2044 C616臥式車(chē)床數(shù)控化改造

2044 C616臥式車(chē)床數(shù)控化改造,c616,臥式,車(chē)床,數(shù)控,改造 C616 臥式車(chē)床數(shù)控化改造一、緒論(一)數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀1.數(shù)控設(shè)備近年來(lái)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)己有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)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)。1 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 [1]，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(mǎn)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(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)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。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位例如:全長(zhǎng) 33 公里的上海磁懸浮快速列車(chē)線(xiàn)，是“十五”期間國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車(chē)線(xiàn)的 2550 根軌道梁是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對(duì)加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。去年年初，沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼廠(chǎng)以工期 6 個(gè)月、標(biāo)的 6200 萬(wàn)元在磁懸浮軌道專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開(kāi)招標(biāo)中折桂，并于 8 月底將一次性驗(yàn)收合格的 8 臺(tái)數(shù)控鏗銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線(xiàn)一次試車(chē)成功，目前這套銑 M 加工中心已加工出軌道梁 1100 根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實(shí)現(xiàn)今年年底試車(chē)打下了良好的基礎(chǔ)。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(wàn)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%[2]。3.數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破近年來(lái)通過(guò)政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái);煙臺(tái)第二機(jī)床附件廠(chǎng)開(kāi)發(fā)了為數(shù)控機(jī)床配套的多種動(dòng)力卡盤(pán)和過(guò)濾排屑裝置;濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)公司的數(shù)控龍門(mén)幢銑床、數(shù)控落地鏗銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等 30多個(gè)系列 100 多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。2.國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析1.國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床1998 年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70%，我國(guó)為 60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢(shì)已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專(zhuān)用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。2.國(guó)外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化己成為必然的趨勢(shì)和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠(chǎng)的車(chē)間只是時(shí)間的問(wèn)題。從另一角度來(lái)看，目前流行的 ERP 即工廠(chǎng)信息化對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，僅僅局限于通常的管理部門(mén)(人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷(xiāo))或設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠(chǎng)、車(chē)間的最底層加工設(shè)備—數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠(chǎng)信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP 就比較“虛”沒(méi)有能夠真正地解決制造工廠(chǎng)的最關(guān)鍵的問(wèn)題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代制造工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例;第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠(chǎng)、車(chē)間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無(wú)阻。以 FANUC 和西門(mén)子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的 RS232 接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國(guó)外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。3.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)1.數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主向普及型為主轉(zhuǎn)變 據(jù)預(yù)測(cè)分析，到 2005 年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為 9.5%-10.36%，到 2010 年將達(dá)到 16.5%-19.27%。經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長(zhǎng)，高級(jí)型的需求緩慢增長(zhǎng)。2.數(shù)控金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點(diǎn)，將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求增長(zhǎng)，這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場(chǎng)消費(fèi)量中各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)成比。3.數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元(系統(tǒng))方向發(fā)展目前歐、美、日等國(guó)應(yīng)用 DNC 己很普遍，柔性制造單元己占數(shù)控機(jī)床銷(xiāo)售量的 30%以上。而我國(guó) FMC, FMS 和 FML 的擁有量不足 50 套，相當(dāng)于日本 80 年代的水平，占數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額不到 5%。4.出口前景良好1998 年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額徘徊在 5 億美元左右，2000 年上升到 7.85 億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和鞏固，以及我國(guó)加入 WTO，今后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到 2005年出口創(chuàng)匯可達(dá)到 12 億美元 [3]。4.入世對(duì)中國(guó)機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊加入 WTO 后，外資對(duì)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1.部分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受到?jīng)_擊 在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更為突出:一是在國(guó)內(nèi)處于市場(chǎng)成長(zhǎng)期、外方掌握專(zhuān)有技術(shù)并處于壟斷地位的技術(shù)密集型行業(yè)，如燃?xì)廨啓C(jī)、直流輸關(guān)鍵設(shè)備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機(jī)、機(jī)電一體化的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)附配件等;二是單靠有限市場(chǎng)難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球市場(chǎng)支撐的行業(yè)，如高壓開(kāi)關(guān)、大型變壓器、高檔科學(xué)儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等;三是國(guó)內(nèi)外制造成本相差較大、外方享有明顯的品牌優(yōu)勢(shì)、在華設(shè)廠(chǎng)可以在世界市場(chǎng)獲取豐厚利潤(rùn)的勞動(dòng)密集型或易于流通的裝配型產(chǎn)品行業(yè)，如照相機(jī)、復(fù)印機(jī)、部分工業(yè)和民用儀表、高品質(zhì)低壓電器等。2.工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)隨著服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域?qū)ν忾_(kāi)放，實(shí)力雄厚的國(guó)外公司可能更積極地到國(guó)內(nèi)舉辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務(wù)的工程公司，以其母公司產(chǎn)品為后盾，以熟悉國(guó)內(nèi)情況的中方雇員為業(yè)務(wù)骨干，與我內(nèi)資企業(yè)展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。3.我國(guó)機(jī)械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制由于外資在華機(jī)械企業(yè)主要承擔(dān)制造車(chē)間的角色，技術(shù)來(lái)源主要依靠其母公司，而原本就實(shí)力有限的內(nèi)資企業(yè)在完全開(kāi)放的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中堅(jiān)持自行研制開(kāi)發(fā)將冒很大風(fēng)險(xiǎn)，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn)品的形象，多數(shù)內(nèi)資企業(yè)將盡可能與外方合作，采用國(guó)際同行的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。4.處于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)環(huán)境趨于嚴(yán)峻由于國(guó)外企業(yè)將更加不愿轉(zhuǎn)讓技術(shù)，更愿意通過(guò)在華舉辦由他們控制的企業(yè)來(lái)與內(nèi)資機(jī)械企業(yè)爭(zhēng)奪中國(guó)用戶(hù)的訂單，國(guó)內(nèi)用戶(hù)也有了更多的便利采購(gòu)?fù)赓Y產(chǎn)品，從而部分處于成長(zhǎng)初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。(二)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(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)” 。制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)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(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)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(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)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(jī)械制造技術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動(dòng)控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù);(5)傳感器技術(shù);(6)軟件技術(shù)等。1.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@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(shì) [4]。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。1.高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢(shì)效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)將其確定為 21 世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn) 30 萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一;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(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/min 左右。目前世界上許多汽車(chē)廠(chǎng)，包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線(xiàn)部分替代組合機(jī)床。美國(guó) CINCINNATI 公司的 HyperMach 機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為 100m/min，加速度達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速己達(dá) 60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)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;德國(guó) DMG 公司的雙主軸車(chē)床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000r/mm 和 1g。在加工精度方面，近 10 年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 100um 提高到 51um，精密級(jí)加工中心則從 3-5um，提高到 1-1.5um，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)(O.O1um)。在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達(dá) 6 OOOh 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。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線(xiàn)電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。2.5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1 臺(tái) 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于 2 臺(tái) 3 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5 軸聯(lián)動(dòng)加工可比 3 軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因 5 軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比 3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類(lèi)型 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床(含 5 面加工機(jī)床)的發(fā)展。新日本工機(jī)的 5 面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó) DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下5 面加工和 5 軸聯(lián)動(dòng)加工，可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD/CAM 直接或間接控制 [5]。3.智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)21 世紀(jì)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(gè)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(guò)程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等;簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等:還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題。目前許多國(guó)家對(duì)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國(guó)的 NGC 歐共體的 OSACA、日本的 OSEC，中國(guó)的 ONC 等。數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠(chǎng)家和最終用戶(hù)，通過(guò)改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對(duì)象(數(shù)控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶(hù)的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制。系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國(guó)內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在 EM02001 展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center"(智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱(chēng) CPC)[6] ;日本大限(Okuma)機(jī)床公司展出“IT plaza"(信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱(chēng) IT 廣場(chǎng));德國(guó)西門(mén)子(Siemens)公司展出的。4.重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立(1)關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)規(guī)范如前所述，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國(guó)、歐共體和日本等國(guó)紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC, OSACA, OSEC)的研究和制定，世界3 個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來(lái)臨。我國(guó)在 2000 年也開(kāi)始進(jìn)行中國(guó)的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。(2)關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于工 S06983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G, M代碼描述如何(how)加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他己越來(lái)越不能滿(mǎn)足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) IS014649 (STEP-NC)[7]，其目的是提供一種不依賴(lài)于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。STEP-NC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC 提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC 加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC 以及歐洲 OSACA-NC 數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。5.數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性數(shù)控設(shè)備是集機(jī)電一體化的產(chǎn)品，由于其自動(dòng)化程度高，所以對(duì)其安全性和可操作性有了更高的要求。2.對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)1.我國(guó)在數(shù)控技術(shù)方面所取得的成績(jī)我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于 1958 年，近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為 3 個(gè)階段:第一階段從 1958 年到 1979 年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國(guó)家的“六五” 、 “七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開(kāi)放和國(guó)家的重視，以及研究開(kāi)發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。第三階段是在國(guó)家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。在此階段，我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在 “九五”末期，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)50%，配國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了 10%?？v觀(guān)我國(guó)數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過(guò) 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來(lái)看取得了以下成績(jī) [8]。(1)奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)我國(guó)現(xiàn)在己基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)控主機(jī)、專(zhuān)機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。(2)初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)。蘭州電機(jī)廠(chǎng)、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)以及北京第一機(jī)床廠(chǎng)、濟(jì)南第一機(jī)床廠(chǎng)等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)。這些生產(chǎn)廠(chǎng)基本形成了我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。(3)建立了一支數(shù)控研究、開(kāi)發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)高端數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國(guó)的發(fā)展速度很快，但橫向比(與國(guó)外對(duì)比)不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。2.從國(guó)際上來(lái)看，對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)(1)技術(shù)水平上，與國(guó)外先進(jìn)水平大約落后 10^15 年，在高精尖技術(shù)方面則更大。(2)產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，還沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn);功能部件專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低;外觀(guān)質(zhì)量相對(duì)差;可靠 l 性不高，商品化程度不足;國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶(hù)信心不足。(3)可持續(xù)發(fā)展的能力上，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)、工程化能力較弱;數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng);相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究、制定滯后。3.存在差距的主要原因(1)認(rèn)識(shí)方面對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足;對(duì)市場(chǎng)的不規(guī)范、國(guó)外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足;對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。(2)體系方面從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候少;沒(méi)有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。(3)機(jī)制方面不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線(xiàn)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。(4)技術(shù)方面企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。(三)對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考1.戰(zhàn)略考慮我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯” 。我們以資源、環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)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(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制， “東芝事件”和“考克斯報(bào)告” [9]就是最好的例證。2.發(fā)展策略從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)(如量大面廣的數(shù)控車(chē)床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等)帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品;當(dāng)然，沒(méi)有規(guī)模中國(guó)的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶(hù)的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣(mài)得掉”為目標(biāo)，以解決國(guó)家之急需。在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。(四)設(shè)備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀目前，關(guān)于設(shè)備改造方面的報(bào)道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在:1.根據(jù)用戶(hù)的需求可以選擇不同的數(shù)控系統(tǒng)。2.根據(jù)要求可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造，也可以進(jìn)行智能化數(shù)控設(shè)備改造。不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿(mǎn)足用戶(hù)的基本使用需求。但目前對(duì)車(chē)床的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造。在改造過(guò)程中，主要沿用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的外部接線(xiàn)要求進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)，沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，不能結(jié)合實(shí)際應(yīng)用解決當(dāng)前同類(lèi)設(shè)備存在的問(wèn)題，比如:現(xiàn)在的設(shè)備普遍采用正邏輯控制，當(dāng)限位保護(hù)電路，如發(fā)生電路開(kāi)路或接觸不良時(shí)，不會(huì)立即報(bào)警，容易造成事故。針對(duì)目前同類(lèi)數(shù)控設(shè)備使用中存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究和分析系統(tǒng)特性，在改造設(shè)備時(shí)所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開(kāi)路或接觸不良時(shí)會(huì)立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生;設(shè)定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。這一技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。另外，我們知道車(chē)床加工的主要任務(wù)是承擔(dān)軸類(lèi)、套類(lèi)、盤(pán)類(lèi)等零件的加工。成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的 4 個(gè)要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閉值的大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述 4 個(gè)方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣(mài)方市場(chǎng)已轉(zhuǎn)向以市場(chǎng)需求為中心,用戶(hù)為主導(dǎo)的買(mǎi)方市場(chǎng)，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境;其次，衡量企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝備及制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)在快速多變的市場(chǎng)環(huán)境中對(duì)用戶(hù)驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當(dāng)產(chǎn)品的品種的需求發(fā)生變化時(shí)，它們?nèi)阅茉跐M(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時(shí)，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)主要目標(biāo)。因而作為評(píng)定數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)也將由傳統(tǒng)的工作精度和切削能力改為用高效柔性和高精化的程度來(lái)衡量。高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下的兩個(gè)最主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。如何達(dá)到上述要求，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)的柔性化，達(dá)到操作的簡(jiǎn)便易行，在改造過(guò)程中利用成組技術(shù)，來(lái)把單件多品種生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成變品種的批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)共用化的程序存入系統(tǒng)，減少編程的麻煩，提高了加工效率。這一創(chuàng)新思路是目前市場(chǎng)上沒(méi)有的，該技術(shù)己申請(qǐng)專(zhuān)利。同時(shí)采用無(wú)級(jí)變速方式，使其轉(zhuǎn)速提高到2000r/min，實(shí)現(xiàn)了高速化。(五)本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容對(duì)已報(bào)廢的兩臺(tái) C616 普通廢舊車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造。通過(guò)改造，其目的就是要?jiǎng)?chuàng)新一些技術(shù)，以便進(jìn)行推廣。課題組接到任務(wù)后，認(rèn)真仔細(xì)的研究改造方案，分析現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床容易出現(xiàn)安全性故障的原因，經(jīng)過(guò)反復(fù)的論證，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開(kāi)路或接觸不良時(shí)會(huì)立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生;設(shè)定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。合理的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，利用原機(jī)床的電機(jī)作為主電機(jī)，節(jié)約了購(gòu)買(mǎi)電機(jī)的費(fèi)用。要求改進(jìn)后的設(shè)備能提高精度達(dá)到數(shù)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB2670-82) [10]，同時(shí)滿(mǎn)足操作方便，對(duì)使用人員要求不高的要求。1.主要研究?jī)?nèi)容1. C616 車(chē)床數(shù)控化改造總體機(jī)械部件設(shè)計(jì)。2.主要部件的設(shè)計(jì)和選用。3.創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床限位保護(hù)裝置。使設(shè)備發(fā)生電路開(kāi)路或接觸不良時(shí)，應(yīng)立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生，提高設(shè)備使用的安全性。4.設(shè)計(jì)雙限位保護(hù)開(kāi)關(guān)，使刀架在特定的位置不能換刀。5.滿(mǎn)足設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)。6.對(duì)完成改造后的機(jī)床進(jìn)行安裝、調(diào)試，使其達(dá)到用戶(hù)使用要求。二、 西門(mén)子 802S 數(shù)控系統(tǒng)介紹(一)西門(mén)子 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的 802S 數(shù)控系統(tǒng)是一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。它采用 32 位的微處理器(AM486DE2 )、集成 PLC，分離式小尺寸操作面板、液晶顯示器和機(jī)床控制面板。802S 可以控制 2-3 個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給軸和一個(gè)主軸。802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能如下:1.線(xiàn)性插補(bǔ)軸最多 3 軸(開(kāi)環(huán))。2.一個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)的主軸，具有主軸編碼器反饋接口 [11]。3.PLC 模塊具有 16 個(gè)輸入點(diǎn)和 16 個(gè)輸出點(diǎn)，經(jīng)擴(kuò)展可以達(dá)到 64 個(gè)輸入點(diǎn)和 64 個(gè)輸出點(diǎn)。4.支持中/英文轉(zhuǎn)換。5.螺距補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償。6.具有故障報(bào)警信息顯示和診斷數(shù)據(jù)顯示。7.支持車(chē)削循環(huán)和銑削循環(huán)。8.刀具補(bǔ)償功能。9.螺旋插補(bǔ)功能。10.用戶(hù)程序存儲(chǔ)器 256K.11.可以擴(kuò)展兩個(gè)電子手輪。12.通過(guò)特定的參數(shù)設(shè)置可以獲得示教功能。(二)系統(tǒng)配置方案研究1.西門(mén)子 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置802S 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接2.系統(tǒng)配置方案研究根據(jù)用戶(hù)使用要求，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的分析計(jì)算，確定系統(tǒng)配置如下:1.按照用戶(hù)的要求，選用 802SSNC 系統(tǒng)，含顯示和操作面板。2.根據(jù) Z 軸的進(jìn)給功率要求，通過(guò)計(jì)算，選擇 12N.M 的步進(jìn)電機(jī)。3.X 軸和 Z 軸驅(qū)動(dòng)器，選用 SETP DRIVE C 型驅(qū)動(dòng)器。4.主軸變頻器采用 ATV 28HU90N4 變頻器。5.主軸編碼器采用 1024 線(xiàn)變頻器。6.采用 100VA 的系統(tǒng)電源隔離變壓器。7.系統(tǒng)電源采用 24V/4. 5A 電源。8.主電機(jī)仍采用原來(lái)舊機(jī)床的電機(jī)。9.選用 LD4-CK6132 電動(dòng)刀架。具體情況如表 2-1 所示。表 2-1 系統(tǒng)配置序名稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)備注 1 NC 802S I 含顯示、操作面板2 步進(jìn)電機(jī) 9N.m 1 X 軸 3 步進(jìn)電機(jī) 12N.m 1 Z 軸 4 驅(qū)動(dòng)器 SETP DRIVE C 1 5 驅(qū)動(dòng)器 SUP DRIVE C 1 6 變頻器 TV 28HU90N4 I 7 主軸編碼器 1024 線(xiàn) 1 8 系統(tǒng)電源隔離變壓器 1 OOVA 1 9 系統(tǒng)電源 24V/4.5A 1 要求無(wú)關(guān)機(jī)蕩機(jī) 10 主軸電機(jī) 1 11 油泵電機(jī) 1 12 電動(dòng)刀架 1 三、 控制電路設(shè)計(jì)(一)電路設(shè)計(jì)1.主軸電路C616 數(shù)控車(chē)床主軸采用變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)調(diào)速，去除機(jī)床原有的主軸變速箱，可以獲得更好的操作性能和切削性能。1.變頻器采用德國(guó) Schneider Electric 公司的 Altivar 28 通用變頻器，型號(hào)為ATV 28HU90N4，功率 5.5KW。2.802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓為‘DC-1OV—1OV。其中 0—lOV為主軸正轉(zhuǎn)速度控制(執(zhí)行 M3 指令)，0—-10V 為主軸反轉(zhuǎn)速度控制(執(zhí)行 M4 指令)。而變頻器的速度控制電壓為 0—+lOV，其正/反轉(zhuǎn)由變頻器的 1/O 端口輸入的狀態(tài)控制。如果直接把數(shù)控系統(tǒng)的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器連接，將導(dǎo)致變頻器不能識(shí)別反轉(zhuǎn)控制電壓而不能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。電路 KA 1, KA2用于控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，KA3 用于對(duì)速度控制電壓的極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證變頻器的速度控制電壓在反轉(zhuǎn)時(shí)也為 0-+1 OV。3.變頻器故障報(bào)警輸出變頻器的故障報(bào)警輸出作為系統(tǒng)的報(bào)警輸入，如果主軸出現(xiàn)過(guò)流、短路、過(guò)熱等故障時(shí)均可及時(shí)停止系統(tǒng)的運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(二)X、Z 軸限位和參考點(diǎn)返回電路1.x、z 軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯經(jīng)過(guò)分析現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的限位控制電路的缺陷，研制出一種新的限位控制方式，即負(fù)邏輯控制。其基本思路是:使用限位行程開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)沒(méi)有壓下時(shí) I/0 點(diǎn)與 24V 接通，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)被壓下 1/O 點(diǎn)與 24V 斷開(kāi)，機(jī)床限位。這種接法消除因線(xiàn)路開(kāi)路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。采用負(fù)邏輯輸入的方法，這樣有利于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。如果機(jī)床的電路采用傳統(tǒng)的繼電器、接觸器等元件實(shí)現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負(fù)邏輯，因?yàn)樗麜?huì)導(dǎo)致部分繼電器、接觸器處于始終通電狀態(tài)。這會(huì)造成損耗大、元件升溫、壽命縮短等問(wèn)題，并且元件間機(jī)械接觸，還會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)等因素造成誤動(dòng)作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)以上問(wèn)題。本次數(shù)控改造使用的數(shù)控系統(tǒng)為西門(mén)子 802S 數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件、硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。硬件連接數(shù)控機(jī)床中 PLC 的輸入點(diǎn)有以下兩種連接方法，其中圖 3-2 所示的連接方法是正邏輯輸入，其原理是:當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)超程時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān) SQ1, SQI 閉合 PLC 內(nèi)的光電藕合器件得電，PLC 認(rèn)為該點(diǎn)的邏輯值為“1"，信號(hào)有效，PLC 執(zhí)行相關(guān)操作。這種方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)從+24V 端子到 PLC 輸入點(diǎn)之間的線(xiàn)路接觸不良或開(kāi)路則會(huì)造成 SQI 無(wú)效 (即使 SQI 被壓下閉合)，而導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)重大事故 [12]。圖 3-1 負(fù)邏輯輸入 圖 3-2 正邏輯輸入（1）圖 3-1 所示的是負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號(hào)輸入使用行程開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)在正常情況下 SQI 是閉合的，該輸入點(diǎn)的邏輯值為“1"，當(dāng) SQI 被壓下斷開(kāi)時(shí)輸入點(diǎn)邏輯值為“0"。這時(shí)要求通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置或修改 PLC 程序把該點(diǎn)邏輯值“1”設(shè)定為無(wú)效狀態(tài)，而邏輯值“0”設(shè)定為有效狀態(tài)。如果從+24V 端子到 PLC 的輸入點(diǎn)之間的線(xiàn)路出現(xiàn)開(kāi)路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，必須在電路連接良好的情況下機(jī)床才能正常運(yùn)行。這種方法排除了因限位電路開(kāi)路而造成故障的可能性，機(jī)床的安全性得到提高。軟件設(shè)置負(fù)邏輯需要把邏輯“1”改為無(wú)效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)，其方法有兩種:第一，在 PLC 編程時(shí)通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)。第二，通過(guò)設(shè)定機(jī)床參數(shù)實(shí)現(xiàn)。（2）在兩種方法中，要求數(shù)控系統(tǒng)具有可以對(duì)其 PLC 輸入、輸出端口的邏輯有效狀態(tài)進(jìn)行修改的功能。西門(mén)子的 SINUMERIK 802S 數(shù)控系統(tǒng)具有此功能。本次改造對(duì)限位等影響機(jī)床安全的輸入點(diǎn)采用負(fù)邏輯就是采用的第 2 種方法。(3)采用負(fù)邏輯存在的問(wèn)題及對(duì)對(duì)策數(shù)控機(jī)床的 PLC 輸入點(diǎn)采用負(fù)邏輯輸入的方法使輸入電路中的光電禍合器的發(fā)光二極管長(zhǎng)期處于通電狀態(tài)。但是由于該發(fā)光二極管的工作電流很小(只有幾毫安，輸入電路只消耗幾十毫瓦)，因此系統(tǒng)的功耗的增加對(duì)功率幾千瓦的機(jī)床來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，同時(shí)發(fā)光二極管是冷光源，也不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱。光電藕合器的工作壽命大于 10 萬(wàn)小時(shí)，以每臺(tái)機(jī)床每天連續(xù)工作 12 小時(shí)計(jì)，可以保證機(jī)床正常工作 20 多年，對(duì)機(jī)床的壽命也不會(huì)造成影響。2.參考點(diǎn)返回采用雙開(kāi)關(guān)方式用行程開(kāi)關(guān)做參考點(diǎn)返回減速開(kāi)關(guān)，用接近開(kāi)關(guān)作為參考點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)。在各軸返回參考點(diǎn)時(shí)，先高速運(yùn)動(dòng)到參考點(diǎn)返回減速開(kāi)關(guān)，將其壓下后反向慢速逼近參考點(diǎn)，到參考點(diǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)后完成參考點(diǎn)返回。由于這種方法使各軸在達(dá)到參考點(diǎn)前速度較低(可通過(guò)參數(shù)設(shè)定改變)，所以精度較高并且可以消除絲杠的反向間隙。3.電動(dòng)刀架控制電路電動(dòng)刀架的刀位檢測(cè)霍爾元件為輸出電路為集電極開(kāi)路輸出方式，不能與數(shù)控系統(tǒng)直接相連，需要在各刀位檢測(cè)電路輸出端添加集電極上拉電阻。如圖3-3 所示。圖 3-3 刀架電路4.驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接如圖 3-4 所示，連接電纜采用數(shù)控系統(tǒng)配置的專(zhuān)用動(dòng)力電纜。圖 3-4 驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接圖為保證步進(jìn)電機(jī)的相序準(zhǔn)確，必須按照系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)的要求連接，否則步進(jìn)電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)器所使用的 85V 交流電源由 380V 交流電驅(qū)動(dòng)變壓器壓降壓產(chǎn)生，為克服步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)大電流的沖擊，驅(qū)動(dòng)變壓器必須有足夠的功率余量，實(shí)際改造中選用的是 1.5KVA 的變壓器。為防止電源干擾，在驅(qū)動(dòng)變壓器原邊與副邊之間繞有屏蔽層并接地。驅(qū)動(dòng)器與數(shù)控系統(tǒng)之間的連接電纜由于深入強(qiáng)電柜，因此要求有良好的抗電磁干擾性能，一般采用西門(mén)子系統(tǒng)廠(chǎng)商提供的屏蔽多芯雙絞電纜，但其長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足要求，換用了同規(guī)格的自購(gòu)電纜也可以滿(mǎn)足要求。5.系統(tǒng)接地電路接地包括系統(tǒng)電源接地和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接地。分別如圖 3-5 ,圖 3-6所示。圖 3-5 系統(tǒng)電源接地良好合理的接地是系統(tǒng)可靠工作的重要保證。為提高系統(tǒng)抗干擾能力各須接地的設(shè)備均通過(guò) 1Omm2的接地線(xiàn)直接與接地排相連，地線(xiàn)排再通過(guò) 16mm2的接地線(xiàn)與電源系統(tǒng)的地線(xiàn)相連接。這種接地方法可以抑制各設(shè)備間的共態(tài)干擾。圖 3-5、圖 3-6 是系統(tǒng)主機(jī)、驅(qū)動(dòng)的接地示意圖，其他各部分的接地在電路圖中有詳細(xì)的描述。圖 3-6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接地(三)機(jī)床參數(shù)設(shè)置1.通用機(jī)床數(shù)據(jù)根據(jù)機(jī)床使用要求和電路設(shè)計(jì)情況，進(jìn)行機(jī)床參數(shù)設(shè)置。(四)控制元件清單根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所采用的控制元件清單如表 3-1 所示表 3-1 元件清單序號(hào) 元件名稱(chēng) 規(guī)格 數(shù)量 備注1 802S 數(shù)控系統(tǒng) X 軸 9N.M,Z 軸12N.M 2 套 主機(jī)、操作面板、驅(qū)動(dòng)單 元、步進(jìn)電機(jī)2 航空插件 16P 43 28P 84 10P 強(qiáng)電5 繼電器 兩組觸點(diǎn) 206 空氣開(kāi)關(guān) DZ47-380V/20A 2 3P7 DZ47-380/15A 2 3P8 DZ47-380/2A 6 3P9 DZ47-380/10A 2 1P10 DZ47-380/8A 2 1P11 DZ47-380/5A 4 1P12 DZ47-380/20A 2 1P13 接觸器 CJT1-380V/20A 2 主電源14 CJT1-380V/10A 6 刀架及冷卻15 起停按鈕 紅色、綠色 416 急停開(kāi)關(guān) 紅色 417 小按鈕 紅色、綠色 418 三相吸收器 619 變壓器 220V/85V 1.5KW 2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電源20 380V/24V 100W 2 照明21 導(dǎo)線(xiàn) 黑色26m25m22 黃綠相間1010m 接地線(xiàn)23 藍(lán)色21 圈24 藍(lán)色m1 圈25 電纜 4 芯 210m26 4 芯 15m27 15 芯 屏蔽2.0線(xiàn) 3m28 30 芯 2.m25m29 風(fēng)扇 /35W30?2 強(qiáng)電阻散熱30 風(fēng)扇 /35W152 操作柜散熱31 熱縮管32 線(xiàn)號(hào)管33 電源指示燈 紅色 234 蜂鳴器 2 聲音報(bào)警35 線(xiàn)槽 、m650?1220m36 卡軌 L:600mm 5 固定元件(五)控制電路安裝接線(xiàn)圖機(jī)床外部控制電路的安裝和接線(xiàn)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，要保障外部干擾小。我們采用了機(jī)床電氣控制柜與主機(jī)分離，同時(shí)選用了屏蔽線(xiàn)連接，達(dá)到了很好的屏蔽效果。各電路安裝連接線(xiàn)圖在此不再提供。四、 數(shù)控車(chē)床總體改造方案及機(jī)械部分設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)基本思路改造 C616 車(chē)床的基本思路是把原來(lái)的機(jī)床進(jìn)行大修，只保留機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。帶之以滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)，用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的計(jì)算和論證，選擇絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)使用要求，選擇系統(tǒng)配置和設(shè)計(jì)控制電路，布置各傳感器。數(shù)控系統(tǒng)采用國(guó)際通用的 SIEMENS 系統(tǒng)，可靠性好，功能強(qiáng)大。并根據(jù)用戶(hù)的要求設(shè)計(jì)了新穎的外觀(guān)。該設(shè)備改造后取名“CK616A 數(shù)控車(chē)床” 。2.設(shè)備改造前后各項(xiàng)性能指標(biāo)各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到 JB2670-82 標(biāo)準(zhǔn)。改造前后的設(shè)備情況如下:C616 改裝前的主要參數(shù):床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 320mm最大工件長(zhǎng)度 750mm刀架以上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 175mm主軸轉(zhuǎn)速種數(shù)正反轉(zhuǎn)各 12 種主軸轉(zhuǎn)速范圍 45-1980 轉(zhuǎn)/分主軸每轉(zhuǎn)刀架進(jìn)給量范圍橫向 0.04-2.45mm縱向 0.06-3.34mmC616 改裝后的主要參數(shù):主軸轉(zhuǎn)速:無(wú)級(jí)調(diào)速 10-2000r/min脈沖當(dāng)量 X 軸 0.001 mmZ 軸 0.001 mm行程:X 軸 1 l ommZ 軸 650mm最大工件直徑:200mm最大工件長(zhǎng)度:500mm(二)改造方案的確定C616 車(chē)床主要用于對(duì)中小型軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有:控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速;刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具:冷卻泵、潤(rùn)滑泵的啟停 ;加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С獭＿@些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象。察看 C616 車(chē)床及有關(guān)資料，并且參照數(shù)控車(chē)床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體改造方案為:①對(duì)機(jī)床的改造部位是 :拆掉手動(dòng)刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架;拆掉普通絲桿、光桿進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副;主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋使用;②數(shù)控系統(tǒng)選用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的 SIEMENS802S 數(shù)控系統(tǒng):③ 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于改造設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控，所以在考慮具體方一案時(shí)，基本原則是在滿(mǎn)足需要的前提下，對(duì)于機(jī)床盡可能減小改動(dòng)量，以降低成本。總體改造如圖 4-1 所示。圖 4-1 總體改造方案對(duì)該機(jī)床進(jìn)行機(jī)械修理以便恢復(fù)機(jī)械精度要求，修理的主要目的是恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、拖板的精度，撤除機(jī)床主軸箱和溜板箱內(nèi)的傳動(dòng)部件以及傳動(dòng)絲杠，只保留導(dǎo)軌、主軸、溜板、尾座。修理后己恢復(fù)其主要部件的精度。1.設(shè)計(jì)目的利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.006mm/脈沖，橫向脈沖為 0.004mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，主軸采用變頻器控制。2.總體方案設(shè)計(jì)由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿(mǎn)足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù) C616 車(chē)床有關(guān)資料，總體方案的確定如圖 22 所示:采用西門(mén)子經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)或直接傳動(dòng)后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸變速采用變頻器調(diào)速控制。(三)傳動(dòng)系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算1.縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖 4-2圖 4-2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖2.縱向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算己知條件:工作臺(tái)重量:W = 80Kg=800N時(shí)間常數(shù):T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程:L=6mm行程:S=650mm脈沖當(dāng)量: PmP06.??步距角: 3?快速進(jìn)給速度:Vmax =2m/min1.切削力計(jì)算由>可知，切削功率為 KWKPC496.2.0654????又因?yàn)?Pc = FzV/6120所以 Fz =6120Pc/V 取 V=100M/min，則主切削力Fz=6120*2.496/100=152.76kg=1527.6N由>可知，主切削力 FZYXPFZKfaCz?查有關(guān)手冊(cè)得 Cfz=188kg/mm2=1880Mpa, Xfz=1 ,Yfz=0.75,Kfz=1從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)>>中可得知，在一般車(chē)削外圓時(shí)ZxF)6.0~1(?ZyF)7.0~15.(?取 x5Z6則 Nx 8.73.2.? Ny 5.916.2.??2.滾珠絲杠設(shè)計(jì)與計(jì)算綜合導(dǎo)軌車(chē)床絲杠的軸向工作負(fù)載采用下面公式計(jì)算)(WFfKPZx??N8.1250)6.1527(.0876315. ????1)強(qiáng)度計(jì)算(滾珠絲杠)壽命值 L=60nT/1000000DLvfLfn?/10/?主=1000*100*0. 3/ (3.14*80*6)=20r/minL=60*20*15000/1000000=18000000r最大動(dòng)負(fù)載 PfLCw3?8.1250.8?N69選用 FCIB32X6-5-E2 滾珠絲杠，其額定動(dòng)負(fù)荷為 10689N，與上面計(jì)算結(jié)果相比，強(qiáng)度足夠。2)效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 953.0)1253()( ''0'0?????tgttg???3)剛度驗(yàn)算滾珠絲杠在工作負(fù)載作用下的變形量??14.3)2/80.(206.815/01 ?????EFPLcm69.??因扭矩 M 引起的導(dǎo)程變形量△L2 很小，可忽略，即△L= Ll。所以?絲杠長(zhǎng)度為 1000mm 時(shí)，導(dǎo)程變形總誤差為 mEL/8.960.51010???????查有關(guān)手冊(cè)得知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為 1511m/m，故剛度足夠。4)穩(wěn)定性驗(yàn)算由于機(jī)床原絲杠直徑為 30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為32mm，支承向式不變，所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。3.齒輪及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算采用同步帶輪1)有關(guān)帶輪計(jì)算傳動(dòng)比 163.0/.36/360????Lip??取 (帶輪壁厚)21?Z2mb28Dd.4.5.94.2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 WJ21)80(????80)75.1436.2??2.7cmNckg?絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 244 .1789.02.318.7108. cmkgLDJS ????2.9c?帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 244421 .9578.260.18.7108.7 cNLJZ ???????電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，忽略不計(jì)。總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 為 )957.2.81()(2122 ?????iJZS.59.0495cmkgcN 3)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力距計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力距 M=Mamax+Mf+Mo最大切削負(fù)載時(shí)所需力距 M=Mat+Mf+Mo+Mt快速進(jìn)給時(shí)所需力距 M=Mf 十 Mo式中 Mamax 一空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩;Mf 一折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力距;M。一由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩Mat 一切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩;Mt 一折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 TJnla6.9?則min3.120mx rLiV?? cmkgM .1923.)05.69(5.. 4aa ????當(dāng) n= 時(shí)( 為切削時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)，Ma= Mat 又因?yàn)閠nt in.)16804.3(1)14.3(0 riLDvfLift ????主則 at cmkgNTJn .78.0.)25.9(10.596.0441 ??????cmkgiwLfM .21.8.).32(.8.20' ???? ckgP .57.0.5014.9016.73)1( )0 ?????? cNiFxt 92.(8.0快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力距M=Mamax+Mf+Mo=13.1923+1.528+0.5777=15.298kg.cm最大切削負(fù)載時(shí)所需力距M=Mat+Mf+Mo+Mt=0.787+1.528+0.5777+9.122=12.0147kg.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力距M=Mf+Mo=1.528+0.5777=2.1057kg.cm由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí):Mmax=15.298kg.cm=152.98N.cm3.橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(如圖 4-3) 圖 4-3 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算己知條件:工作臺(tái)重量 W =3Okg=300N時(shí)間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程 L=4mm 左旋,行程 S=200mm脈沖當(dāng)量: =0.004mm/PP?步距角: 036.??快速進(jìn)給速度:Vmax= lm/min3.切削力計(jì)算橫向進(jìn)給量為縱向的 1/2 ,1/3，取 1/2，則切削力約為縱向的 1/20Fz=1/2*152.76=76.38kg=763.8N在切斷工件時(shí):Fy=0.5 Fz=0.5*76.38=38.19kg=381.9N4.滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算1)強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌P=KFY +f(Fz+W) =1 .4*38. 19+0. 2 (76.38+30) =74.74kg=747.7N壽命值:L=60NT/1000000=60*15}15000/1000000=13500000r最大動(dòng)負(fù)載:NkgPfLCw 5.213.74.12.533 ???根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載 C 的值，可選擇滾珠絲杠型號(hào)為 FC1B20 4-E2D 左，?其額定動(dòng)負(fù)荷為 5393N，所以強(qiáng)度足夠用。2)效率計(jì)算 956.0)38()( ''0'0?????tgttg???3)剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程變化量??14.3)2/7.1(24.71 ?????EFPLcm609.5???因扭矩 M 引起的導(dǎo)程變形量△L2 很小，可忽略，即 。所以1L??導(dǎo)程變形總誤差為:mL/9.14096.5110???????查表知 E 級(jí)精度絲杠允許螺距(1 米長(zhǎng))為 151 m/m，故剛度足夠。4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠相同，而支承方式由原來(lái)的一端固定、一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ā⒁欢藦较蛑С?，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。5)轉(zhuǎn)矩計(jì)算A.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量WJpl 2)180(????30)75.143.2??2.08.cmkg絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:244 .6.052108.71.7 cmkgLDJS ???????電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，忽略不計(jì)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小忽略，因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.65.024.08. ckgJSl ???B.所需轉(zhuǎn)動(dòng)力距計(jì)算= Vmax/Li=1000/4*1=250r/minmaxn025.6912506..91044ax ???????TJM =0.0679N.m=0.693kg.cm當(dāng) n= 時(shí)( 為切削時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)，Ma= Mat 又因?yàn)閠nt主t?f/Li=1000vf/(3.14*D*L*i)= 1000*100*0.15/(3. 14*60*4*1) =19. 9 r/min則: NmTJnMat 054.)2.69()10.652.0(.9144 ????????=0. 055kg. cmMf= =(0.2 x 30 x 0.4 x 1) /(2 x 3.14 x 0.8) =0. 478kg. ??20'iWLfcm=0. 0468N. m ??)8.01432()9.01(4.9382)1(00 ????????iLFMy=0.193kg.cm=0.0189N.m cmkgiyt .)8.2().01(0 ??=0.298N. m快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力距M=Mmax+Mf+Mo=0.693+0.478+0.193=1.364kg.cm最大切削負(fù)載時(shí)所需力距M=Mat+Mf+Mo+Mt=0.055+0.478+0.193+3.04=3.766kg. cm快速進(jìn)給時(shí)所需力距M=Mf+Mo=0.478+0.193=0.671 kg. cm由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩發(fā)生在最大切削負(fù)載時(shí):Mmax=3.766kg.cm=36.91N.cm(四)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇1.縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定 一般啟動(dòng)力距選取為Mq 取 Mq = /0.4)5.0~3(0ML?0ML= Mmax=152.9