普通机床的数字化改造

哈尔滨应用职业技术学院哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第2页共20页2毕业论文项目表填表日期2011年2月28日完成时间2011年3月3日学生姓名吕晓冬系部机械系专业、班级数控设备应用于维护指导教师姓名王百战职称从事专业是否外聘□是□否题目名称普通机床的数字化改造指导教师意见指导教师签字：年月日系意见系主任签字：年月日毕业答辩成绩：年月日小组答辩委员会成员签字：年月日答辩委员会主任签字：年月日哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第3页共20页3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数控技术是先进制造技术的核心技术，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。各企业使用的绝大部分为传统老式机床，很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率。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，为节约成本，进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值，将大批传统老式机床改造为数控机床是一种必然性和趋势。关键词：机床；数控化；改造。哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第4页共20页4目录摘要………………………………………………………………3第一章：前言……………………………………………………………5第二章：机床数控化改造的必要性………………………………………………5第三章：机床数控化改造的条件…………………………………………………8第四章：如何进行机床数控化改造………………………………………………84.1：数控化改造的内容…………………………………………………84.2：数控系统的选择……………………………………………………91）采用PLC实现数控改造…………………………………92）商用CNC(PLC)伺服系统进行改造………………………93）选择工控机进行数控改造………………………………94）选择PC-basedCNC………………………………………104.3：主轴的改造…………………………………………………………124.4：进给轴的改造………………………………………………………134.5：刀架部分的改造……………………………………………………144.6：润滑部分的改造……………………………………………………144.7：机床防护……………………………………………………………154.8：电气部分的改造……………………………………………………154.9：改装过程中的探讨与注意事项……………………………………16结束语：……………………………………………………………………………18参考文献：…………………………………………………………………………19致谢：…………………………………………………………………………………20哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第5页共20页5第一章前言：现在原有的普通机床已越来越不能适应目前市场竞争激烈、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。专家们预言:21世纪机械制造业的竞争,其实质是数控技术的竞争。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入,数控机床加工零件不仅效率高,能多变,而且,只需对程序进行修改,就可以满足客户的加工要求。但为了节省资金,不淘汰原有的普通机床设备,对此加以改造。这样既可节约成本,又能具有数控机床性能,满足生产的需要第二章机床数控化改造的必要性：微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第6页共20页6机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现时间无看管加工。有以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。宏观上看，工业发达家的军、民机械工业，在20世纪70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。生产中经常需要加工一些形状复杂、精度要求较高、普通机床难哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第7页共20页7以加工或不能加工的零件。1）可以加工出普通机床加工不了的曲线、曲面等复杂零件。因为计算机有高超的运算能力,可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量,因此可以复合成复杂的曲线或曲面。2）可以实现加工柔性自动化,从而效率可比传统机床提高3～7倍。由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记住和存储下来,然后按照程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。普通机床可以靠凸轮或挡块等实现自动化,但凸轮制造及调整很费时。只有进行大批量生产时,才经济合理,被称为刚性自动化。而数控机床只要更换一个程序,就可实现另一工件加工的自动化,可使单件和小批生产得以自动化,因此被称为实现了“柔性自动化”。3）加工精度高,尺寸分散度小,易于装配,不再需要“修配”。由于加工过程自动化,计算机还可以自动进行刀具寿命管理,不会因刀具磨损而影响工件精度和其一致性。特别是数控系统中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能,使加工精度得到进一步提高。4）可实现多工序的集中,减少了被加工零件在机床间的频繁搬运。自动化带来的效果(可以自动更换刀具)。在工件装夹好后,可实现多工序的加工。现已出现其他工序集中的机床。5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工,在配备多种传感器条件下,计算机威力的体现,可以实现白班有人看管和作好充分准备工作,使得二班、三班在无人条件下进行自动加工,工人只工作8小时,而机床可工作24小时。因此带来的劳动生产率的提高和生产周期的缩短等效益是非常明显的。此外,哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第8页共20页8机床数控化还是推行FMC(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。下次从三个环节介绍普通机床的数控化改造。第三章：机床数控化改造的条件：(1).数控机床属于高精度机床,工件移动或刀具移动的位置精度要求很高,必须在0·001~0·01mm之间,高的定位精度和运动精度要求原有机床基础件具有很高的静刚度和动刚度(2)机床数控改装的总费用合适,经济性好。机床数控改装分两部分进行:一是维修机械部分。更换或修理磨损零件,调试大型基础零件,增加新的功能装置,提高机床的精度和性能,另一方面是舍弃原有的一部分进给系统,用新的数控系统和相应的装置来替代。改造总费用由机械维修和增加的数控系统两部分组成。若机床的数控改造的总费用仅为同类型车床价格的50%~60%时,该机床数控改造在经济上适宜。第四章：如何进行机床数控化改造：4.1：数控化改造的内容机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第9页共20页9系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。4.2：数控系统的选择1）采用PLC实现数控改造在一些印刷、包装等对定位精度要求不是太高的场合，以及一些生产线控制场合，可采用通过PLC完成数控改造任务。此时采用的是通用型PLC，而不是数控专用型如FANUCPMC等。目前通用型PLC功能已经很强大，包括定位模块，A/D、D/A、I/O模式，可实现许多工控场合的功能。2）商用CNC(PLC)、伺服系统进行改造这种方式是目前流行的改造模式。数控系统制造商提供愈来愈方便的调试方法和工具软件，以方便机床厂和改造商。调试软件主要包括伺服系统适配、梯形图和机床参数。CNC制造商一般会提供光盘和调试手册。如西门子公司在出售其经济型数控802D时，会免费提供调试CD盘以及SINUMERIK802D简明调试指南。美国A-B公司在销售9系列CNC时，会让用户购买ODS(offlinedevelopmentsystem)软盘及手册。该ODS可在个人计算机上进行梯形图开发、机床参数设置、零件加工程序编辑等，通过232口和CNC通讯。3）选择工控机进行数控改造哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第10页共20页10不仅是金属切削机床等的数控改造，也包括过程控制、顺序控制等工控场合，可利用工控机的可靠性，选择合适工具软件或自己开发软件进行改造。90年代初期，我们曾用STD工控机和4套直流伺服系统，自己开发软件改造国产5040数控铣床。工业控制计算机采用3台8088CPUSTD计算机组成。由通讯接口连接起来。每一台STD计算机均由若干模板组成。作为分布计算机数控的硬件支持。4）选择PC-basedCNCPC-basedCNC是开放式数控目前的实现方式。但距真正意义上的开放式数控还有很远距离。目前，对于“开放式结构”仍没有一致定义。某些用户认为开放式表示能够接受当地使用的通信协议；而另一些用户认为开放式意味着所有控制器操作界面完全一致。对机床应用工程师而言，开放式意味着对刀架移动、传感器和逻辑控制有标准的输入/输出接口。对大公司和大学的研究工程师来说，开放式意味着以上所有这些均来自随即拿来就用的积木块。由于来自用户和集成商的压力，开放式结构的开发正在向前发展并将继续下去。目前的一个积极成果即是基于个人计算机的CNC，即PC-basedCNC。目前的具体实现，其硬件组成是个人计算机加运动控制卡。软件组成主要是计算机软件平台(如WIN，DOS)加数控系统软件。美国DeltaTau公司的PMAC多轴运动控制卡的开发在这方面走得更快一些，已哈尔滨应用职业技术学院毕业论文第11页共20页11开发出PC总线、VME总线、STD总线的PMAC卡。整个运动控制由PMAC独立完成。主机上运行的软件仅为一个开发环境，负责显示、调试、零件程序编制、通讯等。PMAC运行时前台负责坐标轴运动控制，后台负责PLC。采用美国MOTOROLA56001DSP作为CPU，可接直流、交流、步进电机。反馈元件可采用增量/绝对编码器、旋转变压器、光栅尺等。另一种变通做法是在硬件