数控机床改造系统
（一）数控系统发展简史及趋势1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6
年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的
发展。
1．数控（NC）阶段（1952～1970年）早期计算机的运算速度
低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。
2．计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算
机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术
集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。
即1970年的第四代--小型计算机；
1974年的第五代--
微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的"数控"，实质上已是指"计算机数控"了。3．数控未来发展的趋势3.1继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产
厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。
3.2向高速化和高
精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。
3.3向智能
化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。
（1）应用自适应控制技术数控系统能检测过
程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
（2）引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加
工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。
（3）引入故障诊断专家系统
（4）智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。
（二）机床数控化改造的必要性
1．微观看改造的必
要性从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
1.1可以加工出传统机
床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。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。
1.2可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，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"。
1.3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"。
1.4可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。1.5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。1.6由以上五条派生的好处。：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。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。
此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（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。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础
技术。
2．宏观看改造的必要性从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在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。
（三）机床与生产线数控化改造的市场
1．机床数控化改造的市场我国目前机床总量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。2．进口设备和生产
线的数控化改造市场我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从1979～1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；
有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，
反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。（四）数控化改造的内容及优缺
1．国外改造业的兴起在美国、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。
2．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 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。3．数控化改造的优缺
3.1减少投资额、交货期
短同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。3.2机械性能稳定可靠，结构受限所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。
3.3熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。
3.4可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入
新设备时那样需重新构筑地基。
3.5可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展
速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。
（五）数控系统的选择数控系统
主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。
1．步进电机拖
动的开环系统该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。2．异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭
环数控系统该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，
对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
3．交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统
半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。
它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统
的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元
件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。
（六）数控改造中主要机械部件
改装探讨一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对
主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
1．滑动导轨副对
数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的
刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。
2．齿轮副一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。
3．滑动丝杠与滚珠丝杠丝杠传动直接
关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。
4．安全防护效必须以安全为前提。在机床改造中要根据实
际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。
（七）机床数控改造主要步骤
1．改造方案的确定改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括：1.1机械修理与电气改造相结合一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。
1.2先易后难、先局部后全局确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，
然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地。
1.3根据使用条件选择系统针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、
空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。
1.4落实参与改造人员和责任改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。
1.5改造范围与周期的确定有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。
2．改造的技术准备改造前的技术准备充分与否，很大程
度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括：2.1机械部分准备为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。
2.2新系统电气资料
消化新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造前应熟悉技术资料，包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来对上述资料进行翻译(进口系统)、消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。
2.3新旧系统接口的转换设计根据每台设备改造范围不同，需事先设计接口部分转换，
若全部改造的，应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等，要求操作与维修方便、合理，线路走向通顺、中小连接点少，强弱电干扰最小，备有适当裕量等。局部改造的，还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等，必要时需自行制作转换接口。2.4操作、编程人员的技术培训机床电气系统改造后，必然对操作、编程人员带来新的要求。因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要，否则将影响改造后的机床迅速投入生产。培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义；新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的差别；维护保养要求；编程标准与自动化编程等等。重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。2.5调试步骤与验收标准的确定新的电气系统改造完以后，怎样进行调试以及确定合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、
控制、传感等，因此必须由项目负责人进行，其它人员配合。调试步骤可从简到繁，从小到大，从外到里进行，也可先局部后全局，先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核，制定时必须实事求是，过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来，不能轻易修改，因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。
3．改造的实施准备工作就绪后，即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为：
3.1原机床的
全面保养机床经长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。其次，应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用，又可在改造结束时作对比分析用。
3.2保留的电气部分最佳
化调整若对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换，电机的保养，变压器的烘干绝缘，污染的清洁，通风冷却装置的清洗，伺服驱动装置的最佳化调整，老化电线电缆的更新，连接件的紧固等等。只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作，才能保证改造后的机床有较低的故障率。
3.3原系统拆除原系统的拆除必须对照原图纸，仔细进行，及时在图纸上作出标记，防止遗漏或过拆(局部改造情况下)。在拆的
过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处，应及时补充与修正，拆下的系统及零件应分门别类，妥善保管，以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。还有一定使用价值的，可作其他机床备件用。切忌大手大脚，乱扔乱放。
3.4合理安排新系统位置及布线根据新系统设计图纸，合理进行新系统配置，包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确，有人复查检验，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。
3.5调试
调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净，无多余物品；各运动坐标拖板处于全行程中心位置；能空载试验的，先空载后加载；能模拟试验的，先模拟后实动；能手动的，先手动后自动。
4．验收及后期工作验收工作应聘请有
关的人员共同参加，并按已制定的验收标准进行。改造的后期工作也很重要，它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。验收及后期工作包括：
4.1机床机械性能验收经过机械修理和改造以及全面保养，机床的各项机械性能应达到要求，几何精度应在规定的范围内。
4.2电气控制功能和控制精度验收电气控制的各项功能必须达到动作正常，灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能(如步进尺寸等)与标准计量器具(如激光干涉仪、坐标测量仪等)对照检查，达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比，获得量化的指标差。
4.3试件切削验收可以参照国内外有关数控机床切削试件标准，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等，一般不宜采用产品零件作试件使用。
4.4图纸、资料验收机床改造完后，应及时将图纸(包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)、资料(包括各类说明书)、改造档案(包括改造前、后的各种记录)汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续，这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。
4.5总结、提高每次改造结束后应及时总结，既有利于提高技术人员的业务水平，也有利于整个企业的技术进步。
目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要
我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架
一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。 普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，
一、机床进行数控化改造的必要性 （1）数控机床：1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 ①数控（NC）阶段（1952～1970年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。 ②计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控
C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术
毕业设计任务书 机电工程系 一、设计课题名称：CA6140车床的数控化改造 二、指导教师： 三、设计要求： 采用数控装置和伺服装置，对CA6140车床进行数控化改造。要求能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选择合理，控制系统设计简单可靠，保护措施完备。 四、设计依据： CA6140车床控制要求、电气原理图及相关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数； 常用低压控制电器型号规格参数。 五、参考资料： 熊光华主编2数控机床2北京：机械工业出版社；2002 廖兆荣主编2机床电气自动控制2北京：化学工业出版社；2003 王爱玲主编2现代数控机床结构与设计2北京：兵器工业出版社；1999 余良英编著2机床数控改造设计与实例2北京：机械工业出版社；1998 白恩远主编2现代数控机床伺服及检测技术2北京：国防工业出版社；2002 袁任光编著2交流变频调速器选用手册2广州：广东科技出版社，2002 曾毅等编著2变频调速控制系统的设计与维护2济南：山东科学技术出版社，2002 编写组编2机床设计手册第5卷上、下册2北京：机械工业出版社，1979 李荣生主编2电气传动控制系统设计指导2北京：机械工业出版社，2004 姜德希编2机床电气线路图册2北京：中国农业出版社， 编写组编著2工厂常用电气设备手册上、下册2北京：中国电力出版社，1997 六、设计内容进度及工作量 (一)设计内容和进度要求 序号进度要求设计内容
1 1周了解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。 经过分析、比较、计算，确定改造总体方案。 2 0．5周 对进给、主轴传动系统进行分析计算，选择拖动电动机并确定传动系统 改造方案。 1周完成进给、主轴传动系统改造图。 3 0．5周选择伺服装置 0．5周完成伺服系统控制设计，并完成伺服系统控制原理图。 4 0．5周选择数控装置。 5 1周完成电气原理图草图和电气安装接线图草图。 0．5周完成电气原理图和电气安装接线图。 6 0．5周伺服系统调试设计。0．5周数控装置调试设计。0．5周机床安装及调试设计。 7 2周编写设计说明书。 8 1周毕业设计答辩准备及答辩。 (二)工作量 设计说明书：数控化改造总体方案设计；机械部分改造设计；伺服装置选型；伺服系统控制设计；数控装置选型；电气控制系统设计；机床安装与调试设计。 图纸：机械改造图；伺服系统控制原理图；电气安装接线图；电气原理图；元器件清单； 七、说明书的格式和装订要求 （一）毕业设计封面（全系统一格式） （二）毕业设计评阅书（全系统一格式） （三）评分标准（全系统一格式） （四）毕业设计任务书（指导教师下发） （五）毕业设计明细表（全系统一格式）
数控机床现状及发展趋势分析 数控机床的概念 数控机床就是在数字控制下，能在尺寸精度和几何精度两方面完成金属毛坯零件加工成所需要形状的工作母机的总称。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。 国产数控机床的发展现状 一、国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小 数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历{HotTag}了30年跌宕起伏，已经由成长期进入了成熟期，可提供市场1,500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中，五轴(坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。 它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。
五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于2台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功，改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。 二、国产数控机床存在的问题 由于中国技术水平和工业基础还比较落后，数控机床的性能、水平和可*性与工业发达国家相比，差距还是很大，尤其是数控系统的控制可*性还较差，数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关，尽快建成与完善数控机床和数控产业成为当前的主要任务。目前主要问题有： 三、核心技术严重缺乏 统计数据表明，数控机床的核心技术—数控系统，由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成，中国90%需要国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社，所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口，国内真正大而强的企业并不多。目前世界最大的3家厂商是：日
2020年全国职业院校技能大赛（高职）河北选拔赛数控机床装调与技术改造技能大赛赛项规程 一、比赛的基本描述、标准、形式和内容 （一）概述：数控机床装调与技术改造项目是使用数控机床进行装调、维修及技术改造的技能竞赛，参赛选手根据赛项任务书的要求，借助赛场提供的设备、检具、工具、技术资料、PLC及系统故有软件和计算机等，完成数控机床的电气控制系统设置与调试、故障诊断与排除、机床精度检测与分析、功能开发与调试、零件试切加工、维护与保养等工作。 （二）标准： （三）比赛形式 1.比赛为实操比赛，比赛时间为4小时。要求选手在规定时间内对实操设备进行操作，按任务书要求实现比赛内容，到达预订比赛结束时间，停止一切操作，总分100分。 比赛以院校为单位组队参加，每所院校限报2个参赛队,每个参赛队由3名选手、1名领队及1-2名指导教师组成。指导教师不得兼任领队。 （四）比赛内容 本赛项实操内容包括数控机床电气设计与安装、数控机床机械部件装配与调试、数控机床故障诊断与维修、数控系统指定功能调试（参数调试、智能应用PLC程序开发等）、数控机床精度检测、试切件的编程与加工、职业素养与安全意识七个任务。 1.数控机床电气设计与安装 根据业务需求和实际的工程应用环境，利用竞赛平台提供的硬件设备、工具和技术文档资料，针对外围辅助设备或检测设备，设计相应的控制电路。选择适宜的器件、正确连接线路，并调试验证。考察选手电气硬件连接能力。
2.数控机床机械部件装配与调试 根据业务需求和实际的工程应用环境，将机械主轴安装在测试台，机械主轴本体应符合大连机床厂主轴安装工艺要求。考察选手机械功能部件装调能力，机械部件精度检测能力。 3.数控机床故障诊断与维修 根据现场数控设备，在机床不通电情况下检查机床电气系统，排除目测隐患。机床通电后选手根据屏幕显示的报警信息，逐一解除系统及PLC报警。按顺序进行机床功能检查，排除数控系统、伺服驱动、机械等软硬件故障。对伺服优化与伺服参数调整，通过系统厂商配置的软件联通数控系统与PC机。考察选手电气硬件连接和控制系统调试能力、故障诊断和排除能力。 4.数控机床技术改造与功能开发 基于现场数控设备结合赛场提供的系统软件（内置PLC程序或在线PLC程序包）及外围设备，完成指定功能的实现，实现数控机床技术改造与升级。考察选手自动化和智能化在装备层面的技术改造能力。 5.数控机床精度检测 基于现场数控设备，按照GB/T-20957.2-2007《精密加工中心检验条件》第2部分的相关标准，使用专业检测工具检验数控铣床几何精度，考察选手机床精度检验能力。 6.试切件的编程与加工 基于现场数控设备选手依据GB/T-20957.7-2007《精密加工试件》标准，按照赛项任务书的图纸要求，和加工任务要求，完成试件加工，考核经过伺服调整后的机床精度为目的，兼顾考核数控装调人员的基本数控编程加工能力技能。 7.职业素养与安全意识 要求各个团队分工合理，相互协调性好，工作效率高，书写规范，尊重裁判。着装合格，操作规范，工、量具摆放合理，没有违反安全操作规程现象，保持工位清洁卫生，考察选手的综合职业素养与安全意识。 二、比赛的设备及工具 （一）比赛设备（每个竞赛位） 1.机床本体 表2-1纽威数控装备（苏州）有限公司VM740S立式数控铣床主要规格参数
机床数控改造方案及实施(doc 9页)
机床数控改造方案及实施 改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括： 1 机械修理与电气改造相结合 一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 2 先易后难、先局部后全局 确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。
系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。 二，改造的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括： 1 机械部分准备 为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。 2 新系统电气资料消化 新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造前应熟悉技术资料，包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来
江苏开放大学 形成性考核作业学号徐贺 姓名2014070500077 课程代码110042 课程名称数控机床及应用技术评阅教师 第 1 次任务 共 4 次任务 江苏开放大学
《数控机床及应用技术》形成性考核作业1 一、选择题（将正确选项填入表格对应题号下） 1.闭环控制系统的位置检测装置装在（ D ） A．传动丝杠上 B．伺服电动机轴上 C．数控装置上 D．机床移动部件上 2.数控钻床一般常采用（ C ） A．直线控制系统B．轮廓控制系统C．点位控制系统D．曲面控制系统 3.数控车床一般有2根数控轴，通常是（ B ）轴。 A．X、Y B．X、Z C．Y、Z D．A、B 4.下面哪个部分是数控机床的核心部分?（ B ） A. 控制介质 B.数控装置 C.伺服系统 D. 测量装置 5．将数控系统分为金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、特种加工机床和其它类数控机床，是按照下面哪种分类方法进行分类的?（ A ） A.加工功能 B.工艺路线 C.有无检测装置 D.是否计算机控制 6．下列哪种数控系统没有检测装置?（ A ） A.开环数控系统 B.全闭环数控系统 C.半闭环数控系统 D.以上都不正确 7.闭环与半闭环控制系统的区别主要在于( D )的位置不同。 A.控制器 B.比较器 C.反馈元件 D.检测元件； 8. 数控机床的传动系统比通用机床的传动系统（ B ）。 A.复杂 B.简单 C.复杂程度相同 D.不一定；
二、填空题 1.数控机床是采用了数字控制技术的机械设备，就是通过数字化的信息对机床的加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。 2．数控机床与普通机床不同，数控机床加工零件的过程完全自动进行，是用数控代码和规定的程序格式正确地编制出数控程序，输入到数控装置，数控装置按程序要求控制机床，对零件进行加工。 3.数控机床按控制刀具与工件相对运动方式分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床 和连续控制数控机床。 4.数控机床按进给伺服系统的类型分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。 5.点位直线数控机床要求控制点与点之间的准确位置外，还需保证刀具的移动轨迹是一条直线，且要进行移动速度控制。 6.轮廓控制机床能对两个或两个以上的坐标轴运动的瞬间位置和速度进行连续控制。 7.数控加工中心是在普通数控机床的基础上加装一个刀库和自动换刀装置，构成一种带自 动换刀装置的数控机床。 8. 刀具位置补偿分刀具半径补偿和刀具长度补偿。 三、判断题（将“√”或“×”填入表格对应题号下） 1.世界上第一台数控机床是1958年试制成功的。× 2.数控机床的联动轴数和可控轴数是两个不同的概念，数控机床的联动轴数一般要小于等于可控轴数。 √ 3.德国的SIEMENS和日本的FUNUC公司的数控系统对我国数控技术的影响较大。√ 4．开环控制系统没有位置反馈，只能应用于精度要求不高的经济型数控系统中。√ 5.半闭环控制系统一般采用角位移检测装置间接地检测移动部件的位移。× 6.闭环控制系统用于高精密加工中心。√ 7．开环伺服驱动系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成，通常执行元件选用直流或交流伺服电机。 × 8．数控机床要完成的任务只是控制机床的进给运动，达到能加工复杂零件的要求。×
2018年中国技能大赛 —第八届全国数控技能大赛决赛 数控机床装调维修工 （数控机床智能化升级改造） （学生组） 赛 题 （样题） 场次： 工位号： 2018年9月
目录 一、赛卷说明 (3) (一)选手须知 (3) (二)实操比赛部分特别说明 (3) (三)赛题说明 (5) 二、实操工作任务 (6) 任务一：数控立式加工中心机械部件装配（15分） (6) 任务二：系统故障排查及系统参数调整、优化（15分） (8) 任务三：加工中心精度检测——几何精度检测（10分） (9) 任务四：加工中心精度检测——球杆仪检测圆轨迹运动精度（5分）.. 10 任务五：加工中心智能化升级改造（30分） (11) 5-1. 高速在线测头安装与调试：（5分） (11) 5-2.变频器连接及主轴动态测试（12分） (12) 5-3. 数控系统与服务器互联互通（3分） (13) 5-4. 通过PLC实现一个辅助装置自动化连贯动作（10 分） (13) 任务六：试切件编程与加工（10分） (14) 任务七：工件在线检测（5分） (14) 任务八：职业素养与安全意识（10分） (15)
一、赛卷说明 本赛卷由赛题和赛题《记录表》两个部分组成。 (一) 选手须知 请各位选手赛前务必仔细研读 1. 本任务书总分为100分，每参赛队由两人组成，比赛时间为5小 时（300分钟）。 2. 选手在实操过程中应该遵守竞赛规则和安全守则，确保人身和设 备安全。如有违反，则按照相关规定在比赛的总成绩中扣除相应 分值。 3. 比赛过程中考生不得使用自带U盘及其它移动设备拷贝相关文 件。 4. 参赛队信息，按照赛前抽到的场次和工位号填入封面的指定位 置，不允许透露选手个人身份信息和单位信息。 5. 任务二：“系统故障排查及系统参数调整、优化”比赛开始60分 钟后方可申请技术支持，选手放弃后未查出的故障不给分（并每 一个故障倒扣2分）。 6. 参赛队在比赛过程中遇到部分内容不能通过自行判断完成，导致 比赛无法进行，60分钟后可以向裁判员申请求助本参赛队指导教 师指导1次，经裁判长批准后，参赛队在赛场指定地点接受1位 指导教师指导，指导时间不超过5分钟，求助指导所花费的时间 计入比赛总时间之内 7. 本赛题共计15 页，附件1赛题记录表共计17页，附件2~附件 6图纸各1页，如有缺页，请立即与裁判联系。 (二) 实操比赛部分特别说明 1. 在实操比赛过程中需按照任务书的要求完成，总成绩由现场过程 得分与操作结果作业得分两部分组成。
《数控机床及应用技术》形成性考核作业2 一、选择题（将正确选项填入表格对应题号下，每题2分，共20分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A A D D A C B A B D 1. 在下列数控车床G功能代码中，（ A ）是主轴恒线速控制。 A. G96 B. G97 C. G98 2. G96 S150 表示切削点线速度控制在（ A ）。 A．150 m/min B. 150 r/min C. 150 mm/min D. 150 mm/r 3. 程序结束，并返回到起始位置的指令是（ D ）。 A. M00 B. M01 C. M02 D. M30 4. 当执行M02指令时，机床（ D ）。 A. 进给停止、冷却液关闭、主轴不停 B. 主轴停止、进给停止、冷却液关闭，但程序可以继续执行 C. 主轴停止、进给停止、冷却液未关闭、程序返回至开始状态 D. 主轴停止、进给停止、冷却液关闭、程序结束 5. 在下列数控车床G功能代码中，（ A ）是直线插补功能指令。 A. G01 B. G02 C. G03 D. G04 6．在下列G功能代码中，（ C ）是顺时针圆弧插补。 A. G00 B. G01 C. G02 D. G03 7. 采用固定循环编程，可以（ B ）。 A. 加快切削速度，提高加工质量 B. 缩短程序段的长度，减少程序所占内存 C. 减少换刀次数，提高切削速度 D. 减少吃刀深度，保证加工质量 8.西门子802S（C）系统中装有毛坯切削循环指令是（ A ）。 A. LCYC95 B. LCYC97 C. LCYC93 D. 以上都不是 9．试切对刀法如右图所示，由图可以看出：（ B ）。 A.左图完成Z向对刀 B.左图完成X向对刀，右图完成Z向对刀
【比较】国内数控机床与世界先进水平的差距 （文章底部可以评论，欢迎对文章进行点评和知识补充） 我国数控机床产业经过几十年的不断发展，特别是近几年受益于国家科技重大专项的强有力支持，数控机床产品加快升级的步伐，涌现出一大批中高档数控机床创新成果，形成了良好的发展基础。但是，在产品质量、产品研发、应用领域研究、品牌宣传、营销手段、服务专业化等方面，特别是为用户提供整套解决方案的能力方面还有很长的路要走。数控技术的突飞猛进和高端市场的强力增长，为数控机床的技术进步提供了加速引擎。当前世界数控机床的发展主要有高精度与精度保持性，高速与高效，高可靠性，复合化与柔性化、绿色化以及智能化等几个趋势。其中，智能化是21世纪制造技术发展的大方向。机床的智能化使其有适应控制的能力，可实现优化加工程序，以最短时间达到最佳的加工质量，从而提高加工效率，降低劳动强度。 存在的差距当前我国数控机床正处于快速提升阶段。近几年，为航空、航天、汽车、船舶和发电设备等制造领域研发的高端数控机床品种已达100余种，但与国外先进机床制造企业相比还有较大差距。一是制造装备和管理技术落后，产品质量及可靠性不高。精密制造设备
品种少、精度保持性较低、自动化水平不高及环保性差。企业的质量争优意识还不够深化，质量安全保障体系不够完善，质量管理能力薄弱等，成为企业制造出的产品质量差、可靠性及精度保持性不好的一个主要原因。二是技术水平和创新能力不高，产品整体竞争力不强。现阶段我国数控机床先进技术的来源多数是通过对国外先进技术的引进、消化和吸收，总体还处于技术跟踪状态，对消化、吸收和改进的投入远远不够。高效、柔性、精密机床主机及关键功能部件的设计技术、制造技术、试验技术、集成技术和用户工艺研究等方面的自主研发能力还有待加强，高性能数控系统及智能化技术还不够成熟;技术标准水平低、行业贯彻不够全面;产品性能与可靠性不高，品牌附加值低，影响了市场竞争力。三是数控系统和功能部件的专业化配套体系不完善，仍依赖进口。对数控机床功能和性能起决定作用的中高档数控系统、精密大功率电主轴等关键功能部件，拥有自主知识产权的先进核心技术仍有待发展，因而未能形成完整的技术链和产业链，专业化分工不明确，尚难满足高端数控机床的应用需求，至今大部分依然靠国外进口。四是制造过程和应用过程中的资源消耗大，机床综合利用率较低。数控机床的制造过程，是一个将原材料通过能源和资源的消耗转化为产品的过程。由于机床行业制造设备相对落后、工艺不够先进以
目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (3) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (5) 3.1进给系统机械结构改造设计 (5) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (13) 4.1步进电动机选用的基本原则 (13) 4.1.1步距角α (13) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (14) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (14) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (14) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (15) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (16) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 (18) 8参考文献 (18)
1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 01.0=x δ02.0=z δ
工作行为规范系列 数控机床维修改造技术的 说明 （标准、完整、实用、可修改）
编号：FS-QG-14467数控机床维修改造技术的说明 Description of CNC machine tool maintenance and modification technology 说明：为规范化、制度化和统一化作业行为，使人员管理工作有章可循，提高工作效率和责任感、归属感，特此编写。 没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。 我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形
成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。 一、数控技术 谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。 1.数控机床电气控制系统综述 一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。 (1)电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。 (2)速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分(PI)调节器，其P、I调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统(导轨、传动机构)的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环PI调节器。
关于数控机床改造方案的方法选择及设计 【摘要】随着我国科学技术的不断发展、基础材料工艺的生产工艺不断改善，消费者对产品的质量的要求也在随着时间的推移而增加，但是作为加工仪器部件、机械零件的主要工具，机床的数控化率水平相比于发达国家还是有很大的差距，目前我国加工机床的数控化率在3%左右。 非数控化机床加工产品精度差、质量难以保证、种类少、劳动强度高、效率低。在我国劳动力成本不断增加、国际市场竞争加剧的情况下，加工企业在国内、国际市场的竞争力不断下降，这中情况对企业的生存和发展是巨大的威胁，机床数控化普及已经到了迫在眉睫的阶段。本文简单介绍机床数控化改革的方法和不同机床的改造方案的确定。 【关键词】数控机床改造措施意义 1数控机床改造的历史背景 进入21世纪后，我国每年生产的数控机床在10000台左右，数控化率在8%上下。但多数的加工制造企业的加工、生产设备是传统的机床，而且使用多年，加工效率和质量得不到保障。但是这类机床数量众多，而且多数机床机械加工部分尚可使用，这使得数控机床改造有非常广阔的市场。 2数控机床改造的条件
现行使用的机床只有部分适合对其进行数控改造，至少应具备下列条件：一、现有机床的基础机械部件基本完好，具有足够的机械强度，在升级改造完成之后能够继续服役一定年限，有能力为企业创造一定价值。二、改造机床的整体费用要适当。在升级改造之前需要对机床性能评估和改造项目整体费用进行预算，对于性价比比较低的升级改造项目要妥善考虑甚至放弃升级改造计划，以达到整体收益最大化的目标。三、改造升级的技术要成熟。国内外先进的数控技术经过多年实践，已经具备了一定的技术基础，在进行项目升级改造的过程中可以适当的进行借鉴，以减少升级过程中的技术难度。 3机床数控改造的方向 （1）对现有机床进行评估，可以正常使用但生产效率低、加工精度不够的进行模块化改造；对于现有数控系统整体瘫痪、伺服器停止更新致使机床无法正常使用的考虑数控系统整体升级，引进国外近年来先进成熟的系统与现有机床进行匹配。 （2）对于因长期使用产生磨损的机械部件进行修配、再加工，甚至更换新的部件，以达到甚至超过机床原有精度。 （3）使用创新技术。现有机床很多都是十年之前使用的老一代数控系统，加工程序单一、生产控制能力不强，可以采用新的模块进行编程，增加不同的加工工艺参数，使加
数控机床改造方案及实施 一、具体步骤 机械修理与电气改造相结合 一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 先易后难、先局部后全局 确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。 根据使用条件选择系统 针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可行的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。 落实参与改造人员和责任 改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。 改造范围与周期的确定 有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。 二、改造的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括： 机械部分准备
全国2010年10月高等教育自学考试 数控技术及应用试题 课程代码：02195 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题2分，共40分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.在逐点比较法圆弧插补中，若偏差函数大于零，则刀具位于( ) A.圆上 B.圆外 C.圆内 D.圆心 2.第一象限的一段圆弧AB的起点坐标为(0，5)，终点坐标为(5，0)，采用逐点比较法顺圆插补完这段圆弧时，沿两坐标轴走的总步数是( ) A.5 B.10 C.15 D.20 3.脉冲增量插补法适用于( ) A.以步进电机作为驱动元件的开环数控系统 B.以直流电机作为驱动元件的闭环数控系统 C.以交流电机作为驱动元件的闭环数控系统 D.以直线或交流电机作为驱动元件的闭环数控系统 4.基于教材JB3298—83标准，一般表示逆圆插补的G功能代码是( ) A.G02 B.G01 C.G03 D.G04 5.对步进电机驱动系统，当输入一个脉冲后，通过机床传动部件使工作台相应地移动一个 ( ) A.步距角 B.导程 C.螺距 D.脉冲当量 6.步进电动机转子前进的步数多于电脉冲数的现象为( ) A.丢步 B.失步 C.越步 D.异步 7.若数控冲床的快速进给速度v=15m／min，快进时步进电动机的工作频率f=5000Hz，则脉冲当量为( ) A.0.01mm B.0.02mm C.0.05mm D.0.1mm
8.与交流伺服电机相比，直流伺服电机的过载能力( ) A.差 B.强 C.相当 D.不能比较 9.直接数控系统又称为群控系统，其英文缩写是( ) A.C B.DNC C.CIMS D.FMS 10.在下列相位比较式进给位置伺服系统的四个环节中，等同于一个增益可控的比例放大器的是( ) A.脉冲／相位变换器 B.鉴相器 C.正余弦函数发生器 D.位置控制器 11.采用开环进给伺服系统的机床上，通常不．安装( ) A.伺服系统 B.制动器 C.数控系统 D.位置检测器件 12.在下列脉冲比较式进给位置伺服系统的四个环节中，用来计算位置跟随误差的是( ) A.可逆计数器UDC B.位置检测器 C.同步电路 D.AM偏差补偿寄存器+ 13.一五相混合式步进电动机，转子齿数为100，当五相十拍运行时，其步距角为( ) A.0.36° B.0.72° C.0.75° D.1.5° 14.普通的旋转变压器测量精度( ) A.很高 B.较高 C.较低 D.很低 15.在光栅位移传感器中，为了得到两个相位相差90°的正弦信号，一般在相距______莫尔条纹间距的位置上设置两个光电元件。( ) A.1／4个 B.1／3个 C.1／2个 D.1个 16.目前标准的直线感应同步器定尺绕组节距为( ) A.0.5mm B.1mm C.2mm D.5mm
数控机床维修改造技术 数控机床维修改造技术 凯普机电一体化工程有限公司（北京100011）刘荫庭没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。一、数控技术谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。 1.数控机床电气控制系统综述一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。（1）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机（已很少使用），3.5in软盘驱动器，CNC键盘（一般输入操作），数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、磁带机（较少使用）、PC计算机等等。（2）数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。（3）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集