数控机床 论文.doc

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1、湖 南 农 业 大 学毕业论文谈我国数控机床的改造和发展方向学生姓名:徐新春年级专业:2008级 机械设计制造及其自动化指导老师及职称: 孙松林 副教授学 院:成人教育学院湖南长沙提交日期:20 年 月目 录摘要.11 现有数控机床的直接投入.12 普通机床的改造.12.1新机改造和旧机大修车床改造的异同点.22.1.1新机改造和旧机大修车床改造的相同点.22.1.2 新机改造和旧机大修车床改造的不同点.22.2 新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目.22.3 新车床改造的精度质量控制.22.3.1 铲刮检验.22.3.2 丝杆与导轨平行度检验.22.3.3精度检验.22.3.4床

2、头、尾座两顶尖的等高度保证.33 大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点.33.1 锈蚀检查.33.2 外露非油漆表面都必须采取防锈措施.33.3 渗漏检查.33.4 机床噪声、温升、转速、空运转试验.33.4.1 主轴转速试验.33.4.2 滚动轴承的温升试验.33.4.3 机床噪声声压级.33.4.4 机床连续空运转试验.33.5 用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造.33.5.1 更换主轴轴承.43.5.2 更换轴向丝杆检验.43.5.3 更换轴向轴承.43.5.4 更换系统检验.44.1总体战略.44.1.1 以科技创新为先导.44.1.2 在商品化上狠下工夫.54.2 技术途

3、径.54.2.1 发展具有中国特色的新一代PC数控系统54.2.2 推进数控功能部件的专业化生产.64.2.3 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗.75 结论.8参考文献.9致谢.9谈我国数控机床的改造和发展方向学 生：徐新春指导老师：孙松林（湖南农业大学成人教育学院，长沙 410128）摘 要：随着科学技术的发展，普通机床越来越不能满足市场的需求，其劳动强度大，危险性高，且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，因为数控机床可弥补普通机床的许多缺点，可实现加工精度高，多工序的集中化，自动报警，自动补偿及自动监控的功能。所以普通机床向数控机床的转化是企业发展

4、的必由之路。 关键词：数控车床；改造；质量控制 ;总体战略；技术途径；如果对所用的普通车床和长时间使用的车床不进行改造，则无法满足产品的更新，也无法达到加工要求。故此我国数控技术改造与产业的发展至关重要。但完全购买新的数控设备则会增加很大的生产成本，所以我国数控领域的发展方向大致从购买新的数控机床、改造普通机床、研究新型数控机床三个方面入手: 1现有数控机床的直接投入我国加入WTO之后，外资企业的进入带进了大量的数控机床，随着国内生产水品的提升和产品的升级换代，国内企业购置了大量的数控加工设备，大幅度降低了生产成本，但短时间内急剧加大了设备成本的投入，同时又由于受我国原有的经济基础和生产水平的

5、制约，其资金和数控应用型人才及其维修人才都明显准备不足，很难短时间内完全投入使用数控机床。2 普通机床的改造由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。

6、 2.1 新机改造和旧机大修车床改造的异同点2.1.1新机改造和旧机大修车床改造的相同点(1) 更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。 (2) 增加电动刀架和主轴编码器。 (3) 增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。 (4) X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。 (5) 据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。 2.1.2 新机改造和旧机大修车床改造的不同点(1) 新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。 (2) 旧机大

7、修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度HRC47。(3) 旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。 2.2 新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目 精度检验执行JB/T8324.1-1996简式数控卧式车床精度。 2.3 新车床改造的精度质量控制新车床改造的精度质量控制如下：2.3.1 铲刮检验新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，

8、相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处。2.3.2 丝杆与导轨平行度检验装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须0.02mm。 2.3.3 精度检验（1）精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。（2）精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。2.3.4 床头、尾座两顶尖的等高度保证 G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。

9、3 大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点 3.1 锈蚀检查各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各零部件 3.2外露非油漆表面都必须采取防锈措施如清洗干净后，用润滑脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。 3.3 渗漏检查大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持润滑，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有润滑，必须有冷却装置，且以上润滑和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。3.4 机床噪声、温升、转速、空运转试验 3.4.1 主轴转速试验主轴在各种转速下连续空运转 4min，

10、其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。 3.4.2 滚动轴承的温升试验主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承,温度70，温升40；滑动轴承：温度60，温升30。3.4.3 机床噪声声压级 空运转条件下83dB(A)，机床有无不正常尖叫、冲击声，各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。 3.4.4 机床连续空运转试验 在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。 3.5 用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。

11、3.5.1 更换主轴轴承由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。3.5.2 更换轴向丝杆检验检验各向位置精度，确保在规定范围内，跑机运行达到轴向运行无不正常的冲击声和杂音。更换轴向电机：由于其它项目未进行改造，则检验仅对跑机运行的噪声进行检验，轴向运行无不正常的冲击声和杂音。检验其轴向反向间隙，以防在装配中由于装配引起反向差值不符合要求。 3.5.3 更换轴向轴承对于更换轴向轴承的情况，必须保证轴向的反向差值达到要求，并检查无不正常的杂音。 3.

12、5.4 更换系统检验 更换系统的情况，则仅检验系统功能，检验系统是否有报警现象，并同时检验试车螺纹是否正常（对于带编码器的车床）。4 我国数控领域的发展方向我国在数控技术研究和产业发展方面存在不少问题，单单购买别国研发的数控机床和对旧机床的改造已无法满足我国新兴工业化道路的快速发展。在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面我们必须下一番大气力。4.1总体战略制定符合中国国情的总体发展战略，通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术

13、和产业的总体战略。4.1.1 以科技创新为先导中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。为改变这种现状，我们必须努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立

14、的、先进的技术体系。从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。4.1.2 在商品化上狠下工夫近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠

15、性、稳定性和实用性。因此，我们应在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。4.2 技术途径4.2.1 发展具有中国特色的新一代PC数控系统数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。实践证明，10年来我们所走的PC数控道路是完全正确的。PC机（包括工业PC）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC主机的MTBF已达30年。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控

16、系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。目前，PC数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）、专用数控加PC前端的复合式结构。（2）、通用PC加位控卡的递阶式结构。（3）、正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高

17、，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时性功能（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数

18、控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU（如高主频的Pentium II、Pentium III等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。这种具有内装PLC和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一

19、半左右。此外，集成化PC数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。4.2.2 推进数控功能部件的专业化生产要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下：(1)、新型永磁电主轴单元 电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前

20、这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：a、转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；b、低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；c、效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；d、控制系统复杂、成本高。因此，我们要利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电

21、机的造价降下来，同时采用价格比较便宜的智能化的IPM模块作为功率接口。这样就能将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，使得数控部件的成本大大降低。(2)直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。(3)零传动数控转

22、台与摆头 数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。(4)高速高精度检测装置 高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1 am以上精度的高速(60 m/min以上)线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。4.2.3 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗数控产业化

23、的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。(1)大力发展低价位数控机床 低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费)、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。(2)加速开发高速高效数控机床 高速高效

24、是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：a、通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。b、通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。c、采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。d、为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精

25、密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。(3)突破重型数控机床的设计制造技术 重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，发展重型数控机床必须有过硬的基础，目前，我们在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给

26、系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5 m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优

27、化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。5 结论制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力

28、合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗.参考文献1 任建平.现代数控机床故障诊断及维修M.国防工业出版社,2002:28-292白恩远.现代数控机床伺服及测试技术M.国防工业出版社,2002:21-223韩鸿恋.数控原理与维修技术M.机械工业出版社,2004:39-404 龚仲华.数控机床故障诊断与维修500列M.机械工业出版社,2004:26-275 任建平.机床数控技术及应用M.高等教育出版社,2001:16-176 王忠峰.数控机床故障诊断及维修实例M.国防工业出版社,2006:26-277 龚仲华.数控机床维修技术与典型实例M.人民邮电出版社,2005:36-378 周其森.机床数控技术及应用M.高等教育出版社,2008:19-219 李梦群.数控机床维修技术与典型实例M.国防工业出版社,2005:56致 谢本论文是在孙松林教授的悉心指导和热情关怀下完成的。为了把它撰写成一篇优秀的毕业论文，本人搜集了大量的相关资料，并结合自己的学习实践，历经四次修改而成。在此，谨向孙松林教授及谭锦洲老师致以衷心的感谢！