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1、C618数控车床的主传动系统设计第一章 概论一、数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表白人类发明了可增强和部分替代脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中发明的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的奔腾，为人类进入信息社会奠定了基本。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，老式机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。二、国内数控机床状况分析（一）国内数控机床现状 近年来国内公司的数控机床占有率逐年上升，在大中公司已有较多的使用，在中小公司甚至个体公司中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机
2、床以FMS模式集成使用外，大都处在单机运营状态，并且相称部分处在使用效率不高，管理方式落后的状态。 ，国内机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使国内机床的进口额呈逐年上升态势，进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。 近年来国内出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，一般机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为
3、主。（二）国内数控机床的特点 1、新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 2、数控机床产量大幅度增长，数控化率明显提高。 国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率 从的17.4%提高到的22.7%。 3、数控机床发展的核心配套产品有了突破。三、数控系统的发展趋势1.继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来解决人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承当数控的任务。PC机所具有的和谐的人机界面，将普及到所
4、有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。2.向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。3.向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗入和发展，数控系统的智能化限度将不断提高。（1）应用自适应控制技术数控系统能检测过程中某些重要信息，并自动调节系统的有关参数，达到改善系统运营状态的目的。（2）引入专家系统指引加工将纯熟工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。（3）引入故障诊断专家系统（4）智能化数字伺服驱动装置可以通过自动辨认负载，而自动调节参数，使驱动系统获得最佳的运营。四、机床数控化改造的
5、必要性（一）微观看改造的必要性从微观上看，数控机床比老式机床有如下突出的优越性，并且这些优越性均来自数控系统所涉及的计算机的威力。1 、可以加工出老式机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时精确地计算出每个坐标轴瞬时应当运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。2 、可以实现加工的自动化，并且是柔性自动化，从而效率可比老式机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一种程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了柔性自动化
6、。3、 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要修配。4 、可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。5、 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看 管加工。6、 由以上五条派生的好处。如：减少了工人的劳动强度，节省了劳动力（一种人可以看守多台机床），减少 了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出迅速反映等等。（二）宏观看改造的必要性从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行进一步改造（称之为信息化），最后使得她们的产品在国际军品和民品的市
7、场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造老式产业方面比发达国家约落后。如国内机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年均有大量机电产品进口。这也就从宏观上阐明了机床数控化改造的必要性。数控化改造的市场空间 机床的数控制化改造是一种方兴未的行业，从多种记录数字上看前程应当是十分光明的，例如：在美国，日本和德国等发达国家，它们的机床改造人作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造是一种永恒的课题。国内的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业因此不难看出：1国内的市场国内目前机
8、床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即国内机床数控化率不到3。近来，国内数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。国内机床役龄以上的占60以上；如下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS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60以上）。可见我们的大多数制造行业和公司的生产、加工装备绝大数是老式的机床，并且半数以上是役龄在以上的旧机床。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，从而在国际、国内市场上缺少竞争力，直接影响一种公司的产品、市场、效益，影响公司的生存和发展。因此必须
9、大力提高机床的数控化率。2. 进口设备和生产线的数控化改造市场国内自改革开放以来，诸多公司从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全记录，从19791988年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大概165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为国内的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种因素，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使公司的效益受到影响，严重的使公司陷入困境。某些设备、生产线从国外引进后来，有的消化吸取不好，备件不全，维护不当，成果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，导致项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运营，
10、没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路较好，但是由于设备故障不能达产达标；有的由于能耗高、产品合格率低而导致亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种因素使有的设备不仅没有发明财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出重要的技术难点，解决核心技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一种极大的改造市场。机床改造的效益分析提高机床数控化效率有两个途径：一是购买新的数控机床；二是对旧的机床进行改造而对于一种机床拥有量大，经济财力又局限性的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性
11、和数控化率是一种极其有效和使用的途径，采用第二中措施有如下的长处：1、 减少了投资和交货的期限 同购买新的数控机床相比，一般可以节省60%到80%的费用，改造的费用大大减低。2、机械的稳定性可靠 机床的床身，立柱等基本件都是重而结实的铸铁构件，而铸件越久自然失效充足，内应力的消除使得比新的铸件更稳定，这些铸件的使用又可以节省社会资源，又减少了铸铁件生产时对环境的污染。3、熟悉理解设备构造性能，便于操作维修，购买的新设备，事先很难前面理解机床的构造性能，以至很难预算与否完全适合加工规定，而改造则完全可以避免这种状况，并且大大缩短了对数控机床在使用和维修方面的培训时间，机床一旦改装完毕，不久就可以
12、投入使用，见效较快。4、可以充足运用既有的条件 可以充足运用既有的地基，不必像购新机时重新构筑新基，同步工夹具、样板和外设备也可以在运用。5、可更好的因地制宜合理筛选功能 购买现成的通用型机床，往往对一种具体的生产加工有某些多余的功能，又也许缺少某一种专用的特殊功能，如向机床制造厂提出特殊定货规定，增长某些特殊的加工规定，往往费用大，交货的日期又长。而采用改造方案就可以根据生产加工规定，采用组合的措施再某些部件设计改导致专用的数控机床。6、可及时采用最新技术，充足运用社会资源 由于技术进步和国内机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的疏忽资源支持机床方面的改造 ，如随意采购多种尺寸的滚珠丝
13、杠副，且交货期短；采用贴塑导轨新技术，可使老式的滑动导轨的摩擦系数减少五至十几倍来避免爬行，还可以使得刮研极容易，等等例子阐明有一大批社会资源，可根据技术更新的发展速度，及时地采用最新技术来提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机场改导致当今水平的机床。第二章 一般车床的数控改和可行性论证对于一般车床的经济型数控改造，在考虑总体设计方案时，应遵循的原则是：在满足设计规定的前程下，对机床的改动应尽量的少，以减少成本。一 车床的数控改造（一）、数控机床工作原理及构成1. 数控机床工作原理：数控机床加工零件时，一方面应编制零件的加工程序，这是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控
14、装置，再由数控装置控制机床主运动的变化、起停，进给运动的方向、速度和位移量以及其他如刀具选择互换、工件夹紧松开和冷却润滑的开、关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格的按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合规定的零件。2.数控机床的构成：数控机床重要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分构成，其构成框图如图2-1 图2-1 数控机床的构成图（二）、设计内容及任务一般车床（C618）的数控改造设计内容涉及：总体方案的拟定和验证、机械改造部分的设计计算（涉及纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计
15、、电磁离合器的设计计算。本设计任务是对C618卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。运用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改导致自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。（三）、数控部分的设计改造1、数控系统运动方式的拟定数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、持续控制系统。点位控制系统只规定控制刀具从一点移到此外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。持续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C618车床要加工复杂轮廓零件，因此本微机数控系统采用持续控制系统。2、伺服进给系统的设计改造 数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的长处是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的多种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但她构造复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。半闭环控制系统由于调速范畴宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电
