【正文】 減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。 (5) 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(zhǎng)時(shí)間無人看管加工。 (3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。(2) 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，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(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)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。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。 (3) 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 %%。 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。C6163型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)1 概 論 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史　　1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近年來我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，%。近年來我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。： (1) 新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。 (2) 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高。 ，%。 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)、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(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。(3) 引入故障診斷專家系統(tǒng)(4) 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。(1) 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。 (2) 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。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)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化。 (4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 (6) 由以上五條派生的好處。 　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落20年。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是一個(gè)永恒的課題。近10年來，～，年產(chǎn)值約為18億元。我國(guó)機(jī)床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60％以上）。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(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。 (2) 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng)　　我國(guó)自改革開放以來，很多企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造?！　∵@些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國(guó)外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長(zhǎng)時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新?！　∵@些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。b) 機(jī)械的穩(wěn)定性可靠 機(jī)床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。d) 可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購(gòu)新機(jī)時(shí)重新構(gòu)筑新基，同時(shí)工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。而采用改造方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設(shè)計(jì)改造成專用的數(shù)控機(jī)床。2 普通車床數(shù)控改造的可行性論證對(duì)于普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)遵循的原則是：在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能的少，以降低成本。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤(rùn)滑的開、關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C6163臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)車床的數(shù)控化控制。 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造(1) 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。(2)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測(cè)和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。經(jīng)過上序比較，由于所改造的C6163車床的目標(biāo)加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有：a) 可以全部自己設(shè)計(jì)制作b) 可以采用單板機(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制c) 可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動(dòng)跟據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求采用第一種設(shè)計(jì)方案。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。(2) 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除。 可行性論證 根據(jù)《自動(dòng)化制造系統(tǒng)》，可行性論證使用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告，是上級(jí)主管部門審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實(shí)施計(jì)劃，結(jié)論等。本改造設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C6136進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過8萬元。它具有一定的典型性和實(shí)用性。考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。由于MCS—51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。為了保證一定的傳動(dòng)精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。 運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。例如采用隙齒輪等?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差。例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。 總體方案框圖 圖31 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例 計(jì)算切削力橫切端面 查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P13頁式中——車床床身上加工最大直徑橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)的 式中 ——走刀方向的切削力（N） ——垂直走刀方向的切削力（N） 桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型(1) 計(jì)算牽引力橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考《》； 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中：，——切削分力（Ｎ） G——移動(dòng)部件的重量（N） 表11查得橫向溜板及刀架重力500N ——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取= K——考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 取K=(2) 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考《》P185P210 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁 式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位 n——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min） ——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/21/3 取 ——絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=6mm T——為使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000h ——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，(3) 螺母副的選型查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》附表Ａ2，可采用WD3006外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，其額定動(dòng)負(fù)載為9700N,精度等級(jí)按表317選為３級(jí)。　圖32計(jì)算如下:a) 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)b) 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖34,根據(jù)＝,D=30mm查出 可算出：　　　c) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量　　　　　　　因進(jìn)行了預(yù)緊d) 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形　　采用推力球軸承5204查閱《》,d=20mm,滾動(dòng)體直徑=,數(shù)量Z=13綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：〈定位精度(6) 穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載(N) 式中:E——材料彈性模量() I——截面慣性矩() L——絲桿兩軸承端距離(cm) ——絲桿支承方式系數(shù)，一端固定， 一般=,所以此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)````取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2: 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)齒數(shù) Z18452032分度圓d=mz36904064齒頂圓40944468齒根圓31853559齒寬(610)m20中心距6352 橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算，校核和選型(1) 初選步進(jìn)電機(jī)a) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁式中: ——脈沖當(dāng)量，取 ——進(jìn)給牽引力(N) ——步距角，初選雙拍制為 ——電機(jī)—絲桿傳動(dòng)效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為 b) 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩() c) 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩查表322如取五相十拍，則d) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動(dòng)頻率 式中:——最大切削進(jìn)給速度 ——最大快移速度 ——脈沖當(dāng)量，取 可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國(guó)內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)行類比的要求。(2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算