【正文】 動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化如前饋控制電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算等③簡化編程簡化操作方面的智能化④智能診斷智能監(jiān)控方面的內(nèi) 容等 3 柔性化和集成化 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是從點(diǎn) 數(shù)控單機(jī)加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床 線 FMCFMSFTLFML 向面 工段車間獨(dú)立制造島工廠自動(dòng)化 FA 體 cIMS 分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) 的方向發(fā)展另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展 3 開放性 為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線聯(lián)網(wǎng)普及型個(gè)性化多品種小批量柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié) 每的開放性設(shè)計(jì)生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)例如美國的 OMAC 歐共體的 OSACA 及日本的 OSEC 發(fā)展開放式數(shù)控的計(jì)劃等 4 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備 1． 2 機(jī)床數(shù)控化改造業(yè)的發(fā)展及前景分析 機(jī)床數(shù)控化改造顧名思義就是在機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置使其具有一定的自動(dòng)化能力以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)它是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要提出并隨著機(jī)床行業(yè)以及技術(shù)的不斷進(jìn)步而發(fā)展起來孵它的內(nèi)容是應(yīng)用成熟數(shù)控技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造并安裝上新部件新裝置新附件用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的工作提高機(jī)床的技術(shù)性能指標(biāo)使之全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平 1． 2． 1 美國日本和德國等發(fā)達(dá)國家把機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè) 美國日本和德國等發(fā)達(dá)國家在大量生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的 同時(shí)還非常重視普通機(jī)床的數(shù)控化改造機(jī)床改造正逐步從制造業(yè)中分化出來并形成了把機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)如德國的 Schicss公司在 1981年把一臺(tái)加工直徑為 19rn的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床在美國機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再 Remanufacturing 業(yè) 從 事 再 生 業(yè) 的 著 名 公 司 有 Bertsche 工程公司 ayton 機(jī)床公司 DcvliegBullavd 得寶 服務(wù)集團(tuán) US 設(shè)備公司等美國得寶公司已在中國開辦公司在日本機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝 Retrofitting 業(yè)從事改裝業(yè)的著名公司有大隈工程集團(tuán)崗三機(jī)械 公司千代田工機(jī)公司野崎工程公司濱田工程公司山本工程公司等我國的機(jī)床改造業(yè)也從老的行業(yè)發(fā)展到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè) 1． 2． 2 機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容 1 恢復(fù)原功能對(duì)機(jī)床存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù) 2 選用成熟的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造 3 翻新為提高精度效率和自動(dòng)化程度對(duì)機(jī)械電氣部分進(jìn)行改造設(shè)計(jì)經(jīng)大修鑒定對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工恢復(fù)原精度 4 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新為提高性能或檔次或?yàn)榱耸褂眯鹿に囆录夹g(shù)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新拓展其功能的更新改造 1． 2． 3 機(jī)床數(shù)控化改造 的優(yōu)越性 1． 2． 3． 1 機(jī)床數(shù)控化改造的技術(shù)優(yōu)越性 1 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有突出的優(yōu)越性而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的作用 2 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線曲面等復(fù)雜的零件 3 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 到 7 倍傳統(tǒng)機(jī)床靠凸輪或擋塊等可實(shí)現(xiàn)剮性自動(dòng)化且只有進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)才經(jīng)濟(jì)合算而數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化從而使單件和小批生產(chǎn)得以白動(dòng)化故稱之為柔性自動(dòng)化 4 加工的零件精度高尺寸分散度小裝配容易不再需要修配這是由于加工過程自動(dòng)化不受人的情緒 和疲勞影響的結(jié)果計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)進(jìn)行刀具壽命管理不會(huì)因刀具磨損而影響工件精度和其一致性數(shù)控系統(tǒng)中增加的機(jī)床誤差加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ苁辜庸ぞ鹊玫竭M(jìn)一步提高 5 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中減少零件在機(jī)床問的頻繁搬運(yùn)這是自動(dòng)化帶來的效果 可以自動(dòng)換 y3 如加工中心在工件裝夾好后可實(shí)現(xiàn)鉆銑攻絲擴(kuò)孔等多工序的加工這些多工序是在同一基面同一次裝夾下實(shí)現(xiàn)的提高了相關(guān)的加工精度現(xiàn)已出現(xiàn)其他工序集中的機(jī)床如車削中心車銑中心磨削中心等 6 擁有自動(dòng)報(bào)警自動(dòng)監(jiān)控自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工 7 數(shù)控加工降 低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度節(jié)省了勞動(dòng)力減少了工裝縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期并可對(duì)市場需求做出快速反應(yīng) 1． 2． 3． 2 機(jī)床數(shù)控化改造的客觀優(yōu)越性 1 費(fèi)用低 經(jīng)濟(jì)性好改造周期短可滿足生產(chǎn)急需同可購置新機(jī)床相比一般可以節(jié)省 60％～ 80％的費(fèi)用改造費(fèi)用低特別是大型特殊機(jī)床尤其明顯一般大型機(jī)床改造只花新機(jī)床購置費(fèi)用的 I／ 3 以大型的龍門加工中心為例進(jìn)口新的需要1000_一 5000 萬元而升級(jí)改造只需要 100～ 500 萬元僅占成本的 1／ 10 且交貨期短 2 改造后的機(jī)床機(jī)械性能穩(wěn)定可靠功能增強(qiáng)質(zhì)量好效率高可作為新設(shè)備繼續(xù) 使用多年 3 降低了對(duì)操作者的技術(shù)要求更易提高管理水平操作者只需編程裝夾工件和按開關(guān)加工全部由電腦控制自動(dòng)完成即使再復(fù)雜的工件也能快速完成省去了對(duì)技術(shù)要求的煩惱同時(shí)提高了定額管理水平 4 可以采用雖新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的速度及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率提高設(shè)備質(zhì)量和檔次將舊機(jī)床改成具有當(dāng)今水平的機(jī)床 1． 2． 4 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)實(shí)意義與市場前景 目前在我國 400 余萬臺(tái)機(jī)床擁有量中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11． 34 萬臺(tái)機(jī)床數(shù)控化率不到 3％而陳舊普通機(jī)床占到 6 O％之多這些舊裝備 機(jī)床 大部分結(jié)構(gòu) 陳舊操作系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)落后用這種舊裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差品種少檔次低成本高供貨期長從而在國際國內(nèi)市場上缺乏競爭力直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品市場效益影響企業(yè)的生存和發(fā)展如果購置新機(jī)床全部去取代舊機(jī)床顯然義會(huì)導(dǎo)致舊機(jī)床的閑置和巨大浪費(fèi)也不現(xiàn)實(shí)況且購買一臺(tái)數(shù)控機(jī)床動(dòng)輒十幾萬幾十萬甚至上百萬在我國一些企業(yè)是很難承受的因此如何用較少的費(fèi)用獲得具有數(shù)控功能的機(jī)床就成為一個(gè)值得探討的問題普通機(jī)床數(shù)控化升級(jí)改造不失為一種行之有效的方法并可為企業(yè)節(jié)約大量資金具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場前景如國防科技工業(yè)完成了 3000 多臺(tái)普通機(jī)床數(shù)控化改造改造后生產(chǎn)效率提高約 3 倍加工精度提高 20％與新購設(shè)備相比可節(jié)約資金 50％以上 1． 3 課題背景意義及研究目標(biāo) 1． 3． 1 課題背景意義 1 專家預(yù)言 專家們預(yù)言二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭最終是數(shù)控人才的競爭中國加入世貿(mào)組織后正在逐步變成世界制造中心制造企業(yè)已開始廣泛使用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)而掌握數(shù)控技術(shù)的機(jī)電復(fù)合人才奇缺月薪 6000 難聘數(shù)控技工年薪 16 萬招不到模具技工成為全社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題從而引起了中央領(lǐng)導(dǎo)教育部勞動(dòng)與社會(huì)保障部等政府部門的高度重視 2021 年 教育部已明確把數(shù)控人才列為社會(huì)四大緊缺性人才之一 2021 年數(shù)控人才缺口仍高達(dá) 60 萬 2 企業(yè)人才需求現(xiàn)狀 1 藍(lán)領(lǐng)層主要從事數(shù)控機(jī)床的操作在企業(yè)需求的數(shù)控崗位中占先 70． 13％是企業(yè)數(shù)控人才需求量最大的部分 2 銀領(lǐng)層主要指企業(yè)目前急需的人才 ①具有扎實(shí)的數(shù)控加工工藝及編程基本理論知識(shí)和操作技能的工藝編程人員在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占 12． 6％ ②具有較強(qiáng)的數(shù)控設(shè)備機(jī)械電氣調(diào)試及維護(hù)維修動(dòng)手能力的數(shù)控設(shè)備維修人員在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占 12．％ 3 金領(lǐng)層主要指精通機(jī)電機(jī)電聯(lián)調(diào)機(jī)床操作編程及維修的數(shù)控高層 次技術(shù)人才在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占 4． 83％ 3 數(shù)控技術(shù)教育現(xiàn)狀 第二章 數(shù)控機(jī)床及控制方式 2． 1 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理 數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床國際信息處聯(lián)盟 International Federation ofInformation ProcessingIFIP 第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其它符號(hào)指令規(guī)定的程序 2 1． 1 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床通常由程序載體 控制介質(zhì) 輸入裝置數(shù) 控裝置伺服系統(tǒng)位置反饋系統(tǒng)和機(jī)床本體組成如圖 2I 所示其中實(shí)線部分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床框圖上述系統(tǒng)再加上虛線部分就構(gòu)成具有測量反饋功能的閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床框圖 1 控制介質(zhì) 信息載體 數(shù)控機(jī)床加工時(shí)為了得到圖樣上所規(guī)定的零件形狀和加工精度在加工過程中機(jī)床所需要的全部操作動(dòng)作和刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡都是由我們按著一定的要求和順序編成控制指令即加工程序并把它存放在一種存儲(chǔ)物上此存儲(chǔ)物就是在人和機(jī)床之間建立聯(lián)系的媒介物也就是控制介質(zhì)或稱信息載體控制介質(zhì)可以是穿孔紙帶磁帶磁盤或其他可存儲(chǔ)物質(zhì) 2 數(shù)控裝置數(shù)控裝 置 是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)它接受控制介質(zhì)輸入的信息經(jīng)過處理與運(yùn)算去控制機(jī)床動(dòng)作數(shù)控裝置由輸入裝置存儲(chǔ)器控制器及一套處理數(shù)控加工的相關(guān)軟件運(yùn)算器和輸出裝置組成 3 伺服系統(tǒng) 是數(shù)控裝置與機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)它把來自數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)使工作臺(tái)和主軸按規(guī)定的動(dòng)作運(yùn)動(dòng)加工出合格產(chǎn)品 2． 1． 2 數(shù)控機(jī)床的工作原理 1 在使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)把零件的加工信息 如零件尺寸形狀和技術(shù)條件 編出工件加工程序?qū)⒓庸すぜr(shí)刀具相對(duì)于工件的位置和機(jī)床全部動(dòng)作順序按規(guī)定格式和代碼記錄在信息載體上 2 把信息載 體 控制介質(zhì) 即工件加工程序輸入計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 3 數(shù)控裝置接收由穿孔帶閱讀機(jī)磁盤鍵盤等送入的代碼信息經(jīng)過識(shí)別與譯碼之后送到指定存儲(chǔ)區(qū)作為控制與運(yùn)算的原始數(shù)據(jù) 4 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)把來自數(shù)控裝置的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)變成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)使工作臺(tái)按規(guī)定軌跡移動(dòng)或定位加工出符合圖樣要求的工件 5 輔助裝置把計(jì)算機(jī)送來的輔助控制指令經(jīng)機(jī)床接口電路轉(zhuǎn)換成強(qiáng)電信號(hào)用來控制機(jī)床主軸電機(jī)的啟動(dòng)停車主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整冷卻泵啟停以及轉(zhuǎn)位換刀 6 反饋系統(tǒng)將機(jī)床移動(dòng)的實(shí)際位置速度參數(shù)檢測出來轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并反饋到計(jì)算機(jī)中使計(jì)算機(jī)隨時(shí)判斷機(jī) 床的實(shí)際位置速度是否與指令一致并發(fā)出相應(yīng)指令糾正所產(chǎn)生的誤差零件在機(jī)床上加工過程如圖 21 所示當(dāng)改變加工上件時(shí)在數(shù)控機(jī)床上只需改變加工程序即可進(jìn)行新零件加工 2． 2 數(shù)控機(jī)床控制方式選擇 2． 2． 1 位置控制方式分類 伺服系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)位置控制按其結(jié)構(gòu)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制 2． 2． 1． 1 開環(huán)控制形式 如圖 22 是典型的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)其中沒有位置檢測反饋裝置指令是單方向傳送的并且指令發(fā)出后不再反饋回來故稱開環(huán)控制開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)主要使用步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)器進(jìn)行插補(bǔ)發(fā)出指令脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大電 路放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)進(jìn)給脈沖使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度通過齒輪減速絲杠傳動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng)一定距離因此工作臺(tái)的位移量與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角成正比即與進(jìn)給脈沖數(shù)目成正比改變進(jìn)給脈沖數(shù)目和頻率可以控制工作臺(tái)的移動(dòng)量和速度 開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單調(diào)試方便容易維修成本較低但控制精度不高適宜于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造 2． 2． 1． 2 閉環(huán)控制形式 安裝在工作臺(tái)上的檢測元件將工作臺(tái)的實(shí)際位移量反饋到計(jì)算機(jī)中與所要求的位移量相比較用比較的差值進(jìn)行控制直到差值消除為止從而使精度大大提高如圖 23 所示閉環(huán)控制加工精度高移動(dòng)速度快但電機(jī)控制 電路比較復(fù)雜檢測原件價(jià)格昂貴調(diào)試維修費(fèi)用高 2． 2． 1． 3 半閉環(huán)控制形式 半閉環(huán)控制沒有直接檢測工作臺(tái)的位移量原因是檢測元件安裝在電機(jī)的端頭或絲杠的端頭閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠螺母副工作所以可獲得較穩(wěn)定的控制特性控制精度比閉環(huán)控制的要差但控制系統(tǒng)調(diào)試維修方便如圖 2_4 所示 2． 2． 14 結(jié)論 目前機(jī)床數(shù)控化改造大多采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造即開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)來提高機(jī)床的自動(dòng)化程度和機(jī)床的加工精度 X5032 銑床數(shù)控化改造采用的即是開環(huán)控制形式 2． 2． 2 步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制 步進(jìn)電機(jī)是典型的開環(huán)驅(qū)動(dòng)裝置與所選定的 wA 一 21M 數(shù)控 系統(tǒng)相匹配是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的電磁機(jī)械裝置其角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格的成正比在時(shí)間上與輸入脈沖同步 2． 2． 2． 1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 I 步進(jìn)電機(jī)的定子繞組每換接一次通電相序 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就沿某旋向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度即步距角φ Φ 360176。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） X5032 立式銑床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 摘 要 數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的代表性先進(jìn)設(shè)備隨著先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展對(duì)舊機(jī)床的數(shù)控化改造特別是普通股機(jī)床數(shù)控化改造已經(jīng)成為擺在我們面前迫切而艱巨的任務(wù)本課題選擇了對(duì) X5032 銑床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造方案在敘述數(shù)控技術(shù)的歷史現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上通過對(duì) X5032 舊機(jī)床的分析結(jié)構(gòu)機(jī)床改造的思想提出了數(shù)控化改造的技術(shù)方案改造的主要是機(jī)械部分即對(duì)絲杠驅(qū)動(dòng)元件步進(jìn)電機(jī)和減速齒輪的改造 改造后的銑床除了能加工銑削鍵槽平面及孔等簡單的零件外還能加工形狀復(fù)雜如加工圓弧面斜面及凸輪等的零件具有高精高效及加工產(chǎn)品范圍廣等特點(diǎn)控制方式可以是開環(huán)閉環(huán)及半閉環(huán) 機(jī)床改造后顯示了機(jī)床強(qiáng)大的工作能力和高度的可靠性加工精度和生產(chǎn)率有較大的提高是提高企業(yè)數(shù)控化率的一條切實(shí)可行的途徑 [關(guān)鍵詞 ] 數(shù)控改造 進(jìn)給 X5032 銑床 X5032 MILLING MACHINE FEED SYSTEM OF THE NUMERICAL CONTROL ABSTRACT NC numerical control machine is