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機(jī)床數(shù)控改造綜述

一只锻、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢(shì)
  在1952年康辑,計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上然磷,在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床郑趁。從此,傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化姿搜。近半個(gè)世紀(jì)以來寡润,數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。

  1.1舅柜、數(shù)控(NC)階段(1952~1970年)
    
  早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低梭纹,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)控制的要求业踢。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)落怀,被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIRED NC),簡稱為數(shù)控(NC)种洛。隨著元器件的發(fā)展百览,這個(gè)階段歷經(jīng)了三代,即1952年的第一代——電子管拔泪;1959年的第二代——晶體管笑杯;1965年的第三代——小規(guī)模集成電路阱墩。
  
  1.2、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段(1970年~現(xiàn)在)

  到1970年辱得,通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)局该。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)沉享。到1971年涉佑,美國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)集成在一塊芯片上顶质,稱之為微處理器(MICROPROCESSOR)淮超,又可稱為中央處理單元(簡稱CPU)。
    
  到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)旺订。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)弄企,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)区拳,不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理拘领。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樱调,但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決约素。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)控本涕。
    
  到了1990年业汰,PC機(jī)(個(gè)人計(jì)算機(jī)伙窃,國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī))的性能已發(fā)展到很高的階段菩颖,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的階段为障。
    
  總之晦闰,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)鳍怨;1974年的第五代——微處理器和1990年的第六代——基于PC(國外稱為PC—BASED)散烂。
    
  還要指出的是,雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(即CNC)了估横,而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控(NC)变钙。所以我們?nèi)粘Vv的“數(shù)控”,實(shí)質(zhì)上已是指“計(jì)算機(jī)數(shù)控”了台筷。
  
  1.3挥棒、數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì)
  
  1.3.1 繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
    
  基于PC所具有的開放性售微、低成本芭惠、高可靠性锨间、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)走上這條道路弦离。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)婿芝,來處理人機(jī)界面、編程棵章、聯(lián)網(wǎng)通信等問題挨让,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)界面缓溅,將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)亡问。遠(yuǎn)程通訊,遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍肛宋。日本州藕、歐盟和美國等針對(duì)開放式的CNC,正在進(jìn)行前后臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的研究酝陈。
  
  1.3.2 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)展的需要床玻。
  
  1.3.3 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沉帮。
    
 ⌒馑馈(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)穆壕,達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的待牵。
    
  (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)喇勋,加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中缨该,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)判逊。
  
 《龆簟(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)載殊纫,而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)替熊,使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。

  二厌哈、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性
  
  2.1掘顾、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)越性钟肴,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)的威力累踱。
  
  2.1.1 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)算能力馋奠,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)量屎洒,因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。
  
  2.1.2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化丰吐,而且是柔性自動(dòng)化虑稼,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)能力势木,可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來蛛倦,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)化啦桌。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序溯壶,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)化甫男,故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”且改。
  
  2.1.3 加工零件的精度高,尺寸分散度小板驳,使裝配容易又跛,不再需要“修配”。
  
  2.1.4 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中若治,減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)慨蓝。
  
  2.1.5 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控端幼、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能缩髓,因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。
  
  2.1.6 由以上五條派生的好處王捧。
    
  如:降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度学释,節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床),減少了工裝颗用,縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期堤型,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类繁,是一個(gè)極為重大的突破。此外乌骇,機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)撞浪、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)序摔。
  
  2.2炭央、宏觀看改造的必要性
    
  從宏觀上看,工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)熙掺,在70年代末未斑、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是币绩,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)床扰她、FMC犹赖、FMS外,還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD董瞻、CAE寞蚌、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))钠糊、CIMS等等挟秤。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抄伍。由于采用信息技術(shù)對(duì)國外軍煞聪、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)品在國際軍品和民品的市場(chǎng)上競爭力大為增強(qiáng)逝慧。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)國家約落后20年讹荣。如我國機(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%保跨,而日本在1994年已達(dá)20.8%合杜,因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性强媚。

  三断迁、機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場(chǎng)
  3.1、機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)
  我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)捞幅,而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)迎硼,即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來闲窃,我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6~0.8萬臺(tái)雹税,年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%骇诈。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上旧庶;10年以下的機(jī)床中,自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%浊洞,F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上)牵敷。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)床枷餐,而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床靶瘸。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少毛肋、檔次低怨咪、成本高、供貨期長村生,從而在國際惊暴、國內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競爭力,直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品趁桃、市場(chǎng)辽话、效益,影響企業(yè)的生存和發(fā)展卫病。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率油啤。
  據(jù)專家預(yù)測(cè),到2001年膏娃,我國數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額可達(dá)240.2億元党纱。這些需求一方面通過購置新設(shè)備來滿足,另一方面蚜再,如果充分利用我國的現(xiàn)有的存量資產(chǎn)豹恶,用更新改造后的設(shè)備替代和減少購置新設(shè)備,可以起到事半功倍的效果率敞。以240.2億元的需求量估計(jì)旅峰,即使10%的需求通過設(shè)備的再生改造來實(shí)現(xiàn),每年也有24億元的市場(chǎng)灯狠。
  
  3.2念距、進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng)
  我國自改革開放以來,很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)黔晶、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造董容。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),從1979~1988年10年間椎沟,全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)衍震,大約165.8億美元。
  這些項(xiàng)目中全封,大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用马昙。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)刹悴,甚至癱瘓,使企業(yè)的效益受到影響,嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境土匀。一些設(shè)備子房、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后,有的消化吸收不好就轧,備件不全证杭,維護(hù)不當(dāng),結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良妒御;有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備解愤、儀器、生產(chǎn)線乎莉,忽視軟件送讲、工藝、管理等炒圈,造成項(xiàng)目不完整署咸,設(shè)備潛力不能發(fā)揮;有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行蚕顷,沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用铜乱;有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好,但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)峰辣;有的因?yàn)槟芎母吡蠼ⅰa(chǎn)品合格率低而造成虧損;有的已引進(jìn)較長時(shí)間拓坠,需要進(jìn)行技術(shù)更新便浮。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)富猜逮。
  這些不能使用的設(shè)備胆快、生產(chǎn)線是個(gè)包袱,也是一批很大的存量資產(chǎn)照菱,修好了就是財(cái)富烁焙。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn),解決關(guān)鍵技術(shù)問題耕赘,就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)骄蝇,爭取到最大的經(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)操骡。

  四九火、數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺
  
  4.1、國外改造業(yè)的興起
  在美國册招、日本和德國等發(fā)達(dá)國家機(jī)床工業(yè)處于不景氣的今天岔激,它們的機(jī)床改造卻是作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)勒极,生意盎然,處在黃金時(shí)代虑鼎。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步辱匿,機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)炫彩,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)匾七。在美國、日本江兢、德國污涤,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)昙激。在美國狰娱,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工程公司担戏、ayton機(jī)床公司续疲、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等堵生。美國得寶公司已在中國開辦公司嘁梦。在日本,機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)钾士。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團(tuán)滩蔼、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司应揉、野崎工程公司粥搓、濱田工程公司、山本工程公司等诺舔。
  
  4.2鳖昌、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)床低飒、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)许昨;
其二是NC化,在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置褥赊,或加數(shù)控系統(tǒng)糕档,改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床拌喉;
其三是翻新速那,為提高精度、效率和自動(dòng)化程度尿背,對(duì)機(jī)械端仰、電氣部分進(jìn)行翻新捶惜,對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工,恢復(fù)原精度榆俺;對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新售躁;
其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新闸骨,為提高性能或檔次扯殴,或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)奔祟,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)新鬓惶,較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
  
  4.3翎丢、數(shù)控化改造的優(yōu)缺
  
  4.3.1 減少投資額庞炕、交貨期短
  同購置新機(jī)床相比,一般可以節(jié)省60%~80%的費(fèi)用量懂,改造費(fèi)用低盒俏。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯仿竣。一般大型機(jī)床改造敷主,只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3,交貨期短氢觉。但有些特殊情況幸亭,如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工症概、費(fèi)錢蕾额,往往改造成本提高2~3倍,與購置新機(jī)床相比彼城,只能節(jié)省投資50%左右诅蝶。
  
  4.3.2 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠,結(jié)構(gòu)受限
  所利用的床身募壕、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件调炬,而不是那種焊接構(gòu)件,改造后的機(jī)床性能高司抱、質(zhì)量好筐眷,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)的限制习柠,不宜做突破性的改造匀谣。
  
  4.3.3 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修
  購買新設(shè)備時(shí)资溃,不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求武翎。改造則不然烈炭,可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力;另外督巍,由于多年使用卫道,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)間短单旺,見效快秒勿。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)拔怜。
  
  4.3.4 可充分利用現(xiàn)有的條件
  可以充分利用現(xiàn)有地基吹兴,不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。
  
  4.3.5 可以采用最新的控制技術(shù)
  可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度盏踢,及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率施揪,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)床赐杏。

  五交某、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)散骚,應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇麻诀。
  5.1、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)缸逃、功率步進(jìn)電機(jī)针饥、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖需频,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后丁眼,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)行部件昭殉。只要控制指令脈沖的數(shù)量苞七、頻率以及通電順序,便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量挪丢、速度和運(yùn)動(dòng)方向蹂风。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)乾蓬,該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度惠啄,齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度,所以系統(tǒng)的位移精度較低任内。
    
  該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單歇盒,調(diào)試維修方便,工作可靠腐熊,成本低韩丸,易改裝成功窘携。
  
  5.2、異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)查新,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:由光柵杀终、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)行比較批先,將兩者的差值放大和變換息聪,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)劳诽,直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止序评。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,成本也高定歧,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)難僻匿。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度官地,更快的速度,驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)烙懦∏耄可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求,決定是否采用這種系統(tǒng)氯析。
  
  5.3亏较、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)件上掩缓,間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置雪情。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差,因此你辣,它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低巡通,但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。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)裝置的安裝問題舍哄。
  當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多宴凉,國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司表悬;國內(nèi)公司如中國珠峰公司蓄帐、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)控國家工程研究中心俏川。
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)到的各種精度警钥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求。

  六崭甩、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)床抵思,在設(shè)計(jì)上要達(dá)到:有高的靜動(dòng)態(tài)剛度悉砌;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小,傳動(dòng)無間隙焙句;功率大符晃;便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求港摘。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)床的要求绒双,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)期的改造目的脖嗽。
  
  6.1还织、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)向精度和工藝性外主巍,還要有良好的耐摩擦冠息、磨損特性,并減少因摩擦阻力而致死區(qū)孕索。同時(shí)要有足夠的剛度逛艰,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)和潤滑搞旭。
  
  6.2散怖、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)精度肄渗,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高镇眷。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng),因而改造時(shí)翎嫡,機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求欠动,以保證機(jī)床加工精度。
  
  6.3钝的、滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠
  
  絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度翁垂。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)絲杠港揉,但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況减磷,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)宰孙,螺母間隙過大則更換螺母氏赴。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坚哲。
  滾珠絲杠摩擦損失小服酥,效率高,其傳動(dòng)效率可在90%以上;精度高找肤,壽命長严齿;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)力矩踩林。因此可滿足較高精度零件加工要求骄闺。
  
  6.4、安全防護(hù)
  
  效必須以安全為前提醋掖。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施剃袍,切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件捎谨,工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道民效。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涛救,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)軌畏邢。

  七、機(jī)床數(shù)控改造主要步驟
  
  7.1州叠、改造方案的確定
  改造的可行性分析通過以后棵红,就可以針對(duì)某臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)床的現(xiàn)況確定改造方案,一般包括:
  
  7.1.1 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合
  
  一般來說咧栗,需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床,都需進(jìn)行機(jī)械修理虱肄。要確定修理的要求致板、范圍、內(nèi)容咏窿;也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求斟或、內(nèi)容;還要確定電氣改造與機(jī)械修理虫喝、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求肮插。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。
  
  7.1.2 先易后難俊揣、先局部后全局
  
  確定改造步驟時(shí)晚惊,應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行,如數(shù)控系統(tǒng)乐太、測(cè)量系統(tǒng)宛蒲、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)莉孽、面板控制與強(qiáng)電部分等恼稠,待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中来锥,應(yīng)先做技術(shù)性較低的偏秦、工作量較大的工作,然后做技術(shù)性高的腥例、要求精細(xì)的工作辅甥,使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。
7.1.3 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)
針對(duì)某臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)床院崇,確定它的環(huán)境肆氓、溫度、濕度底瓣、灰塵谢揪、電源、光線捐凭,甚至有否鼠害等外界使用條件拨扶,這對(duì)選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能茁肠、自冷卻性能患民、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù),使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證垦梆。當(dāng)然匹颤,電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品,性能合理托猩、實(shí)用卡催,有備件及維修支持,功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等溶迹。
  
  7.1.4 落實(shí)參與改造人員和責(zé)任
  
  改造是一個(gè)系統(tǒng)工程绘菲,人員配備十分重要。除了人員的素質(zhì)條件外剩织,根據(jù)項(xiàng)目的大小雄工,合理地確定人數(shù)與分工是關(guān)鍵。人員太少不利于開展工作硬拴,人員太多也容易引起混亂番产。根據(jù)各個(gè)劃分開的子系統(tǒng),確定人員職責(zé)娩纱,有主有次瞒唇,便于組織與協(xié)調(diào)。如果項(xiàng)目采用對(duì)外合作形式磨豁,更需在目標(biāo)明確的前提下服畜,界定分工四爹,確定技術(shù)協(xié)調(diào)人。
  
  7.1.5 改造范圍與周期的確定
  
  有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造投放,并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)奈泪,應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測(cè)定和分析決定其改造范圍。停機(jī)改造的周期灸芳,根據(jù)各企業(yè)的實(shí)際情況確定涝桅,考慮因素有生產(chǎn)緊張程度、人員技術(shù)水平烙样、準(zhǔn)備工作充分程度冯遂、新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度,甚至還包括天氣情況等谒获。切忌好大喜功蛤肌,急于求成,匆忙上陣批狱,但也要合理安排裸准,防止拖拖拉拉。
  
  7.2赔硫、改造的技術(shù)準(zhǔn)備
  改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否炒俱,很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括:
  
  7.2.1 機(jī)械部分準(zhǔn)備
  
  為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測(cè)量估浴、計(jì)算没靖、設(shè)計(jì)、繪圖酒管、零件制作等應(yīng)先期完成勤驾。同時(shí)對(duì)停機(jī)后需拆、改腿弛、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢,提出明確要求雁巾,與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)躬摆。
  
  7.2.2 新系統(tǒng)電氣資料消化
  
  新系統(tǒng)有許多新功能、新要求岔霞、新技術(shù)阻洋,因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料,包括系統(tǒng)原理說明阵厨、線路圖败芙、PLC梯形圖及文本、安裝調(diào)試說明惫谤、使用手冊(cè)壁顶、編程手冊(cè)等。要有充裕的時(shí)間來對(duì)上述資料進(jìn)行翻譯(進(jìn)口系統(tǒng))、消化若专、整理许蓖、核對(duì),做到思路清晰调衰,層次分明膊爪。
  
  7.2.3 新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)
  
  根據(jù)每臺(tái)設(shè)備改造范圍不同,需事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換嚎莉,若全部改造的米酬,應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置趋箩、互聯(lián)部分接點(diǎn)赃额、參數(shù)測(cè)量點(diǎn)、維修位置等阁簸,要求操作與維修方便爬早、合理,線路走向通順伏嬉、中小連接點(diǎn)少碟姓,強(qiáng)弱電干擾最小,備有適當(dāng)裕量等怕翘。局部改造的易传,還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換辞镇、安裝位置臭赃、數(shù)模轉(zhuǎn)換等,必要時(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口忙甩。
  
  7.2.4 操作尽舱、編程人員的技術(shù)培訓(xùn)
  
  機(jī)床電氣系統(tǒng)改造后,必然對(duì)操作揉罗、編程人員帶來新的要求元炭。因此提前對(duì)操作人員和編程人員進(jìn)行新系統(tǒng)知識(shí)培訓(xùn)十分重要,否則將影響改造后的機(jī)床迅速投入生產(chǎn)掷情。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括新的操作面板配置软吐、功能、指示含義吟税;新系統(tǒng)的功能范圍凹耙、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別;維護(hù)保養(yǎng)要求肠仪;編程標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)化編程等等肖抱。重點(diǎn)是弄懂备典、弄通操作說明書和編程說明書。
  
  7.2.5 調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定
  
  新的電氣系統(tǒng)改造完以后虐沥,怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)熊经,也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機(jī)械欲险、液壓镐依、電氣、控制天试、傳感等槐壳,因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行,其它人員配合喜每。調(diào)試步驟可從簡到繁课妙,從小到大,從外到里進(jìn)行找鹅,也可先局部后全局翎钳,先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)新系統(tǒng)的考核轩从,制定時(shí)必須實(shí)事求是鸣丝,過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來融沟,不能輕易修改瘪巡,因?yàn)樗鼱可娴秸麄€(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。
  
  7.3浮烫、改造的實(shí)施
  準(zhǔn)備工作就緒后佳珊,即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段內(nèi)容按時(shí)間順序分為:
  
  7.3.1 原機(jī)床的全面保養(yǎng)
  
  機(jī)床經(jīng)長期使用后杆荐,會(huì)不同程度地在機(jī)械听公、液壓、潤滑诉濒、清潔等方面存在缺陷拍嵌,所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次循诉,應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測(cè)量撇他,記錄在案茄猫。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用,又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用困肩。
  
  7.3.2 保留的電氣部分最佳化調(diào)整
  
  若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造划纽,則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整脆侮。如強(qiáng)電部分的零件更換,電機(jī)的保養(yǎng)勇劣,變壓器的烘干絕緣靖避,污染的清潔,通風(fēng)冷卻裝置的清洗比默,伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整幻捏,老化電線電纜的更新,連接件的緊固等等帅唬。只有對(duì)保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工作故弟,才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。
  
  7.3.3 原系統(tǒng)拆除
  
  原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖紙噪怜,仔細(xì)進(jìn)行又蝌,及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記,防止遺漏或過拆(局部改造情況下)予售。在拆的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處场致,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正,拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類湿斩,妥善保管籍投,以備萬一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用。還有一定使用價(jià)值的丐浑,可作其他機(jī)床備件用欢公。切忌大手大腳,亂扔亂放卓据。
  
  7.3.4 合理安排新系統(tǒng)位置及布線
  
  根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙共胎,合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置,包括箱體固定捅位、面板安放轧葛、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置艇搀、密封及必要裝飾等尿扯。連線工作必須分工明確,有人復(fù)查檢驗(yàn)焰雕,以確保連線工藝規(guī)范衷笋、線徑合適、正確無誤矩屁、可靠美觀辟宗。
  
  7.3.5 調(diào)試
  
  調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜吝秕,隨時(shí)記錄泊脐,以便發(fā)現(xiàn)和解決問題空幻。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度,防止人身容客、設(shè)備事故發(fā)生秕铛。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)必須清理干凈,無多余物品蛙途;各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置讯完;能空載試驗(yàn)的,先空載后加載睹协;能模擬試驗(yàn)的鳞集,先模擬后實(shí)動(dòng);能手動(dòng)的叁利,先手動(dòng)后自動(dòng)祷濒。
  
  7.4、驗(yàn)收及后期工作
  驗(yàn)收工作應(yīng)聘請(qǐng)有關(guān)的人員共同參加完各,并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勘春。改造的后期工作也很重要,它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)右婚。驗(yàn)收及后期工作包括:
  
  7.4.1 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收
  
  經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)刹埋,機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求,幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)耍才。
  
  7.4.2 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收
  
  電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常这敬,靈敏可靠〗抖洌控制精度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能(如步進(jìn)尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具(如激光干涉儀崔涂、坐標(biāo)測(cè)量儀等)對(duì)照檢查,達(dá)到精度范圍之內(nèi)始衅。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對(duì)比冷蚂,獲得量化的指標(biāo)差。
  
  7.4.3 試件切削驗(yàn)收
  
  可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)汛闸,在有資格的操作工蝙茶、編程人員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度诸老、切削力隆夯、噪聲、運(yùn)動(dòng)軌跡别伏、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等吮廉,一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。
  
  7.4.4 圖紙、資料驗(yàn)收
  
  機(jī)床改造完后宦芦,應(yīng)及時(shí)將圖紙(包括原理圖、配置圖闺酬、接線圖哟口、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)瑟捡、改造檔案(包括改造前棠雌、后的各種記錄)匯總、整理占航、移交入檔旬城。保持資料的完整、有效篙介、連續(xù)卒赖,這對(duì)該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。
  
  7.4.5 總結(jié)村肯、提高
每次改造結(jié)束后應(yīng)及時(shí)總結(jié)睡清,既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平,也有利于整個(gè)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步喊解。

  
  八刨仑、數(shù)控改造幾個(gè)實(shí)例
  
  8.1、用SIEMENS 810M改造X53銑床
1998年夹姥,采用德國西門子810M數(shù)控系統(tǒng)杉武、611A交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)X53銑床X、Y辙售、Z三軸進(jìn)行數(shù)控改造轻抱;機(jī)械上采用滾軸絲桿,齒輪傳動(dòng)圾亏。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)十拣、電氣設(shè)計(jì)、PLC程序的編制與調(diào)試及機(jī)床的安裝和調(diào)試志鹃。銑床改造后實(shí)現(xiàn)了三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)夭问,機(jī)床精度各軸達(dá)到±0.001mm,可完成高精度產(chǎn)品的加工曹铃。改造后的X53三坐標(biāo)數(shù)控銑床在SS8機(jī)車及動(dòng)力車的連桿生產(chǎn)加工中缰趋,減少了工序,提高了工效陕见,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度桶辉,尤其是大大提高了連桿的精度。在200Km車的配件加工中也起到了關(guān)鍵的作用指晾。該銑床在整個(gè)數(shù)控改造中投入20萬元杠尘,到目前為止哀揽,其直接和間接經(jīng)濟(jì)效益已超過200萬元。
  
  8.2酗裕、用GSK980T和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床
1999年睬肮,采用國產(chǎn)廣州數(shù)控GSK980T、DY3混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)C6140車床X弥禀、Z兩軸進(jìn)行數(shù)控改造匣诉;機(jī)械上采用滾軸絲桿,同步帶傳動(dòng)骏芍。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)曾瞪、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床的安裝和調(diào)試既憔。
  
  8.3掰儿、用GSK980T和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床
2000年,采用國產(chǎn)廣州數(shù)控GSK980T岗宣、DA98交流伺服單元及4工位自動(dòng)刀架對(duì)電機(jī)分廠的C6140車床X蚂会、Z兩軸進(jìn)行數(shù)控改造;機(jī)械上采用滾軸絲桿耗式,同步帶傳動(dòng)胁住。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)刊咳、機(jī)床的安裝和調(diào)試彪见。
  
  8.4、用SIEMENS 802S改造X53銑床
2000年娱挨,采用德國西門子802S數(shù)控系統(tǒng)余指、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)X53銑床X、Y跷坝、Z三軸進(jìn)行數(shù)控改造酵镜;機(jī)械上采用滾軸絲桿,齒輪傳動(dòng)柴钻。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)淮韭、電氣設(shè)計(jì)及機(jī)床的安裝和調(diào)試。銑床改造后現(xiàn)已投入SS8車和動(dòng)力車連桿的生產(chǎn)加工中淫蜕。

  
  九恐氓、數(shù)控改造中的問題和建議
    
  通過幾臺(tái)機(jī)床的數(shù)控改造工作后,發(fā)現(xiàn)工作中也存在許多問題肩检,主要表現(xiàn)在:
  
  一是各部門叛剩、開發(fā)人員職責(zé)不明朗,組織混亂,嚴(yán)重影響了改造進(jìn)度派料;
  
  二是制定的工作進(jìn)程和計(jì)劃大多只是憑經(jīng)驗(yàn)制定雌吱,不太合理;
  
  三是相關(guān)人員的培訓(xùn)工作沒有到位腊匆,導(dǎo)致機(jī)床改造后工藝人員不會(huì)編程罐闰、操作人員對(duì)機(jī)床操作不熟練等問題。
  
  綜合以上問題梦立,有幾點(diǎn)建議:
  
  一是建立國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)資源庫;
  
  二是培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用和維護(hù)人員涝露;
  
  三是要注重用戶使用港遇、維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)。


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