普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【數(shù)改CA6140】

普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【數(shù)改CA6140】,數(shù)改CA6140,普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【數(shù)改CA6140】,普通,車床,數(shù)控,改造,設(shè)計(jì),ca6140 第 4 頁(yè)摘 要針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)普遍車床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說(shuō)明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。采用以單片機(jī)為CPU的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由 I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞: 數(shù)控機(jī)床 單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 改裝設(shè)計(jì)AbstractTo remedy the defects of ordinary lather, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve production rate. This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms. We adopt control system which has single chip as CPU to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface. After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll. Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement.Keyword: Numerical control machine tool ；Single chip microcomputer；system Reform design1數(shù)控技術(shù)及其發(fā)展數(shù)控技術(shù)1 (NC Numerical Control)是指用數(shù)控信號(hào)構(gòu)成的控制程序?qū)δ骋粚?duì)象進(jìn)行控制的一門技術(shù)。它所控制的一般是位移、速度、角度等機(jī)械量，也可以是溫度、壓力、流量等物理量，這些量的數(shù)值不僅可以測(cè)得，而且可以用數(shù)字信號(hào)表示?，F(xiàn)在市場(chǎng)上使用的數(shù)控機(jī)床及數(shù)控氣割機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)等等，都是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)械設(shè)備，就是用數(shù)字信號(hào)對(duì)該設(shè)備自動(dòng)工作過(guò)程進(jìn)行控制。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控設(shè)備的典型代表，它是為了解決小批量、精度高、復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化要求而生產(chǎn)的。1946 年，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具，6 年后，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。19521970 年，屬于數(shù)控(NC)階段，由于早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIRED NC)。從 1970 年開始，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段。到1974年微處理器被應(yīng)用與數(shù)控系統(tǒng)；1990 年，PC 機(jī)的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段；需要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱數(shù)控(NC)。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控”，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)是指“計(jì)算機(jī)數(shù)控”了2。2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1958 年，我國(guó)開始數(shù)控機(jī)床的研制，其主要工作是剖析國(guó)外數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)技術(shù)。由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性、可靠性問(wèn)題沒(méi)有從根本上得到解決，未能及時(shí)推廣3。從八十年代我國(guó)重新開始起步發(fā)展，到 1993 年產(chǎn)量已增長(zhǎng) 1828 倍，產(chǎn)值數(shù)控化率從 1%以下增長(zhǎng)到 12%。從此數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)逐漸形成批量，出現(xiàn)了一批以北京機(jī)床研究所為龍頭的機(jī)床廠，隨后，又組建了許多經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，如武漢華中數(shù)控有限公司、常州寶馬集團(tuán)、西安微電子研究所等。數(shù)控機(jī)床技術(shù)結(jié)合著大型、多功能和經(jīng)濟(jì)型兩大方向同時(shí)發(fā)展，以此來(lái)適合我國(guó)國(guó)情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床4。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一，而我國(guó)從上世紀(jì) 80 年代開始起步，至今仍處于發(fā)展階段。相關(guān)資料指出，“十二五”期間我國(guó)固定資產(chǎn)投資增速快，汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛，外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速度加快，對(duì)機(jī)床的需求仍然旺盛。我國(guó)目前擁有機(jī)床很多都是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近十年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.60.8 萬(wàn)臺(tái)，其中絕大部分為數(shù)控車床，年產(chǎn)值達(dá)到 18 億元，車床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。自改革開放以來(lái)，很多企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，從 19791988 年，全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446 項(xiàng)，其中大部分項(xiàng)目為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于技術(shù)等一些原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給企業(yè)造成很大損失，總結(jié)原因是在改造過(guò)程中，對(duì)一些設(shè)備、生產(chǎn)流程等技術(shù)手段消化吸收不好，維護(hù)不當(dāng)造成的5。世界各國(guó)，包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼成立了機(jī)床修復(fù)公司、翻新公司或改造公司，承擔(dān)舊機(jī)床數(shù)控改造的任務(wù)，并成功地改造了一些大型和重型機(jī)床。我國(guó)常柴股份公司曾改造一臺(tái)仿形銑床6，花費(fèi) 40 萬(wàn)元的改造費(fèi)用，節(jié)約投資近 250萬(wàn)元，使用該銑床加工 N485 柴油機(jī)鑄造用模具，不到三個(gè)月時(shí)間，完成了兩套 N485模具和 20 套空調(diào)模具的加工。根據(jù)常柴股份公司對(duì)已完成數(shù)控化改造的 11 臺(tái)加工中心和 1 臺(tái)仿形銑床投入運(yùn)行后統(tǒng)計(jì)，新增產(chǎn)值達(dá)到 3000 多萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，在機(jī)床數(shù)控化改造實(shí)例中也有許多失敗的例子，如航天部國(guó)營(yíng) 507廠，在八十年代曾經(jīng)對(duì)七十年代產(chǎn)品牡丹江廠的一臺(tái)C620-1 型舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造7，但是由于當(dāng)時(shí)對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造工藝論證不夠充分，所選用的數(shù)控系統(tǒng)性能不穩(wěn)定等原因?qū)е赂脑焓　?近年來(lái)，雖然我國(guó)的數(shù)控機(jī)床無(wú)論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破，但同世界先進(jìn)水平比仍有一些差距，這也是制約我國(guó)機(jī)械工業(yè)快速穩(wěn)步發(fā)展的重要因素。3國(guó)外研究現(xiàn)狀在日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家，數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量較高，占世界總產(chǎn)量的47%左右，僅日、德、美三國(guó)的年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床就占世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量的 36%，其中，日本擁有量的數(shù)控化率為 22.8%8-9。在目前世界機(jī)床擁有量中，高檔(數(shù)控機(jī)床)、中檔(非數(shù)控的自動(dòng)化機(jī)床)、抵檔(手動(dòng)操作的普通機(jī)床)之平均比例約為5:60:35。在發(fā)達(dá)國(guó)家中約為 10:65:25，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)床廠均生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，普通機(jī)床已逐步甩給第三世界國(guó)家生產(chǎn)，在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)中，發(fā)展最快的是自動(dòng)換刀的加工中心。在我國(guó)約為 1:19:80?？梢?，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中的數(shù)控機(jī)床占有率比我國(guó)高很多10-12。在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的車床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，用數(shù)控技術(shù)改造車床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了車床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。比如說(shuō)在美國(guó)，車床改造業(yè)稱為車床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche 工程公司、Ayton 機(jī)床公司、US 設(shè)備公司等13。在日本，車床改造業(yè)稱為車床改裝業(yè)，從事改裝的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等14。在德國(guó)，可以將改造后的舊車床的質(zhì)量和性能做得與新車床差不多，而且，改造后的二手車床的用戶也同樣能夠得到供應(yīng)商或改造廠提供的配套服務(wù)15。其中，在德國(guó)具有代表性的Schiiess 公司在 1981年把一臺(tái)加工直徑為 19m 的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)于 1929 的該機(jī)床是世界上的機(jī)床；其改造主要包括將工作臺(tái)導(dǎo)軌改裝為靜壓導(dǎo)軌，提高其承載能力；主傳動(dòng)采用半導(dǎo)體可控硅控制；刀架的滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌等；該機(jī)床的整體改造費(fèi)用僅為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格的 28.9%，該公司還改造了一臺(tái)最大直徑為 14m 的超重型立式車床，全部改造費(fèi)用是當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格的19.1%16。 由此可見，對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的數(shù)控化改造在節(jié)約成本和改善舊機(jī)床閑置資源的合理利用等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，從完成的改造設(shè)備運(yùn)行情況來(lái)看，改造后的設(shè)備取得了令人滿意的效果，從而更有力地推動(dòng)了車床改造行業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 胡占奇,楊莉. 機(jī)床數(shù)控技術(shù)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出社,2008:1-5. 2 張大林.普通車床數(shù)控化改造方法及設(shè)計(jì)探討J.江西化工,2011(4):87-88. 3 歐陽(yáng)全會(huì),李英. 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