳送給CNC 系統(tǒng)，螺距自動(dòng)補(bǔ)償完成；(5) 重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。除此之外，對(duì)于脈沖當(dāng)量補(bǔ)償就是指每輸出一個(gè)脈沖后數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件相應(yīng)的移動(dòng)量它的大小視機(jī)床精度而定，一般為 0.01~0.0005mm。脈沖當(dāng)量影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。當(dāng)然，數(shù)控機(jī)床的誤差調(diào)正有兩種方法，一種是靠數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ) 償，一種是調(diào)整機(jī)械部分，如果對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)進(jìn)行數(shù)控補(bǔ)償程序會(huì)十分復(fù)雜困難，那么就可以通過(guò)調(diào)整絲杠間隙進(jìn)行消除。
1.5.2度的反向誤差控制
機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度，即機(jī)床各軸的定位精度P、重復(fù)定位精度Ps 和反向誤差U 等指標(biāo)。它們是以VDI/DGQ3441 的方法進(jìn)行檢測(cè)?？己藬?shù)控機(jī)床的定位精度P 是用以下公式進(jìn)行計(jì)算“P=6+L/300”式中L 代表數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的長(zhǎng)度。針對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是與機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度有著密切的利害關(guān)系。其中，反向偏差的測(cè)定方法：在所測(cè)量坐標(biāo)軸的行程 內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測(cè)量停止 位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)定( 一般為七次)，求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測(cè)量值。在測(cè)量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離。如：數(shù)控車(chē)輪車(chē)軸專(zhuān)用外圓，在磨削工件 的R 與外圓直徑交界處后，發(fā)現(xiàn)有明顯的過(guò)渡不圓滑痕跡。那么在處理這類(lèi)問(wèn)題的時(shí)候，就要考慮該設(shè)備在磨削工件時(shí)，采用寬砂輪一次性切入磨削，砂輪修正器的金鋼 石筆安裝在工作臺(tái)上，利用工作臺(tái)Z 軸和砂輪架X軸的復(fù)合插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，使砂輪的形狀與精度修正成與工件完全一樣，再用修正好的砂輪磨削工件。由于該工件外圓形狀的特殊性，需要X 軸有正負(fù)方向的運(yùn)行，在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)X 軸和Z 軸均有明顯的反向間隙存在，使砂輪修正作反向運(yùn)行時(shí)二軸有瞬間停頓現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成輪修圓弧連接處有痕跡，最終使該現(xiàn)象發(fā)生在砂輪磨削工件的表面上。由于 絲杠螺母副之間的間隙存在，當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，必產(chǎn)生反向間隙誤差而影響到工作臺(tái)送料定位精度。絲杠螺母副之間的間隙具有兩個(gè)特點(diǎn)：(1) 具有相對(duì)的穩(wěn)定性，即在一定范圍內(nèi)間隙是一個(gè)常數(shù)；(2) 隨著機(jī)械傳動(dòng)的磨損而相應(yīng)增加。因此，在控制過(guò)程中可以預(yù)先測(cè)出其間隙，利用反向間隙的統(tǒng)計(jì)平均值，對(duì)其產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行軟件補(bǔ)償。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，只需 設(shè)計(jì)一方向寄存器，用來(lái)判斷工作臺(tái)是否換向，采用不換向不補(bǔ)償，每換向一次補(bǔ)償一次來(lái)消除絲杠螺母的反向間隙誤差。
總之，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的加工工藝和精度分析來(lái)說(shuō)，都必須要把握技術(shù)尺度，將合理地操作原理運(yùn)用到具體的加工環(huán)節(jié)中去，從數(shù)控機(jī)床的加工工藝來(lái)說(shuō)，要重視有關(guān) 影響數(shù)控機(jī)床加工工藝的若干問(wèn)題，結(jié)合具體的工藝加工情況，采用理論聯(lián)系實(shí)際的操作方法，在編程過(guò)程中保證精準(zhǔn)、細(xì)致，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題也要及時(shí)進(jìn)行分析、總 結(jié)，確保整個(gè)加工工藝路線合理，以能夠有加工出色的產(chǎn)品為最終目的。從數(shù)控機(jī)床的精度分析來(lái)看，要重視研究提高數(shù)控機(jī)床加工精度的方法，首先要對(duì)加工設(shè)備 產(chǎn)生誤差原因和影響進(jìn)行合理地剖析，研究影響數(shù)控機(jī)床精度的因素，找出間隙誤差和反向誤差的處理方法，開(kāi)展定位精度的測(cè)量。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的工藝和精度控制 來(lái)說(shuō)要依靠數(shù)控編程和仿真技術(shù)的完善以及具體操作的合理，來(lái)進(jìn)行合理有效的機(jī)床工藝控制，保證利用現(xiàn)今的數(shù)控技術(shù)來(lái)確保加工工藝和精度更加完美，以達(dá)到延 長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床使用壽命，提供加工產(chǎn)品優(yōu)秀性的目的。
1.6數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析
由于歷史的原因，我國(guó)普通加工設(shè)備多，數(shù)控加工設(shè)備少；老設(shè)備多，新設(shè)備少。許多企業(yè)的機(jī)床精度差、故障率高。通過(guò)機(jī)床數(shù)控改造使普通機(jī)床不僅具有好的加工精度，而且還具有數(shù)控機(jī)床的功能。對(duì)于中小型企業(yè)，沒(méi)有足夠的資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)全功能的數(shù)控機(jī)床，但是使用單板機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床，具有花錢(qián)少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)改裝加工批量零件的機(jī)床非常合適。微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡(jiǎn)易數(shù)控的工作原理采用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡(jiǎn)易數(shù)控的裝置，主要由單板機(jī)、控制程序、零件加工程序、驅(qū)動(dòng)電源裝置，收發(fā)信板、功率步進(jìn)電機(jī)等部件組成。
圖1.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的系統(tǒng)裝置框圖。
在圖1.1所示的系統(tǒng)裝置中，單板機(jī)在控制程序的控制下，可以使數(shù)控系統(tǒng)具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)加工工件輪廓的功能；具有進(jìn)給速度控制和快速回零的功能；具有刀具補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償?shù)墓δ埽约捌渌喾N功能。當(dāng)零件加工程序給出具體的位移尺寸、位移方向和進(jìn)給速度后，控制程序就會(huì)通過(guò)單板機(jī)按照所輸入的零件加工程序發(fā)出一系列的脈沖信號(hào)。經(jīng)隔離放大以后，分別驅(qū)動(dòng) 向和 向功率步進(jìn)電機(jī)，使刀架按照要求的方向、速度和位移量實(shí)現(xiàn)縱向和橫向運(yùn)動(dòng)。從而構(gòu)成了一個(gè)經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。用微機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床簡(jiǎn)易數(shù)控優(yōu)化方案的確定原則
1.6.1控制系統(tǒng)的選擇
目前數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型較多，選擇前應(yīng)對(duì)被改造機(jī)床的功能有個(gè)充分了解，再依據(jù)價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。其中和單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是用得較多的兩種系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是系列的單片微機(jī)。它用三路驅(qū)動(dòng)電路，分別控制、和向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它進(jìn)行機(jī)床的位移運(yùn)動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)任意二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。單片機(jī)是系列微機(jī)的典型產(chǎn)品，其硬件功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單板機(jī)，尤其適合實(shí)時(shí)控制、智能儀表、自動(dòng)機(jī)床，是控制類(lèi)型領(lǐng)域中最理想的八位微型計(jì)算機(jī)，在全世界都得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控裝置是三坐標(biāo)（銑床）數(shù)控系統(tǒng)，它用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行編程，除了能執(zhí)行本身的編程指令外，還能執(zhí)行二坐標(biāo)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，而且三坐標(biāo)系統(tǒng)的各種操作方法（如輸入、修改、刪除及運(yùn)行加工程序）相同于二坐標(biāo)系統(tǒng)。
選擇控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意以下幾方面的問(wèn)題：
（1）在資金充足的情況下，盡量選用質(zhì)量好的產(chǎn)品。因?yàn)榇祟?lèi)數(shù)控系統(tǒng)零件篩選嚴(yán)格，制造工藝規(guī)范可靠，能很好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障。
（2）應(yīng)該注重?cái)?shù)控功能的選擇，不應(yīng)單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)較高的性能價(jià)格比非常重要。
（3）數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的數(shù)控機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配，盡量減少過(guò)剩的數(shù)控功能。
1.6.2 選擇改造對(duì)象要適宜
采用微機(jī)數(shù)控機(jī)床加工零件，必須首先編制出加工程序。通常適宜于加工具有一定批量的相類(lèi)似零件。因此，在選擇適宜于進(jìn)行改造的機(jī)床時(shí)，首先必須對(duì)各類(lèi)機(jī)床的零件加工情況進(jìn)行調(diào)查研究，分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，看零件有無(wú)批量，看各類(lèi)批量主要在哪種機(jī)床上進(jìn)行加工，以及在哪種型號(hào)的機(jī)床上進(jìn)行加工，這樣才能確定出改造對(duì)象。一般中小銑床上的工件總是比較飽滿(mǎn)，成批量的零件也比較多。因此，用微機(jī)技術(shù)把中小銑床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床比較適宜。對(duì)于一些中小型企業(yè)，為了充分發(fā)揮銑床的作用，更需要經(jīng)過(guò)改造的銑床。這樣既能用數(shù)控系統(tǒng)加工批量零件，又具有臥式銑床的功能，以適于加工單件零件。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，普通機(jī)床往往難于加工成形。如果采用機(jī)械仿形的方法進(jìn)行加工，在不成批量的情況下很不合算。這時(shí)，用微機(jī)技術(shù)改造機(jī)床，就可以使問(wèn)題得到解決，明顯提高企業(yè)加工能力。編程要比制作靠模容易得多，靈活得多。用數(shù)控機(jī)床加工形狀復(fù)雜的零件是非常適宜的。
1.6.3 機(jī)床的機(jī)械改造范圍要適當(dāng)
機(jī)床改造范圍的大小，應(yīng)根據(jù)機(jī)床自身精度及性能來(lái)決定。以臥式銑床為例加以說(shuō)明。對(duì)于舊銑床的改造范圍，一般都是把原來(lái)的機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由主軸箱通過(guò)掛輪箱帶動(dòng)進(jìn)給變速箱，將運(yùn)動(dòng)傳給光杠或絲杠。然后再驅(qū)動(dòng)溜板運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)過(guò)程，改造為由功率步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙減速齒輪，直接帶動(dòng)滾珠絲杠，使刀架分別實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)和
橫向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行兩個(gè)坐標(biāo)的控制。對(duì)于精度符合要求的銑床，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)控改造，一般都是對(duì)銑床的部件基本不動(dòng)，只是把床鞍的縱向滑動(dòng)絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)也把中滑板的橫向滑動(dòng)絲杠副改造為橫向滾珠絲杠副，在橫向滾珠絲杠的外端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)，從而使銑床的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)既能用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，又能由操作者進(jìn)行普通操作。在機(jī)床改造過(guò)程中，只要把溜板箱中的開(kāi)合螺母及中滑板上的滑動(dòng)螺母拆除，在合適的位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與普通操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須有電氣連鎖開(kāi)關(guān)控制操作轉(zhuǎn)換。對(duì)于全新或較新銑床，在進(jìn)行簡(jiǎn)易數(shù)控改造時(shí)，一般都是全部保留機(jī)床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)分別按裝在縱向滑動(dòng)絲杠的右端和橫向滑動(dòng)絲杠的外端。從而也可以使銑床同時(shí)具有普通操作功能和簡(jiǎn)易數(shù)控功能。
1.6.4 輔助改造要合適
如果在改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控銑床上，采用一把刀可以完成全部車(chē)工工序，就沒(méi)有必要對(duì)刀架進(jìn)行改造。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)工件需要兩把刀或幾把刀來(lái)分別完成兩個(gè)或幾個(gè)工序的情況，這時(shí)可根據(jù)每把刀的使用情況，分別進(jìn)行編程，通過(guò)一個(gè)程序，使用一把刀，來(lái)完成一個(gè)工序。使原來(lái)普通操作使用的刀架在數(shù)控操作時(shí)也可以使用。這樣，根據(jù)改造后銑床的主要加工對(duì)象，確定刀架是否需要進(jìn)行改造，可以使改造費(fèi)用使用得更加合理，避免發(fā)生改造過(guò)剩現(xiàn)象。如果改造后的簡(jiǎn)易銑床，主要用來(lái)加工比較復(fù)雜的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部車(chē)工工序，就必須對(duì)刀架部件進(jìn)行改造。一般可采用安裝有四把刀、由鼠牙盤(pán)定位、進(jìn)行絕對(duì)刀位控制的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架比較合適。重復(fù)定位誤差可小于 ，精度持久性比較好。這種刀架出廠時(shí)，就規(guī)定了刀號(hào)位置。當(dāng)需要幾號(hào)刀在加工位置時(shí)，只需對(duì)該刀控制信號(hào)口發(fā)出信號(hào)，刀架就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到需要的位置。改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控銑床需要加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件。目的是為了檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給單板機(jī)，使單板機(jī)能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理。控制縱向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)縱向滾珠絲杠帶動(dòng)刀架完成螺紋加工。
4.結(jié)束語(yǔ)
采用微機(jī)技術(shù)改造普通機(jī)床，選用優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)控，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大，安裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量精度較高，可以使機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，適于加工具有復(fù)雜形狀的零件和小批量零件。產(chǎn)品精度一般可以提高個(gè)等級(jí)，工效提高 ，改裝費(fèi)用幾個(gè)月即可收回。這種技術(shù)在我國(guó)中小企業(yè)中，是適合于廣泛推廣的技術(shù)。
1.7數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向
高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開(kāi)放性是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要發(fā)展方向。
數(shù)控技術(shù)的問(wèn)世已有40多年的歷史，它是由機(jī)械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性新型學(xué)科。技術(shù)發(fā)展的需要對(duì)21 世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。
1.7.1 個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)
1.高速化、高精度化、高可靠性
高速化：提高進(jìn)給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。
高精度化：其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)