【正文】 .................................................25 致謝.................................................................................26 緒論隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高。因此對機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換，生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生。隨著微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來。但是目前我國在役機(jī)床總量約380萬臺，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11萬多臺，數(shù)控機(jī)床占有率不足3％，而一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家早已達(dá)到20％以上。機(jī)械制造業(yè)水平與發(fā)達(dá)國家相比相對落后，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平差距大，國際競爭力弱，影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。提高機(jī)床數(shù)控率有兩個(gè)途徑：一是增加新的數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，一次性投資大，目前各企業(yè)均有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替代是根本不可能的；二是對舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。制造技術(shù)和自動化水平的高低己成為一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，而其中最具代表性的就是數(shù)控機(jī)床。利用現(xiàn)有普通車床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺高效、多功能的數(shù)控車床，是一種盤活資金的有效途徑，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動化的行之有效的方法。 數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上機(jī)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(yán)峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。具體地說,這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面:(1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為5～8個(gè)月,占總周期的40%左右。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。(4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。為解決這些問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。但如果利用數(shù)控技術(shù)根據(jù)需要對現(xiàn)有機(jī)床加以改造，不僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動化，提高機(jī)床的加工精度，而且投資少、見效快，適合我國的生產(chǎn)力水平。 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對傳統(tǒng)的機(jī)床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機(jī)床電機(jī)的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 (2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； (3) 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；(4) 加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； (5)機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；(6) 機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強(qiáng)度改善勞動條件； (7) 對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 (10) 驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費(fèi)用低；機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；可以采用最新的控制技術(shù)；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點(diǎn)。我國數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。 我國是一個(gè)機(jī)床大國，有三百多萬臺普通機(jī)床。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。我國經(jīng)濟(jì)資源有限，國家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動化程度，比較符合我國的國情。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。所以說，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。普通車床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動鏈分別代替，具體體現(xiàn)為： Z軸：縱向電機(jī)→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。 　　改造后整個(gè)傳動鏈的傳動精度在保證機(jī)床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動裝置或平衡裝置。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。 改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對有特殊要求的機(jī)床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。機(jī)床的傳動精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中絲杠副選P4級即可滿足要求，特殊精密機(jī)床選P3級甚至更高。(a) (b)(c) (d)圖1 絲杠副軸承的布置?、?圖1－a中為一端固定，一端懸空的布置方式。 ?、?圖1－b中為一端固定，一端支承的布置方式。 1－d中為兩端固定的布置方式。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時(shí)的預(yù)拉伸量，否則會影響軸承壽命，同時(shí)也會因?yàn)轭A(yù)加負(fù)載得不易控制而增加電機(jī)的附加扭矩。因此在對其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤滑，充分保證其精度。一般對于小型車床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如C6150，床身長5米的車床，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的問題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問題，往往電機(jī)都要通過幾級減速來傳動。齒輪傳動中常用的方法有錯(cuò)齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。普通車床由主電動機(jī)經(jīng)皮帶傳動，經(jīng)主軸變速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動或自動變速獲得（9～24）級轉(zhuǎn)速，通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器組成。如需改動則要注意以下幾點(diǎn)： 　　如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤滑功能，則需對其增裝單獨(dú)普通電機(jī)加以驅(qū)動，避免液壓系統(tǒng)受到主電機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。 　　機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時(shí)往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對式光電碼盤，目前國內(nèi)常用的為增量式光電碼盤。刀架部分的改造 　　目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。 　　電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。 潤滑部分的改造 　　老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機(jī)床運(yùn)動的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 　　絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，