機(jī)床數(shù)控化改造實例

前言2005年，我國數(shù)控金屬切削機(jī)床生產(chǎn)59639臺，進(jìn)口30746臺。除局部出口外，總消費數(shù)量約85000臺。在生產(chǎn)的數(shù)控金屬切削機(jī)床中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床占60%以上〔生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床占89%到90%〕，中檔以上的數(shù)控金屬切削機(jī)床缺乏40%。2006年，我國機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值和銷售收入保持較高的增長速度，其中數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量快速增長，全年生產(chǎn)85756臺，同比增長32.8%，增幅高于金屬切削機(jī)床產(chǎn)量增幅的18.4%。2007年1月至10月我國進(jìn)口金屬加工機(jī)床57.06億美元，其中金屬切削機(jī)床進(jìn)口達(dá)41.98億美元，同比減少8.18%，所占比例為73.57%；成形機(jī)床進(jìn)口達(dá)15.08億美元，同比增長5.68%，所占比例為26.43%。專家認(rèn)為，目前我國機(jī)床市場的需求結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，數(shù)控機(jī)床，特別是普及型數(shù)控機(jī)床將逐步成為市場主體。國內(nèi)的機(jī)床制造企業(yè)在努力開拓高檔機(jī)床的同時，一定要加速普及型數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化步伐。通過生產(chǎn)和進(jìn)口數(shù)控機(jī)床并不能滿足我國日益增長的制造業(yè)需求，而淘汰大型企業(yè)原有的大量普通金屬切削機(jī)床不但會造成很大的浪費，而且會因為缺乏資金購置大量的數(shù)控機(jī)床來填補(bǔ)淘汰普通金屬切削機(jī)床后的機(jī)床空缺，造成停產(chǎn)。所以，目前數(shù)控化改造是適應(yīng)我國制造也迅猛開展，資金短缺，舊有機(jī)床所占比例大的國情所需。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有的與機(jī)床數(shù)控化改造有關(guān)的書籍不多，在網(wǎng)上有關(guān)機(jī)床數(shù)控化改造的問題很多，但是多偏向于一些根本的改造常識和高級的改造技巧方面的問題。由于機(jī)床數(shù)控化改造涉及的知識面廣，假設(shè)沒有專業(yè)知識的支持，改造后的機(jī)床在使用中會出現(xiàn)很多問題，進(jìn)而造成事故；而且數(shù)控化改造的市場也會因此變得不標(biāo)準(zhǔn)。因此，數(shù)控化改造的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計改造是非常迎合目前數(shù)控化改造市場的需要的。機(jī)床數(shù)控化改造主要是針對數(shù)控系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，輔助控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的改造。由于數(shù)控機(jī)床本身是機(jī)，電，液一體化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，因此在改造中是否按照準(zhǔn)確的計算方法計算，是否按照規(guī)那么，要求選擇改造方案和元器件類型，是決定改造后機(jī)床性能，運行精度，加工質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵因素。本書著眼于數(shù)控機(jī)床改造的具體實例，通過提供詳細(xì)的計算公式，選擇原那么和選擇方案，進(jìn)一步說明了數(shù)控機(jī)床的改造方法。同時根據(jù)已有的改造案例總結(jié)改造中出現(xiàn)的問題，并說明相應(yīng)的改造方法。機(jī)床數(shù)控化改造概述1.1機(jī)床數(shù)空化改造的必要性微觀改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床同傳統(tǒng)機(jī)床相比有如下突出的優(yōu)越性，而且優(yōu)越性都來自數(shù)控系統(tǒng)計算機(jī)的威力?？梢约庸鹘y(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線，曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機(jī)有高超的運算能力，可以準(zhǔn)確的計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面?？梢詫崿F(xiàn)價格的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。由于計算機(jī)具有記憶力和存儲能力，可以見輸入的程序記住和存儲下來，然后按照程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動化，故被成為實現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散小，使裝配容易，不需要再“修配”。可以實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間頻繁搬運。擁有自動報警，自動監(jiān)控，自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條優(yōu)越性派生的好處是降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力〔一個人可以看管多臺機(jī)床〕，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制和生產(chǎn)周期，可對市場需求做出快速反響等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為大的突破。此外，數(shù)控機(jī)床還推行FMC〔柔性制造單元〕，F(xiàn)MS〔柔性制造系統(tǒng)〕以及CIMS〔計算機(jī)集成制造系統(tǒng)〕等企業(yè)信息化改造的根底。數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和根底技術(shù)。宏觀看改造的必要性從宏觀上看，20世紀(jì)70年代末，80年代初，工業(yè)興旺的國家的軍，民機(jī)械工業(yè)一開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控技術(shù)。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)〔包括軍，民機(jī)械工業(yè)〕進(jìn)行技術(shù)改造。除在制作過程中采用數(shù)控技術(shù)。FMC，F(xiàn)MS外，還在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD，CAM，CAE，虛擬制造，在生產(chǎn)管理中推行MIS〔管理信息系統(tǒng)〕,CIMS等，在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我國在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比興旺國家落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比例〔數(shù)控化率〕到1995年只有1.9%，而日本在1994年已到達(dá)20.8%，因此，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也是從宏觀上說明機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。數(shù)控化改造的工作內(nèi)容數(shù)控化改造的內(nèi)容機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的主要內(nèi)容有以下幾點：恢復(fù)原功能，對機(jī)床，生產(chǎn)線存在的故障局部進(jìn)行診斷并恢復(fù)。NC化。在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床，CNC機(jī)床。翻新。為提高精度，效率和自動化程度，對機(jī)械，電氣局部進(jìn)行翻新，對機(jī)械局部從新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新。技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。為提高性能或檔次，或為了使用新工藝，新技術(shù)，在原有根底上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。數(shù)控化改造的優(yōu)缺點〔1〕減少投資額，交貨期短。同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60%~80%的費用，改造費用低，大型，特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸，托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工費錢，往往使本錢提高2~3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省50%左右。(2)力學(xué)性能穩(wěn)定可靠，但結(jié)構(gòu)受限。舊機(jī)床所利用的床身，立柱等根底件都是重而鞏固的鑄造構(gòu)件，而不是焊接構(gòu)件，改造后機(jī)床性能好，質(zhì)量高，可以作為新設(shè)備使用多年。但受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造?！?〕熟悉設(shè)備，便于操作維修。購置新設(shè)備可能不了解新設(shè)備是否滿足其加工要求。改造那么不然，可以精確的計算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床特性早已了解，在操作使用維修方面培訓(xùn)時間短，見效快，改造的機(jī)床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負(fù)荷運轉(zhuǎn)?！?〕可充分利用現(xiàn)有條件。例如可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備是那樣需重新筑地基?！?〕可以采用最新控制技術(shù)?？筛鶕?jù)技術(shù)革新的開展速度，及時提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度和效率，提高設(shè)備的質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)的選擇1.數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置，數(shù)控裝置，驅(qū)動控制裝置，輔助控制裝置四局部組成，機(jī)床本體為被控對象，如下列圖所輸入輸入輸入/輸出裝置數(shù)控裝置驅(qū)動控制裝置輔助控制裝置機(jī)床本體輸入裝置的作用是將信息載體上的數(shù)控加工程序輸入數(shù)控裝置。輸入的內(nèi)容和狀態(tài)可以通過輸出裝置觀察。常用的輸入/輸出裝置為操作鍵盤和CRT顯示器。數(shù)控裝置的主要功能是：接收加工程序信息，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)計算和邏輯判斷處理，向驅(qū)動控制裝置傳送各種指令信息。數(shù)控裝置將數(shù)控加工程序按兩類控制量分別輸出：一類是連續(xù)控制量，送往驅(qū)動裝置；另一類是離散的開關(guān)控制量，送往輔助控制裝置從而控制機(jī)床各組成局部，實現(xiàn)各種數(shù)控功能。驅(qū)動控制裝置位于數(shù)控裝置和機(jī)床之間，它接收來自數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動機(jī)床的運動部件，完成指令規(guī)定的動作。這包括進(jìn)給軸伺服驅(qū)動裝置和主軸驅(qū)動裝置。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動裝置由位置控制單元，速度控制單元，電動機(jī)和測量反響單元等局部組成，它按照數(shù)控裝置發(fā)出的位置控制命令和速度控制命令正確驅(qū)動機(jī)床受控部件。主軸驅(qū)動裝置主要由速度控制單元控制。電動機(jī)可以是各種步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。輔助控制裝置也位于數(shù)控裝置和機(jī)床之間，接收數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)命令，完成輔助動作。主要完成機(jī)床主軸選速，起停和方向控制功能，換刀功能，工件裝夾功能，冷卻，液壓，氣動，潤滑系統(tǒng)控制功能和其他機(jī)床輔助功能。2.數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)改造后要到達(dá)的精度，各種性能指標(biāo)等選用性價比適宜，技術(shù)先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)然還要考慮售后維修效勞的便捷性。數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的數(shù)控機(jī)床所能到達(dá)的功能相匹配，盡量防止系統(tǒng)功能過剩，在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度增加而帶來的故障率升高的隱患，要特別注意：要盡量向同一廠家的型號系列靠攏，這樣既有利于維修和管理，也有利于備件的購置；數(shù)控系統(tǒng)的選擇主要根據(jù)數(shù)控化改造后要到達(dá)的各種精度，驅(qū)動電動機(jī)的功率和用戶要求。目前，市場上生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家很多，國外著名的如德國的SIEMENS公司，日本的FANUC公司；國內(nèi)的如武漢華中數(shù)控股份，廣州數(shù)控設(shè)備廠。國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)大體為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，中檔數(shù)控系統(tǒng)，高檔數(shù)控系統(tǒng)3種。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)又分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)具有本錢低，穩(wěn)定性好的優(yōu)點，在控制精度要求不高的機(jī)床數(shù)控化改造中多被選用?？刂葡到y(tǒng)的選擇步進(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)電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)，電液脈沖馬達(dá)等。由該數(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桿副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量，頻率以及通電順序，就可以控制執(zhí)行部件的位移量，速度和轉(zhuǎn)到方向。這種數(shù)控系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反響到輸入端，故稱之為開環(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，本錢低，易改裝成功。異步電動機(jī)或直流電動機(jī)的拖動，光柵測量反響的閉環(huán)系統(tǒng)該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵，感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反響信號，隨時與給定值進(jìn)行比擬，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除誤差的方向運動，直到給定值與反響的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，本錢也高，對環(huán)境溫度要求嚴(yán)，設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，但可以獲得避開環(huán)系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動更大功率的特性指標(biāo)。在改造過程中，可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。交直流伺服電動機(jī)拖動，編碼器反響的半閉環(huán)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。他只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部局部元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但是他的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電動機(jī)作成一個整體時，那么無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。具體選擇哪種數(shù)控系統(tǒng)，主要根據(jù)改造后機(jī)床到達(dá)的各種精度，驅(qū)動電動機(jī)的功率和用戶的要求決定。數(shù)控改造中主要部件的改裝內(nèi)容一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計上要到達(dá)：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦因數(shù)?。还β蚀?；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時應(yīng)盡量到達(dá)上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置同普通機(jī)床連接在一起就到達(dá)了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對主要的部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其到達(dá)一定的設(shè)計要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。滑動導(dǎo)軌副。對數(shù)控機(jī)床來說，導(dǎo)軌除有普通車床導(dǎo)向精度和公益性外，還要有良好的耐磨擦，磨損特性，并減少因摩擦阻力而致的死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，以及合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。齒輪副。一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能到達(dá)無間隙傳動，因而改造時，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床的加工精度?；瑒咏z杠和滾珠絲杠。四個傳動直接關(guān)系到傳動精度。絲杠的選用主要取決于工件的精度要求和拖動轉(zhuǎn)矩要求。工件精度不高是時，可采用滑動絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠的磨損情況如螺距誤差，螺距累積誤差以及相配螺母間隙。一般情況下滑動絲杠精度不應(yīng)低于6級，螺母間隙過大就更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足叫高精度零件的加工要求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；起動轉(zhuǎn)矩和運動時的力矩接近，可以降低電動機(jī)起動力矩。因此可滿足較高精度零件加工的要求。平安防護(hù)。改造效果必須以平安為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施，切不可無視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴(yán)防灰塵，特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。床鞍與滑動導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對禁止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動面損傷導(dǎo)軌。機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀國外機(jī)床改造業(yè)的現(xiàn)狀在美國，日本和德國等興旺國家，他們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機(jī)床及其技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個“永恒”的話題。在美國，日本，德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造也稱為機(jī)床再生〔Remanufacturing〕業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司，Ayton機(jī)床公司，Develieg-Bullavd〔得寶〕效勞集團(tuán)，US設(shè)備等。美國得寶公司已在我國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝〔Retrofitting〕業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)，崗三機(jī)械公司，千代田工機(jī)工司，野崎工程公司，濱田工程公司，山本工程公司等。數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式開展。在集成化根底上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型，超小型化；在智能化根底上，綜合了計算機(jī)，多媒體，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，實現(xiàn)了高速，高精，高效控制，加工過程中可以自動修正，調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化根底上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。以FANUC和SIEMENS為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)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)提供了根本條件。我國機(jī)床改造業(yè)現(xiàn)狀我國的數(shù)控系統(tǒng)以傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)為主。在傳統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)中，CNC只能作為非智能的機(jī)床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反響控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合，工件材料，主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速率，刀具軌跡，背吃刀量，步長，加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反響控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制開展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制作過程，因此，對數(shù)控機(jī)床實行改革勢在必行。目前我國數(shù)控化改造市場的現(xiàn)狀機(jī)床數(shù)控化改造的市場現(xiàn)狀目前我國機(jī)床總量380萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。2000年以來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量為0.6~0.8萬臺，年產(chǎn)值約18億元，機(jī)床年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。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〕。國內(nèi)傳統(tǒng)舊有機(jī)床的數(shù)控化改造是一個潛力巨大的市場。進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)，設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)統(tǒng)計，1979~1988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造工程就有18446項，大約165.8億美元。這些工程中，大局部工程為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)工程由于種種原因，設(shè)備和生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響。一些設(shè)備，生產(chǎn)線從國外引進(jìn)后，由于備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時只注意引進(jìn)設(shè)備，工藝，管理等，造成工程不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的以能耗高，產(chǎn)品合格率低造成虧損；有的已引進(jìn)了較長時間，需進(jìn)行技術(shù)更新。這些不能使用的設(shè)備，生產(chǎn)線是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。數(shù)控化改造是開展我國數(shù)控設(shè)備的一個重要方面《國務(wù)院關(guān)于加快裝備制造業(yè)的假設(shè)干意見》〔以下簡稱《假設(shè)干意見》〕的發(fā)布和實施，是提高我國國際競爭力，實現(xiàn)國名經(jīng)濟(jì)全面，協(xié)調(diào)和可持續(xù)開展的戰(zhàn)略舉措?！都僭O(shè)干意見》把開展數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及其功能部件作為振興裝備制造業(yè)重大突破的16個關(guān)鍵領(lǐng)域之一，對我國機(jī)床工具行業(yè)開展，具有重要指導(dǎo)意義。數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。國際上一些興旺國家一直把高性能數(shù)控機(jī)床作為戰(zhàn)略物資而嚴(yán)加控制，限制我國進(jìn)口高性能數(shù)控機(jī)床；國外裝備制造業(yè)的開展經(jīng)驗證明，開展裝備制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床是根底?！笆濉逼陂g，我國機(jī)床工業(yè)連續(xù)幾年快速開展，到2005年我國機(jī)床產(chǎn)值從“九五”末期列世界第八位，躍居到世界第三位。但從總體上看，我國機(jī)床工業(yè)同世界先進(jìn)水平相比，差距仍然十清楚顯：一是國內(nèi)高檔數(shù)控機(jī)床在品種，水平和數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)的開展需求，高檔數(shù)控機(jī)床目前仍要大量依賴進(jìn)口；二是數(shù)控機(jī)床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)開展滯后，成為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)開展的瓶頸；三是機(jī)床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，制造能力，綜合管理和效勞能力等方面不能滿足市場快節(jié)奏開展的要求；四是大型國有企業(yè)舊的設(shè)備比例大，設(shè)備更新所需資金缺口大。機(jī)床數(shù)控化改造的原那么及根本改造設(shè)計方案改造方案確實定改造的可行性分析通過以后，就可以針對某臺或某幾臺機(jī)床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括：機(jī)械修理與電氣改造結(jié)合。一般來說，需要進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需要進(jìn)行機(jī)械修理。要確定機(jī)械修理的要求，范圍，內(nèi)容；確定因電氣改造而需要進(jìn)行的機(jī)械結(jié)構(gòu)改造要求，內(nèi)容；確定電氣改造與機(jī)械修理，改造之間的交錯時間要求。力學(xué)性能的完好是電氣改造的根底。先易后難，先局部后全局。確定改造步驟是，應(yīng)先把整個電氣局部改造分為假設(shè)干個子系統(tǒng)來進(jìn)行，如數(shù)控機(jī)床，測量系統(tǒng)，主軸，進(jìn)給系統(tǒng)，面板控制與強(qiáng)電局部等，待各系統(tǒng)根本完成后在互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可以使改造工作減少遺漏和過失。在每個子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)較低的，工作量較大的工作，然后做技術(shù)性較高的，要求精細(xì)的工作，使人注意力能集中到關(guān)鍵地方。根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)。針對某臺或某幾臺機(jī)床，確定它的環(huán)境，溫度，濕度，灰塵，電源，光線，甚至是否有鼠害等外界使用條件，這些對選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能，抗干擾性能，自冷卻性能，空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù)，是改造后的電氣系統(tǒng)有可靠的使用保證。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品，性能合理，實用，有備件及維修支持，功能滿足當(dāng)前和今后假設(shè)干年內(nèi)的開展要求等。落實參與改造人員和責(zé)任。改造是一個系統(tǒng)工程，人員配備十分重要。除了人員的素質(zhì)條件外，根據(jù)工程的大小，合理確實定人數(shù)與分工是關(guān)鍵。人員太少不利于開展工作，人員太多容易引起混亂。根據(jù)各個劃開的子系統(tǒng)，確定人員職責(zé)，有主有次，便于組織和協(xié)調(diào)。如果工程采用對外合作形式，更需在目標(biāo)明確的前提下，界定分工，確定技術(shù)協(xié)調(diào)人。改造范圍及周期確實定。又是數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測定和分析決定其改造范圍。停機(jī)改造的周期，根據(jù)各企業(yè)的實際情況確定，考慮因素有生產(chǎn)緊張程度，人員技術(shù)水平，準(zhǔn)備工作充分程度，新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度，甚至還包括天氣情況等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上陣，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。改造前的技術(shù)準(zhǔn)備改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括：機(jī)械局部準(zhǔn)備。為配合電氣局部改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量，計算，設(shè)計，繪圖，零件制作等應(yīng)先期完成。同時對停機(jī)后需拆，改，加工的局部等，應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個改造工作銜接得當(dāng)。新系統(tǒng)電氣資料消化。新系統(tǒng)有許多新功能，新要求，新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說明，線路圖，PLC梯形圖及文本，安裝調(diào)試說明，使用手冊，編程手冊等。要有充裕的時間來對上述資料進(jìn)行翻譯〔進(jìn)口系統(tǒng)〕，消化，整理，核對，做到思路清晰，層次清楚。新舊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換設(shè)計。根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍的不同，需要事先設(shè)計接口局部轉(zhuǎn)換，假設(shè)全部改造的，應(yīng)設(shè)計機(jī)電轉(zhuǎn)換接口，操作面板控制與配置，互聯(lián)局部接點，參數(shù)測量點，維修位置等，要求操作與維修方便，合理，線路走向通順，中小連接點少，強(qiáng)弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕度量等。假設(shè)局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配，電壓極性與大小變換，安裝位置，數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時需自行制作轉(zhuǎn)換接口；操作，編程人員技術(shù)培訓(xùn)。機(jī)床電氣系統(tǒng)改造后，必然對操作，編程人員帶來新的要求。因此提前對操作人員和編程人員進(jìn)行新系統(tǒng)知識培訓(xùn)十分重要，否那么將影響改造后的機(jī)床迅速投入生產(chǎn)。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括新的操作面板配置，功能，指示含義；新系統(tǒng)的功能范圍，使用方法及與舊系統(tǒng)的差異；維護(hù)保養(yǎng)要求；編程標(biāo)準(zhǔn)與自動化編程等，重點是弄懂弄通操作說明書和編程說明書。調(diào)試步驟與驗收標(biāo)準(zhǔn)確實定。新的電氣系統(tǒng)改造完以后，怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗收標(biāo)準(zhǔn)，也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機(jī)械，液壓，電氣，控制，傳感等，因此必須由工程負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其他人員配合。調(diào)試步驟從簡到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗收標(biāo)準(zhǔn)是對信系統(tǒng)的考核，制定時必須實事求是，過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會對改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確立下來，不能輕易修改，因為它牽扯到整個改造工作的各個環(huán)節(jié)。改造的實施準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造工作的實施階段。改造階段的內(nèi)容按時間順序分為：原機(jī)床的全面保養(yǎng)。機(jī)床經(jīng)長期使用后，會不同程度的在機(jī)械，液壓，潤滑，清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次應(yīng)對機(jī)床做一次改前的幾何精度，尺寸精度的測量，記錄在案。這樣既可以對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束前作比照分析用。保存的電氣局部最正確化調(diào)整。假設(shè)對電氣系統(tǒng)作局部改造，那么應(yīng)對保存電氣局部進(jìn)行保養(yǎng)和最正確化調(diào)整。如強(qiáng)電局部的零件更換，電動機(jī)的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動裝置的最正確化調(diào)整，老化電纜電線的更新，連續(xù)部件的緊固等。只有對保存電氣化局部做好最正確化調(diào)整工作，才能保證改造后的機(jī)床故障率教較低。原系統(tǒng)撤除。原系統(tǒng)的撤除必須對照原圖樣仔細(xì)進(jìn)行，及時在圖樣上做出標(biāo)記，防止遺漏和過拆〔局部改造的前提下〕。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中的欠缺之處，應(yīng)及時補(bǔ)充和修正；拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用，還有一定使用價值的，可作其他機(jī)床備件用，切忌大手大腳，亂扔亂放。合理安排新系統(tǒng)位置及布線。根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖樣合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定，面板安放，線路走向和固定，調(diào)整元器件位置，密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗，以確保連線工藝標(biāo)準(zhǔn)，線徑適宜，正確無誤，可靠美觀。調(diào)試。調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先調(diào)試安色保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防治人身，設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清潔干凈，無多余物品；各運動坐標(biāo)托板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的先手動后自動。驗收及后期工作驗收工作應(yīng)聘請有關(guān)的人員共同參加，并按已制定的驗收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造的后期工作也很重要，它有利于工程技術(shù)水平的提高和設(shè)備盡早投產(chǎn)。驗收及后期工作包括：機(jī)床力學(xué)性能驗收。經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項力學(xué)性能應(yīng)到達(dá)要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。電氣控制功能和控制精度驗收。電氣控制的各項功能必須到達(dá)動作正常，靈敏可靠?？刂凭葢?yīng)用系統(tǒng)本身功能〔如步進(jìn)尺寸〕與標(biāo)準(zhǔn)計量器具〔如激光干預(yù)儀，坐標(biāo)測量儀等〕對照檢查，應(yīng)到達(dá)精度范圍。同時還應(yīng)與改造前的機(jī)床的各項功能和精度做出比照，獲得量化的指標(biāo)差。試件切削驗收。可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工，編程人員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗收機(jī)床剛度，切削力，噪聲，運動軌跡，關(guān)聯(lián)動作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件做試件使用。圖樣資料驗收。機(jī)床改造完后，應(yīng)及時將圖樣〔包括原理圖，配置圖，接線圖，梯形圖等〕，資料〔包括各類說明書〕，改造檔案〔包括改造前，后的各種記錄〕匯總，整理，移交入檔，保持資料的完整，有效，連續(xù)。這對該設(shè)備的今后穩(wěn)定運行十分重要?？偨Y(jié)，提高。沒吃改造結(jié)束后應(yīng)及時總結(jié)，既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，也有利于整個企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。機(jī)床改造中的常見問題數(shù)控系統(tǒng)的選擇不合理在改造過程中，有些企業(yè)為了節(jié)約本錢，選擇簡易數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)價格低廉，功能簡單，壽命不高，最后影響改造后機(jī)床的使用?；蛘哂行┰O(shè)備在購置時價格過高，改造時為了和當(dāng)時的層次一致選擇了高檔數(shù)控系統(tǒng)，改造后會出現(xiàn)系統(tǒng)的功能過高，造成不必要的浪費。伺服系統(tǒng)的選擇不匹配在數(shù)控化改造中，會有多軸的伺服系統(tǒng)的改造，此時會出現(xiàn)為了設(shè)計方便，使不同軸的伺服系統(tǒng)使用同樣的伺服系統(tǒng)。這樣會造成伺服參數(shù)的不匹配。不同的軸尤其是X/Y軸和Z軸，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上不同，產(chǎn)生的伺服參數(shù)，機(jī)械參數(shù)和剛度都不同，選擇相同的伺服系統(tǒng)會因此而產(chǎn)生不穩(wěn)定的問題。機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整過大在改造中切忌貪大求新的心理。因為改造的機(jī)床都是舊機(jī)床，本身的剛度和精度比同類型的新機(jī)床差。改造的目的是在原來的精度根底上提高其性能水平，但是改造后的機(jī)床是不能和新數(shù)控機(jī)床相比的。因此，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造中，要盡量保持原來的形式和部件，除非必要，一般不建議修改原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)。電氣系統(tǒng)的更新機(jī)床經(jīng)過長時間的使用，其電氣系統(tǒng)已經(jīng)老化，最好通過改造的時機(jī)將其舊有的電氣系統(tǒng)更新。更換電器元件，可以用PLC實現(xiàn)功能的，最好用PLC控制。電氣系統(tǒng)更新后要詳細(xì)畫好電氣控制圖，以便將來維修。液壓系統(tǒng)最好只做清洗工作液壓系統(tǒng)一般藏在機(jī)床的結(jié)構(gòu)中，不便于拆卸。因此在數(shù)控化改造中，建議只對液壓系統(tǒng)進(jìn)行清洗，更換液壓介質(zhì)，不更新其液壓系統(tǒng)。機(jī)床附件的選擇隨著數(shù)控機(jī)床的深度開展，出現(xiàn)了許多機(jī)床附件，如空氣過濾器，切削排出裝置等。一般可在經(jīng)濟(jì)許可的條件下，假設(shè)生產(chǎn)確實需要且不改變原有機(jī)床結(jié)構(gòu)，可以加配1~2個附件。附件的增加會使電氣控制變得更加復(fù)雜，因此在添加附件之前，要修改電氣控制方式。車床的數(shù)控化改造設(shè)計實例目前，我國車床主要是臥式車床，與興旺國家相比，型號陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)開展。采用先進(jìn)的數(shù)控車床，已成為當(dāng)今世界制造業(yè)的開展趨勢。鑒于國內(nèi)制造業(yè)中普通機(jī)床的占有率較高，提高車床數(shù)控化率有兩個可行的途徑，一是購置新的數(shù)控車床；二是把臥式車床改為數(shù)控車床。根據(jù)國內(nèi)目前的經(jīng)濟(jì)情況，花大量的資金更換全新的數(shù)控車床花費過高，給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大，同時報廢大量普通車床是一個很大浪費。因此各個企業(yè)根據(jù)自身的情況，酌情進(jìn)行數(shù)控化的提高，可以購置一批精度高，性能強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床，或數(shù)控改造化一批尚有一定精度的臥式車床。臥式車床數(shù)控化改造的特點如下：車床改造針對性強(qiáng)，容易適宜生產(chǎn)的要求。因為車床的改造方案是根據(jù)原機(jī)床中存在的問題提出的，要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能與生產(chǎn)結(jié)合，可以直接將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使企業(yè)有積極性。車床改造可以充分利用原機(jī)床的絕大局部零部件，大大節(jié)約原材料和資金，見效快，改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因為舊車床數(shù)控化改造大局部床身，立柱等根底件和許多傳動局部不需更換，與購置新車床相比，費用只需其1/15~1/10，工期大大縮短，節(jié)約了本錢，解決了生產(chǎn)急需。改造后的車床性能穩(wěn)定可靠，車床應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大，適應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)。這是因為車床的大型構(gòu)件都是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久時效越充分，精度比新鑄鐵更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐類大型構(gòu)件，只需修復(fù)和更換中小型部件就可以獲得與新機(jī)床類似的效果。改造后的車床功能有較大提高。除了保有功能外，還可以滿足各種復(fù)雜型面類零件加工，極大的擴(kuò)展了車床的應(yīng)用范圍。經(jīng)過數(shù)控化改造，可以有效提高工件加工精度和生產(chǎn)效率。因為改造時根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的開展要求，及時提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量?？梢猿浞职l(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動技術(shù)人員的積極性；同時對工人技術(shù)水平要求不高。在改造期間，通過撤除舊機(jī)床，裝配新的零部件等改造過程，間接培養(yǎng)了數(shù)控人才，對機(jī)床特性有了詳細(xì)的了解，在操作使用和維護(hù)方面培訓(xùn)時間短，見效快。通過車床數(shù)控化改造，可以使其與臥式車床相比有如下優(yōu)點：可以加工臥式車床加工不了的曲線曲面等復(fù)雜零件。可以實現(xiàn)加工柔性自動化，效率比靠凸輪或擋塊等實現(xiàn)自動化的機(jī)床高3~7倍。加工精度高，尺寸分散小，易于裝配?？蓪崿F(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)的加工精度，同時減少了被加工零件在機(jī)床間的頻繁搬運。擁有自動補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，對于批量較大的，簡化了傳統(tǒng)機(jī)床加工工藝中的工序，機(jī)床利用率得以大幅度提高。假設(shè)購置一臺新的數(shù)控車床，國內(nèi)數(shù)控車床價格也要7萬~8萬，進(jìn)口設(shè)備有的近二十萬元；而對臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造也能滿足實際生產(chǎn)需求，改造的本錢只有2萬~3萬。由于采用了自動化加工技術(shù)，可以大大降低操作者的勞動強(qiáng)度，減少廢品的產(chǎn)生，提高工作效率。車床數(shù)控化改造的根本步驟總體改造方案的設(shè)計數(shù)控機(jī)床由機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)及外圍設(shè)備三局部組成。臥式車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制原有車床自動完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的具體方案時，所遵循的原那么是，在滿足需要的前提下，對原有車床盡可能減少改動量，以降低改造本錢。改造中需要解決的問題是：增加數(shù)控裝置，設(shè)計微機(jī)控制裝置或選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)；將現(xiàn)有機(jī)械傳動的進(jìn)給控制裝置改造成數(shù)控控制的無級自動變速的進(jìn)給系統(tǒng)；將絲杠換成滾珠絲杠，提高船東精度；手動控制的刀架轉(zhuǎn)位裝置改造成數(shù)控裝置控制的自動轉(zhuǎn)位刀架；加裝脈沖編碼器，實現(xiàn)螺紋自動切削。假設(shè)對改造后機(jī)床的要求較高，那么要改造主軸，重新設(shè)計主軸箱，使用主軸伺服電動機(jī)或電主軸。數(shù)控化改造工程控制系統(tǒng)的選定。目前市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型比擬多，選擇前首先應(yīng)對擬改造的臥式車床自身功能有一個充分的了解，可根據(jù)價格合理，技術(shù)先進(jìn)，效勞方面的原那么選擇微機(jī)系統(tǒng)或數(shù)控系統(tǒng)。假設(shè)選擇微機(jī)系統(tǒng)，需完成軟硬件的設(shè)計，即要完成X，Z軸的進(jìn)給控制。分別完成X，Z向的插補(bǔ)運動，可實現(xiàn)車削端面，外圓，任意錐度圓弧面，球面等加工。為了能夠加工螺紋，配用主軸同步脈沖傳感器，可加工導(dǎo)程在6mm以下的螺紋工件。整個系統(tǒng)屬于開環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動力大，本錢較低，抗干擾性能強(qiáng)，能很好的滿足生產(chǎn)要求，但是設(shè)計工作量大，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。另外，還可以根據(jù)實際情況選擇經(jīng)濟(jì)型車床的數(shù)控系統(tǒng)，調(diào)制安裝簡單，可靠性高，價格較貴。機(jī)械局部的改造滑動導(dǎo)軌副。對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除有臥式車床導(dǎo)軌的精度和工藝性外，還要有良好的耐磨性，并減少因摩擦力而致的死區(qū)。同時還要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響；合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。一般臥式車床的導(dǎo)軌材料是HT200，機(jī)床改造時可在原床鞍下滑面經(jīng)機(jī)械加工后貼一層聚四氟乙烯軟帶。聚四氟乙烯帶與鑄鐵配合時，具有良好的減磨性能，動摩擦因素約為鑄鐵的1/8~1/3，有效地防止機(jī)床的爬行。此外，床鞍與床身，中滑板與小滑板應(yīng)接觸均勻，接觸面積不小于70%，接觸點數(shù)不應(yīng)小于10點/cm2，這是保證加工精度和尺寸一致性的關(guān)鍵之一。絲杠傳動副。一般數(shù)控車床或數(shù)控系統(tǒng)要求采用滾珠絲杠副傳動，目的是提高機(jī)床的進(jìn)給精度，減小傳動副的摩擦阻力。為此，對滾珠絲杠和滑動絲杠做了一個比擬。見表2-1，根據(jù)JB/T2866——2008絲杠精度標(biāo)準(zhǔn)可知：滾珠絲杠分為1，2，3，4，5，6，7，8，9九級。臥式車床使用的是7級精度的滑動絲杠，通過將3級精度的滾珠絲杠與7級精度的滑動絲杠相比擬，從精度來講，二者的差異并不大，因此建議選用3級的滾珠絲杠來替換原有絲杠.這樣帶來的的好處是，傳動速度快，反響靈敏，精度較高，所需轉(zhuǎn)矩小。拖板系統(tǒng)。托板的運動式數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，不管是點位控制還是連續(xù)控制，被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受托板運動精度，靈敏度和穩(wěn)定性的影響，尤其是對于步進(jìn)電動機(jī)作為拖動元件的開環(huán)系統(tǒng)。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使托板運動，而沒有位置檢測和反響，，故實際移動值和系統(tǒng)指令值的差異造成加工誤差。因此，除了床鞍，中滑板〔小滑板已被取消〕配合精度要求較高外，在傳動裝置的布局上還應(yīng)采用減速齒輪來提高運動轉(zhuǎn)矩和傳動精度〔分辨率為0.0.mm〕傳動比計算公式為主軸同步傳感器的的安裝。主軸同步傳感器的作用就是傳遞信息給數(shù)控裝置，保持主軸的速度和刀架進(jìn)給量一致。安裝時要求主軸旋轉(zhuǎn)一圈，傳感器也要旋轉(zhuǎn)一圈，這樣才能保證發(fā)給數(shù)控裝置的信號準(zhǔn)確，車削螺紋時不亂扣。車刀刀架的改造。機(jī)床數(shù)控化改造后，將原來的小滑板拆掉，改用四刀位的自動回轉(zhuǎn)刀架或盤式回轉(zhuǎn)刀架，數(shù)控系統(tǒng)通過刀位控制最多能控制4~12把車刀可順時針連續(xù)換刀。CA6140臥式車床的數(shù)控化改造本例為應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對CA6140臥式車床進(jìn)行自動化和精密化的改造，經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實現(xiàn)外圓，錐度，螺紋，端面等加工的自動控制，提高了原機(jī)床生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度。本數(shù)控化改造主要圍繞在車床上增設(shè)數(shù)控裝置和執(zhí)行元件，選擇適宜的機(jī)床伺服系統(tǒng)等方面進(jìn)行?？傮w設(shè)計方案的擬定要求將CA6140臥式車床改造成用MCS——51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，縱向和橫向均有直線和圓弧插補(bǔ)功能。要求該車床增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸編碼器，具有螺紋切削的功能。系統(tǒng)橫向分辨率到達(dá)0.005mm。設(shè)計參數(shù)機(jī)床做大加工直徑：在床身上400mm，在床鞍上210mm。最大加工長度：100mm。拖板及刀架重力：縱向：1000N，橫向600N。刀架快移速度Vmax：縱向2m/min，橫向1m/min。最大進(jìn)給速度：縱向0.6m/min，橫向0.3m/min。定位精度：±0.015mm。主電動機(jī)功率：7.5KW。啟動加速時間：30ms。脈沖當(dāng)量：縱向0.01mm/步，橫向0.005mm/步。最小分辨率：縱向0.01mm，橫向0.005mm?？傮w方案確定系統(tǒng)的運動方式和伺服系統(tǒng)的選擇。由于改造后的數(shù)控車床應(yīng)具有定位，直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，暫停，循環(huán)加工，米/英制螺紋加工等功能，應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計要求，采用步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。計算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。根據(jù)系統(tǒng)運行方式，可以采用8位微機(jī)。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)，具有很高的性價比等特點，故采用MCS——51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由微機(jī)局部，鍵盤及顯示器，I/O接口及光電隔離電路，步進(jìn)電動機(jī)功率放大器組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用雙排數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)信息。機(jī)械傳動方式。為實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用齒輪絲杠的減速方式；為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副取代原車床絲杠；為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加荷載的結(jié)構(gòu)；齒輪傳動也采用消除側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖如下列圖所示：微微機(jī)光電隔離光電隔離功率放大功率放大步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計由于本車床改造后成為一臺專用數(shù)控機(jī)床，專用于車削軸類，盤類零件，因而用微機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)本數(shù)控系統(tǒng)的功能。數(shù)控系統(tǒng)的特點本系統(tǒng)是自行設(shè)計制造的數(shù)控系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計。整個系統(tǒng)有三個相對獨立的子系統(tǒng)組成，即CPU板，I/O板，鍵盤/顯示板，借鑒PC/104總線的層疊方式，以提高連接的可靠性。系統(tǒng)設(shè)計緊緊圍繞提高可靠性，方便使用，降低本錢的指導(dǎo)思想，主要特點有：液晶顯示。采用20×2帶背光字符點陣液晶顯示模板作為顯示界面，摒棄了傳統(tǒng)的數(shù)碼顯示，顯示靈活，自帶控制器，可減少CPU負(fù)擔(dān)。菜單驅(qū)動。全程菜單驅(qū)動，人機(jī)界面友好，操作直觀，簡明，容錯性高。全屏幕編輯。借用PC機(jī)中全屏幕編程軟件的根本思想設(shè)計或在操作和功能上與主機(jī)類似的編輯模塊，使系統(tǒng)編輯加工程序靈活，方便，不易出錯?？煽啃愿?。軟硬件中兩個方面都采取了面向工業(yè)的抗干擾設(shè)計措施，因此具有高可靠性。硬件設(shè)計單片機(jī)的選擇?？紤]到通用性以及普遍性，選擇MCS——51系列中的8031芯片。8031芯片屬于8位單片機(jī)。它是集CPU，I/O口及局部RAM等為一體的控制器，價格低，但功能全，編程靈活性大，硬件資源豐富。存儲芯片的選擇軟件設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)是一系列能完成各種功能的程序的集合。程序采用模塊化設(shè)計方法，主要包括監(jiān)控模塊〔包括系統(tǒng)初始化，命令處理循環(huán)，零件加工程序的輸入，零件加工程序的的編輯修改，指令分析與執(zhí)行，系統(tǒng)自檢等〕，插補(bǔ)計算模塊，步進(jìn)電動機(jī)控制模塊，誤差補(bǔ)償模塊等。〔1〕監(jiān)控模塊。系統(tǒng)初始化后即進(jìn)入命令處理程序，對于一般單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)通常采用循環(huán)處理邏輯作為系統(tǒng)主程序。在循環(huán)程序中，程序不斷掃描鍵盤及操作面板，對此操作進(jìn)行分析后即根據(jù)相應(yīng)的操作命令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序模塊。對于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，零件加工程序通常從鍵盤輸入。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤斎氲氖M(jìn)制數(shù)與指令轉(zhuǎn)換成BCD碼存于規(guī)定緩沖區(qū)，即源程序區(qū)。而編輯零件程序可看作一個鍵盤命令處理程序，和鍵盤輸入可合為一體，既用于從鍵盤輸入新的零件加工源程序，也可在編輯狀態(tài)下，對已輸入的零件加工程序中的命令，數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修改。數(shù)控系統(tǒng)要對輸入的指令進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的操作。診斷程序用于檢測軟硬件功能的正確性，找出系統(tǒng)故障的位置，并指出故障類型?！?〕插補(bǔ)計算模塊。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類，起點，終點等進(jìn)行運算。根據(jù)運算結(jié)果，分別向坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖這個過程稱為插補(bǔ)運算。進(jìn)給脈沖通過伺服工作臺或刀具作相應(yīng)的運動，完成程序的加工任務(wù)。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)一邊進(jìn)行插補(bǔ)運算，一邊進(jìn)行加工，是一種典型的實時控制方式。所以，插補(bǔ)運算的快慢直接影響機(jī)床的進(jìn)給精度，因此應(yīng)經(jīng)可能縮短運算時間，這是編制插補(bǔ)運算程序的關(guān)鍵。〔3〕步進(jìn)電動機(jī)控制模塊。控制步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動程序，不僅可用程序代替可變頻率脈沖源和環(huán)形分配器等配件，而且還很容易用程序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)升降速控制功能?！?〕誤差補(bǔ)償模塊。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工誤差是必然存在的，但只要對引起加工誤差的各個環(huán)節(jié)的定量關(guān)系清楚，就可以在編程中引入修正值，調(diào)整進(jìn)給脈沖，到達(dá)調(diào)整和消除局部誤差的作用，這就是誤差的軟件補(bǔ)償?！?〕系統(tǒng)軟件的抗干擾設(shè)計。為了防止工作現(xiàn)場的各種干擾引起程序的“跑飛”，系統(tǒng)軟件在設(shè)計中必須采取相應(yīng)的措施。具體地說有以下幾個方面：1〕系統(tǒng)上電自診。系統(tǒng)冷啟動時CPU，EPROM，RAM等自診確認(rèn)正常方可投入運行。2〕指令亢余。在輸入，輸出信號間隔一定時間重復(fù)進(jìn)行兩次，以跳過瞬間干擾引起的誤判或誤動作。3)設(shè)置軟件陷阱。在很多情況下，程序跑飛后很多系統(tǒng)會進(jìn)入死循環(huán)而導(dǎo)致死機(jī)。這是，應(yīng)采取有效措施引導(dǎo)跑飛的程序盡快退出死循環(huán)冰迅速復(fù)位。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計技算1.縱向機(jī)械傳動局部的數(shù)控化改造和設(shè)計計算〔1〕切削力計算〔2〕滾珠絲杠的設(shè)計計算①螺紋滾道型面的選擇：單圓弧形面，雙圓弧型面；要求：經(jīng)濟(jì)，易調(diào)試，穩(wěn)定。方案：選用雙圓弧型面。原因：雙圓弧型面接觸角不變，雙圓弧交接處尚有小空隙可容納一些贓物，這對滾珠絲杠有利而不致堵塞。②滾珠循環(huán)模式：內(nèi)模式，外模式。方案:選用外循環(huán)；原因：結(jié)構(gòu)簡單，公藝性優(yōu)良，適合成批生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)實用，適用于重載荷傳動，高速驅(qū)動及精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。③軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式，螺紋式，齒差式。要求：經(jīng)濟(jì)可靠，易拆裝，剛度高；方案：選用雙螺母墊圈式預(yù)緊；原因：結(jié)構(gòu)簡單；裝卸方便，剛度高；計算進(jìn)給牽引力。計算最大荷載。選滾珠絲杠螺母副。查《機(jī)械零件設(shè)計手冊》，根據(jù)C＜Ca〔Ca是絲杠的額定負(fù)載〕的原那么，是選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。有上面初選絲杠導(dǎo)程及計算所得最大動載荷，選取滾珠絲杠型號為CDM4006——5，其表示外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，公稱直徑為40mm，導(dǎo)程為6mm，右旋螺紋，載荷鋼球為5圈，精度3級的定位滾珠絲杠副。其額定動載荷為28771N＞1248.5N，故強(qiáng)度足夠。滾珠絲杠的驗算傳動效率計算。剛度計算。滾珠絲杠工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計。穩(wěn)定性校核。確定齒輪比。步進(jìn)電動機(jī)的計算與選擇。負(fù)載轉(zhuǎn)矩及最大靜轉(zhuǎn)矩的計算初選電動機(jī)型號各種工況下轉(zhuǎn)矩計算。橫向機(jī)械傳動局部的數(shù)控化改造和設(shè)計計算切削力的計算滾珠絲杠設(shè)計計算滾珠絲杠選型方案可參照縱向機(jī)械傳動局部數(shù)控化改造和設(shè)計計算中的選型方案及選擇原因選擇。螺紋滾道型選用雙圓弧面；滾珠循環(huán)方式選用外循環(huán)；軸向間隙調(diào)整及預(yù)緊力選用雙螺母墊圈式預(yù)緊。計算進(jìn)給牽引力計算最大動載荷選擇滾珠絲杠螺母副。同縱向機(jī)械傳動局部數(shù)控化改造和設(shè)計計算中的方案。滾珠絲杠的驗算傳動效率計算。剛度計算。滾珠絲杠工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計。穩(wěn)定性校核。確定齒輪比。步進(jìn)電動機(jī)的計算與選擇。負(fù)載轉(zhuǎn)矩及最大靜轉(zhuǎn)矩的計算初選電動機(jī)型號各種工況下轉(zhuǎn)矩計算2.2.4〔1〕主軸脈沖發(fā)生器是為了加工螺紋而安裝的主軸檢測裝置，他與主軸轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步。微機(jī)從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應(yīng)的脈沖數(shù)，使主軸旋轉(zhuǎn)角度與進(jìn)給量保持一定關(guān)系，確保螺距的正確性。螺紋切削時的傳動路線為：主軸——齒輪副——脈沖發(fā)生器——數(shù)控裝置——步進(jìn)電動機(jī)——縱橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)(2)找到與主軸同步的輸出軸，根據(jù)實際空間大小，現(xiàn)場配作主軸發(fā)生器。〔3〕主軸脈沖發(fā)生器選用1200線即可。自動回轉(zhuǎn)刀架自動回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計是普通機(jī)床數(shù)控化改造方面的關(guān)鍵，而由微機(jī)控制的自動回轉(zhuǎn)刀架，具有重復(fù)定位精度高，工作剛性好，性能可靠，使用壽命長以及工藝性能好等特點。根據(jù)臥式車床的型號和主軸中心高度，選擇常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4——I型中的C620.撤除原手動刀架后裝上LD4——I型自動回轉(zhuǎn)刀架，并用墊板來調(diào)整其中心高。該刀架可實現(xiàn)多刀夾持，自動轉(zhuǎn)位，并具有重復(fù)精度高，剛性好，使用壽命長等特點。絲杠導(dǎo)軌的自動潤滑自動潤滑裝置選擇南京貝奇爾公司的TMD——5C型電動潤滑泵，該裝置采用微機(jī)同步電動機(jī)和機(jī)械減速結(jié)構(gòu)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，其注油量可在0.5~5ml范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，注油周期可在6~145min內(nèi)選擇，能夠保證機(jī)床有良好的潤滑狀態(tài)。改造小結(jié)為了使改造后的機(jī)床有較高的開動性和精度保持性，除盡可能減少電器和機(jī)械故障的同時，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。當(dāng)前國內(nèi)臥式車床的床身等大件都采用普通鑄鐵，而拖板也是普通鑄鐵，其摩擦因數(shù)較高，為提高機(jī)床的動載性能，減小摩擦力，在改造中采用了在機(jī)床滑板導(dǎo)軌上貼聚四氟乙烯軟帶的方法，大大減小了摩擦阻力，提高了防爬，耐磨，消振吸聲的能力。CA6140臥式車床改造后，實現(xiàn)了開環(huán)數(shù)控化自動加工，大大提高了加工工效，增強(qiáng)了其適用性，穩(wěn)定了零件的加工質(zhì)量，并保存了原機(jī)床的根本結(jié)構(gòu)和局部工作性能，能節(jié)約資金，縮短生產(chǎn)周期，是工廠進(jìn)行機(jī)械設(shè)備技術(shù)化改造的趨勢C6132車床數(shù)控化改造設(shè)計C6132車床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，通過步進(jìn)電動機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。數(shù)控化改造后的機(jī)床，能對縱橫向進(jìn)給運動進(jìn)行數(shù)字控制，并要求到達(dá)縱向最小運動單位為0.01mm/脈沖，橫向最小運動單位為0.005mm/脈沖，刀架為自動轉(zhuǎn)位刀架，經(jīng)改造后機(jī)床能實現(xiàn)加工外圓，錐度螺紋，端面等的自動控制。數(shù)控化改造提高了原機(jī)床的生產(chǎn)速度，降低了勞動強(qiáng)度，同時縮短了生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。經(jīng)數(shù)控化改造后的優(yōu)越性數(shù)控化改造提高了加工精度和生產(chǎn)率。數(shù)控化改造提高了機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出原機(jī)床難以加工或不能加工的復(fù)雜軸類零件機(jī)床數(shù)控化改造后可實現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可比原機(jī)床提高3倍。機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動報警，自動監(jiān)控，自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自動功能，更好地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯誤等機(jī)床運行中的問題。設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)機(jī)床的數(shù)控化改造主要應(yīng)用了現(xiàn)代成熟的數(shù)控技術(shù)和經(jīng)驗，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件，新裝置和新附件，提高了現(xiàn)有機(jī)床的技術(shù)性指標(biāo)，使之全部或局部到達(dá)新機(jī)床的水平。這次設(shè)計的任務(wù)是：數(shù)控系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)，機(jī)械傳動系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)數(shù)控化改造和液壓局部的維護(hù)以及繪制相關(guān)圖樣。要求改造后車床具有一般數(shù)控車床的性能，精度到達(dá)縱向最小運動單位為0.01mm/脈沖，橫向最小運動單位為0.005mm/脈沖。設(shè)計內(nèi)容包括：數(shù)控系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)，機(jī)械傳動系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的數(shù)控化設(shè)計，自動回轉(zhuǎn)刀架和編碼盤的選型安裝，以及液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)。數(shù)控系統(tǒng)方面，考慮到直流伺服電機(jī)的價格昂貴，采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動開環(huán)控制系統(tǒng)，而在機(jī)械系統(tǒng)的改造方面，采用步進(jìn)電動機(jī)——減速齒輪——滾珠絲杠螺母副——小滑板的傳動方式。1.總體方案臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，可以顯著提高機(jī)床性能和減輕操作者勞動強(qiáng)度。而合理選擇數(shù)控系統(tǒng)和改造方案，可保證改造效果和降低本錢。考慮具體的改造方案時，根本原那么是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床改動盡可能少，以降低本錢。C6132車床總體改造方案為：增配車床數(shù)控系統(tǒng)，更換進(jìn)給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動，采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動進(jìn)給軸運動，加裝編碼器，配置自動回轉(zhuǎn)刀架實現(xiàn)自動換刀功能。具體的改造主要從數(shù)控系統(tǒng)的選擇，伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計，機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計，自動回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計，編碼盤的選用與安裝，電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計，液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)等幾個方面進(jìn)行，通過改造使其具有數(shù)控車床一般特性。下面就從各個局部來具體闡述這次的設(shè)計方案。2.數(shù)控系統(tǒng)的選型在選擇數(shù)控系統(tǒng)型號時，要考慮C6132機(jī)床適用于各類機(jī)械工廠的單件，中小批量生產(chǎn)使用，加工精度可達(dá)IT7級，且要求C6132車床加工復(fù)雜零件，所以數(shù)控系統(tǒng)選擇連續(xù)型數(shù)控系統(tǒng)，以滿足數(shù)控化改造后機(jī)床定位，插補(bǔ)，循環(huán)加工和螺紋加工等功能。國產(chǎn)機(jī)床如廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)，為兩軸聯(lián)動，功能比擬齊全，性能穩(wěn)定，價格廉價，一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。選擇數(shù)控系統(tǒng)時應(yīng)該盡量向一個廠家的型號系列靠攏，這樣既有利于維修和管理，也有利于備件的購置。在改造中可以考慮有類似特點的數(shù)控裝置。3.伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計在普通車床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動機(jī)和交流伺服電機(jī)。交流伺服電動機(jī)調(diào)速方便，體積小，目前廣泛用于數(shù)控機(jī)床的傳動系統(tǒng)。與步進(jìn)電動機(jī)相比，其精度高，價格昂貴，考慮到改造本身是經(jīng)濟(jì)型改造，因此一般選用步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動裝置。步進(jìn)電動機(jī)采用脈沖數(shù)字信號進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱悖芊奖愕膶崿F(xiàn)調(diào)速以及定位，改變各項繞組的接通次序即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，易于控制，且價格低廉，數(shù)控車床上大多使用反響式步進(jìn)電動機(jī)。在需要快速移動大距離的條件下，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)動慣量小，運行頻率高，價格較低的反響式步進(jìn)電動機(jī)。經(jīng)全面考慮，在C6132的數(shù)控化改造中，選用反響式步進(jìn)電動機(jī)作為縱向和橫向的進(jìn)給驅(qū)動。理由是：該系統(tǒng)控制方便，有數(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)電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副和滾珠絲桿副驅(qū)動執(zhí)行元件。只要控制指令脈沖的數(shù)量，頻率以及通電順序，便可以控制執(zhí)行部件的位移量，速度和運動方向。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易維修，性價比高；考慮改造后的C6132機(jī)床精度要求〔縱向最小運動單位為0.01mm/脈沖，橫向最小運動單位為0.005mm/脈沖〕，加工精度不算太高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低本錢，應(yīng)選擇步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動開環(huán)控制系統(tǒng)。4.機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計在機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計中，主要針對原機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，主傳動系統(tǒng)中保存C6132車床的主軸機(jī)械局部和三相交流電動機(jī)YD132M——8/4B5TH，只是在主軸同步旋轉(zhuǎn)的軸上，加裝一個脈沖編碼器，實現(xiàn)螺紋的數(shù)控加工。在進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)對縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電動機(jī)。進(jìn)給傳動方式為：縱橫向步進(jìn)電動機(jī)——減速齒輪——滾珠絲桿副——床鞍。分別在X軸和Z軸端配置減速器，減速器由一對嚙合齒輪組成，通過減速器齒輪傳動，由滾珠絲桿副把動力傳給床鞍，從而帶動拖板的移動為實現(xiàn)機(jī)床所需要的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速在傳給絲杠，同時為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。改裝時先撤除原機(jī)床進(jìn)給箱，溜板箱，光杠和絲杠，再換上滾珠絲杠。在本設(shè)計中滾珠絲杠采用循環(huán)插管式，雙螺母墊片預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式，精度等級為3級，型號為JCS——CDM系列滾珠絲杠副。此外，為提高傳動剛度和消除間隙，齒輪傳動要選用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。5.自動回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計自動換刀裝置因數(shù)控車床的形式，工藝范圍和刀具的種類與數(shù)量不同而具有不同的形式。目前常用的有自動回轉(zhuǎn)刀架和帶刀庫的換刀裝置。自動回轉(zhuǎn)刀架也稱為轉(zhuǎn)塔式刀架，它是數(shù)控車床上最常用的，也是最簡單的一種自動換刀裝置，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀功能。自動回轉(zhuǎn)刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，公藝性可靠。根據(jù)所加工零件的加工要求及機(jī)床控制方式，在本改造中，采用四方回轉(zhuǎn)刀架。在C6132車床數(shù)控改造中，將原機(jī)床的手動回轉(zhuǎn)刀架替換成自動回轉(zhuǎn)刀架，撤除原刀架和小滑板，換上由常州宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4_CK6132四工位自動回轉(zhuǎn)刀架。6.編碼器的選用和安裝機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸局部數(shù)控化改造的重要局部，所以在原來車床上需加裝一個脈沖編碼器，，才能實現(xiàn)自動加工螺紋的目的。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，即編碼盤作為車床主軸位置信號的對抗元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號，輸送到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺紋進(jìn)行計算處理，從而控制機(jī)床縱向或橫向步進(jìn)電動機(jī)，實現(xiàn)加工螺紋的目的。所以進(jìn)行C6132的數(shù)控化改造設(shè)計時，決定在主傳動系統(tǒng)中加一個光電馬盤。結(jié)合脈沖編碼器每轉(zhuǎn)進(jìn)給脈沖數(shù)〔即分辨率〕對螺紋的加工范圍，再結(jié)合環(huán)境特性，并根據(jù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速不允許超過主軸脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速的原那么，初步選擇長春三峰傳感技術(shù)生產(chǎn)的常規(guī)型實心軸光電編碼器PIE系列編碼器。該系列編碼器經(jīng)濟(jì)實用，力矩小，多規(guī)格，適應(yīng)多種數(shù)控設(shè)備，其最高許用轉(zhuǎn)速為5000r/min，遠(yuǎn)大于車床主軸最高轉(zhuǎn)速2000r/min7.電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計在電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計中，應(yīng)該遵循：在滿足控制要求的前提下，設(shè)計方案力求簡單，經(jīng)濟(jì)，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)操作簡單，使用與維修方便。機(jī)床中的主軸電動機(jī)，冷卻泵電動機(jī)，刀架電動機(jī)等需系統(tǒng)自動控制。C6132車床改造后的電氣控制線路由電源電路，主電路，控制電路和CNC控制回路等組成。改造時更換同一型號的老化電器元件有變壓器，自動斷路器，接觸器等，主要增加的電氣元件包括主軸編碼器，X/Z軸驅(qū)動器，電動刀架控制器以及必要的控制開關(guān)，繼電器等。改造后撤除原電控箱，原位安裝改造后的電氣柜，最后還需電氣，機(jī)修人員共同進(jìn)行通電調(diào)試。數(shù)控機(jī)床中電氣控制系統(tǒng)除了對機(jī)床輔助運動和輔助動作控制外，還包括對保護(hù)開關(guān)，各種行程開關(guān)，極限開關(guān)的控制，以及在操作盤上所有按鍵，操作指示燈等的控制。改造后的電氣系統(tǒng)，不僅保存了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點，同時具有體積小，功能強(qiáng)，通用性和靈活性強(qiáng)，使用維護(hù)方便等特點。8.液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)在車床數(shù)控化中一般不需要對原來的切削液系統(tǒng)進(jìn)行改造。用數(shù)控系統(tǒng)上的切削液接口與液壓系統(tǒng)的電路連接，通過CNC控制，實現(xiàn)切削液的自動開關(guān)。此外，液壓系統(tǒng)的清潔程度對液壓元件和液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)，準(zhǔn)確運行有著非常重要的影響。對C6132車床進(jìn)行數(shù)控化改造后，還要仔細(xì)檢查液壓元件，如果發(fā)現(xiàn)有已經(jīng)磨損，老化的元件，如過濾器，空氣濾清器，密封圈等，那么需要更換，確保液壓元件能正常工作，從而保證整個機(jī)床系統(tǒng)能正常運作，實現(xiàn)數(shù)控車床的性能和加工特點。在檢查，更換，維護(hù)后對液壓系統(tǒng)循環(huán)過濾，清洗整個系統(tǒng)。2.3.3根據(jù)改造后的C6132機(jī)床精度要求〔數(shù)控化改造后縱向精度為0.01mm，橫向精度為0.005mm〕，加工精度不算太高，所以可以選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。綜合考慮性價比，在充分調(diào)研比擬的根底上并根據(jù)改造的目的，本方案選用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980TA車床數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控設(shè)備廠同時生產(chǎn)與該數(shù)控系統(tǒng)相匹配的驅(qū)動器，從而有利于維修和管理，。GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放體系結(jié)構(gòu)，性價比高，屬于連續(xù)切削控制系統(tǒng)，具有如下特點：〔1〕該系統(tǒng)采用16bit高速處理器和超大規(guī)模可編程門陣列〔CPLD〕進(jìn)行硬件插補(bǔ)，實現(xiàn)高速微米級控制?！?〕全封閉式裝置，集成度高，整機(jī)工藝結(jié)構(gòu)合理，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高?！?〕直線型，指數(shù)型加減速方式，可配套步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，應(yīng)用靈活。〔4〕可變電子齒輪比，應(yīng)用方便?！?〕320×240點陣圖形式液晶顯示?！?〕中文、英文〔選配〕菜單，界面友好，操作方便。。機(jī)床本體局部的數(shù)控化改造與設(shè)計計算1.進(jìn)給系統(tǒng)的傳動方式及絲杠類型選擇〔1〕傳動方式。機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)橫向和縱向均采用步進(jìn)電機(jī)——減速齒輪——滾珠絲杠螺母副——溜板的傳動方式。為實現(xiàn)機(jī)床所需的分辨率，采用步進(jìn)電動機(jī)經(jīng)減速齒輪在傳至絲杠，同時為保證一定傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。在本設(shè)計中采用循環(huán)插管式，雙螺母墊片預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式，精度等級為3級，型號為JSC-CDM系列滾珠絲杠副。此外，為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加荷載的結(jié)構(gòu)，齒輪傳動也采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)，在X軸和Z軸的步進(jìn)電動機(jī)輸出端配置減速器，減速器由一對嚙合齒輪組成，使減速器輸出軸通過連接套與滾珠絲杠直接相連，由滾珠絲桿副將動力傳給工作臺帶開工作臺移動。機(jī)械改造局部主要計算和選擇齒輪，滾珠絲杠螺母副，撤除原機(jī)床的進(jìn)給箱、溜板箱、光杠和絲杠，換上滾珠絲杠，安裝在原絲杠位置。〔2〕滾珠絲杠的選擇。滾珠絲桿副作為精密、高效的傳動元件在精密機(jī)床，數(shù)控機(jī)床得到廣泛應(yīng)用，在機(jī)械工業(yè)，交通工業(yè)，航天航空，軍工產(chǎn)品等各個領(lǐng)域應(yīng)用的很普遍，可用作精密定位自動控制，動力傳遞和運動轉(zhuǎn)換。1〕滾珠絲桿副傳動優(yōu)點。滾珠絲桿副傳動與滑動絲杠副傳動相比有以下優(yōu)點：①傳動效率高。一般可達(dá)95%以上，是滑動絲杠傳動的2~4倍。②運動平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高，低速無爬行。③可以預(yù)緊，消除絲杠副間隙，提高軸向接觸剛度。④定位精度和重復(fù)精度高。⑤使用壽命為普通滑動絲杠的4~10倍，甚至更高。⑥同步性好，有幾套相同的滾珠絲杠副同時傳動幾個相同的部件或裝置時，可獲得較好的同步性⑦使用可靠，潤滑簡單，維修方便。⑧不自鎖，可逆向傳動，即螺母為主動，絲杠為被動。旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。⑨有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。2〕滾珠絲杠副精度等級確定。查本章文獻(xiàn)24，在車床數(shù)控化改造中可選用3級。3〕滾珠絲杠的潤滑、防護(hù)和密封①潤滑：滾珠絲杠必須潤滑。滾動軸承用的各種潤滑劑原那么上都可以用。主軸的各種潤滑劑和潤滑方式都可用于精密滾珠絲杠。一般情況下采用鋰基潤滑油脂，在高速和需要嚴(yán)格控制溫升時，可用L——AN32全損耗系統(tǒng)用油，汽輪機(jī)油循環(huán)潤滑或噴霧潤滑。②防護(hù)和密封：絲杠防護(hù)套有伸縮套管式、折疊套管式和螺旋鋼帶保護(hù)套。后者由專業(yè)廠生產(chǎn)，應(yīng)用較廣，所以選用螺旋鋼帶保護(hù)套。2.機(jī)械本體改造和設(shè)計計算〔1〕縱向機(jī)械傳動局部的數(shù)控化改造和設(shè)計計算。1〕切削力計算2〕滾珠絲杠設(shè)計計算。①滾珠絲杠的選型方案?！瞐〕螺紋滾道型面的選擇：單圓弧形面，雙圓弧型面；要求：經(jīng)濟(jì)，易調(diào)試，穩(wěn)定。方案：選用雙圓弧型面。原因：雙圓弧型面接觸角不變，雙圓弧交接處尚有小空隙可容納一些贓物，這對滾珠絲杠有利而不致堵塞?！瞓〕滾珠循環(huán)模式：內(nèi)模式，外模式。方案:選用外循環(huán)；原因：結(jié)構(gòu)簡單，公藝性優(yōu)良，適合成批生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)實用，適用于重載荷傳動，高速驅(qū)動及精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)?！瞔〕軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式，螺紋式，齒差式。要求：經(jīng)濟(jì)可靠，易拆裝，剛度高；方案：選用雙螺母墊圈式預(yù)緊；原因：結(jié)構(gòu)簡單；裝卸方便，剛度高。滾珠絲桿副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠型號的選擇。②計算作用在絲杠上的最大動載荷C〔N〕。首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進(jìn)給牽引力，計算絲杠的軸向荷載，在根據(jù)要求的壽命計算出滾珠絲杠副應(yīng)能承受的最大載荷C。3〕滾珠絲杠的選型。根據(jù)C＜Ca〔Ca是絲杠的額定負(fù)載〕的原那么，是選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。查《機(jī)械零件設(shè)計手冊》電子版，由于導(dǎo)程為6mm，所以選取滾珠絲杠型號為CDM3206——5，公稱直徑為32mm，其額定動載荷為26250N＞7051N，故強(qiáng)度足夠。CDM3206——5表示外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，公稱直徑為40mm，導(dǎo)程為6mm，右旋螺紋，載荷鋼球為5圈，精度3級的定位滾珠絲杠副.4〕滾珠絲杠的驗算5〕確定齒輪傳動比。當(dāng)傳動比i＞1時，進(jìn)給傳動為減速傳動；當(dāng)i＜1時，進(jìn)給傳動為升速傳動。因升速傳動會降低電動機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)矩，而減速傳動會降低快速運動速度，而且要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，故一般選擇傳動比設(shè)計范圍：0.5≥i≥2，最好為1.0~2.0.為簡化其結(jié)構(gòu)，均采用以及齒輪傳動，其從動齒輪孔與絲杠軸頸相配合，主動齒輪孔與步進(jìn)電機(jī)輸出軸配合，步進(jìn)電動機(jī)用固定板安裝在機(jī)床上?！?〕橫向機(jī)械傳動局部的數(shù)控化改造和設(shè)計計算1〕切削力計算2〕滾珠絲杠設(shè)計計算。計算作用在絲杠上的最大動載荷C。首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進(jìn)給牽引力，計算絲杠的軸向荷載，在根據(jù)要求的壽命計算出滾珠絲杠副應(yīng)能承受的最大載荷C。3〕滾珠絲杠的選型。根據(jù)C＜Ca〔Ca是絲杠的額定負(fù)載〕的原那么，是選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。查《機(jī)床說明書》，由于導(dǎo)程為4mm，同時要采用外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，所以選取滾珠絲杠型號為CDM2004——2.5——P3，其額定動載荷為5862N＞4912N，故強(qiáng)度足夠。CDM2004——2.5——P3表示外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，，右旋螺紋，載荷鋼球為2.5圈，精度3級的定位滾珠絲杠副.。4〕滾珠絲杠的驗算。5〕確定齒輪傳動比。為簡化其結(jié)構(gòu)，均采用以及齒輪傳動，其從動齒輪孔與絲杠軸頸相配合，主動齒輪孔與步進(jìn)電機(jī)輸出軸配合，步進(jìn)電動機(jī)用固定板安裝在機(jī)床上。6〕齒輪間隙的調(diào)整環(huán)節(jié)。為了提高傳動精度和傳動平穩(wěn)性，防止齒輪在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生沖擊和噪聲，對于縱向、橫向齒輪都需要設(shè)計中心距的調(diào)整機(jī)構(gòu)。由于主、從動齒輪在制造過程中不可防止存在著加工誤差，為使這一對相互嚙合的齒輪在安裝后中心距到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)中心距，采取如下措施。主軸安裝在步進(jìn)電機(jī)軸上，而步進(jìn)電機(jī)的端部用螺釘與偏心套聯(lián)接，偏心套裝在箱體上，轉(zhuǎn)動偏心套〔這時步進(jìn)電機(jī)連同從動輪一起轉(zhuǎn)動〕，從而可以調(diào)整主、從動輪之間的中心距。3.滾珠絲杠的支承與軸承選用〔1〕滾珠絲杠支承形式選擇。為了滿足高精度、高速度進(jìn)給系統(tǒng)的需求，除應(yīng)采用高精度、高速度的滾珠絲杠副外，還必須重視支承的設(shè)計，注意選用軸向剛度高，摩擦力矩小，運行精度高的軸承。絲杠一端安裝兩個深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的稱為固定支承〔G〕；安裝一個深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的稱為鉸支承〔J〕；螺母相當(dāng)于固定支承。絲杠的支承方式有兩端固定〔G——G〕，一端固定，一端鉸支〔G——J〕；一端固定，一端自由〔G——Z〕，兩端鉸支〔J——J〕幾種。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝以及其支承的結(jié)構(gòu)剛性也是不可無視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母做的局部剛度和接觸強(qiáng)度，新設(shè)計的機(jī)床在工藝條件允許時，常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來增大剛度。1〕支承形式。采用一端固定，一端鉸支的支承形式，其特點如下：①需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難。②壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高。③絲杠有熱膨脹的余地。④適用于較長的臥式安裝絲杠。2〕滾珠絲杠軸端的形式。滾珠絲杠采用一端固定，一端鉸支的支承形式。〔2〕滾動軸承的選用。絲杠軸的載荷主要是軸向荷載，徑向除絲杠重力外，一般無外載荷，對絲杠軸承主要要求軸向精度和剛度較好，摩擦力矩要盡量小。固定支承采用有60°角接觸球軸承，雙向推力角接觸球軸承，圓錐滾子軸承，滾針軸承和推力滾子軸承。根據(jù)軸承特性的比擬，而鉸支端要求軸向剛度大，可選用深溝球軸承，固定支承可選用60°角接觸球軸承，其特點有：接觸角大，鋼球數(shù)多，承載能力大，剛度大。即能承受軸向荷載，也能承受徑向荷載，支承結(jié)構(gòu)可以簡化。軸承是按規(guī)定預(yù)緊力供給的，使用者不需要自己調(diào)整。軸承起動摩擦力矩小，降低絲杠副驅(qū)動效率，提高進(jìn)給系統(tǒng)靈敏度。伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計1.控制系統(tǒng)的選擇按控制方式分類，控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)，全閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)和其它兩種控制系統(tǒng)相比有本錢低，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，雖然開環(huán)系統(tǒng)的精度已經(jīng)滿足不了數(shù)控機(jī)床日益提高的對控制功率、快速運動和加工精度的要求，但由于近年來開展了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)，出現(xiàn)了專用的細(xì)分功率驅(qū)動模塊，步進(jìn)電機(jī)在低轉(zhuǎn)矩，高精度，速度中等的小型設(shè)備的驅(qū)動控制中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在微電子生產(chǎn)設(shè)備中充分發(fā)揮了它的獨特優(yōu)勢；開環(huán)控制系統(tǒng)主要是由驅(qū)動控制環(huán)節(jié)〔環(huán)形分配器，加減速電路〕，執(zhí)行元件〔步進(jìn)電動機(jī)〕和機(jī)床〔滾珠絲杠，工作臺等〕三大局部組成。開環(huán)系統(tǒng)的指令信號單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不在反響回來，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。其驅(qū)動電動機(jī)采用步進(jìn)電動機(jī)，控制電路每變換一次指令脈沖，步進(jìn)電動機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個步距角，通過齒輪，絲杠傳動使工作臺移動一定距離，該距離稱為脈沖當(dāng)量。步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于指令脈沖的頻率，轉(zhuǎn)角大小取決于指令脈沖數(shù)。步進(jìn)電動機(jī)有以下特點：1〕能方便的實現(xiàn)調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)和起?？刂疲瑔⑼r間短。只要控制輸入脈沖的數(shù)量，頻率及電動機(jī)繞組通電順序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向，在一定頻率范圍內(nèi)，改變各繞組的接通次序即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，各種運行方式都能方便地任意改變，且不會丟步。2〕輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無積累誤差。不僅電動機(jī)采用脈沖數(shù)字信號進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距，誤差自動變?yōu)榱恪?〕轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)快。4〕輸入角與輸出角嚴(yán)格成比例，且在時間上同步。步進(jìn)電動機(jī)的步距角和旋轉(zhuǎn)速度不受各種干擾因素，如電壓，電流，波形，溫度等影響。5〕維修方便，壽命長。2.縱向步進(jìn)電機(jī)的計算選選擇步進(jìn)電動機(jī)是一種用脈沖信號控制的電動機(jī)。在負(fù)載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)將來自數(shù)控裝置的進(jìn)給脈沖信號輸出，電動機(jī)的角位移與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比，因此，步進(jìn)電機(jī)已成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中最主要的一種伺服動力元件?！?〕負(fù)載慣量計算〔2〕各種工況下轉(zhuǎn)矩計算3.橫向步進(jìn)電機(jī)的計算與選擇〔1〕負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量計算〔2〕各種工況下所需轉(zhuǎn)矩計算4.驅(qū)動器選擇由GSK980TA數(shù)控裝置技術(shù)參數(shù)可知，GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)適配的驅(qū)動裝置有：DF3A系列三相反響式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器、DY3B系列三相混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器、DA98系列交流伺服。根據(jù)驅(qū)動器同時要和數(shù)控系統(tǒng)及X、Z軸電動機(jī)匹配的原那么，X、Z選用的是反響是步進(jìn)電動機(jī)，所以在這里應(yīng)選用DF3A系列三相反響式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器。又因為在伺服系統(tǒng)的改造局部選用的是110BF003步進(jìn)電動機(jī)作為X、Z軸的伺服電動機(jī)，所以選用DF3A——06三相反響是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器作為連接系統(tǒng)和電動機(jī)的驅(qū)動器。〔1〕DF3A——06三相反響是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的特點：1〕可靠性高。數(shù)字技術(shù)和單片機(jī)的應(yīng)用，使得驅(qū)動器線路簡單可靠；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，防護(hù)性能好；短路，過流，超溫，欠壓保護(hù)系統(tǒng)線路提供全面，可靠的保護(hù)，大大提高了步進(jìn)驅(qū)動器的可靠性。2〕低速性能好。引入單片機(jī)進(jìn)行軟環(huán)分及矢量細(xì)分，實現(xiàn)1比1平滑細(xì)分及5、10、20倍矢量細(xì)分，使得步進(jìn)電動機(jī)低速運行平穩(wěn)，防止振蕩及失步。矢量細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用，使得與微米級位置控制器配套的步進(jìn)系統(tǒng)輸出精度接近微米級。3〕高速性能優(yōu)。輸入信號頻率不大于250kHz〔20細(xì)分時〕，輸出電流頻率可達(dá)15kHz。由于采用高壓〔300V〕恒流斬波，高速特性好，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)空載運行最高速度不低于700mm/min。4〕適用范圍廣。輸出電流3~10A可調(diào)，可驅(qū)動90BF、110BF、130BF步進(jìn)電動機(jī)，輸出轉(zhuǎn)矩2~205N*m自動轉(zhuǎn)位刀架自動換刀裝置因數(shù)控車床的形式