【正文】 也可接受工廠管理層下達的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。這是一臺具有開放性， 4 通道、最多控制軸數(shù)為 24 軸、最多聯(lián)動軸數(shù)為 24 軸、最多可控制 4 個主軸的 CNC 系統(tǒng)。 （ 1）工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡(luò)：由 PC 機通過以太網(wǎng)控制多臺 15i／ 150i 組成的加工單元，可以傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)等。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 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)存在的問題。其次， STEPNC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約 75％）、加工程序編制時間（約 35％）和加工時間（約 50％）。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際 “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，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。設(shè)計參數(shù)如下： 最大加工直徑 在床面上 360mm 在床鞍上 180mm 最大加工長度 750mm 快進速度 縱向 2m/min 第二章 總體方案的確定 15 橫向 1 m/min 最大切削進給速度 縱向 橫向 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 主電機功率 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點比較法 輸入方式 增量值，絕對值通用 控制坐標系 2 最小指令值（脈沖當量） 橫 向 縱 向 機床定位精度 177。缺點是步進電機沒有過載能力啟動頻率低，工作頻率也不高等。單作為畢業(yè)設(shè)計，本設(shè)計采用第一種方法即自行設(shè)計數(shù)控裝置。為了在齒輪傳動中消除間隙，實現(xiàn)微量自動補償以提高傳動精度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙、可調(diào)拉簧 式結(jié)構(gòu)。進給抗力 Fx 與進給方向平行且相反指 向，設(shè)計或校核進給系統(tǒng)時要用到它。即考慮滾珠絲桿杠的額定靜載荷 Coa 是否充分地超過了滾珠絲桿的工作載荷 Fm，一般使 Coa/Fm=2~3。FmLo/EA =177。 （ 3）啟動轉(zhuǎn)距與啟動頻率，工作運行轉(zhuǎn)距與運行頻率必須滿足所選電機型號相應(yīng)的啟動距率特性和工作距頻特性。下圖所示，為縱向進給滾珠絲桿杠支承方式草圖。 在本設(shè)計中，車削縱向?qū)к壊捎萌切螌?dǎo)軌。 改裝后的機床總體布置請參看所畫機床總體布置圖。其設(shè)計過程如下： 主軸箱的傳動系統(tǒng)圖如 下圖 CA6136 臥式車床傳動系統(tǒng)圖左邊部分所示。數(shù)控系統(tǒng)中關(guān)鍵部分為控制裝置。所以比閉環(huán)容易實現(xiàn) 。 數(shù)控系統(tǒng)采用國際通用的 DTM SYSTEM 5T 系統(tǒng) ，可靠性好，功能強大。 第 一 章 緒論 13 (3)機制方面不良機制造成人才流失，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)劃的有效實施，往往規(guī)劃理想，實施困難。 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 4 個 5 年計劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績。為此，國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標準 ISO14649（ STEP－ NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。因此促進了復(fù)合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含 5 面加工機床）的發(fā)展。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。采用 NURBS 插補可以人人減少 NC 程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時間，特別適用模具加工。目前比較活躍的是 Prof 主 busDP，為了允許更快的數(shù)據(jù)傳送速度，它由 0S 工的七層結(jié)構(gòu)省去 37 層構(gòu)成。更高檔次的 DNC 還可以對 CAD／ CAM/CAPP 以及 CNC 的程序進行傳送和分級管理。這種電機具有良好的伺服性能。有些廠家也把這種裝置稱為融合系統(tǒng) (fusion system)。 處于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長環(huán)境趨于嚴峻 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)赓Y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。煙臺第二機床附件 廠開發(fā)了為數(shù)控機床配套的多種動力卡盤和過濾排屑裝置 。 由于數(shù)控機床的增長速度明顯快于普通金屬切削機床，數(shù)控機床在金屬加工機床總量中的比重逐年上升，我國機床的數(shù)控化率逐年提高。 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。所謂制造裝備及制造系統(tǒng) 的柔性化是指當產(chǎn)品的品種的需求發(fā)生變化時，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟性的前提下，實現(xiàn)及時轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。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行控制電路設(shè)計，沒有對系統(tǒng)進行深入的分析研究，不能結(jié)合實際應(yīng)用解決當前同類機床存在 的問題，比如 :現(xiàn)在的機床普遍采用正邏輯控制，當限位保護電路，如發(fā)生電路開路或接觸不良時，不會立即報警，容易造成事故。除在制造過程中采用數(shù)控機床、 FMC、 FMS 外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行 CAD、CAE、 CAM、虛擬制造 以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)）、 CIMS 等等。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。最近幾年我國用于機床進口的外匯高速增長，進口用匯是出口收匯的近 10 倍。但價格較昂貴，需要正確分析其使用的經(jīng)濟合理性。 (2)PC+運動控制板：把運動控制板插入 PC 機的標準插槽中作實時控制用，而 PC 機主要作非實時控制。開環(huán)的系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)的系統(tǒng)取代。大大推動了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。這種系統(tǒng)的缺點是：信息集成能力不強、系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強、可靠性不易保證、可維護性不高。 15i／ 150 主具有高精納米插補功能；即使系統(tǒng)的沒定編程單位為 1um，通過納米插補也可提供給數(shù)字伺服以 lnm 為單位的指令，平滑了機床的移動量，提高了加工表面光潔度，大大減少加工工表面的誤差。 (3)可以用 C 語言編程； 32 位的 C 語言處理器可作為實時多任務(wù)運行；它與梯形圖計算的 PMC 處理器第 一 章 緒論 9 并行工作。 在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 10μm提高到 5μm，精密級加工中心則從 3～ 5μm，提高到 1～ ，并且超精密加工精度已開始進入納米級 ()。 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。 我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展 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 個階段 :第一階段從 1958 年到 1979 年，即封閉式發(fā)展階段。 (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 。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 (數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、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。 1）采用直流或交 流伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到很好的機床精度，能補償機械運動中的各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響。由于采用了滾珠絲桿，可提高系統(tǒng)的精度和縱向進給剛度。為此，本設(shè)計采用 MCS51 系列單片機組成的數(shù)控裝置用微型控制機。 為提高機床的自動化程度，實現(xiàn)在加工過程中自動變速，對原 CA6136 主傳動 系統(tǒng)作如下改裝： (1) 取消原變速箱，將主電機換成四速異步電機； (2) 保留原主軸箱內(nèi)的背輪機構(gòu)。 一般情況下，設(shè)計滾珠杠時，已知條件為：在最大工作負荷 Fd （或平均工作負荷Fm）作用下的使用壽命，絲桿的工作長度（或螺母的有效行程），絲 桿的轉(zhuǎn)速（或平均轉(zhuǎn)速），滾道的硬度及絲桿運轉(zhuǎn)情況。 CA6136 車床數(shù)控改造及控制系統(tǒng)的設(shè)計 24 有： ? = tg? /tg（ ? +? ） = tg4? 33′/tg(4? 33′+10′) = d、剛度驗算 滾珠絲桿副的軸向變形導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運動平穩(wěn)性。 為了滿足脈沖當量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)距，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負荷慣量盡可能地減少，傳動鏈中常采用齒輪降速傳動。大小齒輪絲桿導(dǎo)程均采用 45 號鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為 260HB~290HB，大齒輪硬度為 220HB~250HB，精度選六級，模數(shù) m=2，齒輪 Z1 =18， Z2 =75，則 a＝（ 1/2） m（ Z1 +Z2 ） =93mm 還應(yīng)該校核齒輪接觸疲勞強度。滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)變成較小，對縱向變形影響小，可忽略不計。 從滾珠絲桿系列表中找出相應(yīng)最大動載荷的近似值，并初選幾個型號。拆除原刀架和小拖板，換上數(shù)控刀架。車床的縱向（ Y 軸）和橫向（ X軸）進給運動采用步進電機驅(qū)動，由 MCS51 系列單片機組成微機作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口、軟件環(huán)節(jié)分配器與放大控制功率步進電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給的運動。本方案采用前者，并且保留原手動機構(gòu)，橫向步進電機和減速器安裝在機床后側(cè)。調(diào)試和維修困難，造價高。沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品 。 存在差距的主要原因 (1)認識方面對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特 點認識不足 。第二階段是在國家的 “六五 ”、 “七五 ”期間以及 “八五 ”的前期，即引進技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造第 一 章 緒論 11 公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在 EMO2021 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)；日本大隈（ Okuma）機床公司展出 “IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱 IT 廣場 )；德國西門子 (Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（開放制造環(huán)境，簡稱 OME）等，反映 了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。 為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸 、直線電機得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。 e. 先進的操作：性和維修性。 (2)智能控制，計及機床的機械性能，可按最佳的允許進給率和最大的允許加速度使機床的功能得到最大的發(fā)揮。因此，現(xiàn)場總線是面向：工廠底層自動化及信息集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這種通信通常分三級： (1)工廠管理級。交流異步電機雖然價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單，但早期由於控制性能差，所以很長時間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。但目前主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認為數(shù)控系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，象 PC 機存在的死機現(xiàn)象是不允許的。能實現(xiàn)信息反饋補償、自動和減速等功能，可進一步提高機床的加工精度、效率和自動化程度。 國內(nèi)數(shù)控機床的特點 ，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 ”期間國家重點建設(shè)項目，其中組成列車線的 2550 根軌道梁是整個工程的最關(guān)鍵部分，對加工軌道梁的精度提出了相當高的要求。此外，機床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元）、 FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。這一技術(shù)已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。但在當前激烈的市場競爭環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，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)多樣化和個性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟壽命大大縮短，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。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。從 2021 年開始，我國就成為世界第一機床消費大國。 CA6136 車床數(shù)控改造及控制系統(tǒng)的設(shè)計 4 近年來通過政府的支持，數(shù)控機床配套生產(chǎn)得