課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）5第 二 章 數(shù) 控 改 造 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì)第 1 節(jié) 概 述一 、 數(shù) 控 系 統(tǒng) 發(fā) 展 簡(jiǎn) 史 及 趨 勢(shì)1946 年 誕 生 了 世 界 上 第 一 臺(tái) 電 子 計(jì) 算 機(jī) ， 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 。 它 與 人 類 在 農(nóng) 業(yè) 、 工 業(yè) 社 會(huì) 中 創(chuàng) 造 的 那 些 只 是 增 強(qiáng) 體 力 勞 動(dòng) 的 工 具 相 比 ， 起了 質(zhì) 的 飛 躍 ， 為 人 類 進(jìn) 入 信 息 社 會(huì) 奠 定 了 基 礎(chǔ) 。6 年 后 ， 即 在 1952 年 ， 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 。 近 半 個(gè) 世 紀(jì) 以 來 ， 數(shù) 控 系 統(tǒng) 經(jīng) 歷 了 兩 個(gè) 階 段 和 六 代 的 發(fā)展 。1、 數(shù) 控 （ NC） 階 段 （ 1952～ 1970 年 ）早 期 計(jì) 算 機(jī) 的 運(yùn) 算 速 度 低 ， 對(duì) 當(dāng) 時(shí) 的 科 學(xué) 計(jì) 算 和 數(shù) 據(jù) 處 理 影 響 還 不 大 ， 但 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） ， 簡(jiǎn) 稱 為 數(shù) 控 （ NC） 。 隨 著 元 器件 的 發(fā) 展 ， 這 個(gè) 階 段 歷 經(jīng) 了 三 代 ， 即 1952 年 的 第 一 代 --電 子 管 ； 1959 年 的 第 二 代 --晶 體 管 ； 1965 年 的 第 三 代 --小 規(guī) 模 集 成 電 路 。2、 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 （ CNC） 階 段 （ 1970 年 ～ 現(xiàn) 在 ）到 1970 年 ， 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 來 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 （ 把 計(jì) 算 機(jī) 前 面 應(yīng) 有 的 “通 用 “兩個(gè) 字 省 略 了 ） 。 到 1971 年 ， 美 國(guó) INTEL 公 司 在 世 界 上 第 一 次 將 計(jì) 算 機(jī) 的 兩 個(gè) 最 核 心 的部 件 --運(yùn) 算 器 和 控 制 器 ， 采 用 大 規(guī) 模 集 成 電 路 技 術(shù) 集 成 在 一 塊 芯 片 上 ， 稱 之 為 微 處 理 器（ MICROPROCESSOR） ， 又 可 稱 為 中 央 處 理 單 元 （ 簡(jiǎn) 稱 CPU） 。到 1974 年 微 處 理 器 被 應(yīng) 用 于 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 這 是 因 為 小 型 計(jì) 算 機(jī) 功 能 太 強(qiáng) ， 控 制 一 臺(tái) 機(jī)床 能 力 有 富 裕 （ 故 當(dāng) 時(shí) 曾 用 于 控 制 多 臺(tái) 機(jī) 床 ， 稱 之 為 群 控 ） ， 不 如 采 用 微 處 理 器 經(jīng) 濟(jì)合 理 。 而 且 當(dāng) 時(shí) 的 小 型 機(jī) 可 靠 性 也 不 理 想 。 早 期 的 微 處 理 器 速 度 和 功 能 雖 還 不 夠 高 ， 但 可以 通 過 多 處 理 器 結(jié) 構(gòu) 來 解 決 。 由 于 微 處 理 器 是 通 用 計(jì) 算 機(jī) 的 核 心 部 件 ， 故 仍 稱 為 計(jì) 算 機(jī) 數(shù)控 。到 了 1990 年 ， PC 機(jī) （ 個(gè) 人 計(jì) 算 機(jī) ， 國(guó) 內(nèi) 習(xí) 慣 稱 微 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 ?？?之 ， 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 階 段 也 經(jīng) 歷 了 三 代 。 即 1970 年 的 第 四 代 --小 型 計(jì) 算 機(jī) ； 1974年 的 第 五 代 --微 處 理 器 和 1990 年 的 第 六 代 --基 于 PC（ 國(guó) 外 稱 為 PC-BASED） 。還 要 指 出 的 是 ， 雖 然 國(guó) 外 早 已 改 稱 為 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 （ 即 CNC） 了 ， 而 我 國(guó) 仍 習(xí) 慣稱 數(shù) 控 （ NC） 。 所 以 我 們 日 常 講 的 “數(shù) 控 “， 實(shí) 質(zhì) 上 已 是 指 “計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 “了 。3、 數(shù) 控 未 來 發(fā) 展 的 趨 勢(shì) （ 1） 繼 續(xù) 向 開 放 式 、 基 于 PC 的 第 六 代 方 向 發(fā) 展基 于 PC 所 具 有 的 開 放 性 、 低 成 本 、 高 可 靠 性 、 軟 硬 件 資 源 豐 富 等 特 點(diǎn) ， 更 多 的 數(shù) 控系 統(tǒng) 生 產(chǎn) 廠 家 會(huì) 走 上 這 條 道 路 。 至 少 采 用 PC 機(jī) 作 為 它 的 前 端 機(jī) ， 來 處 理 人 機(jī) 界 面 、編 程 、 聯(lián) 網(wǎng) 通 信 等 問 題 ， 由 原 有 的 系 統(tǒng) 承 擔(dān) 數(shù) 控 的 任 務(wù) 。 PC 機(jī) 所 具 有 的 友 好 的 人 機(jī)界 面 ， 將 普 及 到 所 有 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 遠(yuǎn) 程 通 訊 ， 遠(yuǎn) 程 診 斷 和 維 修 將 更 加 普 遍 。（ 2） 向 高 速 化 和 高 精 度 化 發(fā) 展這 是 適 應(yīng) 機(jī) 床 向 高 速 和 高 精 度 方 向 發(fā) 展 的 需 要 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）6（ 3） 向 智 能 化 方 向 發(fā) 展隨 著 人 工 智 能 在 計(jì) 算 機(jī) 領(lǐng) 域 的 不 斷 滲 透 和 發(fā) 展 ， 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 智 能 化 程 度 將 不 斷 提 高 。1） 應(yīng) 用 自 適 應(yīng) 控 制 技 術(shù)數(shù) 控 系 統(tǒng) 能 檢 測(cè) 過 程 中 一 些 重 要 信 息 ， 并 自 動(dòng) 調(diào) 整 系 統(tǒng) 的 有 關(guān) 參 數(shù) ， 達(dá) 到 改 進(jìn) 系 統(tǒng) 運(yùn)行 狀 態(tài) 的 目 的 。2） 引 入 專 家 系 統(tǒng) 指 導(dǎo) 加 工將 熟 練 工 人 和 專 家 的 經(jīng) 驗(yàn) ， 加 工 的 一 般 規(guī) 律 和 特 殊 規(guī) 律 存 入 系 統(tǒng) 中 ， 以 工 藝 參 數(shù) 數(shù) 據(jù)庫 為 支 撐 ， 建 立 具 有 人 工 智 能 的 專 家 系 統(tǒng) 。3） 引 入 故 障 診 斷 專 家 系 統(tǒng)4） 智 能 化 數(shù) 字 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 裝 置可 以 通 過 自 動(dòng) 識(shí) 別 負(fù) 載 ， 而 自 動(dòng) 調(diào) 整 參 數(shù) ， 使 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 獲 得 最 佳 的 運(yùn) 行 。 二 、 機(jī) 床 數(shù) 控 化 改 造 的 必 要 性1、 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 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 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) 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3～ 7 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 ， 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 等 多 種 自 律 功 能 ， 因 而 可 實(shí) 現(xiàn) 長(zhǎng) 時(shí) 間 無 人 看 管加 工 。（ 6） 由 以 上 五 條 派 生 的 好 處 。如 ： 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 周 期 和 生 產(chǎn) 周 期 ， 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 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) 。2、 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 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 、 民 機(jī) 械 工 業(yè) ） 進(jìn) 行技 術(shù) 改 造 。 除 在 制 造 過 程 中 采 用 數(shù) 控 機(jī) 床 、 FMC、 FMS 外 ， 還 包 括 在 產(chǎn) 品 開 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 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 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 也 就 從 宏 觀課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）7上 說 明 了 機(jī) 床 數(shù) 控 化 改 造 的 必 要 性 。三 、 機(jī) 床 與 生 產(chǎn) 線 數(shù) 控 化 改 造 的 市 場(chǎng)1、 機(jī) 床 數(shù) 控 化 改 造 的 市 場(chǎng)我 國(guó) 目 前 機(jī) 床 總 量 380 余 萬 臺(tái) ， 而 其 中 數(shù) 控 機(jī) 床 總 數(shù) 只 有 11.34 萬 臺(tái) ， 即 我 國(guó) 機(jī)床 數(shù) 控 化 率 不 到 3％ 。 近 10 年 來 ， 我 國(guó) 數(shù) 控 機(jī) 床 年 產(chǎn) 量 約 為 0.6～ 0.8 萬 臺(tái) ， 年 產(chǎn) 值約 為 18 億 元 。 機(jī) 床 的 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％ ， FMC/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 ） 。 可 見 我 們 的 大 多 數(shù) 制 造 行 業(yè)和 企 業(yè) 的 生 產(chǎn) 、 加 工 裝 備 絕 大 數(shù) 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 。 用 這 種 裝 備 加 工 出 來 的 產(chǎn) 品 普 遍 存 在 質(zhì) 量 差 、 品 種 少 、 檔 次 低 、 成 本 高 、 供 貨 期長(zhǎng) ， 從 而 在 國(guó) 際 、 國(guó) 內(nèi) 市 場(chǎng) 上 缺 乏 競(jìng) 爭(zhēng) 力 ， 直 接 影 響 一 個(gè) 企 業(yè) 的 產(chǎn) 品 、 市 場(chǎng) 、 效 益 ， 影 響企 業(yè) 的 生 存 和 發(fā) 展 。 所 以 必 須 大 力 提 高 機(jī) 床 的 數(shù) 控 化 率 。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 放 以 來 ， 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) 不完 全 統(tǒng) 計(jì) ， 從 1979～ 1988 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) 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 種 種 原 因 ， 設(shè) 備 或 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 ， 嚴(yán) 重 的 使企 業(yè) 陷 入 困 境 。 一 些 設(shè) 備 、 生 產(chǎn) 線 從 國(guó) 外 引 進(jìn) 以 后 ， 有 的 消 化 吸 收 不 好 ， 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 、 儀 器 、 生 產(chǎn) 線 ， 忽 視 軟 件 、 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 甚 至 不 能 啟 動(dòng) 運(yùn) 行 ， 沒 有 發(fā) 揮 應(yīng) 有 的 作用 ； 有 的 生 產(chǎn) 線 的 產(chǎn) 品 銷 路 很 好 ， 但 是 因 為 設(shè) 備 故 障 不 能 達(dá) 產(chǎn) 達(dá) 標(biāo) ； 有 的 因 為 能 耗 高 、 產(chǎn)品 合 格 率 低 而 造 成 虧 損 ； 有 的 已 引 進(jìn) 較 長(zhǎng) 時(shí) 間 ， 需 要 進(jìn) 行 技 術(shù) 更 新 。 種 種 原 因 使 有 的 設(shè) 備不 僅 沒 有 創(chuàng) 造 財(cái) 富 ， 反 而 消 耗 著 財(cái) 富 。這 些 不 能 使 用 的 設(shè) 備 、 生 產(chǎn) 線 是 個(gè) 包 袱 ， 也 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 題 ， 就 可 以 最 小 的 投 資 盤 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) 。四 、 數(shù) 控 化 改 造 的 內(nèi) 容 及 優(yōu) 缺 1、 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 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 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) 公 司 、 野 崎 工 程 公 司 、 濱 田 工 程 公 司 、 山 本 工 程 公 司 等 。2、 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) ：其 一 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) ；其 二 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 ；課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）8其 三 是 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 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 ；其 四 是 技 術(shù) 更 新 或 技 術(shù) 創(chuàng) 新 ， 為 提 高 性 能 或 檔 次 ， 或 為 了 使 用 新 工 藝 、 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 。3、 數(shù) 控 化 改 造 的 優(yōu) 缺（ 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 60％ ～ 80％ 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 于 費(fèi) 工 、 費(fèi) 錢 ， 往 往 改 造成 本 提 高 2～ 3 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 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 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 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 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 。五 、 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 選 擇數(shù) 控 系 統(tǒng) 主 要 有 三 種 類 型 ， 改 造 時(shí) ， 應(yīng) 根 據(jù) 具 體 情 況 進(jìn) 行 選 擇 。1、 步 進(jìn) 電 機(jī) 拖 動(dòng) 的 開 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 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 齒 輪 副 與滾 珠 絲 杠 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 ， 便 可 控 制 執(zhí) 行部 件 運(yùn) 動(dòng) 的 位 移 量 、 速 度 和 運(yùn) 動(dòng) 方 向 。 這 種 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 環(huán) 系 統(tǒng) ， 該 系 統(tǒng) 的 位 移 精 度 主 要 決 定 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 機(jī) 拖 動(dòng) ， 光 柵 測(cè) 量 反 饋 的 閉 環(huán) 數(shù) 控 系 統(tǒng)該 系 統(tǒng) 與 開 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 偏 差 的 方 向 運(yùn) 動(dòng) ， 直 到 給 定 位 置 與 反 饋 的 實(shí) 際 位 置 的 差 值 等 于 零 為 止 。 閉 環(huán) 進(jìn)給 系 統(tǒng) 在 結(jié) 構(gòu) 上 比 開 環(huán) 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 復(fù) 雜 ， 成 本 也 高 ， 對(duì) 環(huán) 境 室 溫 要 求 嚴(yán) 。 設(shè) 計(jì) 和 調(diào) 試 都 比 開環(huán) 系 統(tǒng) 難 。 但 是 可 以 獲 得 比 開 環(huán) 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 更 高 的 精 度 ， 更 快 的 速 度 ， 驅(qū) 動(dòng) 功 率 更 大 的 特性 指 標(biāo) 。 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 機(jī) 拖 動(dòng) ， 編 碼 器 反 饋 的 半 閉 環(huán) 數(shù) 控 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 。 它 只 能 補(bǔ) 償 系課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）9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) 的 精 度 低 ， 但 是 它 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 機(jī) 作 成 一 個(gè) 整 體 時(shí) 則 無需 考 慮 位 置 檢 測(cè) 裝 置 的 安 裝 問 題 。當(dāng) 前 生 產(chǎn) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 公 司 廠 家 比 較 多 ， 國(guó) 外 著 名 公 司 的 如 德 國(guó) SIEMENS 公 司 、日 本 FANUC 公 司 ； 國(guó) 內(nèi) 公 司 如 中 國(guó) 珠 峰 公 司 、 北 京 航 天 機(jī) 床 數(shù) 控 系 統(tǒng) 集 團(tuán) 公 司 、 華 中 數(shù)控 公 司 和 沈 陽 高 檔 數(shù) 控 國(guó) 家 工 程 研 究 中 心 。選 擇 數(shù) 控 系 統(tǒng) 時(shí) 主 要 是 根 據(jù) 數(shù) 控 改 造 后 機(jī) 床 要 達(dá) 到 的 各 種 精 度 、 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 功 率 和 用戶 的 要 求 。六 、 數(shù) 控 改 造 中 主 要 機(jī) 械 部 件 改 裝 探 討一 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 系 數(shù) 小 ，傳 動(dòng) 無 間 隙 ； 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 與 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 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 車 床 來 說 ， 導(dǎo) 軌 除 應(yīng) 具 有 普 通 車 床 導(dǎo) 向 精 度 和 工 藝 性 外 ， 還 要 有 良 好 的 耐 摩 擦 、磨 損 特 性 ， 并 減 少 因 摩 擦 阻 力 而 致 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 ， 要 有 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) 都 比 普 通 機(jī) 床 高 。 在 結(jié) 構(gòu) 上 要 能 達(dá) 到 無 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 加 工 精 度 。3、 滑 動(dòng) 絲 杠 與 滾 珠 絲 杠絲 杠 傳 動(dòng) 直 接 關(guān) 系 到 傳 動(dòng) 鏈 精 度 。 絲 杠 的 選 用 主 要 取 決 于 加 工 件 的 精 度 要 求 和 拖 動(dòng) 扭矩 要 求 。 被 加 工 件 精 度 要 求 不 高 時(shí) 可 采 用 滑 動(dòng) 絲 杠 ， 但 應(yīng) 檢 查 原 絲 杠 磨 損 情 況 ， 如 螺 距 誤差 及 螺 距 累 計(jì) 誤 差 以 及 相 配 螺 母 間 隙 。 一 般 情 況 滑 動(dòng) 絲 杠 應(yīng) 不 低 于 6 級(jí) ， 螺 母 間 隙過 大 則 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 精 度 較 高 的 零 件 加 工 。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) ； 啟動(dòng) 力 矩 和 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 力 矩 相 接 近 ， 可 以 降 低 電 機(jī) 啟 動(dòng) 力 矩 。 因 此 可 滿 足 較 高 精 度 零 件 加 工 要 求 。4、 安 全 防 護(hù)系 統(tǒng) 的 高 效 率 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 。 大 拖 板 與 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 接 觸 的 兩 端 面 要 密 封 好 ， 絕 對(duì) 防 止硬 質(zhì) 顆 粒 狀 的 異 物 進(jìn) 入 滑 動(dòng) 面 損 傷 導(dǎo) 軌 。 第 二 節(jié) 機(jī) 床 數(shù) 控 改 造 步 驟一 、 系 統(tǒng) 總 體 改 造 方 案 的 確 定目 前 ， 在 機(jī) 械 加 工 工 業(yè) 中 ， 絕 大 多 數(shù) 是 舊 式 機(jī) 床 ， 如 果 改 用 微 機(jī) 控 制 ， 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 電 一 體化 的 改 造 ， 會(huì) 使 機(jī) 床 適 應(yīng) 小 批 量 、 多 品 種 、 復(fù) 雜 零 件 的 加 工 ， 不 但 提 高 加 工 精 度 和 生 產(chǎn) 率 ，而 且 成 本 低 、 周 期 短 ， 適 合 我 國(guó) 國(guó) 情 。 利 用 微 機(jī) 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床 的 機(jī) 電 一 體 化 改 造 的 方 法 有 兩 種 ：一 種 是 以 微 機(jī) 為 中 心 設(shè) 計(jì) 控 制 部 件 ； 另 一 種 是 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 數(shù) 字 控 制 系 統(tǒng) 作 為 主 要控 制 裝 置 。 前 者 需 重 新 設(shè) 計(jì) 控 制 系 統(tǒng) ， 比 較 復(fù) 雜 ； 后 者 選 用 國(guó) 內(nèi) 標(biāo) 準(zhǔn) 化 的 微 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) ，課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）10比 較 簡(jiǎn) 單 。 這 種 標(biāo) 準(zhǔn) 的 微 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 通 常 采 用 單 片 機(jī) 、 驅(qū) 動(dòng) 電 源 、 步 進(jìn) 電 機(jī) 及 專 用 的 控 制程 序 組 成 開 環(huán) 控 制 ， 如 圖 2-1 所 示 ， 其 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 價(jià) 格 低 廉 。 對(duì) 機(jī) 床 的 控 制 過 程 大 多 是由 單 片 機(jī) 按 照 輸 入 的 加 工 程 序 進(jìn) 行 插 補(bǔ) 運(yùn) 算 ， 產(chǎn) 生 進(jìn) 給 ， 由 軟 件 或 硬 件 實(shí) 現(xiàn) 脈 沖 分 配 ， 輸出 一 系 列 脈 沖 ， 經(jīng) 功 率 放 大 、 驅(qū) 動(dòng) 刀 架 、 縱 橫 軸 運(yùn) 動(dòng) 的 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 實(shí) 現(xiàn) 刀 具 按 規(guī) 定 的 輪 廓軌 跡 運(yùn) 動(dòng) 。 微 機(jī) 進(jìn) 行 插 補(bǔ) 運(yùn) 算 的 速 度 較 快 ， 可 以 讓 單 片 機(jī) 每 完 成 一 次 插 補(bǔ) 、 進(jìn) 給 ， 就 執(zhí) 行一 次 延 時(shí) 程 序 ， 由 延 時(shí) 程 序 控 制 進(jìn) 給 速 度 。圖 2-1 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 框 圖1、 功 能 與 技 術(shù) 參 數(shù) 分 析設(shè) 計(jì) 的 最 初 環(huán) 節(jié) 必 須 理 解 和 分 析 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 所 提 出 的 主 要 功 能 和 技 術(shù) 指 標(biāo) 。 比 如 ， 普 通車 床 的 數(shù) 控 改 造 要 求 利 用 數(shù) 控 系 統(tǒng) 代 替 人 工 或 機(jī) 械 凸 輪 、 靠 模 來 控 制 車 床 的 運(yùn) 動(dòng) ， 提 高 車床 的 加 工 精 度 和 自 動(dòng) 化 水 平 ， 滿 足 多 品 種 小 批 量 零 件 加 工 的 功 能 要 求 。 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 提 出 了 縱向 走 刀 ， 橫 向 走 刀 的 定 位 精 度 、 走 刀 速 度 、 主 軸 變 速 等 諸 多 技 術(shù) 參 數(shù) 。 并 且 ， 要 求 能 夠 進(jìn)行 人 機(jī) 對(duì) 話 ， 編 程 及 操 作 方 便 ， 診 斷 功 能 和 糾 錯(cuò) 功 能 強(qiáng) ， 具 有 顯 示 和 通 信 功 能 ， 縮 短 非 生產(chǎn) 準(zhǔn) 備 時(shí) 間 ， 提 高 生 產(chǎn) 率 。2、 原 理 構(gòu) 思 和 技 術(shù) 路 線 確 定針 對(duì) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 的 主 要 功 能 和 技 術(shù) 指 標(biāo) 要 求 提 出 一 些 原 理 性 的 構(gòu) 思 。 比 如 ， 普 通 車 床 車削 螺 紋 時(shí) 為 了 防 止 亂 扣 ， 進(jìn) 給 與 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 之 間 用 掛 輪 來 實(shí) 現(xiàn) 嚴(yán) 格 的 機(jī) 械 傳 動(dòng) 關(guān) 系 ， 改 變 螺紋 的 螺 距 就 需 要 改 變 掛 輪 。 數(shù) 控 改 造 后 ， 省 掉 了 掛 輪 ， 要 提 出 合 理 的 、 先 進(jìn) 的 方 法 來 解 決進(jìn) 給 與 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 相 配 合 的 問 題 。 要 做 到 ： 主 軸 轉(zhuǎn) 一 轉(zhuǎn) ， 車 刀 精 確 移 動(dòng) 一 個(gè) 螺 距 ； 螺 紋 加 工不 能 一 次 切 削 完 成 時(shí) ， 每 次 進(jìn) 刀 的 位 置 必 須 相 同 。 有 了 原 理 性 構(gòu) 思 ， 還 要 提 出 實(shí) 現(xiàn) 該 功 能原 理 的 技 術(shù) 途 徑 。 沒 有 合 理 的 可 行 的 技 術(shù) 途 徑 來 保 障 ， 好 的 原 理 性 構(gòu) 思 就 成 為 空 想 。3、 擬 定 總 體 方 案功 能 原 理 構(gòu) 思 和 技 術(shù) 路 線 確 定 后 ， 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 、 布 局 、 傳 動(dòng) 、 結(jié) 構(gòu) 、 控 制 以 及 軟 件 等 方 面作 出 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 。 方 案 可 以 同 時(shí) 作 幾 個(gè) ， 經(jīng) 過 技 術(shù) 和 經(jīng) 濟(jì) 評(píng) 價(jià) 后 ， 選 擇 其 中 一 種 較 合 理的 作 為 最 優(yōu) 方 案 加 以 采 用 。 比 如 ， 普 通 車 床 的 數(shù) 控 化 改 造 方 案 應(yīng) 該 在 滿 足 改 造 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 的前 提 下 ， 盡 可 能 對(duì) 普 通 車 床 作 較 少 的 改 動(dòng) ， 這 樣 可 以 降 低 改 造 成 本 。二 、 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 改 造 方 案 的 確 定在 熟 悉 原 機(jī) 床 的 操 作 過 程 及 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 后 ， 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 確 定 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 改 造方 案 。 包 括 電 機(jī) 型 號(hào) 的 選 擇 ， 減 速 比 的 確 定 ， 齒 輪 模 數(shù) 及 齒 數(shù) 的 確 定 ， 原 有 絲 杠 及 導(dǎo) 軌 是否 要 重 新 更 換 ， 改 換 成 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 時(shí) 絲 杠 螺 母 副 的 型 號(hào) 及 安 裝 形 式 如 何 確 定 ， 導(dǎo) 軌 的設(shè) 計(jì) 方 法 等 。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）11對(duì) CA6140 車 床 的 縱 向 （ Z 向 ） 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 ， 此 時(shí) 可 將 開 合 螺 母 合 上 ，離 合 器 M5 脫 開 ， 使 主 運(yùn) 動(dòng) 與 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 脫 開 ， 此 時(shí) ， 將 脫 落 螺 桿 等 橫 向 自 動(dòng) 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 調(diào) 至空 檔 （ 脫 開 ） 位 置 。 若 原 刀 架 為 自 動(dòng) 轉(zhuǎn) 位 刀 架 ， 則 可 以 由 微 機(jī) 控 制 自 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 刀 具 ， 否 則 仍由 手 動(dòng) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 刀 架 。 如 需 加 工 螺 紋 ， 則 要 在 主 軸 外 端 或 其 他 適 當(dāng) 位 置 安 裝 一 個(gè) 脈 沖 發(fā) 生 器 來檢 測(cè) 主 軸 轉(zhuǎn) 位 ， 用 它 發(fā) 出 的 脈 沖 來 保 證 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 與 縱 向 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 的 相 互 關(guān) 系 。 這 種 改造 方 案 成 本 較 低 。 但 是 ， 為 了 保 證 加 工 精 度 ， 還 需 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 進(jìn) 行 檢 修 ， 才 能 保 證 控 制精 度 。 原 有 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 部 件 （ 包 括 導(dǎo) 軌 、 絲 杠 副 等 ） 安 裝 質(zhì) 量 的 好 壞 ， 直 接 影 響 阻 力 和 阻 力矩 的 大 小 ， 應(yīng) 盡 量 減 小 阻 力 （ 力 矩 ） ， 以 提 高 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 的 效 率 。 對(duì) 絲 杠 及 軸 要提 高 其 直 線 度 ， 導(dǎo) 軌 壓 板 及 螺 母 的 預(yù) 緊 力 都 要 調(diào) 得 合 適 。 為 減 少 導(dǎo) 軌 副 的 摩 擦 阻 力 可 改 換成 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 副 或 采 用 鑲 塑 料 導(dǎo) 軌 。 根 據(jù) 阻 力 （ 力 矩 ） ， 切 削 用 量 的 大 小 及 機(jī) 床 型 號(hào) 的不 同 ， 應(yīng) 通 過 計(jì) 算 ， 選 用 與 之 相 匹 配 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 。 如 果 選 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 過 大 ，價(jià) 格 就 貴 ， 機(jī) 電 一 體 化 改 造 的 成 本 就 高 ， 且 對(duì) 用 戶 來 說 ， 在 使 用 中 ， 始 終 用 不 到 那 么 大 的驅(qū) 動(dòng) 能 力 ， 也 是 一 個(gè) 浪 費(fèi) ； 如 果 選 得 過 小 ， 在 使 用 中 很 可 能 因 各 種 原 因 而 使 切 削 阻 力 突 然增 大 ， 驅(qū) 動(dòng) 能 力 不 夠 ， 將 會(huì) 引 起 丟 步 現(xiàn) 象 的 產(chǎn) 生 ， 造 成 加 工 誤 差 。 因 此 ， 必 須 對(duì) 執(zhí) 行 元 件進(jìn) 行 匹 配 選 擇 。 對(duì) 加 工 精 度 較 高 的 機(jī) 床 ， 其 進(jìn) 給 絲 杠 應(yīng) 換 成 滾 珠 絲 杠 副 。圖 2-2 CA6140 車 床 的 改 造 方 案 X502 型 銑 床 的 外 形 如 圖 2-3 所 示 。 工 件 裝 在 機(jī) 床 的 工 作 臺(tái) 上 ， 銑 刀 裝 在 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 刀桿 上 ， 銑 刀 和 工 件 相 互 間 的 位 置 可 用 縱 向 、 橫 向 和 升 降 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行 調(diào) 整 。 機(jī) 床 的 傳 動(dòng) 系統(tǒng) 見 圖 2-4。傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 由 四 部 分 組 成 ：（ 1） 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng)由 轉(zhuǎn) 速 為 1450r/min， 功 率 為 2.2kW 的 電 動(dòng) 機(jī) 經(jīng) 過 帶 輪 1 通 過 三 根 皮 帶 傳 到 I 軸 ，經(jīng) 過 齒 輪 6、 8 傳 到 II 軸 ， 通 過 交 換 齒 輪 10、 11 將 動(dòng) 力 傳 到 III 軸 ， 經(jīng) 過 滑 移 齒 輪12（ 或 14） 和 15（ 或 16） 嚙 合 動(dòng) 力 傳 到 IV 軸 ， 再 經(jīng) 過 齒 輪 15 和 55 動(dòng) 力 傳 到 IX軸 上 ， 通 過 傘 齒 輪 56、 57 動(dòng) 力 傳 到 主 軸 上 使 主 軸 回 轉(zhuǎn) ， 從 而 使 裝 在 主 軸 上 的 銑 刀 轉(zhuǎn) 動(dòng)進(jìn) 行 加 工 ， 可 使 主 軸 獲 得 8 種 不 同 的 轉(zhuǎn) 速 。（ 2） 工 作 臺(tái) 縱 向 運(yùn) 動(dòng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）12工 作 臺(tái) 縱 向 運(yùn) 動(dòng) ， 由 軸 II 通 過 齒 輪 9 與 19 嚙 合 ， 動(dòng) 力 傳 到 V 軸 ， 再 經(jīng) 過 齒 輪20（ 19） 與 21（ 22） 嚙 合 ， 使 軸 VI 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 再 經(jīng) 過 齒 輪 23 和 24 動(dòng) 力 傳 到 VII 軸 ，經(jīng) 過 萬 向 接 頭 26 傳 到 VIII 軸 ， 經(jīng) 過 換 向 齒 輪 箱 內(nèi) 傘 齒 輪 29、 30 及 齒 輪 33、 34 到傘 齒 輪 35、 36， 通 過 凸 瓣 離 合 器 37 與 凸 瓣 離 合 器 套 39 嚙 合 使 動(dòng) 力 傳 到 絲 杠 40 上 ，絲 杠 再 與 工 作 臺(tái) 相 固 聯(lián) 的 螺 母 中 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 使 絲 杠 帶 動(dòng) 工 作 臺(tái) 縱 向 移 動(dòng) ， 當(dāng) 離 合 器 脫 開 ， 可 用手 輪 43 使 工 作 臺(tái) 手 搖 移 動(dòng) 。（ 3） 工 作 臺(tái) 橫 向 運(yùn) 動(dòng)工 作 臺(tái) 和 工 作 臺(tái) 底 座 ， 一 起 再 升 降 臺(tái) 導(dǎo) 軌 上 作 橫 向 移 動(dòng) 。 用 裝 在 升 降 臺(tái)圖 2-3 X502 型 銑 床 外 形 圖 圖 2-4 X502 型 銑 床 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)內(nèi) 橫 向 行 程 絲 杠 45 傳 動(dòng) ， 橫 向 絲 杠 螺 母 46 固 定 裝 在 工 作 臺(tái) 底 座 上 ， 所 以 當(dāng) 44 傳動(dòng) 45 時(shí) ， 螺 母 46 跟 工 作 臺(tái) 及 工 作 臺(tái) 底 座 一 起 在 升 降 臺(tái) 上 橫 向 移 動(dòng) 。 只 能 由 手 動(dòng) 進(jìn) 給 。（ 4） 工 作 臺(tái) 的 升 降 運(yùn) 動(dòng)只 能 手 動(dòng) 。 用 套 在 升 降 軸 48 上 的 手 柄 44 轉(zhuǎn) 動(dòng) 傘 齒 輪 49 和 50， 使 升 降 絲 杠 52轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 升 降 螺 母 53 固 定 在 底 座 上 ， 從 而 得 到 升 降 移 動(dòng) 。根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 可 對(duì) 機(jī) 械 部 分 進(jìn) 行 如 下 改 動(dòng) ： 保 留 原 機(jī) 床 的 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ； 保 留 原 機(jī) 床縱 向 進(jìn) 給 的 機(jī) 動(dòng) 部 分 ， 將 離 合 器 脫 開 ， 去 掉 手 輪 43， 將 手 輪 軸 通 過 一 對(duì) 齒 輪 與 步 進(jìn) 電機(jī) 相 聯(lián) ， 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 控 制 縱 向 工 作 臺(tái) 的 移 動(dòng) ； 工 作 臺(tái) 橫 向 運(yùn) 動(dòng) 改 為 通 過 一 對(duì) 齒 輪與 步 進(jìn) 電 機(jī) 相 聯(lián) 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 控 制 ， 工 作 臺(tái) 的 升 降 移 動(dòng) 仍 用 手 動(dòng) 。 為 了 保 證 精 度 要 求 ， 橫 向及 縱 向 工 作 臺(tái) 的 絲 杠 換 為 滾 珠 絲 杠 副 傳 動(dòng) 。3、 注 意 事 項(xiàng)在 設(shè) 計(jì) 中 要 注 意 以 下 幾 個(gè) 問 題 ：（ 1） 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 如 何 預(yù) 緊 ？（ 2） 增 要 保 證 滾 珠 絲 杠 螺 母 的 螺 母 座 與 兩 端 支 承 同 心 ？課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（第二章）13（ 3） 滾 珠 絲 杠 所 受 的 軸 向 力 如 何 通 過 支 承 傳 遞 到 床 身 上 ？（ 4） 滾 珠 絲 杠 上 的 向 心 推 力 球 軸 承 、 或 其 它 軸 承 如 何 預(yù) 緊 ？（ 5） 齒 輪 傳 動(dòng) 副 如 何 消 除 側(cè) 間 隙 ？（ 6） 消 除 齒 輪 裝 配 過 程 是 怎 樣 的 ？（ 7） 步 進(jìn) 電 機(jī) 在 齒 輪 箱 體 上 怎 樣 定 位 ？（ 8） 各 部 件 的 配 合 表 面 應(yīng)（ 9） 該 采 用 什 么 性 質(zhì) 的 配 合 及 精 度 等 級(jí) ？（ 10） 設(shè) 計(jì) 和 裝 配 時(shí) ， 如 何 保 證 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 在 垂 直 和 水 平 面 內(nèi) 與 機(jī) 床 導(dǎo) 軌 的 平 行 度 ？（ 11） 在 什 么 情 況 下 需 要 對(duì) 滾 珠 絲 杠 進(jìn) 行 預(yù) 拉 伸 ？ 怎 樣 進(jìn) 行 預(yù) 拉 伸 ？三 、 微 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 方 案 的 確 定1、 微 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 總 體 組 成數(shù) 控 部 分 采 用 MCS-51 系 列 的 單 片 機(jī) 控 制 ， 其 典 型 代 表 有 8031、 8051、 8075 等 ，其 中 8031 的 價(jià) 格 低 ， 功 能 強(qiáng) ， 使 用 靈 活 等 特 點(diǎn) ， 比 較 適 用 于 一 般 機(jī) 床 的 數(shù) 控 改 造 ， 但 由于 其 無 內(nèi) 存 ， 必 須 外 接 存 儲(chǔ) 及 I/O 擴(kuò) 展 芯 片 才 可 成 為 一 個(gè) 較 簡(jiǎn) 單 的 微 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 。存 儲(chǔ) 芯 片 的 選 擇 依 據(jù) 系 統(tǒng) 控 制 程 序 的 大 小 及 CPU 的 字 長(zhǎng) ， I/O 擴(kuò) 展 芯 片 的 個(gè) 數(shù) 根據(jù) 整 個(gè) 系 統(tǒng) 需 要 的 I/O 通 道 的 個(gè) 數(shù) 來 確 定 。2、 軟 硬 件 任 務(wù) 合 理 分 配涉 及 軟 、 硬 件 任 務(wù) 分 配 的 有 ： 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 脈 沖 發(fā) 生 與 脈 沖 分 配 ； 數(shù) 碼 顯 示 的 字 符發(fā) 生 ； 鍵 盤 掃 描 管 理 。上 述 三 個(gè) 都 可 以 用 專 用 硬 件 芯 片 實(shí) 現(xiàn) ， 也 可 用 軟 件 編 程 實(shí) 現(xiàn) 。 用 硬 件 實(shí) 現(xiàn) ， 編 程 時(shí) 較簡(jiǎn) 單 ， 但 同 時(shí) 增 加 了 硬 件 成 本 及 故 障 源 。 用 軟 件 實(shí) 現(xiàn) ， 可 節(jié) 省 芯 片 ， 降 低 成 本 ， 但 增 加 了編 程 難 度 。 在 決 定 用 何 種 方 法 實(shí) 現(xiàn) 時(shí) ， 應(yīng) 統(tǒng) 籌 兼 顧 ， 同 時(shí) 還 應(yīng) 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 者 的 軟 、 硬 件 方 面的 實(shí) 際 經(jīng) 驗(yàn) 及 能 力 。3、 在 設(shè) 計(jì) 中 應(yīng) 注 意 以 下 幾 點(diǎn)（ 1） 各 芯 片 名 稱 及 功 能 。（ 2） I/O 口 的 功 能 。（ 3） 線 選 法 地 址 譯 碼 方 法 。（ 4） 全 地 址 譯 碼 方 法 及 各 芯 片 地 址 編 碼 。（ 5） 擴(kuò) 展 I/O 口 芯 片 地 址 。（ 6） 8155 或 8255 可 編 程 接 口 芯 片 I/O 口 輸 入 、 輸 出 情 況 及 控 制 字 。（ 7） 鍵 盤 及 顯 示 接 口 電 路 工 作 原 理 。（ 8） 擴(kuò) 展 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 及 程 序 存 儲(chǔ) 器 地 址 范 圍 ？（ 9） 步 進(jìn) 電 機(jī) 環(huán) 形 分 配 工 作 原 理 、 硬 件 環(huán) 形 分 配 芯 片 各 引 腳 的 功 能 。（ 10） 光 電 隔 離 電 路 工 作 原 理 。（ 11） 高 低 壓 驅(qū) 動(dòng) 電 路 工 作 原 理 。（ 12） 恒 流 斬 波 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 工 作 原 理 。（ 13） 其 他 輔 助 電 路 ： 如 越 界 報(bào) 警 電 路 、 復(fù) 位 電 路 、 時(shí) 鐘 電 路 系 工 作 原 理 。