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1、1 前 言1.1我国数控机床的发展趋势，状况和成果众所周知，“机床产业是国民经济发展的基础，装备制造业发展的重中之重。”国家中长期科学术发展规划纲要（2006-2020年）将“高档数控机床与基础制造装备”确定为16个科技重大专项之一。通过国家相关计划的支持，我国在数控机床关键技术研究方面有了较大突破，创造了一大批拥有自主知识产权的核心技术和研究成果。主要体现在下面几点第一中高档数控机床的开发取得了较大进展，在复合加工、五轴联动、数字化设计以及高速加工等关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，精密及超精密数控机床以及一大批专门化高性能机床，并形成了一批中档数控机床产业化基
2、地。第二关键功能部件的制造质量、技术水平功能逐步完善，逐年稳步提高，部分性能指标接近国际先进水平，开发出了高速主轴单元、重载直线导轨、高速导轨防护装置、高速滚珠丝杠、直线电机、数控转台、A/C 轴数控铣头、高速工具系统、刀库与机械手、数字化量仪等高性能功能部件样机，他们之中有的品种已实现小批量生产。第三中高档数控系统开发研究与应用取得一定成果。通过自主研发或与国外开展技术合作，在中档数控系统的开发和生产上取得明显进展。初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题；为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服12与国外的差距第一供应能力不足的高档数控机床。尽管我国机床行业近
3、年来取得了长足的发展，数控化率稳步提高，但由于机床消费和生产的结构性矛盾仍然比较明显。目前，国内对中高档机床的需求量逐渐比低档机床要多，但是国产数控机床仍然以低档机床为主，高档数控机床大部分仍然进口。第二自主创新能力不足。长久以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所里进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力低，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。第三产品可靠性、质量和服务等能力不
4、够。国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标MTBF 与国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的MTBF 与国际上先进水平也有较大差距。在交货期方面，绝大多数企业由于任务重拖期交货。服务体系不健全，在市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足市场快节奏和个性化的要求。（4）功能部件发展滞后。机床是由各种功能部件（主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台和数控伺服系统等）在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展是相互依赖、共同发展的，所以功能部件
5、的创新也深深地影响着数控机床的发展。我国数控机床功能部件已有一定规模，电主轴、主轴单元、数控系统等也有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等还依赖进口。1.3、我国数控机床的发展策略近年内，以轿车制造业为代表的汽车及其零部件制造业、以航空航天为代表的高新技术产业的加速发展，为机床制造业带来了巨大商机。同时，要满足我国重大基础制造和国防工业领域
6、对高档数控机床的巨大需求，摆脱对国外高档数控机床的依赖及垄断，必须突破高档数控机床及相应高性能功能部件的关键技术。我国数控机床的发展需要以市场需求为导向，主机为牵引，统筹考虑数控系统与功能部件、关键部件与主机，推行数字制造；以功能部件为基础，以共性技术为支撑，加速振兴我国机床制造业。1 提高数控机床产品的自主开发、制造能力。对于我国这样一个制造业大国，必须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。共性和关键技术攻关必须与数控机床和功能部件的基地建设有机结合，要以高档数控机床发展为主攻目标，提高整机可靠性和产业化水平，提高国产数控系统和关键功能部件的配套能力，特别是要提高在国产中高档数控机床中的
7、配套能力；加强数控机床基础开发理论的研究、基础工艺技术研究及应用软件开发，搞好行业标准和专利工作，为数控机床产业发展夯实基础。2以功能部件为基础，以关键共性技术为支撑。数控系统、关键部件、功能部件都是发展高档数控机床的基础，当前我国在这方面发展十分薄弱，已成为制约数控机床发展的瓶颈，必须加快发展，提高专业化、批量化生产技术水平和能力。产品的发展和自主创新能力的提高必须依赖于核心技术的掌握，依赖于共性技术的支撑。基础技术研究是机床整体水平提高的前提和保障，是机床设计的关键和基础，对于我国机床行业迈上新台阶，解决机床开发中低水平重复和附加值低等瓶颈问题具有重要意义。3 加快技术引进与国际合作。为了
8、较快得到最新技术，企业可直接与国外科研院所和国外一流企业合资、合作，以市场换技术，以有限的资金换取无限的发展，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。在引进与合作过程中，需要加强引进技术的消化吸收与再创新。某些领域，与国外差距较大，国外先进技术有引进的可能，则通过引进技术，加强消化吸收，实现再创新，满足用户的需求。在技术基础较好的领域，集成现已形成一定优势的技术与用户结合，产学研结合，开发满足用户需要的产品，形成技术创新能力，力求在原始创新上取得突破。1.4、国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏，已经由成长期进入了成
9、熟期，可提供市场1,500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中，五轴(坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于2 台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产
10、线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功，改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。2数控机床设计概况用数控机床进行零件加工时，第一应该将需要加工的零件的工艺信息和几何信息变成加工程序，由输入部分进入数控装置，经过数控装置的运算、处理，然后按照各个坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，将他进行转换、放大处理进行驱动电动机的驱动，进而带动各轴运动，同时进行反馈控制，可以使刀具和工件及其他辅助装置严格的按照所规定的加工工序进行加工，从而加工出
11、所需零件的全部轮廓。同时数控机床具有良好的韧性，如果加工对象变了的时候，你只要重新写加工程序就可以了，原先使用的程序你可以储备起来以后再用，不用再像组合机床似得那样对新的加工对象来设计新的加工机床，这样就使得生产所作的准备用的时间太长。通常我们所说的经济型的数控车床，需要解决的问题就是如何保证和提高被加工零件的精度，我们通过俩方面来实现它：第一，就是系统的控制精度，第二就是机床本身的机械传动精度。数控车床本身的进给传动系统，因为要对进给位移的位置和速度同时实现自动控制。所以数控车床和普通的车床相比就应该有更加好的精度要求，来确保机械传动系统的传动精度和工作的平稳性能。机械传动系统的数控改造有哪
12、些要求呢，第一应该采用低摩擦的传动副，例如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，这样可以减小摩擦力。第二，应该用最佳的降速比，为了使机床能打到它所要求的脉冲当量，是运动位移尽可能的达到要求。第三，尽量减短传动链同时用预紧的办法提高传动系统的刚度。第四，应该消除传动间隙，这样可以减小反向行程误差。比如用消除间隙的连轴节和减少传动齿轮的间隙的机构等。第五，应该满足低的震动和高的可靠性反面的要求。比如选用间隙小、传动精度高的、平稳度高的、效率高的和传动扭矩大的传动元件。根据目前国内的情况，通过应用方面的考虑，可以用更换滚珠丝杠来代替原机床上的T型丝杠。也可以对原机床上T型丝杠加以修复。数控机床通常由控制介质、控
13、制装置、伺服系统和机床组成机床本体的个机械部分。3.锯切数控机床结构机床主要由锯头、床身、托料架、控制柜等部分组成。如图锯切数控机床锯头床身托料架等1)锯头左锯头是固定锯头，右锯头是活动锯头，可在圆导轨上左右移动，各锯头由摆角机构、进给系统、工作台、工件夹紧系统、锯片、锯罩等构成。摆角机构用气缸驱动，它用限位块定位。进给系统用气缸驱动，它是直线式进给。锯片用主轴电机驱动，进给系统锯头的核心部件是进给系统，使用中应重点保养和维护。工作台用来对型材进行支撑、定位及安装夹紧机构，锯罩用来防护及集屑。床身床身是由低碳钢板经折弯成型后焊接而成的，内部布置有加强筋板，焊接后，经人工时效处理，保证了床身有足
14、够的刚性。2). 床身床身是使用低碳钢板经折弯成型然后再进行焊接而成，内部布置添加了加强筋板，焊接后，经人工时效处理，可以使床身有足够的刚性。3).电控柜电控柜上安装有操作面板，操作控制元件装于操作面板上，切割工件时，操作人员须按操作程序按动按钮，以完成型材的切割加工。电控柜可在床身的一定范围内左右滑动。我们这次设计的机床使用于铝塑型材45、22.5、90的切割加工，这种机床传动和进给使用MCX312数控系统控制，它具有高精度的下料尺寸，操作简单，性能可靠，技术先进等优点，它使用硬质合金锯头切削，这样就使得它切削速度快，生产效率高的特点。铝塑型材加工中心示意图4.系统操作说明4.1开机首先将设
15、备接通电源，然后把操作面板上的钥匙开关旋转接通位置，系统通上电。系统通上电后,等待几秒钟后,这是屏幕将出现运行界面，如图4.2.运行画面的使用说明最上两行是使用者注意事项，提示操作者注意操作，以避免引起错误的操作！第三行指系统有四个画面，此时操作者可根据需要按动所需要的触摸键：1.运行画面：即为正常加工自动操作时使用2.手动画面：即为操作者初次调试设备。具体操作详见3项手动画面使用说明3.设定画面：即对加工方式的编辑及参数设置，具体操作详见4项操设定画面使用说明4.帮助画面：即对现场系统操作的说明屏幕下边几行，分别表示当前系统输入输出工作状态，包括左右切锯（开关），左右摆角（开关）等状态。它的型材加工方式分为三种：手动、单送、段送。操作者可根据需要按动所需要的触摸键。屏幕的下边最后一行，表示当前在编程或设置中加工状态参数4.3按下“左直角”摆角气缸工作，机头会摆到限位开关自动断电。这时左机头处在90位置上。右直角按下“右直角”摆角气缸工作，机头会摆到限位开关自动断电。这时右机头处在90位置上。左45度按下“左45度”电磁阀通电，摆角气缸会工作。这时左机头处在45位置上。 左67.5度
