【文章內(nèi)容簡介】 研制出第一臺數(shù)控機床 。 德國特別注重科學(xué)試驗，理論與實際相結(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)科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、 先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司 的 數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 3） 日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī) (如 “ 機振法 ” 、 “ 機電法 ” 、“ 機信法 ” 等 )引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍而勝于藍。自 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978 年產(chǎn)量 (7,342 臺 )超過美國 (5,688 臺 )，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀(jì) 80 年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本 FANUC 公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場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。銷售額在世界市場上占 50%，在國內(nèi)約占 70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。 另外，日本三菱公司的數(shù)控系統(tǒng)也在中國占有大量的市場。三菱與發(fā)那科公司的數(shù)控系統(tǒng)在中國 市場中超過了半壁江山。 4） 我國 數(shù)控技術(shù) 現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過 “ 六五 ” 期間引進數(shù)控技術(shù)，“ 七五 ” 期間組織消化吸收 “ 科技攻關(guān) ” ，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 1998～ 20xx 年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為 %和 %。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從 20xx 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國， 20xx年中國機床主機消費高達 億美元，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè) 在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯， 70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、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，充分認(rèn)識南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。 研究與學(xué)習(xí)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的意義 對比世界數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展格局，我們認(rèn)識到國產(chǎn)數(shù)控系 統(tǒng)與國外著名系統(tǒng)之間還存在巨大的差距，尤其在系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性方面，我國數(shù)控系統(tǒng)急待提高，延長系統(tǒng)的連續(xù)加工時間。由于在可靠性方面的差距，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的故障率較高，廣大用戶心存疑慮，所以市場占有率較低，國內(nèi)推廣較困難。目前，國內(nèi)大的機床生產(chǎn)廠家 80%的數(shù)控系統(tǒng)依然使用外國品牌。 近年來，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上有了很大進步，國家也培養(yǎng)壯大了部分?jǐn)?shù)控生產(chǎn)廠家，比如武漢華中數(shù)控、北京凱恩帝數(shù)控、廣州數(shù)控、航天數(shù)控等，在南京還有南京華興數(shù)控、南京新方達數(shù)控等。 數(shù)控化是制造業(yè)的一場革命。 21 世紀(jì)機械制造業(yè)的競爭，實質(zhì) 上是數(shù)控技術(shù)的競爭。黨和國家從戰(zhàn)略高度給以關(guān)注和部署。 “ 十一五 ” 規(guī)劃提出加快發(fā)展先進制造業(yè)。高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造技術(shù)被列入國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃 16 個重大專項。數(shù)控技術(shù)關(guān)系到國家經(jīng)濟利益、產(chǎn)業(yè)安全和國防安全。同時，數(shù)控技術(shù)是用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)和典型代表。從國家發(fā)展戰(zhàn)略需求出發(fā)，加快發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是我國的當(dāng)務(wù)之急。 目前我國每年需進口 1400 億美元商品，其中 70%是用來購買外國的生產(chǎn)線和各種工農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的機械化、自動化設(shè)備。隨著這些裝備數(shù)控化程度的日益提高，我國進口這些設(shè)備所花費的 外匯也迅速攀升。在整個數(shù)控機床中，數(shù)控系統(tǒng)部分的造價又占到了 30%— 50％。 而目前中國市場上高端數(shù)控系統(tǒng) 90％以上的份額都掌控在國外著名數(shù)控公司的手中。如果 外國 公司不再為我國提供數(shù)控系統(tǒng)，中國的裝備制造業(yè)將面臨滅頂之災(zāi)。 由于數(shù)控系統(tǒng)對軍事工業(yè)水平有著決定性的作用，國外數(shù)控系統(tǒng)廠商都將復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)視作一種超越經(jīng)濟價值之上的戰(zhàn)略物資看待。目前，國外某些數(shù)控系統(tǒng)廠商對我們購進的高性能五軸聯(lián)動數(shù)控產(chǎn)品的最終用戶和最終用途 做 出了十分嚴(yán)格的限制。在這個問題上，價值規(guī)律完全不起作用，尤其是一些關(guān)鍵、復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 ，更是想買都買不來。 國外對我國卻一直采取技術(shù)封鎖、高檔產(chǎn)品限制、低檔產(chǎn)品傾銷的歧視政策。慘痛的歷史教訓(xùn)使我們明白了一個硬道理：對于數(shù)控系統(tǒng)這樣的戰(zhàn)略高技術(shù)，靠錢引進根本辦不到；盲目效仿國外，也只會落后挨打，受制于人；中國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的唯一出路，就是走自主創(chuàng)新之路！ “ 如果數(shù)控機床全都配備國外數(shù)控系統(tǒng)，即使產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，我國機床廠也不過是國外產(chǎn)品的 ‘ 加工中心 ’‘ 組裝中心 ’ ，而不是制造中心！ ” 中國機床工業(yè)協(xié)會數(shù)控系統(tǒng)分會理事長、國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任陳吉紅教授呼吁：“ 我們要想成為制造大國并最終成為制造 強國，中國裝備就不能沒有 ‘ 中國大腦 ’ 。 ” 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 我國的 數(shù)控技術(shù) 的進步和發(fā)展除了技術(shù)本身的問題外，還需要國家政策的鼓勵和扶持，以及制造裝備廠商的支持。一方面將國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)水平的差異量化，明確國產(chǎn)控制器的努力方向；另一方面，打破進口品牌的神話，為國產(chǎn)品牌的數(shù)控產(chǎn)品的應(yīng)用推廣提供機遇，以華中數(shù)控、廣州數(shù)控、沈陽數(shù)控、大連數(shù)控、齊重數(shù)控等企業(yè)為代表的中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，從 “ 以技術(shù)引進消化吸收為主 ” 到 “ 主要依靠自主創(chuàng)新 ” ，走出了具有中國特色的數(shù)控技術(shù)發(fā)展之路。中國的數(shù)控技術(shù)趕超世界先進水平是任重而道遠，通過以企業(yè)為核心的新 型產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新模式組織下，充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，實現(xiàn)制造技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的融合，通過堅持不懈的努力，自主創(chuàng)新，逐步打破技術(shù)封鎖和遏制，加速技術(shù)進步，是大有希望的 。 華中數(shù)控系統(tǒng)簡介 1994 年，華中科技大學(xué)發(fā)起組建武漢華中數(shù)控股份有限公司。不到 12 年的時間，華中數(shù)控就從一個名不見經(jīng)傳的校辦企業(yè)，發(fā)展壯大為民族數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)排頭兵，成為中國高?？萍汲晒a(chǎn)業(yè)化的一個具有樣本意義的典范。 在國家“八五”攻關(guān)項目支持及中國工程院院士周濟的指導(dǎo)下，華中科技大學(xué)數(shù)控專家拋棄了西方普遍采用 的“基于專用計算機”的研發(fā)思路，走“以通用工業(yè)微機為硬件平臺，以 DOS、 Windows 為開放式軟件平臺”的技術(shù)路線。這一創(chuàng)新的技術(shù)路線避開了制約我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的硬件制造“可靠性”瓶頸，使得中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與國際同行站在了同一起跑線上，通過軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突破，用通用的工業(yè)計算機和電子器件，自主開發(fā)出打破國外封鎖的 4 通道、 9軸聯(lián)動的“華中 I 型”高性能數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)一舉獲得國家科技進步二等獎，這也是迄今為止國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)獲得的最高國家級獎項，大大提升了企業(yè)對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的認(rèn)可度。 具有自主 知識產(chǎn)權(quán)的華中 “ 世紀(jì)星 ” 高、中、低端系列數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，年銷售近萬臺套，與國內(nèi)數(shù)十家著名主機廠實現(xiàn)了批量配套， 主要包括 HNC21/22T、 HNC21/22M、HNC18iT/19iT、 HNC18iM/19iM,以及在 HNC18i/19i 基礎(chǔ)上最新開發(fā)的 HNC18XP 系統(tǒng)等等。 其中五軸聯(lián)動數(shù)控產(chǎn)品打破國外技術(shù)封鎖，成為我國軍工企業(yè)選用的首臺全國產(chǎn)化高檔數(shù)控設(shè)備。 在 伺服驅(qū)動 方面，開發(fā)出 具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元和主軸伺服驅(qū)動單元系列產(chǎn)品。 主要產(chǎn)品有： HVS1 HVS18D 系列全數(shù)字 交流伺服驅(qū)動單元， HVS18S全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動單元，最新的產(chǎn)品還包括 HVS160、 HVS16 HVS18S150A以及 HJSV 系列軍用全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元；在 伺服電機與伺服主軸 方面， 具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 GK GK7 全系列永磁同步交流伺服電機和 GM7 系列交流伺服主軸實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，成為目前國內(nèi)唯一擁有成套核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)（包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服單元和電機、主軸單元及主軸電機等）和自主配套能力的企業(yè)。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和要求 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和要求 1）設(shè)計精密升降臺數(shù)控銑床 電氣控制系統(tǒng)原理圖。 2）參與實際電器安裝。 3）調(diào)試數(shù)控機床電氣系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的技術(shù)文件 1）數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)原理圖。 2）參數(shù)清單。 3）撰寫畢業(yè)設(shè)計報告。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二章 數(shù)控銑床電氣設(shè)計方案 CNC6KI精密升降臺數(shù)控銑床參數(shù)簡介 本次畢業(yè)設(shè)計是對 CNC6KI 精密升降臺數(shù)控銑床配用華中 HNC18iM 數(shù)控系統(tǒng)。該機床使用云南昆明臺正精密機械有限公司的床身，機床特點為優(yōu)質(zhì)樹脂砂鑄件，時效處理，加強了床身強度，采用整體 加強型滑枕設(shè)計，臺灣精密數(shù)控專用銑頭，變頻調(diào)速，銑頭配研工藝，保持高精度，銑削加工精度達 。數(shù)控機床的外形結(jié)構(gòu)如圖 所示 : 圖 CNC6KI 精密數(shù)控升降臺數(shù)控銑床外形結(jié)構(gòu)圖 機床結(jié)構(gòu)參數(shù)如下（ mm）： 工作臺尺寸： 1370 330 T 型槽（寬槽數(shù)槽距）： 16 3 65 行程 左右（ X）： 800 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 前后（ Y）： 330 上下（ Z）： 150 主軸管直徑： 105 主軸端面距工作臺最大距離： 430 主軸 轉(zhuǎn)速： 70— 4200 變頻 馬力： 5HP 數(shù)控銑床的組成 1）基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺等大部件組成，是銑床的基礎(chǔ)部件，它們可以是鑄鐵件，也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受銑床的靜載荷以及在加工時的切削載荷。故必須是剛度很高的部件，亦是加銑床質(zhì)量和體積最大的部件。本機床床身為樹脂砂鑄鐵。 2）主軸組件 它 由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。其啟動、停止和轉(zhuǎn)動等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是銑床的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對銑床的性能有很大的影響。本機床采用臺灣專用數(shù)控銑頭，通過變頻調(diào)速。 3）控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床的數(shù)控部分是由 CNC 裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動裝置以及伺服電機等部分組成。它們是銑床執(zhí)行順序控制程序控制動作和完成加工過程中的控制中心。 CNC 裝置一般由中央處理器、存儲器和輸入、輸出接口組成。中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和 總線組成。 CNC系統(tǒng)主要特點是輸入存儲、數(shù)據(jù)的加工插補運算以及機床各種控制功能都通過計算機軟件來完成，能增加很多邏輯電路中難以實現(xiàn)的功能。計算機和其它裝置之間可通過接口設(shè)備聯(lián)接。當(dāng)控制對象改變時，只需改變軟件與接口。 4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，其性能是決定機床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。數(shù)控機床普遍采用開環(huán)、半閉環(huán)和全閉環(huán)三種控制方式。本次設(shè)計采用半閉環(huán)方式。 5）輔助裝置 包括潤滑、冷卻、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助裝 置雖不直接參加切削運動，但對數(shù)控機床的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是數(shù)控機床不可缺少的部分。 數(shù)控系統(tǒng)功能簡介 HNC18i/19i 系列數(shù)控裝置 特點與功能概述 世紀(jì)星 HNC18i/19i 系列數(shù)控裝置（ HNC18i/T、 HNC18i/M、 HNC19i/T、 HNC19i/M ）南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 采用先進的開放式體系結(jié)構(gòu)內(nèi)置嵌入式工業(yè) PC機、高性能 32位中央處理器，配置 ” 單色（ 18i系列） /彩色（ 19i系列）液晶顯示屏和標(biāo)準(zhǔn)機床工程面板，集成進給軸接口、主軸接口 、手持單元接口、內(nèi)嵌式 PLC 接口于一體，采用大容量電子盤程序存儲方式支持CF卡、 DNC 、以太網(wǎng)、 USB 等程序交換功能主要適用于數(shù)控車，銑床和簡易加工中心的控制。具有高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高、價格低的特點： ? 最大聯(lián)動軸數(shù)為 3 軸。 ? 可選配各種類型的脈沖指令交流伺服驅(qū)動器或步進電機驅(qū)動器。 ? 配置標(biāo)準(zhǔn)機床工程面板不占用 PLC 的輸入 /輸出接口。 ? 配置 32路輸入接口和 24路功率放大光電隔離開關(guān)量輸出接口、手持單元接口、模擬主軸控制接口與主軸編碼器接