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

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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 design 1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)控信號構(gòu)成的控制程序?qū)δ骋粚ο筮M(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(jī)床及數(shù)控氣割機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控測量機(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)字信號對該設(shè)備自動工作過程進(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化要求而生產(chǎn)的。 1946 年，世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)問世，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具，6 年后，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床，從此，傳統(tǒng)機(jī)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(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。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，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)了，而我國仍習(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國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1958 年，我國開始數(shù)控機(jī)床的研制，其主要工作是剖析國外數(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，致使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)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(shí)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(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，以此來適合我國國情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機(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)增長速度加快，對機(jī)床的需求仍然旺盛。我國目前擁有機(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 萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近十年來，我國數(shù)控機(jī)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(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，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，從 1979~1988 年，全國引進(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)原因是在改造過程中，對一些設(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，包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相繼成立了機(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。我國常柴股份公司曾改造一臺仿形銑床[6]，花費(fèi) 40 萬元的改造費(fèi)用，節(jié)約投資近 250萬元，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(yùn)行后統(tǒng)計(jì)，新增產(chǎn)值達(dá)到 3000 多萬元，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(jìn)行數(shù)控化改造[7]，但是由于當(dāng)時(shí)對機(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，雖然我國的數(shù)控機(jī)床無論從產(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，這也是制約我國機(jī)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(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)控的自動化機(jī)床)、抵檔(手動操作的普通機(jī)床)之平均比例約為5:60:35。在發(fā)達(dá)國家中約為 10:65:25，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(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)展最快的是自動換刀的加工中心。在我國約為 1:19:80?？梢姡瑖夤I(yè)發(fā)達(dá)國家中的數(shù)控機(jī)床占有率比我國高很多[10-12]。 在國外一些發(fā)達(dá)國家，它們的車床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，用數(shù)控技術(shù)改造車床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，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(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，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(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導(dǎo)軌改裝為靜壓導(dǎo)軌，提高其承載能力；主傳動采用半導(dǎo)體可控硅控制；刀架的滑動導(dǎo)軌改為滾動導(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，從完成的改造設(shè)備運(yùn)行情況來看，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. 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