普通車床數(shù)控化改造設計【數(shù)改CA6140】

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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 design 1數(shù)控技術及其發(fā)展 數(shù)控技術[1] (NC Numerical Control)是指用數(shù)控信號構成的控制程序?qū)δ骋粚ο筮M行控制的一門技術。它所控制的一般是位移、速度、角度等機械量，也可以是溫度、壓力、流量等物理量，這些量的數(shù)值不僅可以測得，而且可以用數(shù)字信號表示。現(xiàn)在市場上使用的數(shù)控機床及數(shù)控氣割機、數(shù)控繪圖機、數(shù)控測量機等等，都是采用了數(shù)控技術的機械設備，就是用數(shù)字信號對該設備自動工作過程進行控制。數(shù)控機床是數(shù)控設備的典型代表，它是為了解決小批量、精度高、復雜型面零件加工的自動化要求而生產(chǎn)的。 1946 年，世界上第一臺電子計算機問世，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具，6 年后，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床，從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。1952~1970 年，屬于數(shù)控(NC)階段，由于早期計算機的運算速度低，不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIRED NC)。從 1970 年開始，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控(CNC)階段。到1974年微處理器被應用與數(shù)控系統(tǒng)；1990 年，PC 機的性能已發(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)從此進入了基于 PC 的階段；需要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控(CNC)了，而我國仍習慣稱數(shù)控(NC)。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控”，實質(zhì)上已經(jīng)是指“計算機數(shù)控”了[2]。 2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1958 年，我國開始數(shù)控機床的研制，其主要工作是剖析國外數(shù)控機床的先進技術。由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使國產(chǎn)數(shù)控機床的穩(wěn)定性、可靠性問題沒有從根本上得到解決，未能及時推廣[3]。 從八十年代我國重新開始起步發(fā)展，到 1993 年產(chǎn)量已增長 1828 倍，產(chǎn)值數(shù)控化率從 1%以下增長到 12%。從此數(shù)控機床生產(chǎn)逐漸形成批量，出現(xiàn)了一批以北京機床研究所為龍頭的機床廠，隨后，又組建了許多經(jīng)濟型數(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、西安微電子研究所等。數(shù)控機床技術結(jié)合著大型、多功能和經(jīng)濟型兩大方向同時發(fā)展，以此來適合我國國情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床[4]。 隨著電子信息技術的發(fā)展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一，而我國從上世紀 80 年代開始起步，至今仍處于發(fā)展階段。相關資料指出，“十二五”期間我國固定資產(chǎn)投資增速快，汽車和機械制造行業(yè)發(fā)展迅猛，外商投資企業(yè)增長速度加快，對機床的需求仍然旺盛。我國目前擁有機床很多都是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機床，其中數(shù)控機床總數(shù)只有 11.34 萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到 3%。近十年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為 0.6~0.8 萬臺，其中絕大部分為數(shù)控車床，年產(chǎn)值達到 18 億元，車床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造，從 1979~1988 年，全國引進技術改造項目就有 18446 項，其中大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于技術等一些原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，給企業(yè)造成很大損失，總結(jié)原因是在改造過程中，對一些設備、生產(chǎn)流程等技術手段消化吸收不好，維護不當造成的[5]。 世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達的國家相繼成立了機床修復公司、翻新公司或改造公司，承擔舊機床數(shù)控改造的任務，并成功地改造了一些大型和重型機床。我國常柴股份公司曾改造一臺仿形銑床[6]，花費 40 萬元的改造費用，節(jié)約投資近 250萬元，使用該銑床加工 N485 柴油機鑄造用模具，不到三個月時間，完成了兩套 N485模具和 20 套空調(diào)模具的加工。根據(jù)常柴股份公司對已完成數(shù)控化改造的 11 臺加工中心和 1 臺仿形銑床投入運行后統(tǒng)計，新增產(chǎn)值達到 3000 多萬元，取得了良好的經(jīng)濟效益。當然，在機床數(shù)控化改造實例中也有許多失敗的例子，如航天部國營 507廠，在八十年代曾經(jīng)對七十年代產(chǎn)品牡丹江廠的一臺C620-1 型舊車床進行數(shù)控化改造[7]，但是由于當時對機床數(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，雖然我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關鍵技術方面也取得了重大突破，但同世界先進水平比仍有一些差距，這也是制約我國機械工業(yè)快速穩(wěn)步發(fā)展的重要因素。 3國外研究現(xiàn)狀 在日本、美國、英國、德國等國家，數(shù)控機床的年產(chǎn)量較高，占世界總產(chǎn)量的47%左右，僅日、德、美三國的年產(chǎn)數(shù)控機床就占世界數(shù)控機床年產(chǎn)量的 36%，其中，日本擁有量的數(shù)控化率為 22.8%[8-9]。在目前世界機床擁有量中，高檔(數(shù)控機床)、中檔(非數(shù)控的自動化機床)、抵檔(手動操作的普通機床)之平均比例約為5:60:35。在發(fā)達國家中約為 10:65:25，國外工業(yè)發(fā)達國家的機床廠均生產(chǎn)數(shù)控機床，普通機床已逐步甩給第三世界國家生產(chǎn)，在數(shù)控機床的生產(chǎn)中，發(fā)展最快的是自動換刀的加工中心。在我國約為 1:19:80。可見，國外工業(yè)發(fā)達國家中的數(shù)控機床占有率比我國高很多[10-12]。 在國外一些發(fā)達國家，它們的車床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，用數(shù)控技術改造車床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了車床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新行業(yè)。比如說在美國，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 機床公司、US 設備公司等[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、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等[14]。在德國，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商或改造廠提供的配套服務[15]。其中，在德國具有代表性的Schiiess 公司在 1981年把一臺加工直徑為 19m 的超重型立式車床改裝成數(shù)控機床，當時生產(chǎn)于 1929 的該機床是世界上的機床；其改造主要包括將工作臺導軌改裝為靜壓導軌，提高其承載能力；主傳動采用半導體可控硅控制；刀架的滑動導軌改為滾動導軌等；該機床的整體改造費用僅為當時同類規(guī)格新機床價格的 28.9%，該公司還改造了一臺最大直徑為 14m 的超重型立式車床，全部改造費用是當時同類規(guī)格新機床價格的19.1%[16]。 由此可見，對現(xiàn)有機床的數(shù)控化改造在節(jié)約成本和改善舊機床閑置資源的合理利用等方面有明顯優(yōu)勢，從完成的改造設備運行情況來看，改造后的設備取得了令人滿意的效果，從而更有力地推動了車床改造行業(yè)的發(fā)展。 參考文獻 [1] 胡占奇,楊莉. 機床數(shù)控技術[M]. 北京:機械工業(yè)出社,2008:1-5. 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