C6140车床的数控化改造设计【文献综述】

文献综述

机械设计制造及其自动化

C6140车床的数控化改造设计

引言

机械制造业是为国民经济建设提供装备的重要基础产业，机床是发展机械制造业必不可少的生产工具。我国机械制造业与发达国家相比总体水平较低，通过提升制造业的装备水平，特别是机床数控化率，能够有效地提高加工产品的质量，降低产品成本，增强市场竞争力。以机电一体化技术为支撑的数控机床集计算机技术、信息技术、自动化技术于一体，在零件加工精度、加工效率、加工表面的复杂性以及加工柔性的适应性等方面比传统的普通机床具有无可比拟的优越性。目前，中小型机械加工企业中有大量的普通机床，其突出矛盾是生产效率低、劳动强度大、加工精度低、不能加工复杂零件，要满足提高生产效率和加工精度，适应小批量、多品种复杂零件的加工需求，完全通过购置新的数控机床来替换，因成本太高而不现实，而且替代下来的普通机床闲置起来又会造成很大的浪费。从发达国家的制造业与发展进程来看，应走普通机床数控化改造之路，尤其对中小型机械加工企业而言更是如此。

一、数控化改造的必要性

我国旧机床数控化改造市场潜力很大，目前我国企业拥有的金属切削机床378万台，普通机床占到其中的92％。目前机械制造业市场竞争激烈，普通机床已经不能适应高效率和多变的要求。所以，数控机床已越来越受到市场的青睐。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。

当前市场竞争异常激烈，企业要想生存与发展，就必须迅速地优化研制开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量现代化生产需求。相对数控机床而言，普通机床普遍具有操作劳动强度大、效率低下、难以实现对异型复杂形状零件的加工以及对操作人员技术水平的依赖度高等固有弱点。随着整体经济的不断发展与加工产品复杂化，各加工企业对数控设备需求日益增强。在生产能力不需要增加的情况下，企业要实现部分机床数控化，数控改造就是最好的选择。因为数控改造相对新机床采购，具有下列优点：

(1)投资少、见效快。与采购相同加工能力的新数控机床相比，数控化改造可减少企业支

出60％(甚至更多)左右。因为改造的产业链已经较为成熟，改造1台普通经济型通用机床需要的时间为7～15天，这只相当于l台类似新机床的安装调试时间。

(2)性能稳定、维修便捷。旧机床经过长期自然时效，其应力完全释放、磨合充分，可保持稳定的机械性能；机械结构主体部分仍保留原机床运动原理，而且改造装配过程在用户现场进行，原企业维修人员通过适当的改造过程参与，就完全可独立完成后期的机械维修任务。

(3)以“我”为中心，主动选择空间大。企业可根据加工对象的需要，灵活选择恰当的控制系统与增设必要的安全防护措施，让企业为改造后的机床针对性选择新增功能。

我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元，机床的年产量数控化率为6％，我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，

机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工；2. 加工精度高；3. 生产效率高；4. 减轻劳动强度，改善劳动条件；5. 良好的经济效益；6. 有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及

二、数控改造的发展趋势

（1）高速化、高精度、高可靠性

目前车床和车削中心主轴转速达到8000 r／min，加工中心的主轴转速一般都在15000 r／min～20000 r／min。高的达到60000 r／min，切削进给速度般达到20 m／min，高的甚至达到60 m／min，为充分发挥刀具材料性能、提高加工效率、降低加工成本，并且提高加工精度和表面加工品质，数控装备将进一步向高速度或超高速方向发展。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由±10um提高到±5um；精密级加工中心则从±(3～5)um，提高到±(1～1．5)um；超精密加工精度已开始进入纳米级(0．001 um)。国外数控装置MTBF己达6000 h以上，伺服系统MTBF达到30000 h以上，表现出非常高的可靠性。