【文章內(nèi)容簡介】 機械、包裝機械及其他機械產(chǎn)品的發(fā)展情況。隨后，報告對中國機械行業(yè)做了區(qū)域發(fā)展分析、產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析、進出口分析、行業(yè)競爭分析、重點企業(yè)運營狀況分析和投資分析，最后分析了機械行業(yè)的發(fā)展趨勢和未來前景。我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面國內(nèi)市場 對各機床有大量的需求，而另一方面確有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外機床產(chǎn)品充斥市場。(2)國外有關研究的綜述數(shù)控機床各國數(shù)控機床發(fā)展歷史美、德、日三國是當今世上在數(shù)控 機床科研、設計、制造和使用上，技術最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。 隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時間的問題。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、物、產(chǎn)、供、銷）或設計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設備——數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡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，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、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。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁17由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。 數(shù)控車床的發(fā)展趨勢（1）繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。（2）向高速化和高精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。（3）向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。（a）應用自適應控制技術數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。（b）引入專家系統(tǒng)指導加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（c）引入故障診斷專家系統(tǒng)（d）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點以及主要功能經(jīng)濟型數(shù)控機床就是指價格低廉，操作使用方便，比較適合我國國情的，在普通機床上加裝數(shù)控系統(tǒng)的高級自動化機床。 經(jīng)濟型數(shù)控機床的特點（1）價格便宜，僅數(shù)控系統(tǒng)與國外同類型系統(tǒng)相比，前者只需 12 萬元，而國外系統(tǒng)則需十幾至幾十萬元。應此，它特別適合對國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)有普通機床進行改造。（2）解決復雜零件的加工精度控制，提高生產(chǎn)率。對經(jīng)濟型數(shù)控車床，一 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁18般可提高工效 3~7 倍。對復雜零件而言，難度越高，提高的工效則越多。（3）適合于多品種、中小批量產(chǎn)品的自動化加工，對產(chǎn)品的適應性強。對于不同零件的加工，可以通過變換不同的加工程序和更換不同的刀具來實現(xiàn)。（4）提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率。尤其是加工的產(chǎn)品尺寸一致性好，合格率高。（5） 節(jié)約工裝費用，降低成本。經(jīng)濟型數(shù)控機床可以不用工裝或少用工裝，尤其對于復雜零件、不用靠?；虺尚偷毒摺２粌H節(jié)約了費用，而且還可縮短生產(chǎn)準備周期。（6）減輕工人的勞動強度。（7）提高工人素質(zhì)，促進技術進步和科技成果的普及應用。為由“體力型”向“智能型”轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件。 經(jīng)濟型數(shù)控車床的主要功能（1）能控制刀具的位移方向、位移長度及走刀速度。加工程序的位移長度以十進制數(shù)輸入。（2）可控制車削端面、內(nèi)外圓柱面、任意錐面、球面及用圓弧逼近的任意曲面。（3）可控制加工右旋或左旋的各種內(nèi)、外圓柱、圓錐螺紋及多頭螺紋。（4）程序中可給出一定延時。在加工中執(zhí)行到延時程序時，刀具在相應時間內(nèi)停止運動。（5）有程序暫停功能。當程序執(zhí)行到暫停時，刀具停止運動，再按下啟動鍵，可繼續(xù)執(zhí)行程序。（6）接口可發(fā)出和接收多種信號，作為機械手動作，刀架轉(zhuǎn)位、主軸變速等裝置的控制信號，它與程序的自動循環(huán)功能相結(jié)合，可實現(xiàn)加工的全自動化。（7）為方便調(diào)試和校對原點，設有點動功能。（8）具有自診斷功能。當加工程序編制或操作有誤時，程序停止運行，并顯示相應的出錯信息，以便修改。（9）加工過程中，為應付特殊情況，設有開關暫停、鍵急停和鍵回零功能。（10）具有自動循環(huán)加工功能，并可進行計數(shù)。（11）為簡化加工程序，設有局部循環(huán)功能。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁19（12）為提高加工精度，設有間隙補償功能。 普通機床數(shù)控改造意義數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的主機,數(shù)控技術的水平高低和機床的數(shù)控化率是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前我國機床的數(shù)控化率還不到 5%,新機床的數(shù)控化率也僅為 6%。無論從數(shù)控技術水平和機床的數(shù)控化率都大大落后于西方發(fā)達國家。從 20 世紀后期,我國調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式,作為自動化生產(chǎn)的基礎設備數(shù)控機床,已遠遠滿足不了工廠逐年增加的生產(chǎn)需求。對于機械制造企業(yè),單純靠購買新的數(shù)控機床,所需投資大,周期長,常使許多中小企業(yè)望而怯步。因此,利用原有的部分普通機床進行數(shù)控化改造,提高機械設備的數(shù)控化率,無疑是一種有效的途徑。就是在美國、日本和德國等發(fā)達國家,機床的改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè),也是生意盎然,正處于黃金時代。在美國、日本、德國,用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場,已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche 工程公司、ayton 機床公司、 DevliegBullavd(得寶)服務集團、US 設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本,機床改造業(yè)稱為機床改裝業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。由于機床以及技術的不斷進步,機床改造已是個”永恒”的課題。我國的機床改造業(yè),也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè),具有重要的現(xiàn)實意義和使用價值: （1）節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新數(shù)控機床相比一般可以節(jié)省 60%左右的費用,大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新數(shù)控機床購置費的 1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新數(shù)控機床 60%的費用,并可以有效地利用現(xiàn)有地基。（2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期生產(chǎn)的磨合和不斷改進完善,幾乎不會產(chǎn)生應變力變形而影響精度。（3）提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化,效率可比傳統(tǒng)機床提高 3 至 5 倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多,且可以不用或少用工裝,不僅節(jié)約了費用,而且可以縮短生產(chǎn)準備周期 [1]。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁20第 1 章 數(shù)控車床的總體設計 CK6140 數(shù)控車床的介紹普通臥式車床。當工件隨主軸回轉(zhuǎn)時,通過刀架的縱向和橫向移動,能加工出內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等,借助成形刀具,還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。（1）主軸箱是支撐主軸并帶動工件作回轉(zhuǎn)運動。箱內(nèi)裝有齒輪、軸等零件，組成變速傳動機構(gòu)，變換箱外手柄位置，可使主軸得到多種不同的轉(zhuǎn)速。（2）進給箱是進給傳動系統(tǒng)的變速機構(gòu)。它把交換齒輪箱傳遞來的運動，經(jīng)過變速后傳遞給絲桿，以實現(xiàn)各種螺紋的車削或機動進給。（3）交換齒輪箱是用來將主軸的回轉(zhuǎn)運動傳遞到進給箱。更換箱內(nèi)的齒輪，配合進給箱變速機構(gòu)，可以得到車削各種螺距的螺紋的進給運動；并滿足車削時對不同縱、橫向進給量的需求。（4）溜板箱是接受光桿傳遞的運動，驅(qū)動床鞍和中、小滑板及刀架實現(xiàn)車刀的縱橫進給運動。溜板箱上裝有一些微手柄和按鈕?？梢苑奖愕夭倏v車床上來選擇諸如機動、手動、車螺紋及快速移動等到運動方式。（5）床身是車床的大型基礎部件，精度要求很高，用來支撐和連接車床的各個部件。床身上面有兩條精確的導軌，床鞍和尾座可沿著導軌移動。（6）刀架部分由床鞍、兩層滑板和刀架體共同組成用于裝夾車刀并帶動車刀作縱向、橫向和斜向運動。（7）尾座安裝在床身導軌上，并可沿著導軌縱向移動，以調(diào)整結(jié)構(gòu)其工作位置。尾座主要用業(yè)安裝后頂尖，以支撐較長的工件，也可以安裝鉆頭、鉸刀等切削刀具進行孔加工。（8）床身前后兩個床腳分別與床身前后兩端下部連為一體，用以支撐床身及安裝在床身上的各個部件。可以通過調(diào)整墊塊把床身調(diào)整到水平狀態(tài)，并用其所長地腳螺栓固定在此工作場地上。（9）冷卻裝置主要通過冷卻泵將切削液加壓后經(jīng)冷卻嘴噴射到切削區(qū)域。 總體方案的確定CK6140 型數(shù)控車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經(jīng)濟上還是技術都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁21精度，加工效率上都有新的突破。總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。（1）數(shù)控車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)數(shù)控車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用 8 位微機。在 8 位微機中，MCS—51 系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS—51 系列單片機擴展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）設計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。（8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。CK6140 車床數(shù)控改造的總體方案如圖 所示。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁22（圖 CK6150 車床數(shù)控改造的總體方案示意圖） 傳動系統(tǒng)的改造設計方案（1）進給系統(tǒng)的改造與設計方案（a）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器（b）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與齒輪減速箱總成。（c）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。（d）拆除四方刀架與上溜板的總成，在橫溜板上方安裝四工位立式電動刀架。（e）拆除橫溜板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。（f）將橫向進給步進電動機通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相連。（g）拆去三杠（絲杠、光杠與操縱杠） ，更換絲杠的右支承。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁23（2）主傳動系統(tǒng)的改造方案 對數(shù)控車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)，這樣可減少機械改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、何停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用 2～4 檔的多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速。當采用有級變速時，可選用 YD 系列 變速三相異步電動機，實現(xiàn)2～4 檔變速；當采用無級變速時，應加裝交流變頻器，推薦型號為：F1000G0075T3B，適配 電動機。（3) 安裝電動卡盤為了提高加工效率，工件的夾緊與松動采用電動卡盤，選用 KD11250 型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊和松開由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)信控制。（4）換裝自動回轉(zhuǎn)刀架為了提高加工精度，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用 LD4BCK6140 型四工位立式電動刀架。實