【正文】 bk ＝ 750 N/ m? 3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 39。 5)高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給 (運動 )。 3)微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾 珠運動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實現(xiàn)精確的微進給。 2)高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對溫度 與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下 ,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。 滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。 圖一 C6150 改造后系統(tǒng)傳動圖 普通車床的自動化改造 11 滾珠絲杠的設(shè)計計算與選用 滾珠絲杠 滾 珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。步進電動機經(jīng)同步帶輪傳動或直接傳動后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動 ，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。 普通車床的自動化改造 10 總體方案設(shè)計 由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。修理后已恢復其主要部件的精度。總體改造如下圖所示。拆掉普 通絲桿、光桿進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副 。這些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具 。經(jīng)過嚴密的計算和論證，選擇絲杠和驅(qū)動電機，根據(jù)使用要求，選擇系統(tǒng)配置和設(shè)計控制電路。 第 2 章 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設(shè)計 設(shè)計要求 設(shè)計基本思路 改造 C6150 車床的基本思路是把原來的機床進行大修，只保留機床導軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。 3．主軸脈沖發(fā)生器的安裝 4．刀架的選用 。 的設(shè)計和選用。 把所要加工的零件程序輸入到存儲器中，用到時直接調(diào)用即可，這樣一個人即可操作普通車床的自動化改造 9 兩臺機床，而且效率提高了好大，精度也會提高很高，會為廠帶來很大經(jīng)濟利益。而如果要新買一臺新的數(shù)控車床，一是總體成本太高，因為性價比不是太高，容易浪費資源，二是建材廠沒有工人精通數(shù)控 車床，所以要培訓工人一定又要花費很多時間影響生產(chǎn)進度。由于這是常年生產(chǎn)建材設(shè)備，所以所要加工的零件也需要很多。 在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn) 權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠 定基礎(chǔ)。當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終 難以有出頭之日。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品 。 強調(diào)市場需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機 (如量大面 廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等 )帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實現(xiàn)禁運和限制，“東芝事件”和“ 考克斯報告”就是最好的例證。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。大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。 ④ 安全防護 必須以安全為前提。 滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在 90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電 機啟動力矩。一般情況滑動絲杠應不低于 6 級，螺母間隙過大則更換螺母。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙 傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求，以保證機床加工精度。 ② 齒輪副 一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。 ① 滑動導軌副 對數(shù)控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。機床數(shù)控改造 時應盡量達到上述要求。 （ 2） 數(shù)控化改造的內(nèi)容 機床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點： 其一是恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復； 其二是 NC 化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù) 控系統(tǒng)，改造成 NC 機床、 CNC 機床； 其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進行更新； 其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（ Retrofitting）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(shè)備公司等。在美國、日本、德國，用數(shù)普通車床的自動化改造 7 控技術(shù)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)控改造的新的行業(yè)。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個 永恒 的課題。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后 20 年。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技 術(shù)改造。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。 由以上五條派生的好處。 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了 柔性自動化 。 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機 床提高 3～ 7 倍。 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。這也是一個極大的改造市場。 這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進時只注意引進設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術(shù)更新。 這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了應有的作用。 （ 2） 進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。用這種裝備加工出來的產(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，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。我國機床役齡 10 年以上的占 60％以上； 10 年以下的機床中，自動 /半自動機床不到 20％， FMC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占 60％以上）。近 10 年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為 ～ 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國 機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢， 2022 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 24. 06 億美元，比上年增長 27％ 。 2022 年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達 1. 8 萬臺，比上年增長 28. 5%，機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2022 年的 17. 4%提高到 2022 年的 22. 7%。 ③ 數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性 數(shù)控設(shè)備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高 ，所以對其安 全性和可操作性普通車床的自動化改造 5 有了更高的要求。簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自 動編程、智能化的人機界面等 。 ② 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展 的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括 在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如 加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成 。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值己達 6 OOOh 以上，伺服系統(tǒng) 的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。加工一薄壁飛機零 件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通銑床加 工需 8h。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公 司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。這些都對加工裝備提出了高速、高 精和高柔性的要求。在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加 工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5 大現(xiàn)代制造技 術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學 會 (CIRP)將其確定 21 世紀的中心研究方向之一。 ① 高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢 效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。 （ 2） 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制 造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成 為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè) (IT、汽車、輕工、醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越 重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。(3)自動控制技 術(shù) 。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù) 控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域 :(1)機械制造技術(shù) 。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國 實行封鎖和限制政策。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。 （ 1）數(shù)控技術(shù) 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn) 代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè) (如信息 技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè) )的使能 技術(shù)和最基本的裝備。由于制造過程是一個有多 變 量控制和加工工藝 綜 合 作用的 復雜 過程，包括 諸 如加工尺寸、形狀、 振 動、 噪聲 、 溫 度和 熱 變 形等各種 變化 因素 ， 因此 ，要實 現(xiàn) 加工過程的多 目 標 優(yōu) 化， 必須 采用多 變 量的 閉環(huán) 控制，在實時加工過程中動 態(tài)調(diào)整 加工過程 變 量。 ⑧ 開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成的 總 線 式 、 模 塊 化、 開 放 、 嵌 入 式 體系結(jié)構(gòu)， 便 于 裁 減 、 擴 展 和 升級 ，可組成不同 檔次 、不同 類 型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。 平 板 顯 示 器 (FPD)具有 科 技 含 量 高 、質(zhì)量 小 、體 積 小 、功 耗低 、 便 于 攜 帶等 優(yōu)點 ，可實 現(xiàn)超大 規(guī) 模顯 示，成為與 CRT 顯 示 器抗 衡 的 新興 顯 示 器 ，是 21 世紀 顯 示 器 主 流 。 目前 常用的圖形 交 互 式軟 件有 Master CAM、 Cimatron、 Pro/E、UG、 CAXA、 Solid Works、 CATIA等。圖形 交 互 式 編程系統(tǒng)是以計算機輔助設(shè)計 (CAD)軟 件為基礎(chǔ)， 首先 形成零件的圖形 文 件，然后 再 調(diào) 用數(shù)控編程 模 塊 ，自動編制加工程序，同時可動 態(tài)顯 示刀具的加工軌 跡 。 ⑥ 編程技 術(shù)自動化 隨著 數(shù)控加工技術(shù)的 迅 速發(fā) 展 ，設(shè)備 類 型的 增 多，零件品種的 增 加以及零件形狀的 日益 復雜 ， 迫 切需要速度快、精度 高 的編程，以 便 于對加工過程的直 觀 檢 查 。它可實 現(xiàn) 多坐標 聯(lián) 動加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 復 雜，加工精度、加工 效率 較普通加工中心 高 2～ 10 倍 。 ⑤ 結(jié)構(gòu)新型化 20 世紀 90 年 代一種完全不同于 原 來數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的 新 型數(shù)控機床 被 開 發(fā)成功。在數(shù)控技術(shù) 領(lǐng)域 ，實時 智 能控制的研究 和應用 正 沿著 幾 個主要分 支 發(fā) 展 ，如自 適 應控制、 模 糊 控制、 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡 控制、 專家 控制、 學 習 控制、 前饋 控制等。而 人 工 智 能， 則 試 圖用計算 模 型 實 現(xiàn)人類 的各種 智 能行為。 此外 數(shù)控技術(shù)的進 步 也 提供 了多軸控制和多軸 聯(lián) 動控制功能。 ③ 工藝復合化和多軸化 數(shù)控機床的工藝 復合 化，是指工件在一臺機床上裝 夾 后，通過自動換刀、 旋 轉(zhuǎn)主軸 頭 或 旋轉(zhuǎn)工作臺等各種 措 施，