【正文】 密輪廓控制技術(shù)及納米級分辨率數(shù)控系統(tǒng)的性能并加快其工程化。另一方面，超精密加工技術(shù)的深化研究，它的成果的下延將有助于需要量大的加工精度在亞微米級的高精密機(jī)床的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的mtbf值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的mtbf值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性四、 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析。　　(1)數(shù)控機(jī)床規(guī)格、精度的實(shí)用性。零件的尺寸決定機(jī)床的加工范圍；零件關(guān)鍵部位的精度決定了所選機(jī)床的精度等級。定位精度與傳動鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤差。重復(fù)定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點(diǎn)的穩(wěn)定性，傳動鏈剛性直接影響重復(fù)定位精度。選購時(shí)應(yīng)避免盲目追求高精度，注意機(jī)床精度與工件精度相匹配。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能, 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜, 而特定選擇的功能很貴。從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測、操作方式、接口形式和故障診斷等方面來衡量, 合理地選擇適合機(jī)床的可選功能,放棄可有可無或不實(shí)用的可選功能。因此在滿足使用要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的ATC, 以提高機(jī)床的可靠性和降低整機(jī)的價(jià)格。經(jīng)濟(jì)性往往是和實(shí)用性緊密相連的, 機(jī)床選得實(shí)用、經(jīng)濟(jì), 可避免不必要的浪費(fèi), 避免以高代價(jià)換來功能過多而又不實(shí)用的較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，避免在操作使用、維護(hù)保養(yǎng)等諸多方面帶來困難。同時(shí)還得考慮市場占有率, 市場占有率高的數(shù)控設(shè)備說明是旺銷產(chǎn)品, 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定, 一般不會有太多的質(zhì)量問題。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的主要優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)工序集中，從而提高生產(chǎn)率和加工精度，所以數(shù)控機(jī)床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。所以用于大批量生產(chǎn)的機(jī)床投資回報(bào)較快。機(jī)床利用率較低時(shí)，不僅要考慮設(shè)備的使用費(fèi)用，比如潤滑油、冷卻液、電力消耗等，還要計(jì)算設(shè)備折舊。所以沒有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低的中小型企業(yè)，在購置貴重?cái)?shù)控設(shè)備之前，一定要充分研究收回投資的周期?！　?. 穩(wěn)定可靠性。目前多數(shù)機(jī)床廠都采購成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進(jìn)行組裝。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直線導(dǎo)軌、主軸又分別來自德國和臺灣等地。五、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向　　，基于PC的第六代發(fā)展方向，基于PC的所具有的開放性的成本，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)廠家會走上這條路，至少采用PC機(jī)作為他的前端機(jī)來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)絡(luò)通訊等問題，由原有的系統(tǒng)擔(dān)任數(shù)控的任務(wù)，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)。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷深入和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。（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)以及加工的一般規(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)。（4）.智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置，可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。近10年來，～，年產(chǎn)值約為18億元。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/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(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，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。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名公司有：bertsche工程公司，orgbon機(jī)床公司等。（2）數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn)1）減小投資額，交貨期短，同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60%~80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低，特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯，一般大型機(jī)床改造，只要新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短，但有些情況比較特殊。2）機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限制，所利用的床身、立柱等機(jī)床件都是重而堅(jiān)固的鑄造件，兒不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高，質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年，但是受到后來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。4）可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改造成為今水平的機(jī)床。（1）步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電動機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)電液脈沖馬達(dá)等，由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠幅驅(qū)動執(zhí)行部件，只需控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動的位移量，速度和運(yùn)動方向，這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低易改裝成功。（3）交/直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置，它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)內(nèi)部部分元件的誤差，因此它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都比閉環(huán)系統(tǒng)簡單。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是依據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度，驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求。（1）滑動導(dǎo)軌幅對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有的普通車床的導(dǎo)向和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)，同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。（3）滑動絲杠和滾珠絲杠，絲杠的傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度，絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和0拖動扭矩要求，以保證機(jī)床的加工精度，一般情況滑動絲杠不低于6級，螺母間隙過大則應(yīng)更換螺母，采用滑動絲杠相對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，啟動力距和運(yùn)動時(shí)力距相近，因此可以滿足較高精度、零件加工要求。第二章 總體方案的制度與比較一、車床數(shù)控化改造的實(shí)踐準(zhǔn)備及資料收集在車床數(shù)控化改造這個工程設(shè)計(jì)之前進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對數(shù)控裝備的要求。二、數(shù)控化改造方案的制定通過閱讀資料及參觀成熟數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步擬定以下三個總體改造方案。1. 機(jī)械部分改造：保留原車床的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，也保留了原有車床的尾座及車身部分，但為了減化操作量，將原車床的刀架換為電動刀架。拆除原進(jìn)給箱中進(jìn)給傳動鏈內(nèi)容，改用步進(jìn)電機(jī)作動力源，經(jīng)齒輪減速組傳遞動力，驅(qū)動滾珠絲杠，帶動刀架作縱向進(jìn)給，由此構(gòu)成簡易的開環(huán)控制系統(tǒng)。2. 數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)此方案中采用MCS51系列中單片機(jī)作為核心芯片，設(shè)計(jì)了一個能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)運(yùn)算的數(shù)控系統(tǒng)，它能完成設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求的各項(xiàng)功能。改造周期短，見效快、成本低是此方案的亮點(diǎn)，但其自動化控制程度低，一般適用于生產(chǎn)線上工序較穩(wěn)定的零件的加工。保留了原車床的尾座及床身部分。采用液壓尾座、液壓卡盤，實(shí)現(xiàn)工件的快速夾持，以利于提高生產(chǎn)率。：選用成熟的華中系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件合理配置來實(shí)現(xiàn)控制功能。 但它對原車床改動量太大，必然使其改造周期延長，改造費(fèi)用大幅上升，改造的經(jīng)濟(jì)性下降，影響它的實(shí)施。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服電機(jī)作主電機(jī)替代原主電機(jī)，并配置相應(yīng)的變頻調(diào)速裝置，以此實(shí)現(xiàn)寬范圍無極平滑變速，其它機(jī)械方面與設(shè)計(jì)方案二相同。三、C6150臥式車床數(shù)控化改造總體方案的比較與選擇此次設(shè)計(jì)是在普通車床上增加數(shù)顯裝置