742 CA6140車床數(shù)控化改造
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開題報(bào)告1、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展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)。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。從此,傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。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。2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展的動(dòng)向(一)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀近年來我國(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。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)。 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,達(dá) 47.39 億美元,僅次于美國(guó)的 53.67億美元,消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng) 25%。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,達(dá)24.06 億美元,比上年增長(zhǎng) 27.3%。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。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。(二)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)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。2001 年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1.8 萬臺(tái),比上年增長(zhǎng) 28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2000 年的 17.4%提高到 2001 年的 22.7%。3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。 3、數(shù)控系統(tǒng)的趨勢(shì)1. 繼續(xù)向開放式、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。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)。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)。遠(yuǎn)程通訊,遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。2. 向高速化和高精度化發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。3. 向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計(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。(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。(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)庫為支撐,建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。(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。4、改造的必要性(一)微觀看改造的必要性從微觀上看,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。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。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。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。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。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"。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"。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)。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。6、 由以上五條派生的好處。如:降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床) ,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。(二)宏觀看改造的必要性從宏觀上看,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。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化) ,最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。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)家約落后 20 年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中,數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到 1995 年只有 1.9%,而日本在 1994 年已達(dá) 20.8%,因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。數(shù)控化改造的市場(chǎng)空間機(jī)床的數(shù)控制化改造是一個(gè)方興未的行業(yè),從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光明的,例如:"在美國(guó),日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家,它們的機(jī)床改造人作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè),生意盎然,正處在黃金時(shí)代。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。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè),也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看出:1.國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬臺(tái),而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬臺(tái),即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近 10 年來,我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.6~0.8 萬臺(tái),年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。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) 。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床,而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。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。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。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。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),從 1979~1988 年 10 年間,全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446 項(xiàng),大約 165.8 億美元。這些項(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。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因,設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),甚至癱瘓,使企業(yè)的效益受到影響,嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。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。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富,反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(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。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn),解決關(guān)鍵技術(shù)問題,就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn),爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。機(jī)床改造的效益分析提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個(gè)途徑:一是購買新的數(shù)控機(jī)床;二是對(duì)舊的機(jī)床進(jìn)行改造而對(duì)于一個(gè)機(jī)床擁有量大,經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國(guó)家來說,采用舊機(jī)床改造來提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個(gè)極其有效和使用的途徑,采用第二中方法有以下的優(yōu)點(diǎn):1、 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機(jī) 1ff8 床相比,一般可以節(jié)省 60%到 80%的費(fèi)用,改造的費(fèi)用大大減低。2、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。3、熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能,便于操作維修,購買的新設(shè)備,事先很難前面了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能,以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求,而改造則完全可以避免這種情況,并且大大縮短了對(duì)數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間,機(jī)床一旦改裝完成,很快就可以投入使用,見效較快。4、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。5、可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機(jī)床,往往對(duì)一個(gè)具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能,又可能缺少某一個(gè)專用的特殊功能,如向機(jī)床制造廠提出特殊定貨要求,增加某些特殊的加工要求,往往費(fèi)用大,交貨的日期又長(zhǎng)。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。6、可及時(shí)采用最新技術(shù),充分利用社會(huì)資源 由于技術(shù)進(jìn)步和我國(guó)機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展,目前已有眾多的疏忽資源支持機(jī)床方面的改造,如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副,且交貨期短;采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù),可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行,還可以使得刮研極容易,等等例子說明有一大批社會(huì)資源,可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度,及時(shí)地采用最新技術(shù)來提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率,提高設(shè)備質(zhì)量和檔次,將舊機(jī)場(chǎng)改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。5. 改造的內(nèi)容 普通車床(CA6140)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造,其內(nèi)容包括:總體方案的確定、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)計(jì)算(伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、主軸交流伺服電機(jī)的選擇、微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì))等。對(duì)普通車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造符合我國(guó)國(guó)情,即適合我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平,又是國(guó)內(nèi)許多企業(yè)提高生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化水平和精密程度的主要途徑,在我國(guó)有著廣闊的市場(chǎng)。從另一個(gè)角度來說,該設(shè)計(jì)既有機(jī)床結(jié)構(gòu)方面內(nèi)容,又有機(jī)加工方面內(nèi)容,還有數(shù)控技術(shù)方面的內(nèi)容,有利于將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用。雖然設(shè)計(jì)者未曾系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過機(jī)床設(shè)計(jì)的課程,但通過該設(shè)計(jì)拓寬了知識(shí)面,增強(qiáng)了實(shí)踐能力,對(duì)普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床都有了進(jìn)一步的了解。參考文獻(xiàn)1、 《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》 作者《 實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》編委會(huì)出版社:北京、兵器工業(yè)出版社 1995 年2、 《實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)》 作者《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》編委會(huì)出版社:北京出版社 1993 年3、 《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例》 作者:余英良出版社:機(jī)械工業(yè)出版社 1998 年4、 《數(shù)控加工程序編制》 作者:范炳炎出版社:航空工業(yè)出版社 1992 年5、 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