機(jī)床數(shù)控化改造現(xiàn)狀與設(shè)計(jì)實(shí)例

前言 2005年，我國(guó)數(shù)控金屬切削機(jī)床生產(chǎn)59639臺(tái)，進(jìn)口30746臺(tái)。除部分出口外，總消費(fèi)數(shù)量約85000臺(tái)。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)床不足40%。2006年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值和銷售收入保持較高的增長(zhǎng)速度，其中數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，全年生產(chǎn)85756臺(tái)，同比增長(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)5.68%，所占比例為26.43%。 專家認(rèn)為，目前我國(guó)機(jī)床市場(chǎng)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(chǎng)主體。國(guó)內(nèi)的機(jī)床制造企業(yè)在努力開(kāi)拓高檔機(jī)床的同時(shí)，一定要加速普及型數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化步伐。通過(guò)生產(chǎn)和進(jìn)口數(shù)控機(jī)床并不能滿足我國(guó)日益增長(zhǎng)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(huì)造成很大的浪費(fèi)，而且會(huì)因?yàn)槿狈Y金購(gòu)買(mǎi)大量的數(shù)控機(jī)床來(lái)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(guó)制造也迅猛發(fā)展，資金短缺，舊有機(jī)床所占比例大的國(guó)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(shū)籍不多，在網(wǎng)上有關(guān)機(jī)床數(shù)控化改造的問(wèn)題很多，但是多偏向于一些基本的改造常識(shí)和高級(jí)的改造技巧方面的問(wèn)題。由于機(jī)床數(shù)控化改造涉及的知識(shí)面廣，若沒(méi)有專業(yè)知識(shí)的支持，改造后的機(jī)床在使用中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，進(jìn)而造成事故；而且數(shù)控化改造的市場(chǎng)也會(huì)因此變得不規(guī)范。因此，數(shù)控化改造的規(guī)范化設(shè)計(jì)改造是非常迎合目前數(shù)控化改造市場(chǎng)的需要的。 機(jī)床數(shù)控化改造主要是針對(duì)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(jì)算方法計(jì)算，是否按照規(guī)則，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(yùn)行精度，加工質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵因素。本書(shū)著眼于數(shù)控機(jī)床改造的具體實(shí)例，通過(guò)提供詳細(xì)的計(jì)算公式，選擇原則和選擇方案，進(jìn)一步說(shuō)明了數(shù)控機(jī)床的改造方法。同時(shí)根據(jù)已有的改造案例總結(jié)改造中出現(xiàn)的問(wèn)題，并說(shuō)明相應(yīng)的改造方法。第一章 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1.1.1 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(lái)自數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的威力。1） 可以加工傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線，曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。2） 可以實(shí)現(xiàn)價(jià)格的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。由于計(jì)算機(jī)具有記憶力和存儲(chǔ)能力，可以見(jiàn)輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按照程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被成為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。3） 加工零件的精度高，尺寸分散小，使裝配容易，不需要再“修配”。4） 可以實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間頻繁搬運(yùn)。5） 擁有自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)監(jiān)控，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)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(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)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(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)等。 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。1.1.2 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)發(fā)達(dá)的國(guó)家的軍，民機(jī)械工業(yè)一開(kāi)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(duì)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(guò)程中采用數(shù)控技術(shù)。FMC，F(xiàn)MS外，還在產(chǎn)品開(kāi)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(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我國(guó)在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后20年。如我國(guó)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年已達(dá)到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(shuō)明機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。1.2 數(shù)控化改造的工作內(nèi)容1.2.1 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(diǎn)：1） 恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床，生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。2） 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。3） 翻新。為提高精度，效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械，電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分從新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新。4） 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?，新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。1.2.2 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) （1） 減少投資額，交貨期短。同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60%80%的費(fèi)用，改造費(fèi)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(gòu)置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸，托盤(pán)自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過(guò)于費(fèi)工費(fèi)錢(qián)，往往使成本提高23倍，與購(gòu)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，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)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(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。（3） 熟悉設(shè)備，便于操作維修。購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備可能不了解新設(shè)備是否滿足其加工要求。改造則不然，可以精確的計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床特性早已了解，在操作使用維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見(jiàn)效快，改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 （4） 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(gòu)入新設(shè)備是那樣需重新筑地基。 （5） 可以采用最新控制技術(shù)。可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)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。1.2.3 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(dòng)控制裝置，輔助控制裝置四部分組成，機(jī)床本體為被控對(duì)象，如下圖所輸入輸入/輸出裝置數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)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(guò)輸出裝置觀察。常用的輸入/輸出裝置為操作鍵盤(pán)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(jì)算和邏輯判斷處理，向驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置；另一類是離散的開(kāi)關(guān)控制量，送往輔助控制裝置從而控制機(jī)床各組成部分，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能。驅(qū)動(dòng)控制裝置位于數(shù)控裝置和機(jī)床之間，它接收來(lái)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(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，完成指令規(guī)定的動(dòng)作。這包括進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸驅(qū)動(dòng)裝置。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置由位置控制單元，速度控制單元，電動(dòng)機(jī)和測(cè)量反饋單元等部分組成，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(dòng)機(jī)床受控部件。主軸驅(qū)動(dòng)裝置主要由速度控制單元控制。電動(dòng)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(kāi)關(guān)命令，完成輔助動(dòng)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(dòng)，潤(rùn)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)改造后要達(dá)到的精度，各種性能指標(biāo)等選用性價(jià)比合適，技術(shù)先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)然還要考慮售后維修服務(wù)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)床所能達(dá)到的功能相匹配，盡量避免系統(tǒng)功能過(guò)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(lái)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(hào)系列靠攏，這樣既有利于維修和管理，也有利于備件的購(gòu)買(mǎi)；數(shù)控系統(tǒng)的選擇主要根據(jù)數(shù)控化改造后要達(dá)到的各種精度，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率和用戶要求。 目前，市場(chǎng)上生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家很多，國(guó)外著名的如德國(guó)的SIEMENS公司，日本的FANUC公司；國(guó)內(nèi)的如武漢華中數(shù)控股份有限公司，廣州數(shù)控設(shè)備廠。國(guó)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(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種。開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)具有成本低，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，在控制精度要求不高的機(jī)床數(shù)控化改造中多被選用。1.2.4 控制系統(tǒng)的選擇1. 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)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(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開(kāi)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(dòng)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(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。2. 異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)系統(tǒng)該系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵，感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除誤差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定值與反饋的實(shí)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，但可以獲得避開(kāi)環(huán)系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)更大功率的特性指標(biāo)。在改造過(guò)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)。3. 交直流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。他只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，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(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電動(dòng)機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)，則無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問(wèn)題。具體選擇哪種數(shù)控系統(tǒng)，主要根據(jù)改造后機(jī)床達(dá)到的各種精度，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率和用戶的要求決定。1.2.5 數(shù)控改造中主要部件的改裝內(nèi)容 一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦因數(shù)小；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置同普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對(duì)主要的部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。(1) 滑動(dòng)導(dǎo)軌副。對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，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(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，以及合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。(2) 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(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，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。(3) 滑動(dòng)絲杠和滾珠絲杠。四個(gè)傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)精度。絲杠的選用主要取決于工件的精度要求和拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求。工件精度不高是時(shí)，可采用滑動(dòng)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(dòng)絲杠精度不應(yīng)低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大就更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)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(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長(zhǎng)；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)的力矩接近，可以降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工的要求。(4) 安全防護(hù)。改造效果必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)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(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對(duì)禁止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀1.3.1 國(guó)外機(jī)床改造業(yè)的現(xiàn)狀 在美國(guó)，日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，他們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床及其技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的話題。在美國(guó)，日本，德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線改造的新的行業(yè)。在美國(guó)，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）服務(wù)集團(tuán)，US設(shè)備等。美國(guó)得寶公司已在我國(guó)開(kāi)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(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型，超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)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(shí)現(xiàn)了高速，高精，高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正，調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)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)提供了基本條件。1.3.2 我國(guó)機(jī)床改造業(yè)現(xiàn)狀 我國(guó)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(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)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(guò)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(zhǎng)，加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(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(jiàn)，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發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制作過(guò)程，因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)行改革勢(shì)在必行。1.3.3 目前我國(guó)數(shù)控化改造市場(chǎng)的現(xiàn)狀1. 機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)現(xiàn)狀 目前我國(guó)機(jī)床總量380萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。2000年以來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量為0.60.8萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約18億元，機(jī)床年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國(guó)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(dòng)，半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)舊有機(jī)床的數(shù)控化改造是一個(gè)潛力巨大的市場(chǎng)。2. 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng)我國(guó)自改革開(kāi)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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，19791988年10年間，全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國(guó)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)目由于種種原因，設(shè)備和生產(chǎn)線不能正常運(yùn)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(guó)外引進(jìn)后，由于備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備，工藝，管理等，造成項(xiàng)目不完整，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(zhǎng)時(shí)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(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，就可以以最小的投資盤(pán)活最大的存量資產(chǎn)，爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。1.3.4 數(shù)控化改造是發(fā)展我國(guó)數(shù)控設(shè)備的一個(gè)重要方面 國(guó)務(wù)院關(guān)于加快裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)（以下簡(jiǎn)稱若干意見(jiàn)）的發(fā)布和實(shí)施，是提高我國(guó)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)國(guó)名經(jīng)濟(jì)全面，協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。若干意見(jiàn)把發(fā)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(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一，對(duì)我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)發(fā)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(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)進(jìn)口高性能數(shù)控機(jī)床； 國(guó)外裝備制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)證明，發(fā)展裝備制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床是基礎(chǔ)。“十五”期間，我國(guó)機(jī)床工業(yè)連續(xù)幾年快速發(fā)展，到2005年我國(guó)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(guó)機(jī)床工業(yè)同世界先進(jìn)水平相比，差距仍然十分明顯：一是國(guó)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(guó)內(nèi)的發(fā)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)發(fā)展滯后，成為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)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，綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場(chǎng)快節(jié)奏發(fā)展的要求；四是大型國(guó)有企業(yè)舊的設(shè)備比例大，設(shè)備更新所需資金缺口大。1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的原則及基本改造設(shè)計(jì)方案1.4.1 改造方案的確定 改造的可行性分析通過(guò)以后，就可以針對(duì)某臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括：（1） 機(jī)械修理與電氣改造結(jié)合。一般來(lái)說(shuō)，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(cuò)時(shí)間要求。力學(xué)性能的完好是電氣改造的基礎(chǔ)。（2） 先易后難，先局部后全局。確定改造步驟是，應(yīng)先把整個(gè)電氣部分改造分為若干個(gè)子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行，如數(shù)控機(jī)床，測(cè)量系統(tǒng)，主軸，進(jìn)給系統(tǒng)，面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本完成后在互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可以使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)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。（3） 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)。針對(duì)某臺(tái)或某幾臺(tái)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(duì)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(guò)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(shí)用，有備件及維修支持，功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。（4） 落實(shí)參與改造人員和責(zé)任。改造是一個(gè)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)項(xiàng)目的大小，合理的確定人數(shù)與分工是關(guān)鍵。人員太少不利于開(kāi)展工作，人員太多容易引起混亂。根據(jù)各個(gè)劃開(kāi)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)。如果項(xiàng)目采用對(duì)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。（5） 改造范圍及周期的確定。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(cè)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(shí)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。1.4.2 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：（1） 機(jī)械部分準(zhǔn)備。為配合電氣部分改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測(cè)量，計(jì)算，設(shè)計(jì)，繪圖，零件制作等應(yīng)先期完成。同時(shí)對(duì)停機(jī)后需拆，改，加工的部分等，應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)。（2） 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(shuō)明，線路圖，PLC梯形圖及文本，安裝調(diào)試說(shuō)明，使用手冊(cè)，編程手冊(cè)等。要有充裕的時(shí)間來(lái)對(duì)上述資料進(jìn)行翻譯（進(jìn)口系統(tǒng)），消化，整理，核對(duì)，做到思路清晰，層次分明。（3） 新舊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。根據(jù)每臺(tái)設(shè)備改造范圍的不同，需要事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口，操作面板控制與配置，互聯(lián)部分接點(diǎn)，參數(shù)測(cè)量點(diǎn)，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(diǎn)少，強(qiáng)弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕度量等。若局部改造的，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(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口；（4） 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(duì)操作，編程人員帶來(lái)新的要求。因此提前對(duì)操作人員和編程人員進(jìn)行新系統(tǒng)知識(shí)培訓(xùn)十分重要，否則將影響改造后的機(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)的差別；維護(hù)保養(yǎng)要求；編程標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)化編程等，重點(diǎn)是弄懂弄通操作說(shuō)明書(shū)和編程說(shuō)明書(shū)。（5） 調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定。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(yàn)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，因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其他人員配合。調(diào)試步驟從簡(jiǎn)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)信系統(tǒng)的考核，制定時(shí)必須實(shí)事求是，過(guò)高或過(guò)低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確立下來(lái)，不能輕易修改，因?yàn)樗鼱砍兜秸麄€(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。1.4.3 改造的實(shí)施 準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造工作的實(shí)施階段。改造階段的內(nèi)容按時(shí)間順序分為：（1） 原機(jī)床的全面保養(yǎng)。機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)不同程度的在機(jī)械，液壓，潤(rùn)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(duì)機(jī)床做一次改前的幾何精度，尺寸精度的測(cè)量，記錄在案。這樣既可以對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束前作對(duì)比分析用。（2） 保留的電氣部分最佳化調(diào)整。若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電動(dòng)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(dòng)裝置的最佳化調(diào)整，老化電纜電線的更新，連續(xù)部件的緊固等。只有對(duì)保留電氣化部分做好最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機(jī)床故障率教較低。（3） 原系統(tǒng)拆除。原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖樣仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖樣上做出標(biāo)記，防止遺漏和過(guò)拆（局部改造的前提下）。在拆的過(guò)程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充和修正；拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門(mén)別類，妥善保管，以備萬(wàn)一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用，還有一定使用價(jià)值的，可作其他機(jī)床備件用，切忌大手大腳，亂扔亂放。（4） 合理安排新系統(tǒng)位置及布線。根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范，線徑合適，正確無(wú)誤，可靠美觀。（5） 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(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)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(chǎng)必須清潔干凈，無(wú)多余物品；各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)托板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的先手動(dòng)后自動(dòng)。1.4.4 驗(yàn)收及后期工作 驗(yàn)收工作應(yīng)聘請(qǐng)有關(guān)的人員共同參加，并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造的后期工作也很重要，它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和設(shè)備盡早投產(chǎn)。驗(yàn)收及后期工作包括：（1） 機(jī)床力學(xué)性能驗(yàn)收。經(jīng)過(guò)機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)力學(xué)性能應(yīng)達(dá)到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。（2） 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收。電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)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(jì)量器具（如激光干涉儀，坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等）對(duì)照檢查，應(yīng)達(dá)到精度范圍。同時(shí)還應(yīng)與改造前的機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度做出對(duì)比，獲得量化的指標(biāo)差。（3） 試件切削驗(yàn)收?？梢詤⒄諊?guó)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(yàn)收機(jī)床剛度，切削力，噪聲，運(yùn)動(dòng)軌跡，關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件做試件使用。（4） 圖樣資料驗(yàn)收。機(jī)床改造完后，應(yīng)及時(shí)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(shuō)明書(shū)），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(duì)該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。（5） 總結(jié)，提高。沒(méi)吃改造結(jié)束后應(yīng)及時(shí)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(gè)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。1.5 機(jī)床改造中的常見(jiàn)問(wèn)題1. 數(shù)控系統(tǒng)的選擇不合理 在改造過(guò)程中，有些企業(yè)為了節(jié)約成本，選擇簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格低廉，功能簡(jiǎn)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(gòu)買(mǎi)時(shí)價(jià)格過(guò)高，改造時(shí)為了和當(dāng)時(shí)的層次一致選擇了高檔數(shù)控系統(tǒng)，改造后會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的功能過(guò)高，造成不必要的浪費(fèi)。2. 伺服系統(tǒng)的選擇不匹配在數(shù)控化改造中，會(huì)有多軸的伺服系統(tǒng)的改造，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)為了設(shè)計(jì)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(huì)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(huì)因此而產(chǎn)生不穩(wěn)定的問(wèn)題。3. 機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整過(guò)大在改造中切忌貪大求新的心理。因?yàn)楦脑斓臋C(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(lái)的精度基礎(chǔ)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(lái)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)。4. 電氣系統(tǒng)的更新機(jī)床經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，其電氣系統(tǒng)已經(jīng)老化，最好通過(guò)改造的機(jī)會(huì)將其舊有的電氣系統(tǒng)更新。更換電器元件，可以用PLC實(shí)現(xiàn)功能的，最好用PLC控制。電氣系統(tǒng)更新后要詳細(xì)畫(huà)好電氣控制圖，以便將來(lái)維修。5. 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(duì)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)。6. 機(jī)床附件的選擇隨著數(shù)控機(jī)床的深度發(fā)展，出現(xiàn)了許多機(jī)床附件，如空氣過(guò)濾器，切削排出裝置等。一般可在經(jīng)濟(jì)許可的條件下，若生產(chǎn)確實(shí)需要且不改變?cè)袡C(jī)床結(jié)構(gòu)，可以加配12個(gè)附件。附件的增加會(huì)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。第二章 車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)實(shí)例 目前，我國(guó)車床主要是臥式車床，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，型號(hào)陳舊，技術(shù)水平落后，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)發(fā)展。采用先進(jìn)的數(shù)控車床，已成為當(dāng)今世界制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。鑒于國(guó)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(gè)可行的途徑，一是購(gòu)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(guó)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(fèi)過(guò)高，給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大，同時(shí)報(bào)廢大量普通車床是一個(gè)很大浪費(fèi)。因此各個(gè)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(gòu)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(diǎn)如下：(1) 車床改造針對(duì)性強(qiáng)，容易適宜生產(chǎn)的要求。因?yàn)檐嚧驳母脑旆桨甘歉鶕?jù)原機(jī)床中存在的問(wèn)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。(2) 車床改造可以充分利用原機(jī)床的絕大部分零部件，大大節(jié)約原材料和資金，見(jiàn)效快，改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因?yàn)榕f車床數(shù)控化改造大部分床身，立柱等基礎(chǔ)件和許多傳動(dòng)部分不需更換，與購(gòu)買(mǎi)新車床相比，費(fèi)用只需其1/151/10，工期大大縮短，節(jié)約了成本，解決了生產(chǎn)急需。(3) 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?yàn)檐嚧驳拇笮蜆?gòu)件都是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久時(shí)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。(4) 經(jīng)過(guò)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?yàn)楦脑鞎r(shí)根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，及時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量。(5) 可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動(dòng)技術(shù)人員的積極性；同時(shí)對(duì)工人技術(shù)水平要求不高。(6) 在改造期間，通過(guò)拆除舊機(jī)床，裝配新的零部件等改造過(guò)程，間接培養(yǎng)了數(shù)控人才，對(duì)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(shí)間短，見(jiàn)效快。 通過(guò)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(diǎn)：1） 可以加工臥式車床加工不了的曲線曲面等復(fù)雜零件。2） 可以實(shí)現(xiàn)加工柔性自動(dòng)化，效率比靠凸輪或擋塊等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的機(jī)床高37倍。3） 加工精度高，尺寸分散小，易于裝配。4） 可實(shí)現(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)的加工精度，同時(shí)減少了被加工零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。5） 擁有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，對(duì)于批量較大的，簡(jiǎn)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。6） 若購(gòu)置一臺(tái)新的數(shù)控車床，國(guó)內(nèi)數(shù)控車床價(jià)格也要7萬(wàn)8萬(wàn)，進(jìn)口設(shè)備有的近二十萬(wàn)元；而對(duì)臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造也能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，改造的成本只有2萬(wàn)3萬(wàn)。7） 由于采用了自動(dòng)化加工技術(shù)，可以大大降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少?gòu)U品的產(chǎn)生，提高工作效率。2.1.2 車床數(shù)控化改造的基本步驟1. 總體改造方案的設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床由機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)及外圍設(shè)備三部分組成。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(dòng)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(shí)，所遵循的原則是，在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)量，以降低改造成本。改造中需要解決的問(wèn)題是：增加數(shù)控裝置，設(shè)計(jì)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(dòng)的進(jìn)給控制裝置改造成數(shù)控控制的無(wú)級(jí)自動(dòng)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(dòng)控制的刀架轉(zhuǎn)位裝置改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架；加裝脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)螺紋自動(dòng)切削。若對(duì)改造后機(jī)床的要求較高，則要改造主軸，重新設(shè)計(jì)主軸箱，使用主軸伺服電動(dòng)機(jī)或電主軸。2. 數(shù)控化改造項(xiàng)目（1） 控制系統(tǒng)的選定。目前市場(chǎng)上數(shù)控系統(tǒng)的類型比較多，選擇前首先應(yīng)對(duì)擬改造的臥式車床自身功能有一個(gè)充分的了解，可根據(jù)價(jià)格合理，技術(shù)先進(jìn)，服務(wù)方面的原則選擇微機(jī)系統(tǒng)或數(shù)控系統(tǒng)。若選擇微機(jī)系統(tǒng)，需完成軟硬件的設(shè)計(jì)，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(yùn)動(dòng)，可實(shí)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(gè)系統(tǒng)屬于開(kāi)環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)力大，成本較低，抗干擾性能強(qiáng)，能很好的滿足生產(chǎn)要求，但是設(shè)計(jì)工作量大，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。另外，還可以根據(jù)實(shí)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(jiǎn)單，可靠性高，價(jià)格較貴。（2） 機(jī)械部分的改造1） 滑動(dòng)導(dǎo)軌副。對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，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(shí)還要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響；合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。一般臥式車床的導(dǎo)軌材料是HT200，機(jī)床改造時(shí)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(shí)，具有良好的減磨性能，動(dòng)摩擦因素約為鑄鐵的1/81/3，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(diǎn)數(shù)不應(yīng)小于10點(diǎn)/cm2，這是保證加工精度和尺寸一致性的關(guān)鍵之一。2） 絲杠傳動(dòng)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(dòng)，目的是提高機(jī)床的進(jìn)給精度，減小傳動(dòng)副的摩擦阻力。為此，對(duì)滾珠絲杠和滑動(dòng)絲杠做了一個(gè)比較。見(jiàn)表2-1，根據(jù)JB/T 28662008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(jí)。臥式車床使用的是7級(jí)精度的滑動(dòng)絲杠，通過(guò)將3級(jí)精度的滾珠絲杠與7級(jí)精度的滑動(dòng)絲杠相比較，從精度來(lái)講，二者的差異并不大，因此建議選用3級(jí)的滾珠絲杠來(lái)替換原有絲杠.這樣帶來(lái)的的好處是，傳動(dòng)速度快，反應(yīng)靈敏，精度較高，所需轉(zhuǎn)矩小。3） 拖板系統(tǒng)。托板的運(yùn)動(dòng)式數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，不論是點(diǎn)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(yùn)動(dòng)精度，靈敏度和穩(wěn)定性的影響，尤其是對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)元件的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使托板運(yùn)動(dòng)，而沒(méi)有位置檢測(cè)和反饋，故實(shí)際移動(dòng)值和系統(tǒng)指令值的差別造成加工誤差。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(dòng)裝置的布局上還應(yīng)采用減速齒輪來(lái)提高運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和傳動(dòng)精度（分辨率為0.0.mm）傳動(dòng)比計(jì)算公式為4） 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(shí)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(hào)準(zhǔn)確，車削螺紋時(shí)不亂扣。5） 車刀刀架的改造。機(jī)床數(shù)控化改造后，將原來(lái)的小滑板拆掉，改用四刀位的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架或盤(pán)式回轉(zhuǎn)刀架，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)刀位控制最多能控制412把車刀可順時(shí)針連續(xù)換刀。2.2 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(duì)CA6140臥式車床進(jìn)行自動(dòng)化和精密化的改造，經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實(shí)現(xiàn)外圓，錐度，螺紋，端面等加工的自動(dòng)控制，提高了原機(jī)床生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)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，選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)等方面進(jìn)行。2.2.1 總體設(shè)計(jì)方案的擬定 要求將CA6140臥式車床改造成用MCS51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(kāi)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(dòng)回轉(zhuǎn)刀架和主軸編碼器，具有螺紋切削的功能。系統(tǒng)橫向分辨率達(dá)到0.005mm。1. 設(shè)計(jì)參數(shù)1） 機(jī)床做大加工直徑：在床身上400mm，在床鞍上210mm。2） 最大加工長(zhǎng)度：100mm。3） 拖板及刀架重力：縱向：1000N，橫向600N。4） 刀架快移速度V max：縱向2m/min，橫向1m/min。5） 最大進(jìn)給速度：縱向0.6m/min，橫向0.3m/min。6） 定位精度：0.015mm。7） 主電動(dòng)機(jī)功率：7.5KW。8） 啟動(dòng)加速時(shí)間：30ms。9） 脈沖當(dāng)量：縱向0.01mm/步，橫向0.005mm/步。10） 最小分辨率：縱向0.01mm，橫向0.005mm。2 總體方案確定（1） 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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，故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（2） 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式，可以采用8位微機(jī)。由于MCS51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(jià)比等特點(diǎn)，故采用MCS51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由微機(jī)部分，鍵盤(pán)及顯示器，I/O接口及光電隔離電路，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率放大器組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)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。（3） 機(jī)械傳動(dòng)方式。為實(shí)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(dòng)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(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加荷載的結(jié)構(gòu)；齒輪傳動(dòng)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)框圖如下圖所示：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)2.2.2 數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)由于本車床改造后成為一臺(tái)專用數(shù)控機(jī)床，專用于車削軸類，盤(pán)類零件，因而用微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本數(shù)控系統(tǒng)的功能。1. 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)本系統(tǒng)是自行設(shè)計(jì)制造的數(shù)控系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)有三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，即CPU板，I/O板，鍵盤(pán)/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(jì)緊緊圍繞提高可靠性，方便使用，降低成本的指導(dǎo)思想，主要特點(diǎn)有：（1） 液晶顯示。采用202帶背光字符點(diǎn)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)。（2） 菜單驅(qū)動(dòng)。全程菜單驅(qū)動(dòng)，人機(jī)界面友好，操作直觀，簡(jiǎn)明，容錯(cuò)性高。（3） 全屏幕編輯。借用PC機(jī)中全屏幕編程軟件的基本思想設(shè)計(jì)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(cuò)。（4） 可靠性高。軟硬件中兩個(gè)方面都采取了面向工業(yè)的抗干擾設(shè)計(jì)措施，因此具有高可靠性。2. 硬件設(shè)計(jì)（1） 單片機(jī)的選擇。考慮到通用性以及普遍性，選擇MCS51系列中的8031芯片。8031芯片屬于8位單片機(jī)。它是集CPU，I/O口及部分RAM等為一體的控制器，價(jià)格低，但功能全，編程靈活性大，硬件資源豐富。（2） 存儲(chǔ)芯片的選擇3. 軟件設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算模塊，步進(jìn)電動(dòng)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(duì)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(pán)及操作面板，對(duì)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(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，零件加工程序通常從鍵盤(pán)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(gè)鍵盤(pán)命令處理程序，和鍵盤(pán)輸入可合為一體，既用于從鍵盤(pán)輸入新的零件加工源程序，也可在編輯狀態(tài)下，對(duì)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(duì)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(cè)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。（2） 插補(bǔ)計(jì)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(diǎn)，終點(diǎn)等進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，分別向坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖這個(gè)過(guò)程稱為插補(bǔ)運(yùn)算。進(jìn)給脈沖通過(guò)伺服工作臺(tái)或刀具作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，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(yùn)算，一邊進(jìn)行加工，是一種典型的實(shí)時(shí)控制方式。所以，插補(bǔ)運(yùn)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(yùn)算時(shí)間，這是編制插補(bǔ)運(yùn)算程序的關(guān)鍵。（3） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊。控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)升降速控制功能。（4）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(duì)引起加工誤差的各個(gè)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，達(dá)到調(diào)整和消除部分誤差的作用，這就是誤差的軟件補(bǔ)償。（5） 系統(tǒng)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)。為了防止工作現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾引起程序的“跑飛”，系統(tǒng)軟件在設(shè)計(jì)中必須采取相應(yīng)的措施。具體地說(shuō)有以下幾個(gè)方面：1）系統(tǒng)上電自診。系統(tǒng)冷啟動(dòng)時(shí)CPU，EPROM，RAM等自診確認(rèn)正常方可投入運(yùn)行。2）指令亢余。在輸入，輸出信號(hào)間隔一定時(shí)間重復(fù)進(jìn)行兩次，以跳過(guò)瞬間干擾引起的誤判或誤動(dòng)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(huì)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?gòu)?fù)位。2.2.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技算 1. 縱向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算（1）切削力計(jì)算（2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算螺紋滾道型面的選擇：?jiǎn)螆A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(duì)滾珠絲杠有利而不致堵塞。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(jiǎn)單，公藝性優(yōu)良，適合成批生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于重載荷傳動(dòng)，高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。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(jiǎn)單；裝卸方便，剛度高；（3） 計(jì)算進(jìn)給牽引力。（4） 計(jì)算最大荷載。（5） 選滾珠絲杠螺母副。查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)CCa（Ca是絲杠的額定負(fù)載）的原則，是選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷。有上面初選絲杠導(dǎo)程及計(jì)算所得最大動(dòng)載荷，選取滾珠絲杠型號(hào)為CDM40065，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?yàn)?圈，精度3級(jí)的定位滾珠絲杠副。其額定動(dòng)載荷為28771N1248.5N，故強(qiáng)度足夠。（6） 滾珠絲杠的驗(yàn)算1） 傳動(dòng)效率計(jì)算。2） 剛度計(jì)算。滾珠絲杠工作時(shí)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(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)。3） 穩(wěn)定性校核。（7） 確定齒輪比。（8） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選擇。（1） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩及最大靜轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（2） 初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)（3） 各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算。2. 橫向機(jī)械傳動(dòng)部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 切削力的計(jì)算（2） 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠選型方案可參照縱向機(jī)械傳動(dòng)部分?jǐn)?shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算中的選型方案及選擇原因選擇。1） 螺紋滾道型選