畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-CA6140普通車床的數(shù)控技術(shù)改造（機(jī)械部分）（全套圖紙）

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1、1 全套全套 CAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706 前言前言 時(shí)光匆匆，大學(xué)四年的學(xué)習(xí)和生活即將結(jié)束。為了全面檢驗(yàn)四年來(lái)我們理 論知識(shí)學(xué)習(xí)的質(zhì)量和培養(yǎng)走向工作崗位獨(dú)立自主的工作能力，按照學(xué)院的教學(xué) 大綱要求，我們進(jìn)行了大學(xué)生活中最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在本次設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)題目是：CA6140 普通車床的數(shù)控技術(shù)改造（機(jī) 械部分） 。在設(shè)計(jì)中，就我個(gè)人而言，我希望能在這次設(shè)計(jì)中鍛煉自己分析問(wèn) 題，解決問(wèn)題的能力，為今后參加工作打下以各良好的基礎(chǔ)。使自己得到了最 基本的技能訓(xùn)練，尤其是運(yùn)用 CAD 制圖，使我有機(jī)會(huì)把本專業(yè)的知識(shí)同計(jì)算 機(jī)知識(shí)結(jié)合在一起。 此次設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師張振

2、金老師的悉心指導(dǎo)下，充分發(fā)揮自己獨(dú)立思考 的能力而完成的。在設(shè)計(jì)中，我查閱了大量有關(guān)資料，多次到沈陽(yáng)機(jī)床廠的生 產(chǎn)一線調(diào)研，充分了解了本設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。 由于本人理論水平有限，缺乏現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中，難免有這樣或那 樣的錯(cuò)誤與缺點(diǎn)，在此我誠(chéng)懇希望各位老師給予我最直接的批評(píng)與指正，以便 使我以后取得更大的進(jìn)步。 最后，特向在本次設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭睦蠋焸儽硎疚矣芍缘母兄x。 設(shè)計(jì)者： 2006 年 6 月 20 日 2 目錄目錄 前言前言-1 1 摘要摘要-5 5 ABSTRACTABSTRACT-6 6 第一章第一章 緒論緒論-7 7 一一 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展及趨勢(shì)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展及趨勢(shì)-7 7 （

3、一）國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況（一）國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 -7 7 （二）數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（二）數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) -7 7 （三）智能化新一代（三）智能化新一代 PCNCPCNC 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) -1010 二二 普通機(jī)床數(shù)控改造的必要性普通機(jī)床數(shù)控改造的必要性-1111 （一）微觀看改造的必要性（一）微觀看改造的必要性 -1111 （二）宏觀看改造的必要性（二）宏觀看改造的必要性 -1212 三三 數(shù)控改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)控改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點(diǎn)-1212 （一）國(guó)外改造業(yè)的興起（一）國(guó)外改造業(yè)的興起 -1212 （二）數(shù)控化改造的內(nèi)容（二）數(shù)控化改造的內(nèi)容 -1313 （三）機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)

4、缺點(diǎn)（三）機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) -1313 四四 數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)組成、特點(diǎn)及分類數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)組成、特點(diǎn)及分類-1414 （一）數(shù)控機(jī)床的組成（一）數(shù)控機(jī)床的組成 -1414 （二）數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)（二）數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) -1616 （三）數(shù)控機(jī)床的分類（三）數(shù)控機(jī)床的分類 -1919 五五 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng)普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng)-2222 （一）改造的市場(chǎng)（一）改造的市場(chǎng) -2222 （二）進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng)（二）進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng) -2222 第二章第二章 C6140C6140 普通車床數(shù)改的總體方案普通車床數(shù)改的總體方案 -2424 一一 總體方案總體

5、方案-2424 （一）主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造（一）主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造 -2424 （二）主軸脈沖發(fā)生器（二）主軸脈沖發(fā)生器 -2525 （三）主軸脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理（三）主軸脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理 -2626 第三章第三章 數(shù)改數(shù)改 C6140C6140 車床傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)車床傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)-2727 一一 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副-2727 3 （一）滾珠絲杠副的工作原理、特點(diǎn)及類型（一）滾珠絲杠副的工作原理、特點(diǎn)及類型 -2828 （二）滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)（二）滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu) -2929 二二 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算-3232 （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的

6、設(shè)計(jì)計(jì)算（一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 -3232 （二）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算（二）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 -3434 （三）齒輪及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計(jì)算（三）齒輪及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計(jì)算 -3939 三三 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算-4242 （一）橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 -4343 （二）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算（二）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 -4444 （三）齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算（三）齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 -4646 四四 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法-4747 五五 滾珠絲杠副的安裝結(jié)構(gòu)滾珠絲杠副的安裝結(jié)構(gòu)-5050 （一）支承結(jié)構(gòu)（一）支承結(jié)

7、構(gòu) -5050 六六 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除-5151 （一）采用減速箱的目的及注意事項(xiàng)（一）采用減速箱的目的及注意事項(xiàng) -5151 （二）減少或消除空程的必要性和方法（二）減少或消除空程的必要性和方法 -5151 第四章第四章 數(shù)改數(shù)改 C6140C6140 自動(dòng)刀架設(shè)計(jì)自動(dòng)刀架設(shè)計(jì)-5353 一一 自動(dòng)刀架的分類自動(dòng)刀架的分類-5353 二二 自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)-5353 第五章第五章 數(shù)改數(shù)改 61406140 步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)-5656 一一 步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式-5656 二二 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)的選擇-5656

8、 （一）步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則（一）步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 -5656 （二）數(shù)改（二）數(shù)改 C6140C6140 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 -5858 （三）數(shù)改（三）數(shù)改 C6140C6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 -5858 第六章第六章 數(shù)改數(shù)改 61406140 車床導(dǎo)軌設(shè)計(jì)車床導(dǎo)軌設(shè)計(jì)-6060 一一 導(dǎo)軌的作用導(dǎo)軌的作用-6060 二二 塑料導(dǎo)軌軟帶塑料導(dǎo)軌軟帶-6060 第七章第七章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)-6363 一一 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成-6363 4 二二 單板機(jī)控制系統(tǒng)的

9、設(shè)計(jì)單板機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-6464 第八章第八章 CA6140CA6140 生產(chǎn)成本及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析生產(chǎn)成本及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 -6666 第九章第九章 結(jié)結(jié) 論論-6767 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-6868 專題：專題：-7070 高速切削的刀具材料及切削技術(shù)的應(yīng)用高速切削的刀具材料及切削技術(shù)的應(yīng)用 -7070 附錄附錄:外文文獻(xiàn)外文文獻(xiàn)-7979 NumericalNumerical ControlControl -7979 附錄附錄:中文翻譯中文翻譯-9292 數(shù)字控制數(shù)字控制 -9292 致致 謝謝-10104 4 5 摘要摘要 我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力在國(guó)際市場(chǎng) 中

10、仍處于較低水平，即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)：一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì) 各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求，而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)機(jī)床滯 銷積壓，國(guó)外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，嚴(yán)重影響我國(guó)數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢(shì)頭。這 種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品質(zhì)量上和促銷手段上等的原因外，一個(gè)最 主要的原因就是新產(chǎn)品（包括基型、變型和專用機(jī)床）的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，不能及 時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。 普通機(jī)床的數(shù)控化改造事業(yè)方興未艾，在我國(guó)目前形式下將大批故障機(jī)床 尤其是一大批閑置的普通機(jī)床進(jìn)行改造、升級(jí)，以較小的投入盡快使這批設(shè)備 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益，的確是許多企業(yè)的一項(xiàng)不可忽視的課題。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞

11、: 脈沖發(fā)生器 滾珠絲杠 滾珠絲杠螺母副 自動(dòng)刀架 塑料導(dǎo)軌軟帶 Abstract 6 My national yes machine output mos statet state in the world,the product competitive power at international market suffer still get off to inferiority level , of the therefor numerically-controlled machine , granted that at home market too be faced with au

12、stere posture:on the one hand domestic market versus all manner of tool product especially numerically-controlled machine be covered with demand,whereas on the other hand refuse have got not a little made in ones country tool dull sale overstock,abroad tool product overflow market,had a strong impac

13、t on me national numerically- controlled machine independence extend momenta into.show such phenomenal face,except to have got manage upper, product quality upper sum sales promotion instrument good cause besides,the development cycle length of the both one upmost cause namely novelty（include fundam

14、ental mode, derivative and special machine）, be be incapable of in season aim at users demand supply satisfied product. General machine tool numerical control melt reclaim undertaking be in the ascendant from, upratein our country for the moment form down move in bulk malfunction tool above all crow

15、d idle general machine tool proceed rebuild, up upgrade,withal lesser project into as soon as possible gotten these batch EQUIPment at economic development exert EFFiciency, create benefit,the one term nonnegligible problem of the forsooth yes heap enterprise. Keywords:Keywords: Impulse generator Ba

16、ll screw Ball screw nut deputy Automatism knife rest Plastic rack soft strap 第一章第一章 緒論緒論 7 一一 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展及趨勢(shì)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展及趨勢(shì) （一）國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況（一）國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā) 達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在 現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自 動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特 點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能

17、化起著舉足輕重的作用。目前， 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)，數(shù)控系統(tǒng)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。 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，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

18、 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、切削深度、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 中的設(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

19、制造過(guò)程，因此， 對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。 （二）數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（二）數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 1 性能發(fā)展方向 (1) 高速高精高效化 8 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù) 字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高 精高效化已大大提高。 (2) 柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋 面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系 統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而

20、最 大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3) 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制 功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通 過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。 數(shù)控技術(shù)軸，西門子 880 系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá) 24 軸。 (4) 實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)， 以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種 智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正 向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系

21、統(tǒng)也朝著具有智能行為的、 更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng) 域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊 控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中 配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償 等自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、 動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控 系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 2 功能發(fā)展方向 (1) 用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用戶對(duì)界面

22、的要 求不同，因而開(kāi)發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最 困難的部分之一。當(dāng)前 INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技 術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使 9 用，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色 立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部 顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。 (2) 科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于 用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等可視信息?？梢暬?術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，

23、如無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī) 技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。 在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 CAD/CAM，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè) 定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演 示等。 (3) 插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺 紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2 螺旋插補(bǔ)、NANO 插補(bǔ)、NURBS 插補(bǔ)(非均勻有理 B 樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C 樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙 補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的 前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)

24、償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?(4) 內(nèi)裝高性能 PLC 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 PLC 控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具 有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序?qū)嵗脩艨稍跇?biāo)準(zhǔn) PLC 用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改，從而方便地 建立自己的應(yīng)用程序。 (5) 多媒體技術(shù)應(yīng)用 多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲 音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做 到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生 產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。 3

25、 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 (1) 集成化 采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大規(guī)模可編程集成電路 FPGA、EPLD、CPLD 以及專用集成電路 ASIC 芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和 軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用 FPD 平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具 10 有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸 顯示，成為和 CRT 抗衡的新興顯示技術(shù)，是 21 世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先 進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密 度、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系 統(tǒng)的可靠性。 (2) 模塊化 硬件模塊化易

26、于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求， 將基本模塊，如 CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊， 作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成 不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (3) 網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺(tái)機(jī) 床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫(huà)面可同時(shí)顯示在 每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。 (4) 通用型開(kāi)放式閉環(huán)控制模式 采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式、模塊化、開(kāi)放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁 剪、擴(kuò)展和升級(jí)，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉 環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅

27、有的專用型單機(jī)封閉式開(kāi)環(huán)控制模式提出 的。由于制造過(guò)程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，包 含諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此， 要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程 中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量。加工過(guò)程中采用開(kāi)放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制 模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服 控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于 一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。 （三）智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開(kāi)發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制

28、造過(guò)程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化 新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺 服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融 11 于一體，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系。 二二 普通機(jī)床數(shù)控改造的必要性普通機(jī)床數(shù)控改造的必要性 （一）微觀看改造的必要性 從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性 均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 (1) 可以加工出傳統(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，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng) 該運(yùn)

29、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)加工的自動(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)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后 按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序， 就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱 為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化“。 (3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配“。 (4 ) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(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

30、派生的優(yōu)點(diǎn)： (1)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度； (2)節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床） ； (3)減少了工裝；縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期； (4)可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床 數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元） 、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 12 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)已經(jīng)成為 制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 （二）宏觀看改造的必要性 從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初 已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍

31、、 民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS 外， 還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行 CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推 行 MIS（管理信息系統(tǒng)） 、CIMS 等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)， 包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改 造（稱之為信息化） ，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)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年。如 我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有 1.9，而日 本在 1994 年已達(dá) 20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這

32、也就從宏觀上 說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。 三三 數(shù)控改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)控改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點(diǎn) （一）國(guó)外改造業(yè)的興起（一）國(guó)外改造業(yè)的興起 在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(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)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“ 永恒“的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新 的行業(yè)。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)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)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

33、機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US 設(shè)備公司等。美國(guó)得 寶公司已在中國(guó)開(kāi)辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting） 13 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)公 司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 （二）數(shù)控化改造的內(nèi)容（二）數(shù)控化改造的內(nèi)容 機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： （1）是恢復(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）是 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）是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電

34、氣部分進(jìn)行 翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，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）是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒?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，較大幅度地提高 水平和檔次的更新改造。 （三）機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn)（三）機(jī)床數(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，一般可以節(jié)省 6080的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特 別是大型、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、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與 安裝過(guò)于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提

35、高 23 倍，與購(gòu)置新機(jī)床相比，只能 節(jié)省投資 50左右。 2. 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 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，而不是那種焊接 構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受 到原來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 3. 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購(gòu)買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以 14 精確地計(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)床的特性早 已了解，在操作使用和維修方面培訓(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)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像

36、購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。 5. 可以采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率， 提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。 四四 數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)組成、特點(diǎn)及分類數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)組成、特點(diǎn)及分類 （一）數(shù)控機(jī)床的組成（一）數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床外形一般分為五部分，組成框圖如圖 11 所示。 1. 機(jī)床主機(jī) 機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，它包括床身、主柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械 圖1-1 數(shù)控機(jī)床組成框圖 編程機(jī)等 附屬機(jī)構(gòu) 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 數(shù)字控制系統(tǒng) 機(jī)床主機(jī) 輔 助 裝 置 15 部件。 2. 數(shù)字控制系統(tǒng) 是數(shù)控機(jī)床的核心。當(dāng)前一般采用計(jì)算機(jī)數(shù)

37、控（Computered Numerical Control 簡(jiǎn)稱 CNC）系統(tǒng)。它是一臺(tái)專用控制計(jì)算機(jī)，包括硬件（印制電路板、 顯示器、鍵盤、閱讀機(jī)等）項(xiàng)控制功能。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)都具有下面一些功能： (1)多坐標(biāo)控制（多軸聯(lián)動(dòng)） 。 (2)實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)運(yùn)算：直線、圓弧、拋物線、正弦線等。 (3)代碼轉(zhuǎn)換：EIA/ISO 轉(zhuǎn)換、英制/公制轉(zhuǎn)換、二/十進(jìn)制轉(zhuǎn)換、絕對(duì)值/增 量值轉(zhuǎn)換等。 (4)人機(jī)對(duì)話：手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入，加工程序輸入，編輯及修改等。 (5)加工選擇：各種加工循環(huán)，重復(fù)加工，凹（凸）模加工，鏡象加工等。 (6)實(shí)現(xiàn)各種補(bǔ)償功能：進(jìn)行刀具半徑、刀具長(zhǎng)度、傳動(dòng)間隙、螺距誤差

38、 的補(bǔ)償。 (7)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷。 (8)屏幕顯示：實(shí)現(xiàn)圖形、軌跡、字符顯示。 (9)聯(lián)網(wǎng)及通信功能。 3. 驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件。一般通用機(jī)床的主軸和進(jìn)給系 統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸箱中轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)速度變換和加工運(yùn)動(dòng)。 4. 輔助裝置 輔助裝置是保證數(shù)控機(jī)床的功能得以充分發(fā)揮的配套部件。它包括的面很 廣，有電器、液壓、氣壓等器件及系統(tǒng)，冷卻、潤(rùn)滑、輸送等裝置，由于它們 對(duì)發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能起重要作用，因此受到重視，發(fā)展極為迅速。 16 5. 其它附屬設(shè)備 為了提高數(shù)控機(jī)床工作效率，常常還配置一些附屬設(shè)備，如自動(dòng)編程機(jī)， 機(jī)外對(duì)刀儀等。 （二）數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)（二）數(shù)

39、控機(jī)床機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 在數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最初階段，其機(jī)械結(jié)構(gòu)與通用機(jī)床相比沒(méi)有多大的變化， 只是在自動(dòng)變速、刀架和工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位和手柄操作等方面作些改變。隨著數(shù) 控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點(diǎn)，才對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精 度和壽命提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床的主體機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)： （1）由于采用了高性能的無(wú)級(jí)變速主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的極 限傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈也大大縮短； （2）為適應(yīng)連續(xù)的自動(dòng)化加工和提高加工生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具 有較高的靜、動(dòng)態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形?。?（3）為減小摩擦、消除傳動(dòng)間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了 高效傳動(dòng)部件

40、，如滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌、消隙齒輪傳動(dòng)副等； （4）為了改善勞動(dòng)條件、減少輔助時(shí)間、改善操作性、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率， 采用了刀具自動(dòng)夾緊裝置、刀庫(kù)與自動(dòng)換刀裝置及自動(dòng)排屑裝置等輔助裝置。 根據(jù)數(shù)控機(jī)床的適用場(chǎng)合和機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)因提出以下要求： 1、較高的機(jī)床靜、動(dòng)剛度 數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)控編程或手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式提供的指令自動(dòng)進(jìn)行加工的。 由于機(jī)械結(jié)構(gòu)（如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架和主軸箱等）的幾何精度與 變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過(guò)程中不能人為地調(diào)整與補(bǔ)償，因此，必須把各處 機(jī)械結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與 表面質(zhì)量。 為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)

41、常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性 很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承 ，以 減小主軸的徑向和軸向變形。為了提高機(jī)床大件的剛度，采用封閉界面的床身， 并采用液力平衡減少移動(dòng)部件因位置變動(dòng)造成的機(jī)床變形。為了提高機(jī)床各部 件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸 17 點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能 有效地提高接觸剛度。 為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài) 剛度的前提下，還必須提高動(dòng)態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增 加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)表明，提高阻尼系

42、數(shù)是改善抗振性的 有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu) 件本身的阻尼。因此，近年來(lái)在數(shù)控機(jī)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、 橫梁和工作臺(tái)。封砂鑄件也有利于振動(dòng)衰減，對(duì)提高抗振性也有較好的效果。 2、減少機(jī)床的熱變形 在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀 具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系遭到破環(huán)，也是機(jī)床季度下降。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，因 為全部加工過(guò)程是計(jì)算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。為了減少熱 變形，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。 （1）減少發(fā)熱 機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生熱變形的主要熱源，應(yīng)當(dāng)盡可能地將熱源從主機(jī)中分 離出去。 （2）控

43、制溫升 在采取了一系列減少熱源的措施后，熱變形的情況將有所改善。但要完全 消除機(jī)床的內(nèi)外熱源通常是十分困難的，甚至是不可能的。所以必須通過(guò)良好 的散熱和冷卻來(lái)控制溫升，以減少熱源的影響。其中部較有效的方法是在機(jī)床 的發(fā)熱部位強(qiáng)制冷卻，也可以在機(jī)床低溫部分通過(guò)加熱的方法，使機(jī)床各點(diǎn)的 溫度趨于一致，這樣可以減少由于溫差造成的翹曲變形。 （3）改善機(jī)床機(jī)構(gòu) 在同樣發(fā)熱條件下，機(jī)床機(jī)構(gòu)對(duì)熱變形也有很大影響。如數(shù)控機(jī)床過(guò)去采 用的單立柱機(jī)構(gòu)有可能被雙柱機(jī)構(gòu)所代替。由于左右對(duì)稱，雙立柱機(jī)構(gòu)受熱后 的主軸線除產(chǎn)生垂直方向的平移外，其它方向的變形很小，而垂直方向的軸線 移動(dòng)可以方便地用一個(gè)坐標(biāo)的修正量進(jìn)行補(bǔ)

44、償。 對(duì)于數(shù)控車床的主軸箱，應(yīng)盡量使主軸的熱變形發(fā)生在刀具切入的垂直方 向上。這就可以使主軸熱變形對(duì)加工直徑的影響降低到最小限度。在結(jié)構(gòu)上還 應(yīng)盡可能減小主軸中心與主軸向地面的距離，以減少熱變形的總量，同時(shí)應(yīng)使 主軸箱的前后溫升一致，避免主軸變形后出現(xiàn)傾斜。 18 數(shù)控機(jī)床中的滾珠絲杠常在預(yù)計(jì)載荷大、轉(zhuǎn)速高以及散熱差的條件下工作， 因此絲杠容易發(fā)熱。滾珠絲杠熱生產(chǎn)造成的后果是嚴(yán)重的，尤其是在開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 中，它會(huì)使進(jìn)給系統(tǒng)喪失定位精度。目前某些機(jī)床用預(yù)拉的方法減少絲杠的熱 變形。對(duì)于采取了上述措施仍不能消除的熱變形，可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果由數(shù)控系 統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償脈沖加以修正。 3、減少運(yùn)動(dòng)間的摩擦和消除傳動(dòng)

45、間隙 數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)（或拖板）的位移量十一脈中當(dāng)量為最小單位的，通常又 要求能以基地的速度運(yùn)動(dòng)。為了使工作臺(tái)能對(duì)數(shù)控裝置的指令作出準(zhǔn)確響應(yīng)， 就必須采取相應(yīng)的措施。目前常用的滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌在摩擦阻 尼特性方面存在著明顯的差別。在進(jìn)給系統(tǒng)中用滾珠絲杠代替滑動(dòng)絲杠也可以 收到同樣的效果。目前，數(shù)控機(jī)床幾乎無(wú)一例外地采用滾珠絲杠傳動(dòng)。 數(shù)控機(jī)床（尤其是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床）的加工精度在很大程度上取決于 進(jìn)給傳動(dòng)鏈的精度。除了減少傳動(dòng)齒輪和滾珠絲杠的加工誤差之外，另一個(gè)重 要措施是采用無(wú)間隙傳動(dòng)副。對(duì)于滾珠絲杠螺距的累積誤差，通常采用脈沖補(bǔ) 償裝置進(jìn)行螺距補(bǔ)償。 4、提高機(jī)床的壽命和精度保

46、持性 為了提高機(jī)床的壽命和精度保持性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮數(shù)控機(jī)場(chǎng)零部件 的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌、進(jìn)給伺港機(jī)主軸部件等影響進(jìn)度的主要零件的耐 磨性。在使用過(guò)程中，應(yīng)保證數(shù)控機(jī)床各部件潤(rùn)滑良好。 5、減少輔助時(shí)間和改善操作性能 在數(shù)控機(jī)床的單件加工中，輔助時(shí)間（非切屑時(shí)間）占有較大的比重。要 進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)率，就必須采取促使最大限度地壓縮輔助時(shí)間。目前已 經(jīng)有很多數(shù)控機(jī)床采用了多主軸、多刀架、以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等，以 減少換刀時(shí)間。對(duì)于切屑用量加大的數(shù)控機(jī)床，床身機(jī)構(gòu)必須有利于排屑。 （三）數(shù)控機(jī)床的分類（三）數(shù)控機(jī)床的分類 目前，數(shù)控機(jī)床品種已經(jīng)基本齊全，規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有

47、 400 多 個(gè)品種規(guī)格。可以按照多種原則來(lái)進(jìn)行分類，但歸納起來(lái)，常見(jiàn)的是以下面三 19 種方法來(lái)分析類。 1. 按工藝用途分類 (1)一般數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床品種一樣，有數(shù)控車、銑、鏜、鉆、磨等，而 且每一類又有很多品種，例如數(shù)控銑床中就有立銑、臥銑、龍門銑等，這類機(jī) 床的工藝可能性和通用機(jī)床相似，所不同的是它能加工復(fù)雜形狀的零件。 (2)數(shù)控加工中心機(jī)床 這類機(jī)床是在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是一般數(shù)控機(jī)床上加 裝一個(gè)刀庫(kù)（可容納 10100 多把刀具）和自動(dòng)換刀裝置而構(gòu)成的一種帶自動(dòng) 換刀裝置的數(shù)控機(jī)床（又稱多工序數(shù)控機(jī)床） ，這使數(shù)控機(jī)床更進(jìn)一步地向自 動(dòng)化和高效

48、化方向發(fā)展。 它和一般數(shù)控機(jī)床的區(qū)別是：工件經(jīng)一次裝夾后， 數(shù)控裝置就能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工面自動(dòng)地完成銑、 鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。這類機(jī)床大多是以鏜銑為主，主要用來(lái)加工 箱體零件。 (3)多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 有些復(fù)雜形狀的零件，用三坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床還是無(wú)法加工，如螺旋架、飛 機(jī)曲面零件的加工等，需要三個(gè)以上坐標(biāo)的合成運(yùn)動(dòng)才能加工出所需的形狀， 于是出現(xiàn)了多坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床。其特點(diǎn)是數(shù)控裝置控制的軸數(shù)較多，機(jī)床結(jié)構(gòu) 也比較復(fù)雜。其坐標(biāo)軸數(shù)通常取決于加工零件的工藝要求，現(xiàn)在常用的是 46 坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床，最多可達(dá) 24 坐標(biāo)。 (4)計(jì)算機(jī)群控 計(jì)算機(jī)群控也稱為直接數(shù)控（D

49、NC）系統(tǒng)，它是一臺(tái)大型通用計(jì)算機(jī)直 接控制一群數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)。 2. 按運(yùn)動(dòng)方式分類 (1)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床的數(shù)控裝置只能控制機(jī)床移動(dòng)部件從一個(gè)裝置（點(diǎn)）精確地移動(dòng) 20 圖1-3半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 指令 位置比 較電路 速度控 制電路 B A 工作臺(tái) 圖1-2 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框 輸入 步 進(jìn) 電 機(jī) 數(shù) 控 裝 置 指令 機(jī)床工作 臺(tái) 到另一個(gè)位置（點(diǎn)） ，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何切削加工，至于相關(guān)點(diǎn)之間的 移動(dòng)速度及路線則取決于生產(chǎn)率。 (2)點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床工作時(shí)，不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間位置，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間 的移動(dòng)速度和路線（即軌跡） 。 (3)輪廓控制數(shù)控機(jī)

50、床 這種機(jī)床的控制裝置能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制。 3. 按控制方式分類 (1)開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 在開(kāi)環(huán)控制中，機(jī)床沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置，如圖 12 所示，數(shù)控裝置發(fā)出信號(hào) 的流程是單向的，所以不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。也正是由于信號(hào)的單向流程， 它對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的實(shí)際位置不作檢測(cè)，所以機(jī)床加工精度不高，其精度主要 取決于伺服系統(tǒng)的性能。其工作過(guò)程是：輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置運(yùn)算分配出 指令脈沖，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)（伺服元件常為步進(jìn)電機(jī)）使被控工作臺(tái)移動(dòng)。這種 機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)單，但其控制精度受到限制。 它適用于一般要求的中、小型數(shù)控機(jī)床。 (2)半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)

51、床 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的組成框圖如圖 13 所示。這種控制方式對(duì)工作臺(tái)的 21 圖1-4 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 速度反饋 位置反饋 指令 位置比 較電路 速度控 制電路 A 伺服 電機(jī) C 實(shí)際位置進(jìn)行檢查測(cè)量，而是通過(guò)與伺服電機(jī)有聯(lián)系的測(cè)量元件，如測(cè)速發(fā)電 機(jī) A 和光電編碼盤 B 等間接檢測(cè)出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位 置量，用此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒(méi)有完全包 括在控制回路內(nèi)，因而稱之為半閉環(huán)控制。這種控制方式介于開(kāi)環(huán)與閉環(huán)之間， 精度沒(méi)有閉環(huán)高，高度卻比閉環(huán)方便。 (3)閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 由于開(kāi)環(huán)控制精度達(dá)不到精密機(jī)床和大型機(jī)床的要求，所以必須檢測(cè)它的 實(shí)際工作位置。為此，在開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床上增加檢測(cè)反饋裝置，在加工 中時(shí)刻檢測(cè)機(jī)床移動(dòng)部件的位置，使之和數(shù)控裝置所要求的位置相符合，以期 達(dá)到很高的加工精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖 14 所示。圖中 A 為速度測(cè)量 元件，C 為位置測(cè)量元件。 五五 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng)普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng) （一）改造的市場(chǎng)（一）改造的市場(chǎng) 22 我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(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 10 年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.60.8 萬(wàn)