论机数控技术与数控机床的兴起及意义

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1、论机数控技术与数控机床的兴起及意义论机数控技术与数控机床的兴起及意义机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要项目，机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要项目， 在我国目前由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行在我国目前由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行 数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。本文对数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。本文对C6132C6132 普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可 行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机床结构的设计、行性分析、对机床关键部件参数的

2、计算、对机床结构的设计、 对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机 系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。结果系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。结果 表明：经改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能实现表明：经改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能实现 加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的 生产效率，降低了劳动强度。生产效率，降低了劳动强度。 数控技术，简称数控（数控技术，简称数控（NumericalNumerical C

3、orltrolNCCorltrolNC），是利用数字化信息对机械运动及加工过程），是利用数字化信息对机械运动及加工过程 进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制 ，因此，也可以称为计算机数控（，因此，也可以称为计算机数控（ComputerComputer NumericalNumerical ControlCNCControlCNC）。）。 采用了数控技术进行控制的机床，或者说装备了数控系统的机采用了数控技术进行控制的机床，或者说装备了数控系统的机 床称为数控机床。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制床称为数控机床。它是一种

4、综合应用了计算机技术、自动控制 技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化 产品，是现代制造技术的基础，它很好地解决了形状结构复杂产品，是现代制造技术的基础，它很好地解决了形状结构复杂 、精度要求高及小批量零件的加工问题且能稳定产品的加工质、精度要求高及小批量零件的加工问题且能稳定产品的加工质 量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。机床控制也是量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。机床控制也是 数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代 表了当前数控技术的

5、发展水平和方向。与普通机床相比，数控表了当前数控技术的发展水平和方向。与普通机床相比，数控 机床能够自动换刀、自动变更切削参数，完成平面、回旋面、机床能够自动换刀、自动变更切削参数，完成平面、回旋面、平面曲线的加工，加工精度和生产效率都比较高，因而应用日平面曲线的加工，加工精度和生产效率都比较高，因而应用日 益广泛。益广泛。 在美国、日本和德国等发达国家，他们的机床改造业作为新的在美国、日本和德国等发达国家，他们的机床改造业作为新的 经济增长行业，生气盎然，正处在黄金时期。由于机床以及数经济增长行业，生气盎然，正处在黄金时期。由于机床以及数 控技术的不断进步，机床改造成了一个控技术的不断进步，

6、机床改造成了一个“永恒永恒“ “的课题。在美的课题。在美 国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市 场，这已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，场，这已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国， 机床改造业称为机床再生（机床改造业称为机床再生（RemanufacturingRemanufacturing）业。从事再生）业。从事再生 业的著名公司有：业的著名公司有：BertscheBertsche工程公司、工程公司、aytonayton机床公司、机床公司、DeVliDeVli egBuUavdegBuUavd（得宝

7、）服务集团、（得宝）服务集团、USUS设备公司等。美国得宝公司设备公司等。美国得宝公司 已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（RetrRetr ofittingofitting）业。从事改装业的著名公司有：大限工程集团、岗）业。从事改装业的著名公司有：大限工程集团、岗 三机械公司、千代田工机械公司、野崎工程公司、滨田工程公三机械公司、千代田工机械公司、野崎工程公司、滨田工程公 司、山本工程公司等。司、山本工程公司等。 我国目前机床总量约我国目前机床总量约400400万台，其中数控机床总数只有万台，其中数控机床总数只有2020万台万台

8、 ，即我国机床数控化率仅为，即我国机床数控化率仅为5%5%左右，而国外发达国家的机床数左右，而国外发达国家的机床数 控化率，多年前就达到控化率，多年前就达到20%20%以上。我国机床役龄以上。我国机床役龄1010年以上的占年以上的占6 6 0%0%以上以上; ;役龄役龄1010年以下的机床中，自动年以下的机床中，自动/ /半自动机床不到半自动机床不到20%20%，F F MC/FMSMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动 机床占机床占60%60%以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产以上）。可见我们的大多数制造行业和企

9、业的生产 、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是役龄在、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是役龄在1010 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差 、品种少、档次低、成本高、供货期长等现象，从而在国际、品种少、档次低、成本高、供货期长等现象，从而在国际、 国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效 益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化 率。率。 目前各企业都有大量的普通机床

10、，完全用数控机床来替换根本目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床来替换根本 不现实，而且替换下来的旧机床闲置起来又会造成浪费，要解不现实，而且替换下来的旧机床闲置起来又会造成浪费，要解决这些问题，应走普通机床的数控化改造之路。从美国、日本决这些问题，应走普通机床的数控化改造之路。从美国、日本 等国家工业现代化进程看，机床的数控化改造也必不可少，数等国家工业现代化进程看，机床的数控化改造也必不可少，数 控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有26%26%的机床经的机床经 过数控改造，中小型企业则是过数控改造，中小型企业则是74%74%，在美国有许

11、多数控专业化，在美国有许多数控专业化 公司，为世界各地提供机床数控化改造服务。因此，普通机床公司，为世界各地提供机床数控化改造服务。因此，普通机床 的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些 中小型企业更是如此。中小型企业更是如此。 利用现有闲置的旧机床，通过数控化改造，使其成为一台高效利用现有闲置的旧机床，通过数控化改造，使其成为一台高效 、多功能的数控机床，投资少、见效快，是一种盘活存量资产、多功能的数控机床，投资少、见效快，是一种盘活存量资产 的有效方法，也是低成本实现自动化的有效方法，也是在短期的有效方法，也是低成本实现

12、自动化的有效方法，也是在短期 内提高我国机床的数控化率的一条有效途径。内提高我国机床的数控化率的一条有效途径。 另外对普通机床进行数控化改造有许多积极的意义：另外对普通机床进行数控化改造有许多积极的意义： 1 1）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省6 6 0%0%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造 只需花新机床购置费的只需花新机床购置费的1/31/3，即使将原机床的结构进行彻底改，即使将原机床的结构进行彻底改 造升级也只需花费购买新机床造升级也只需花费购买新

13、机床60%60%的费用，并可以利用现有地的费用，并可以利用现有地 基。基。 2 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不 会产生应力变形而影响精度。会产生应力变形而影响精度。 3 3）提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化）提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化 ，效率可比传统机床提高，效率可比传统机床提高3 3至至5 5倍。对复杂零件而言难度越高功倍。对复杂零件而言难度越高功 效提高得越多，且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且效提高得越多，且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且 可以缩短生产准备周

14、期。可以缩短生产准备周期。 4 4）可实现多工序的集中，提高了相关的加工精度，同时减少）可实现多工序的集中，提高了相关的加工精度，同时减少 了零件在机床间的频繁运转。了零件在机床间的频繁运转。 5 5）可缩短新产品试制周期和生产周期，对市场需求做出快速）可缩短新产品试制周期和生产周期，对市场需求做出快速 反应。机床数控化还是推行反应。机床数控化还是推行FMCFMC、FMSFMS以及以及CIMSCIMS等企业信息化改等企业信息化改 造的基础。造的基础。 6 6）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更 好的调节了机床的加工状态。还可以

15、提示操作者机床故障或编好的调节了机床的加工状态。还可以提示操作者机床故障或编 程错误等机床运行中出现的问题。程错误等机床运行中出现的问题。 1 1）根据数控化改造后车床所具备的功能，制订了车床总体改）根据数控化改造后车床所具备的功能，制订了车床总体改 造方案，并绘制了改造后车床总体布置图造方案，并绘制了改造后车床总体布置图; ; 2 2）为使改造后的车床主轴能够实现无级变速、正转、反转以）为使改造后的车床主轴能够实现无级变速、正转、反转以 及停止等功能，本次改造采用了变频器驱动主电机的方式，本及停止等功能，本次改造采用了变频器驱动主电机的方式，本 文对主轴变频器的选用做了相应的说明文对主轴变频

16、器的选用做了相应的说明; ; 3 3）为使改造后的车床能够加工螺纹，改造时，拆除原来的挂）为使改造后的车床能够加工螺纹，改造时，拆除原来的挂 轮架部分，在机床轮架部分，在机床轴伸出端安装主轴脉冲编码器，本文对脉轴伸出端安装主轴脉冲编码器，本文对脉 冲编码器的安装方法作了简要论述冲编码器的安装方法作了简要论述; ; 4 4）在利用聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，粘接）在利用聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，粘接 工艺的好坏将直接影响改造后导轨的性能。本文对粘接工艺的工艺的好坏将直接影响改造后导轨的性能。本文对粘接工艺的 控制作了简要论述控制作了简要论述; ; 5 5）在电气改造方面，设计了车床数控系统的硬件电路图，纵）在电气改造方面，设计了车床数控系统的硬件电路图，纵 、横向步进电机的计算和选型也作了详细阐述、横向步进电机的计算和选型也作了详细阐述; ; 6 6）在机械改造方面，对纵横向伺服进给机构，特别是滚珠丝）在机械改造方面，对纵横向伺服进给机构，特别是滚珠丝 杠螺母副作了详细设计研究，并对