時間：2023-03-25 11:25:07
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一般機床是能完成車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等機械加工的方法的設備，它能把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，其中包括尺寸精度和幾何精度兩個方面。
數控機床則是從普通機床的基礎上發展過來的，它是一種裝備了數控系統的機床。數控系統則是采用了自動控制技術，能用數控指令來控制機床的運動（稱之為數控控制技術）的自動控制系統。
二、機床的雛形、誕生及發展
機床是人類進行生產勞動的重要工具，也是社會生產力發展水平的重要標志。
1、數控車床的雛形
機床最早的雛形是于公元前2000多年出現的樹木車床。當時，工作時腳踏繩索下端的套圈，利用樹枝的彈性使工作由繩索帶動旋轉，中世紀的彈性棒車床運用的仍是這一原理。1500年左右，意大利人達芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機床的構想革圖。中國明朝出版的《天工開物》中載有磨床的結構，用腳踏的方法使鐵盤旋轉，加上沙子和水剖切玉石。18世紀的工業革命推動了機床的發展。
1774年，英國人威爾金發明較精密的炮筒鏜床，他用這臺炮鏜床鏜出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機的發展。1770年威爾金森制造了一臺水輪驅動的鏜床。1797年英國人莫利茲創造的車床能實現機動進給和車削螺紋，這是機床結構的一大變革。19世紀以后，由于紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產的推動，各種基本類型的機床相繼出現。
2、機床的誕生及發展
普通機床經經歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術、計算機技術及自動化，精密機械與測量等技術的發展與綜合應用，生產了機電一體化的新型機床一一數控機床。
在20世紀40年代，飛機和導彈制造業發展迅速，原來的加工設備已無能力加工航工業需要的高精度的復雜型面零件。1948年，美國PARSONS公司在加工直升機葉片輪廓檢驗樣板的機床時，首先提出了數控機床的設想，在麻省理工學院（MIT）伺服機構研究所的協助下，于1952年成功研制了世界上第一臺三坐標銑床樣機。后又經過三年時間的改造和自動程序編制的研究，數控機床進入了實用階段。于1958年，美國的KEANEY&TRECKER公司在世界上首先研制成功了帶有自動換刀裝置的加工中心。
可以說，數控機床的誕生為人類帶來了不同凡響的意義。于此同時，數控機床的優越性也著重的體現出來了，在國際的競爭日益劇烈、產品品種變化頻繁的形勢下，各國也開始研究各種不同類型的數控機床，新品種的機床也隨之增長。在這樣的條件下，數控機床也經歷了幾代變化：
1952-1959年采用的是電子管構成的專用數控（NC）系統的數控機床，這是第一代。
1959年由于在計算機行業中研制出晶體管元件，因而便出現了采用晶體管電路NC系統的數控機床，從而跨入了第二代。
1965年出現了開始采用小、中規模集成的NC系統數控機床的第三代。
1970年為數控機床發展的第四代，此時采用大規模集成電路的小型通用電子計算機控制系統的系統數控機床。
1974年開始采用微型電子計算機數控系統（MNC）數控機床，此時為第五代。
在經歷不同的年代的發展，機床的數控化率不斷提高，也使數控機床加工對象改型的適應性加強，加工精度提高，大大的提高了生產效率，為制造業提供了良好的經濟效益，且數控機床由于自動化程度很高，很利用現在化的生產管理，使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。
三、數控機床的發展趨向
數控機床一經使用就了其獨特的優越性和強大生命力，使原來大量不能解決的問題，找到了科學解決的途徑。然而，隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床必須不斷發展以更適應生產加工的需要，以達更高更好的效果。
隨著數控機床的不斷發展，不斷提高，同時隨著當今世界的快速發展，數控機床也將會有不同的發展方向：
1、迎合制造業的個性需求。
2、不斷提高加工精度、加工效率，減少加工輔助時間，強調柔性化來滿足生產和組織及管理的需要。
3、強調功能復合化。
4、5軸（坐標）聯動控制技術及5軸聯動數控機床成為世界機床制造業中的一個技術制高點。CIMT2007上共展出了70多臺五軸聯動數控機床，其中有40多臺是中國自主開發的。
5、注重環保，涉及避免油污污染，以及機床再生、回收等方面。
6、智能化發展，即數控機床的控制系統逐步具備自診斷、自適應控制、邏輯分析判斷等功能。最近，日本的山崎馬扎克公司陸續開發了主動振動控制、智能熱屏障、智能防撞屏障、語言提示；日本大隈公司開發了Thinc智能數字控制系統等等。
7、在并聯結構機床方面，哈爾濱量具刃具集團數控設備公司在CIMT2007上展出的并聯結構機床LINKS-EXE700具有新的突破意義，不單結構進一步簡化，而且加工范圍增大、動作快速、剛性和精度提高；五軸聯動數控編程與使用常規化，可以加工五面體，在工件特別裝夾的情況下，還可作六面加工，這是目前任何機床結構都做不到的。
8、從零件加工方法上來說，稱得上革命性發展是出現了實現快速成型技術原理的機床新品種，它采用電熱、激光束、離子束、電子束作為能量源，以復合紙、高聚物、金屬粉末、高溫合金、復合陶瓷、鑄造型砂等作為加工材料，一改現有金屬切削機床和金屬成型機床“材料去除”加工方法，而采用“材料累加”的方法或稱“增材制造”方法進行機械零件原型制造。
9、水切割已經與激光切割并駕齊驅成為一門嶄新的技術和新的機床門類，中國目前有三、四個單位從事這方面開發，產品已上市。
數控機床的發展方向是多元化的，也可以使其向信息化發展，產生其聯網效應，在數控機床工作時，工人和技術師之間有著短距離的聯系，以確保加工過程的順利，在任何一個環節中如若出現問題，可以不須遠距離就可以解決。
四、中國的數控
我國的數控機床從20世紀80年代開始起步，2003年我國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數控機床進口國。在“十五”期間，我國數控機床行業實現了超高速發展。其產量2001年為17521臺，2002年24803臺，2003年36813臺，2004年51861臺，是2001年的3.7倍，平均年增長39％；2005年國產數控機床產量59639萬臺，接近6萬臺大關，是“九五”末期的424倍。中國機床行業在“十五”期間發展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產投資增速快、汽車和機械制造行業發展迅猛、外商投資企業增長速度加快所致。
經過不斷的發展，市場上的需求，近幾年我國機床工業正處在黃金發展時期：機床工具行業連續8年快速增長，連續6年成為世界第一機床消費國、進口國。雖然我國的機床發展水平和國際還有一定的差距，但是部分產品已經達到國際水平。
在2008年4月21~25日的中國第五屆中國國際數控展覽會就體現了我國數控機床的發展，是我國國產數控機床自主創新20年的成果的全面展示。此次國展會就展示出我國的高檔數控機床可謂是遍地開花，其中多家企業也展出了大規模系列產品，柔性制造系統成套的靚麗登場，而數控機床的整體水平也進行了全面的提升，以往的加工中心也從立式脫穎成臥式，這次展會也展示出了許多前所聲譽鵲起有的大型、重型數控機床等。
這次展會也體現我國數控機床的技術先進、質量可靠、性能優越；體現了數控機床在我國經濟的持續快速發展和國家政策的大力支持下，機床工業連續六年取得快速增長；體現數控機床在我國的市場的廣闊，我國的能力之強大。
五、數控機床的接觸
在學校實習時，我也曾經接觸過機床與數控機床，感覺好對機床的調整，例如：對一段圓柱進行車圓錐面的時候，根據要求進行計算，將小滑板法轉到計算出的角度；而數控機床只要根據技術員所編程序進行車削，自動調整，無須人力。從而看出數控機床比一般機床的高技術性、高效率等，體現了數控機床的優越性、高性能。
數控機床根據所實現加工的情況不同，也有不同的型號。我們剛開始接觸數控機床，使用的是模擬型，在廠里所接觸的就屬于實用型，在這兩者之間，也有不同的區別：程序所須代碼的意思不同、系統不同、機床按鍵不同等。同時，根據實際情況所需，數控機床上的功能也隨之變動：有的適用于加工普通零件，有的適用于加工高精度的零件。模型弄數控機床，是根據你所編的程度進行操作，沒有任何的變動，相當于執行你的指令，不會自我完善；實用型數控機床則相反，它會根據所出現的情況，辨別進行完善，例如：機床用麻花鉆進行鉆孔，如果你沒有設置退刀程序，模擬機床會根據你的程序，一直到鉆孔結束；而廠里的機床，可以根據你設置的程序，進行完善，在鉆孔時，會自動退一點點，讓孔內的鐵屑隨著退刀出來，再繼續鉆孔。
在這樣的對比之下，可以看出數控機床在向著人類所期待完美狀態前進，它的“成長”標志著社會生產水平的發展，是我們人類的重要標志之一。
關鍵詞：改造；數控車床；質量控制
如果對所用的普通車床和長時間使用的車床不進行改造，僅購買新的數控車床，則會增加許多生產廠家設備方面的成本。所以生產廠家對普通車床及長時間使用的車床進行數控化改造是必經之路。
由于進行數控化改造對于改造廠家來說，較雜又亂，但如何對改造的數控機床進行質量控制則是我們一直以來需要探討的問題，在此談一下如何進行改造數控車床的質量控制。
普通車床數控改造分為新機改造和舊機改造，新機改造是用戶購買普通車床或普通光機（指僅帶床頭箱和縱、橫向導軌的車床），改造廠家根據其要求進行數控化改造。舊機改造是指用戶將已經使用過的普通車床或數控車床進行翻新并進行數控化改造。其中舊機改造包括大修車床改造和用戶舊機部件改造。在此淺談改造數控車床在機械方面的質量控制方法、著重控制點和檢驗過程。
1新機改造和舊機大修車床改造都必須經過如下相同改造
(1)更換X軸、Z軸絲桿、軸承、電機。
(2)增加電動刀架和主軸編碼器。
(3)增加軸向電機的驅動裝置，限制運行超程的行程開關，加裝變頻器（客戶需要）以及為了加工和安全所需的電氣部分。
(4)X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的配刮、滾珠絲桿副托架與床鞍的配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮。
(5)據需要增加防護設施，如各向絲桿的防護罩，安全防護門，行程開關的防護裝置。
2新機改造和舊機大修車床改造的不同點
(1)新機改造的主軸和尾座部分未進行改動，主軸部分和尾座部分無須進行再改造。
(2)舊機大修車床由于經過長時間使用，導軌已磨損，為了保證大修后，能繼續長時間使用而不變形，必須經過淬火工序，然后磨導軌，且磨導軌后必須保證導軌硬度≥HRC47。
(3)舊機大修車床應根據客戶需要對主軸部分和尾座部分進行改造和調整。
3新機改造和大修機床改造的精度檢驗是檢驗的重要項目
精度檢驗執行JB/T8324.1-1996《簡式數控臥式車床精度》。
4新車床改造的精度質量控制如下
(1)鏟刮檢驗。新車床改造經過對X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的進行配刮、對滾珠絲桿副托架與床鞍進行配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮等。車床的主軸、尾座部分未拆動。檢驗方法如下：用配合面進行涂色，相互配合面進行結合，并相對摩擦，然后對鏟刮面進行鏟刮點數檢驗，并對結合處用塞尺進行結合程度檢驗，其中刮研點不得低于6點/25*25mm，0.03mm的塞尺塞結合處，不入。
(2)絲桿與導軌平行度檢驗：裝配絲桿時，絲桿與導軌的平行度必須≤0.02mm。
(3)精度檢驗的G1項中導軌在垂直平面內的直線度(只許凸)應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。
(4)精度檢驗中的主軸部分精度G4、G5、G6項也應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。
(5)G11項床頭、尾座兩頂尖的等高度由普通車床廠家進行保證，不作為改造廠家質量控制的重點項目。
5用戶大修車床改造的精度檢驗
由于進行了磨導軌，基準面已變動，所以精度檢驗中的所有項目必須進行檢驗，且應嚴格進行控制，以保證改造后的使用性能。
6大修車床改造和新機改造的其它質量重要控制點
(1)銹蝕檢查：各橫、縱向導軌面，主軸、主軸法蘭盤，尾座空心套和各
(2)外露非油漆表面都必須采取防銹措施，如清洗干凈后，用脂等進行防銹檢查：鏟刮面、絲桿和軸承在進行裝配前必須清洗干凈，不得留有紅丹粉、鐵削和其它臟物質；電箱內側、防護罩內側無灰塵、臟物。
(3)滲漏檢查：大修車床改造的主軸軸承和齒輪等必須保持，大修車床改造和新車床改造的軸向絲桿和軸承必須有，必須有冷卻裝置，且以上和冷卻中接頭處，油、水箱等處都不得有滲漏現象。
(4)機床噪聲、溫升、轉速、空運轉試驗：
①主軸在各種轉速下連續空運轉4min，其中最高轉速運轉時間不小于2小時。整機空運行時間≥16h，對圓弧、螺紋、外圓、端面等循環車削進行模擬空運行試驗。
②主軸軸承溫度穩定后，測軸承溫度及溫升滾動軸承：溫度≤70℃，溫升≤40℃；滑動軸承：溫度≤60℃，溫升≤30℃。
③機床噪聲聲壓級空運轉條件下≤83dB(A)，且機床有無不正常尖叫、沖擊聲。各軸方向進給運動進行應平穩，無明顯振動、顫動和爬行現象。
④機床連續空運轉試驗在規定連續空運轉時間內，無故障，運行可靠，穩定。
(5)用戶更換部件（包括機床部分的維修）的改造：由于車床更換部件的改造項目較多，主要是更換主軸軸承、軸向絲桿、軸向電機、軸向軸承和系統。
①更換主軸軸承：由于更換主軸軸承是為了保證加工外圓和端面的精度，必須在更換軸承后，先行檢驗主軸的噪聲在無異常的情況下，整機噪聲聲壓級不得超過83dB（A），然后進行加工精度檢驗，并檢驗加工工件的表面粗糙度。
②更換軸向絲桿檢驗：檢驗各向位置精度，確保在規定范圍內，跑機運行達到軸向運行無不正常的沖擊聲和雜音。更換軸向電機：由于其它項目未進行改造，則檢驗僅對跑機運行的噪聲進行檢驗，軸向運行無不正常的沖擊聲和雜音。檢驗其軸向反向間隙，以防在裝配中由于裝配引起反向差值不符合要求。
（一）項目教學法的定義
項目教學是一個將實踐教學與理論教學完美結合的教學方法，簡單來說項目教學就是指教育教學過程中，教師通過制定一個完整的項目方案，讓學生按照方案內容自主的進行項目的操作，其中包括工作安排、探究學習、自主動手等等。就數控車床實訓教學而言，在其中應用項目教學法，主要就是讓學生進行一項具體而完整的工作。如，產品的生產等。項目教學需要學生對理論知識有一個基礎性的把握，并且在實際操作的過程中可以將所學知識與實踐內容相結合，最終提升學生對知識的應用能力，為學生今后的實際工作打好基礎。
（二）項目教學法的特點
1.內容綜合，利于探究
項目教學在應用的過程中主要將教學內容與實際工作內容相融合，每一個操作項目都具有一定的獨立性以及明確的教學內容和教學目標。因此每一個項目教學內容都包含了理論知識、技術應用、設備操作等多項內容，使得項目教學趨于綜合性，更加利于學生進行探究。
2.團隊合作，共同進步
項目教學與一般的探究教學相比較，其教學內容更加具體，操作流程更加完整，并且在參與人數方面也更加側重于團體合作。教師在進行項目教學的過程中，通常會對學生進行分組，讓每一個學生都可以參與到項目之中，成為項目操作的主體，使得學生可以共同學習，相互促進。
3.注重過程，結果多樣
傳統的教育教學側重于教學的結果而對教學過程則稍顯忽視，而在項目教學進行的過程中，教師在進行成果驗收方面并沒有采取統一的標準，并且也不要求學生一定要得出正確的結果。相反，教師更注重的是學生在項目完成過程中，是否對所學知識進行了應用，是否發揮了自身作用，是否對個人能力有所提升等。
4.角色轉變，生本為主
項目教學是現代教育發展的產物，因此在進行教育教學的過程中一直奉行的是生本思想。所以，數控車床實訓教師在進行教學的過程中，將課堂的主導交給了學生，讓學生圍繞項目內容進行探究與學習，而教師在這一過程中僅起到輔助作用。
二、項目教學法在數控車床實訓教學中的應用
（一）項目設計
項目設計是項目教學的基礎，因此在進行項目教學之前相關教師一定要搞好項目設計工作。首先，項目設計應圍繞教材內容展開，符合教材的要求。并且項目設計要有一定的針對性，教師在進行項目設計的過程中，需要先為項目設定明確而具體的項目目標，在圍繞項目目標進行內容的設計和任務的安排。其次，項目設計要與實際工作相結合，必須保證設計的項目各個流程與數控車床的實際應用相符。無論是刀具的選擇、數據的編輯還是最終的操作與總結，項目設計都要忠于現實，進而增加學生操作過程中的實踐性。
(二)方案擬定
由于項目教學與實際工作之間有著密切的關系，因此在進行項目教學的過程中，教師必須根據實際工作的需要對學生進行分組，讓學生以小組為單位對項目進行有效的探究與操作。為了保障每一組學生都可以順利的對項目進行完成，學生在進行項目操作之前需要先進行方案的擬定。首先，教師需要對小組內部成員在分工上給予指導，選出小組的負責人。其次，小組成員要對設計圖樣、應用工藝、注意事項問題進行思考，并以書面的形式進行方案的擬定，以此為項目的實際操作打好基礎。
（三）方案展示
數控車床的實際工作具有著一定的靈活性，一個零件的制作可以通過不同工藝的應用進行完成。因此學生擬定的方案經常是多種多樣的。所以在正式執行之前，教師可以組織學生按照小組順序，將自己擬定的方案進行展示，并和全體學生一起討論，探究方案的合理性。這樣，不僅保障了項目操作的質量，同時也讓學生在表達方面有所提高。
（四）項目執行
項目執行是項目教學中的核心內容，這一部分工作主要由學生自主進行完成。首先，分組后的學生，需要在小組內部對成員的工作任務進行安排，小組成員在明確各自任務后應圍繞任務內容展開工作。其次，小組成員需要注重彼此間的協作，按照擬定方案中的工藝和流程進行項目的操作。最后，小組成員需要借助計算機軟件進行模擬操作，確保擬定方案準確無誤后，開始具體的實踐。
（五）綜合評價
項目教學完成后，為了讓項目教學的作用充分的發揮出來，教師需要組織學生進行綜合的評價。綜合評價應分為兩個部分。第一部分是由學生自主評價，通常是由小組的負責人進行。負責人需要根據小組從方案設計到最終加工完成，整個過程的表現予以總結和評價，讓學生對自己的學習情況和動手能力等有一個自我的感知。其次，教師也要對學生項目操作情況進行評價。這種評價應趨于綜合性和全面性，包括團隊合作情況、工藝應用水平、加工消耗時間、零件是否合格等。
三、結束語
關鍵詞：改造；數控車床；質量控制
如果對所用的普通車床和長時間使用的車床不進行改造，僅購買新的數控車床，則會增加許多生產廠家設備方面的成本。所以生產廠家對普通車床及長時間使用的車床進行數控化改造是必經之路。
由于進行數控化改造對于改造廠家來說，較雜又亂，但如何對改造的數控機床進行質量控制則是我們一直以來需要探討的問題，在此談一下如何進行改造數控車床的質量控制。
普通車床數控改造分為新機改造和舊機改造，新機改造是用戶購買普通車床或普通光機（指僅帶床頭箱和縱、橫向導軌的車床），改造廠家根據其要求進行數控化改造。舊機改造是指用戶將已經使用過的普通車床或數控車床進行翻新并進行數控化改造。其中舊機改造包括大修車床改造和用戶舊機部件改造。在此淺談改造數控車床在機械方面的質量控制方法、著重控制點和檢驗過程。
1新機改造和舊機大修車床改造都必須經過如下相同改造
(1)更換X軸、Z軸絲桿、軸承、電機。
(2)增加電動刀架和主軸編碼器。
(3)增加軸向電機的驅動裝置，限制運行超程的行程開關，加裝變頻器（客戶需要）以及為了加工和安全所需的電氣部分。
(4)X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的配刮、滾珠絲桿副托架與床鞍的配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮。
(5)據需要增加防護設施，如各向絲桿的防護罩，安全防護門，行程開關的防護裝置。
2新機改造和舊機大修車床改造的不同點
(1)新機改造的主軸和尾座部分未進行改動，主軸部分和尾座部分無須進行再改造。
(2)舊機大修車床由于經過長時間使用，導軌已磨損，為了保證大修后，能繼續長時間使用而不變形，必須經過淬火工序，然后磨導軌，且磨導軌后必須保證導軌硬度≥HRC47。
(3)舊機大修車床應根據客戶需要對主軸部分和尾座部分進行改造和調整。
3新機改造和大修機床改造的精度檢驗是檢驗的重要項目
精度檢驗執行JB/T8324.1-1996《簡式數控臥式車床精度》。
4新車床改造的精度質量控制如下
(1)鏟刮檢驗。新車床改造經過對X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的進行配刮、對滾珠絲桿副托架與床鞍進行配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮等。車床的主軸、尾座部分未拆動。檢驗方法如下：用配合面進行涂色，相互配合面進行結合，并相對摩擦，然后對鏟刮面進行鏟刮點數檢驗，并對結合處用塞尺進行結合程度檢驗，其中刮研點不得低于6點/25*25mm，0.03mm的塞尺塞結合處，不入。
(2)絲桿與導軌平行度檢驗：裝配絲桿時，絲桿與導軌的平行度必須≤0.02mm。
(3)精度檢驗的G1項中導軌在垂直平面內的直線度(只許凸)應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。
(4)精度檢驗中的主軸部分精度G4、G5、G6項也應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。
(5)G11項床頭、尾座兩頂尖的等高度由普通車床廠家進行保證，不作為改造廠家質量控制的重點項目。5用戶大修車床改造的精度檢驗
由于進行了磨導軌，基準面已變動，所以精度檢驗中的所有項目必須進行檢驗，且應嚴格進行控制，以保證改造后的使用性能。
6大修車床改造和新機改造的其它質量重要控制點
(1)銹蝕檢查：各橫、縱向導軌面，主軸、主軸法蘭盤，尾座空心套和各
(2)外露非油漆表面都必須采取防銹措施，如清洗干凈后，用脂等進行防銹檢查：鏟刮面、絲桿和軸承在進行裝配前必須清洗干凈，不得留有紅丹粉、鐵削和其它臟物質；電箱內側、防護罩內側無灰塵、臟物。
(3)滲漏檢查：大修車床改造的主軸軸承和齒輪等必須保持，大修車床改造和新車床改造的軸向絲桿和軸承必須有，必須有冷卻裝置，且以上和冷卻中接頭處，油、水箱等處都不得有滲漏現象。
(4)機床噪聲、溫升、轉速、空運轉試驗：
①主軸在各種轉速下連續空運轉4min，其中最高轉速運轉時間不小于2小時。整機空運行時間≥16h，對圓弧、螺紋、外圓、端面等循環車削進行模擬空運行試驗。
②主軸軸承溫度穩定后，測軸承溫度及溫升滾動軸承：溫度≤70℃，溫升≤40℃；滑動軸承：溫度≤60℃，溫升≤30℃。
③機床噪聲聲壓級空運轉條件下≤83dB(A)，且機床有無不正常尖叫、沖擊聲。各軸方向進給運動進行應平穩，無明顯振動、顫動和爬行現象。
④機床連續空運轉試驗在規定連續空運轉時間內，無故障，運行可靠，穩定。
(5)用戶更換部件（包括機床部分的維修）的改造：由于車床更換部件的改造項目較多，主要是更換主軸軸承、軸向絲桿、軸向電機、軸向軸承和系統。
①更換主軸軸承：由于更換主軸軸承是為了保證加工外圓和端面的精度，必須在更換軸承后，先行檢驗主軸的噪聲在無異常的情況下，整機噪聲聲壓級不得超過83dB（A），然后進行加工精度檢驗，并檢驗加工工件的表面粗糙度。
②更換軸向絲桿檢驗：檢驗各向位置精度，確保在規定范圍內，跑機運行達到軸向運行無不正常的沖擊聲和雜音。更換軸向電機：由于其它項目未進行改造，則檢驗僅對跑機運行的噪聲進行檢驗，軸向運行無不正常的沖擊聲和雜音。檢驗其軸向反向間隙，以防在裝配中由于裝配引起反向差值不符合要求。
本文主要研究了CA6140經濟型中檔精度數控車床的縱向進給及導軌機構的設計及其改造。本文對數控車床縱向進給系統的設計與改造方案進行了重點論述，對該機構的主要組成部件:滾珠絲杠副、交流伺服電機、聯軸器等進行了設計計算與選型。其中對滾珠絲杠副、交流伺服電機的設計計算及選型作了詳細論述。進行這一設計主要是為了進一步地提高數控車床縱向進給機構的定位精度，重復定位精度以及改造手動進給裝置，以使其能夠可靠地運行，且能滿足各項性能指標的要求,達到預期的結果,即滿足設計任務書的要求。最后,本文還對各個零部件進行了設計,并繪制了全部零件圖以及該數控車床縱向進給機構的裝配圖。此結構簡單可靠,可應用于相似的各類數控車床上。
關鍵詞:數控車床進給系統機構
Abstract
Thisarticlemainlytoldtheresearch,thedesigningandtransformationonthelongitudinalmotionsystemandtracklubricationmechanismofCA6140economicmediumprecisionNCmachine.ThearticlemadeabrilliantexpositiononthedesigningandtransformationschemeofthelongitudinalmotionsystemandtracklubricationmechanismofNCmachine.Thearticlealsoexposedbrilliantlythemechanism’smailparts:theball-racebearing,theservo-electricmachine,thecouplingandsoon.Doingthedesignisforthesakeofimprovingthesiteprecision,duplicatesiteprecisionandtransformatingtheLongitudinalmotionsystem.Soitcanworkcredibility,meettherequestofeverypropertynorm,cometotheexpectedconsequence,andfulfilltherequireofdesignassignmentlist.Besides,theauthorhasdesignedanddrawedallofmechanism’parts,andalsodrawedtheassemblechart.Thismechanismissimpleandreliable,itcanapplytoeverysimilarNCmachine.
Keywords:NCmachineLongitudinalmotionsystemTracklubricationmechanism
數控機床簡介
數控機床是一種高科技的機電一體化產品,是綜合應用計算機技術、精密測量及現在機械制造技術等各種先進技術相結合的產物。數控機床作為實現柔性制造系統、計算機集成制造系統和未來工廠自動化的基礎已成為現在制造技術中不可缺少的生產手段,是機電一體化技術的重要組成部分。隨著科學技術的迅速發展,數控技術的應用范圍日益擴大。數控機床已成為現在機械制造業中的主要技術裝備。
四．經濟型數控車床的改造
縱橫向進給系統原機床掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠,光杠等全部拆除,縱、橫向以伺服電機作為驅動元件,經一級齒輪減速轉矩增大后,由滾珠絲杠傳動。縱向進給機構：縱向伺服電機為P20B200DxS，2.0的交流伺服電機,滾珠絲杠仍利用原絲杠位置,其螺母副通過托架安裝在床鞍底部,滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承,與床身尾部步進電機相聯接。伺服電機經減速后,減速器輸出軸用套筒聯軸器與絲杠直接聯接,這種結構簡單,徑向尺寸小,可防止被聯接軸的位移和偏斜所帶來裝配困難和附加應力。
改造后的數控機床應有以下發展方向：單一的數字控制應向數控中心發展，數控機床總體布局更加合理，機床控制系統的控制和運算功能更進一步加強，機床的伺服系統采用交流數字伺服系統代替直流伺服系統，編程更趨合理化，加工工藝更趨簡單化90%機床的檢測和監控系統要能實現自動化。
隨著科學技術水平和人類生活水平的提高，對機械產品的質量要求越來越高，產品品種越來越多，中大批量的產品需求越來越少，而單件小批量生產模式迅速增加。作為實現單件小批量加工自動化的數控機床，由于其突出的優點而得到廣泛應用。目前,國外數控機床的性能正朝著高精度、高效率、高柔性、高自動化方向迅速發展,這將對數控機床機械結構設計和制造的質量和可靠性提出更高的要求。“十五”期間,我國機械制造行業必須瞄準國際數控機床發展的科學前沿,開拓創新,消化吸收國外先進技術,開創我國數控機床設計和制造技術的新局面。
總體設計方案論證
數控車床的進給系統包括橫向進給系統(X軸)和縱向進給系統(Z軸),它們是由伺服電機經同步齒形帶傳動,驅動滾珠絲杠螺母副機構,來實現刀架的運動。根據GB/T16462-1996《數控臥式車床精度檢驗》,機床的位置精度包括重復定位精度、反向偏差和定位精度。當機床的中心距DC=3000mm時,其重復定位精度X軸0.0075mm,Z軸0.010mm;反向偏差X軸為0.006mm,Z軸為0.012mm;定位精度X軸為0.035mm,Z軸為0.040mm。可以看出,進給軸設計與主軸設計相比,具有相同的重要性。因而,進給軸的設計應從動、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達到該標準的要求。在數控車床進給系統的設計中,根據橫向、縱向的不同精度要求,不同移動質量及轉動慣量等特點,分別解決設計中的主要矛盾。以期望設計結果能滿足各項性能指標的要求,達到預期的結果,即滿足設計任務書的要求。
驅動元件：
各種數控機床加工的對象不同，工藝要求不同，所以對進給驅動的要求不盡相同，但基本要求是一樣的，大致有四個方面。
（1）高精度使用數控機床主要是解決零件加工質量的穩定性，一致性，減少廢品率；解決復雜空間曲面零件的加工；解決復雜零件的加工精度，縮短制造周期等。為了滿足這些要求，必須保證數控機床的定位精度和加工精度。要求定位精度和輪廓切削精度能達到機床要求的指標。在位置控制中要求有高的定位精度，而在速度控制中，要求有高的調速精度，強的抗負載擾動的能力，即靜態和動態速度降盡可能小。
（2）快速響應為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。
（3）調速范圍寬在各種數控機床中，由于加工用刀具，被加工零件的材質及加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進給驅動必須具有足夠寬的調速范圍。
（4）低速大轉矩根據機床的加工特點，大都是在低速進行重切削，即在低速時進給驅動要有大的轉矩輸出。
附件清單
1.畢業設計任務書1份
2.畢業設計說明書1份
3.總裝圖CK000A31份
4.進給系統裝配圖CK001A01份
5.機構裝配圖CK002A11份
6.床鞍零件圖CK124A11份
7.電機支座零件圖CK117A11份
8.螺母支架零件圖CK110A21份
9．連接軸零件圖CK101A31份
10．面板零件圖CK102A31份
11．端蓋零件圖CK106A31份
12．法蘭零件圖CK108A31份
13．滾珠絲杠副零件圖CK112A31份
14．支座零件圖CK114A31份
15．墊圈零件圖CK103A41份
16．套筒零件圖CK104A41份
17．連接法蘭零件圖CK105A41份
18．側板零件圖CK107A41份
19．法蘭零件圖CK109A41份
20．法蘭零件圖CK111A41份
21．法蘭零件圖CK113A41份
22．小端蓋零件圖CK115A41份
23．防護罩零件圖CK116A41份
24．錐銷零件圖CK118A41份
25．連接管零件圖CK119A41份
26．墊板零件圖CK121A41份
雙刀架數控車床采用多刀同時切削，能縮短工時，提高生產效率，在批量生產中得到應用。數控加工的幾何數據和工藝數據，是NC機床工作的原始依據，由被加工零件的圖紙確定。用自動編程系統進行數控編程，必須以某種CAPP的方式獲取工藝路線、走刀軌跡、切削參數以及輔助功能(換刀、變速、冷卻液開停等)。
對于毛坯尺寸偏差大的工件的數控加工，若按傳統的編程方式，就必須按照最大毛坯尺寸編程。如果按最大尺寸編程，一則加工效率較低，再則會在某種情況下造成空切，而在另外某種情況可能會造成過切。過切的后果，輕則影響刀具耐用度，重則損壞刀具影響機床的精度。所以，毛坯偏差大的工件的數控加工最好是根據每個工件的具體情況，來確定加工該工件的切削參數(如切削余量、走刀次數等)。本編程系統借助數控系統的刀具監控功能，在線測量工件上的一些關鍵點(稱作測量點)的加工余量分布情況，在加工過程規劃中確定工步所通過的測量點(一個或多個)，由此得到本工步的切削參數。本文以我們為馬鋼公司車輪輪箍分公司開發的“雙刀架數控車床圖形自動編程系統”為例，研究雙刀架數控編程系統的CAPP技術。該自動編程系統以Microstation為圖形平臺，實現了CAD/CAPP/NCP的系統集成。
2雙刀架數控車床自動編程CAPP的特點
雙刀架數控車床是一種高效的數控機床，由于采用雙刀同時切削，所以能夠有效地縮短單件加工時間，顯著地提高了生產率。而生產率提高的程度取決于左右刀架重疊加工時間的長短，也就是說雙刀應盡可能地同時加工工件的不同表面。本文以德國Diedesheim機床公司生產的VF120—RW雙刀架立式數控車床(該機床配有兩套SINUMERIK—810T數控系統)加工火車車輪為例進行分析研究。該機床的數控系統采用主從控制方式，其左刀架數控系統為主系統(機床主軸速度等由左數控系統控制)，右刀架數控系統為從系統，左、右兩個數控系統以M21指令來協調兩個刀架的動作，以R參數傳遞數據。據統計其加工效率可以比單刀架數控車床提高30%以上。
雙刀架數控車床自動編程的加工過程規劃CAPP有別于普通的單刀架數控車床自動編程的CAPP過程。因為在進行CAPP時，加工的切削參數是未知的，實際使用的切削參數是在加工過程中通過測量得到的。在進行CAPP時，必須要指定工步加工軌跡所經過的測量點(一個測量點或多個測量點)的信息。雙刀架數控車床加工過程規劃CAPP的復雜性還體現在必須保證能對用戶的規劃過程實施足夠的監控，確保不會造成加工時工藝系統的幾何干涉和工藝干涉。加工過程規劃CAPP以數控系統的M21指令(左右刀架動作協調指令)來對用戶的規劃進行可行性檢驗，以確保加工時左、右刀架在任何情況下都能正確工作，不會有干涉現象發生。系統設計為用戶的CAPP提供了極大的方便，左、右刀架工步的規劃既可以輪流進行，也可以一邊完成后再規劃另一邊的工步。
3零件的幾何信息和工藝信息的提取
加工過程規劃CAPP是以人機交互方式規劃零件加工的一個工序的各工步，工步是加工過程規劃CAPP數據存取的基本單元，以工步ID來標識工步；以雙向鏈表來組織規劃數據，方便數據的存儲和修改操作，從而確保加工過程規劃CAPP有足夠的靈活性(規劃過程及工步工藝參數的可修改)。每個工步數據由刀具運動軌跡數據和切削工藝數據兩個部分構成。由于記錄工步數據量很大，故用結構來記錄這些信息，以協調數據的內在聯系，同時又方便了數據的操作。
系統充分利用Microstation系統的GUI技術，以對話框和符合Motif標準的控制進行人機交互。系統人機界面友好、操作方便。用戶以鼠標和鍵盤進行人機交互，工步的幾何數據用鼠標在CAPP圖形文件中點取零件輪廓的方式獲得；工步的工藝數據用鼠標和鍵盤結合的方式輸入。
加工過程規劃CAPP以測量過程規劃的圖形文件和測量點R參數文件為輸入，以刀具清單為加工的裝刀依據；輸出加工規劃圖形文件，加工過程規劃CAPP數據文件。
一般工步規劃由五個部分組成，它們分別為：切削段、切入段、切出段、試刀段和工步ID放置。加工輪廓的切削段一般由若干個幾何圖素(直線或圓弧)組成，進行CAPP時按切削的順序依次選取這些圖素。工步規劃的順序為：切削段的規劃，切入段的規劃，切出段的規劃，試刀段的規劃(可選)和工步ID的放置。工步以工步ID進行標識。
在進行加工過程規劃CAPP模塊設計時(圖1，圖2)，為了適應不同類工件的加工，提高數控加工的柔性，設計了多種刀具切入模式以供選擇，這主要有：
(1)法向到工件首先選擇切入點所在圖素，然后再選擇切入段起點，加工時刀具從規劃的切入段起點沿加工面的法向切入。這種方法主要用于已知切入段起點位置的場合。
(2)法向從工件先選擇切入段的終點，然后再確定切入段起點的位置。這種方法主要用于已知切入段終點位置的場合。加工時沿加工面的法向切入。
(3)切向到工件首先選擇切入點所在圖素，然后再選擇切入段起點，加工時刀具從規劃的切入段起點沿加工面的切向切入。這種方法主要用于已知切入段起點位置的場合。加工時沿加工面的切向切入。
(4)切向從工件先選擇切入段的終點，然后再確定切入段起點的位置。這種方法主要用于已知切入段終點位置的場合。加工時沿加工面的切向切入。
(5)斜向從工件先選擇切入段的終點，然后再選擇切入段起點的位置。這種方法主要用于已知切入段起點和終點位置的場合。加工時沿規劃的切入段起點到終點切入。
為了滿足毛坯制造精度低(例如：加工余量大，偏心大，曲率大或余量不均勻等)的工件的數控加工，若按常規的方法加工將會損壞刀具甚至無法加工。為了適應這種類型的毛坯的加工，因而定義了幾種特殊類型的加工方法：
(1)變進給量切入當刀具進入切入段后，逐漸提高進給量。該方法主要用于毛坯偏心較大部分的加工。
(2)工步交叉切削當前工步走完某一刀后，轉而跳到下一工步進行切削，完成下一工步的加工后，再繼續完成當前工步未完成的走刀。該方法主要用于工件輪廓曲率較大而且加工余量不均勻處的加工。
(3)多刀切削差異允許多次走刀時，刀具切入點、切出點位置可變。該方法主要用于加工余量特別大處的加工，以防止刀具在切入點或切出點處包容量過大而發生過切現象損壞刀具。
(4)中斷切入點允許加工過程中斷后，刀具沿另外設定的進刀軌跡切入工件。該方法主要用于防止中斷后繼續進行切削時，可能發生的刀具和工件的干涉。
為了方便操作，一方面提供了完善的在線幫助和操作向導，使得用戶可以在系統的提示下完成CAPP過程(圖3)；另一方面為了方便規劃，在切入、切出段規劃時系統提供了刀具動態，用戶可以直觀地確定切入、切出段位置。
4加工過程規劃CAPP數據的存儲
加工過程規劃CAPP數據以記錄形式存儲工步數據，一個記錄存儲一個工步的數據。由前述可知左、右刀架的工步由工步ID標識，左、右刀架的CAPP數據分兩個文件存儲。實際存儲時，又將一個工步數據分為3個部分進行存儲：其一為走刀軌跡幾何數據，其二為工步工藝數據，此外還有測量點信息。
工藝數據又分為工步工藝數據和走刀工藝數據，前者決定整個工步的切削參數(如：主軸速度檔，最大走刀次數，刀座號T，刀補地址D等)；而后者為工步中每個輪廓段(直線或圓弧)所獨有(如：進給速度F，主軸轉速S，刀具監控號遞增值，精切余量，刀具半徑補償方式(G40，G41，G42)等)。工步走刀的幾何數據一般由4個部分組成：切削段數據、切入段數據、切出段數據、試刀段數據。測量點信息由測量點ID標識。
雙刀架數控機床加工時必須確保左右兩個刀架不會發生幾何干涉，而兩個刀架的位置又由NC系統的左右刀架協調指令M21來協調，這就要求在加工過程規劃CAPP時必須保證兩個刀架的M21在數量上保持一致。所以當用戶發出CAPP數據存盤命令后，系統首先將檢查左右刀架的M21匹配情況，若不匹配，系統將在警告框中給出錯誤揭示，并拒絕存盤命令，在M21匹配情況對話框中給出左、右刀架M21匹配表。
5系統的修改功能和容錯性設計
此外，系統給用戶提供了強大的CAPP數據編輯修改工具。修改功能分為兩個級別：其一是工步級的修改，它可以完成工步的插入、刪除，左、右刀架工步的對調；其二為工步的工藝參數修改，用戶可以在“工藝參數修改對話框”中對所有的工步工藝參數進行修改。當用戶啟動了修改命令并選定待修改的工步ID后，系統將在“工步工藝參數對話框”中顯示該工步的工藝數據，用戶修改完后即可將數據存入。
關鍵詞：數控機床，單片機數控系統，改裝設計
第一章概述
機床作為機械制造業的重要基礎裝備，它的發展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現了質的突破，導致了應用數字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床－數控機床的誕生和發展。計算機的出現和應用，為人類提供了實現機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發展，數控機床也得到迅速的發展和廣泛的應用，同時使人們對傳統的機床傳動及結構的概念發生了根本的轉變。數控機床以其優異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創機械產品向機電一體化發展的先河。數控機床是以數字化的信息實現機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數字記錄在控制介質上，然后將數字信息送入數控裝置或計算機，經過譯碼，運算，發出各種指令控制機床伺服系統或其它的執行元件，加工出所需的工件。數控機床與普通機床相比，其主要有以下的優點：1.適應性強，適合加工單件或小批量的復雜工件；在數控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現新工件加工。2.加工精度高；3.生產效率高；4.減輕勞動強度，改善勞動條件；5.良好的經濟效益；6.有利于生產管理的現代化。數控機床已成為我國市場需求的主流產品，需求量逐年激增。我國數控機機床近幾年在產業化和產品開發上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產數控機床與先進國家的同類產品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質差，性能落后，單臺機床的平均產值只有先進工業國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機床的數控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現預定的加工工藝目標。隨著數控機床越來越多的普及應用，數控機床的技術經濟效益為大家所理解。在國內工廠的技術改造中，機床的微機數控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數控機床一面利用數控、數顯、PC技術改造普通機床，并取得了良好的經濟效益。我國經濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當大的資金去購買新型的數控機床，而我國的舊機床很多，用經濟型數控系統改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產經濟型數控系統，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產經濟型數控系統。可以預料，今后，機床的經濟型數控化改造將迅速發展和普及。所以說，本畢業設計實例具有典型性和實用性。
第二章總體方案的設計
2.1設計任務本設計任務是對CA6140普通車床進行數控改造。利用微機對縱、橫向進給系統進行開環控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。2.2總體方案的論證對于普通機床的經濟型數控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。（1）數控系統運動方式的確定數控系統按運動方式可分為點位控制系統、點位直線控制系統、連續控制系統。由于要求CA6140車床加工復雜輪廓零件，所以本微機數控系統采用兩軸聯動連續控制系統。（2）伺服進給系統的改造設計數控機床的伺服進給系統有開環、半閉環和閉環之分。因為開環控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優點。所以，本設計決定采用開環控制系統。（3）數控系統的硬件電路設計任何一個數控系統都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數控系統的基礎，性能的好壞直接影響整體數控系統的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。在設計的數控裝置中，CPU的選擇是關鍵，選擇CPU應考慮以下要素：1.時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關；2.可擴展存儲器的容量與數控功能的強弱相關；3.I/O口擴展的能力與對外設控制的能力相關。除此之外，還應根據數控系統的應用場合、控制對象以及各種性能、參數要求等，綜合起來考慮以確定CPU。在我國，普通機床數控改造方面應用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經濟型數控機床的改造需要。本設計中是以MCS-51系列單片機，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機中應用最多的是8031單片機。本設計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關組成的控制系統。2.3總體方案的確定經總體設計方案的論證后，確定的CA6140車床經濟型數控改造示意圖如圖所示。CA6140車床的主軸轉速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進給運動采用步進電機驅動。由8031單片機組成微機作為數控裝置的核心，由I/O接口、環形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉動，經齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉動，從而實現車床的縱向、橫向進給運動。刀架改成由微機控制的經電機驅動的自動控制的自動轉位刀架。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發生器，為此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發生器同步旋轉，發出兩路信號：每轉發出的脈沖個數和一個同步信號，經隔離電路以及I/O接口送給微機。如圖2－1所示：
第三章微機數控系統硬件電路設計
3.1微機數控系統硬件電路總體方案設計本系統選用8031CPU作為數控系統的中央處理機。外接一片2764EPROM，作為監控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機修改的零件程序、工作參數。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等。其硬件框圖如圖3－1所示：圖3－28031芯片內部結構圖各引腳功能簡要介紹如下：⒈源引腳VSS：電源接地端。VCC：＋5V電源端。⒉輸入/輸出（I/O）口線8031單片機有P0、P1、P2、P34個端口，每個端口8根I/O線。當系統擴展外部存儲器時，P0口用來輸出低8位并行數據，P2口用來輸出高8位地址，P3口除可作為一個8位準雙向并行口外，還具有第二功能，各引腳第二功能定義如下：P3.0RXD：串行數據輸入端。P3.1TXD：串行數據輸出端P3.2INT0：外部中斷0請求信號輸入端。P3.3INT1：外部中斷1請求信號輸入端。P3.4T0：定時器/計數器0外部輸入端P3.5T1：定時器/計數器1外部輸入端P3.6WR：外部數據存儲器寫選通。P3.7RD：外部數據存儲器讀選通。在進行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。⒊信號控制線RST/VPD：RST為復位信號線輸入引腳，在時鐘電路工作以后，該引腳上出現兩個機器周期以上的高電平，完成一次復位操作。8031單片機采用兩種復位方式：一種是加電自動復位，另一種為開關復位。ALE/PROG：ALE是地址鎖存允許信號。它的作用是把CPU從P0口分時送出的低8位地址鎖存在一個外加的鎖存器中。外部程序存儲器讀選通信號。當其為低電平時有效。
VPP：當EA為高電平且PC值小于0FFFH時CPU執行內部程序存儲器中的程序。當EA為低電平時，CPU僅執行外部程序存儲器中的程序。XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時必須接地；XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出，使用外部震蕩器時，接收震蕩信號；（2）片外三總線結構單片機在實際應用中，常常要擴展外部存儲器、I/O口等。單片機的引腳，除了電源、復位、時鐘輸入以及用戶I/O口外，其余的引腳都是為了實現系統擴展而設置的，這些引腳構成了三總線形式：⒈地址總線AB地址總線寬度為16位。因此，外部存儲器直接尋址范圍為64KB。由P0口經地址鎖存器提供16位地址總線的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉數據總線DB數據總線寬度為8位，由P0口提供。⒊控制總線CB控制總線由第二功能狀態下的P3口和4根獨立的控制線RST、EA、ALE和PSEN組成。其引腳圖如圖3－3所示：3.1.28255A可編程并行I/O口擴展芯片8255A可編程并行I/O口擴展芯片可以直接與MCS系列單片機系統總線連接，它具有三個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢傳送或中斷傳送方式完成CPU與設備之間的信息交換。8255A的結構及引腳功能：1、8255A的結構8255A的內部結構如圖3－4所示。其中包括三個8位并行數據I/O端口，二個工作方式控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和一個8位數據總線緩沖器。各部分功能介紹如下：（1）三個8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一個8位數據輸出鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入鎖存器。可編程為8位輸入、或8位輸出、或8位雙向寄存器。B口：具有一個8位數據輸出鎖存/緩沖器和一個8位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。C口：具有一個8位數據輸出鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入緩沖器，C口可分作兩個4位口，用于輸入或輸出，也可作為A口和B口選通方式工作時的狀態控制信號。（2）工作方式控制電路A、B兩組控制電路把三個端口分成A、B兩組，A組控制A口各位和C口高四位，B組控制B口各位和C口低四位。兩組控制電路各有一個控制命令寄存器，用來接收由CPU寫入的控制字，以決定兩組端口的工作方式。也可根據控制字的要求對C口按位清“0”或置“1”。（3）讀/寫控制邏輯電路它接收來自CPU的地址信號及一些控制信號，控制各個口的工作狀態。（4）數據總線緩沖器它是一個三態雙向緩沖器，用于和系統的數據總線直接相連，以實現CPU和8255A之間信息的傳送。
參考文獻：
[1]王潤孝，秦現生.機床數控原理與系統.西安:西北工業大學出版社,2000
[2]李華，MCS-51單片機實用接口技術.北京:北京航空航天大學出版社,1993
[3]李圣怡等，Windows環境下軟硬件接口設計.長沙:國防科技大學出版社,2001
[4]顧京，數控加工編程及操作.北京:高等教育出版社,2002
關鍵詞：電氣控制；PLC技術；自動化；無人值守
1 引言
隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術的逐漸發展，很多工業生產要求實現自動化控制的功能，都采用PLC來構建自動化控制系統，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優勢，如順序控制，可靠性高，穩定性好，易于構建網絡化和遠程化控制，以及實現無人值守等眾多優點。基于此，PLC技術逐漸成為工業電氣自動化控制的主要應用技術。
本論文主要結合數控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數控機床電氣化改造過程中基于PLC技術的應用，以及PLC技術在實現數控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。
2 數控機床的電氣化改造概述
2.1 數控機床的主要功能
數控機床是實現機械加工、制造和生產中應用的最為廣泛的一類機電設備。數控機床依托數控化程序，實現對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術，實現數控機床的電氣化改造，主要實現以下功能：
（1） 數控機床的所有電機、接觸器等實現基于PLC的自動化控制；
（2）數控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；
（3） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數，如加工參數、狀態參數等等；
（4） 結合上位機能夠實現對數控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。
2.2 電氣化改造的總體方案
結合上文對于數控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結合的自動化改造方案。該方案總體結構分析如下：
（1） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數控車床的生產組態畫面顯示，以及必要的生產數據的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠實現相關控制指令的下達，確保數控車床能夠自動完成所有切削加工生產任務。
（ 2）下位機采用基于PLC技術的電氣控制模式，由傳感器、數據采集板卡負責采集數控車床的生產數據、環境數據、狀態數據等所有參數，由PLC實現對相關數據的計算，并傳輸給上位機進行相關數據的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統還接收來自于上位機的控制指令，實現對數控車床的遠程控制。
（3） 對于數控車床最為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現電氣化和自動化的控制。具體實現方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現伺服運動控制，從而實現對數控車床進給運動的自動化控制。
3 數控車床電氣化自動控制改造的實現
3.1 系統改造結構設計
數控車床的電氣化自動控制改造，其整體結構如下圖1所示，其整體結構主要由以下幾個部分構成：
3.1.1 底層設備
底層設備主要包括兩個方面，首先是實現數控車床自動切削加工運轉等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數控車床的基本功能的穩定可靠的實現；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監測電機轉速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數據采集類設備為實現數控車床自動化控制提供了基礎數據源。
3.1.2 本地PLC站
本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數、狀態參數及其他檢測參數，通過內部程序的運算，判斷整個數控車床的工作狀態，并將其中的重點參數上傳到遠程控制終端進行數據的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執行器（比如電機）的控制，從而實現自動化控制的功能。
3.1.3 遠程控制終端
遠程控制終端主要是依賴于工控機實現的上位機數據管理和狀態監控，需要專門開發一套面向數控車床加工、生產和自動控制的軟件程序，以實現對數控車床的遠程化、網絡化、自動化控制，真正實現無人值守的功能。
基于PLC的數控車床電氣自動化改造框圖
3.2 PLC電氣控制系統的設計實現
本研究論文以CK6140普通數量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結構功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現14個系統輸入，9個系統輸出。結合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據對數控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數控車床電氣化改造。
4 結語
隨著電氣設備的越來越復雜，工業生產對于電氣控制的要求也越來越高，基于PLC的自動化控制技術得到了廣泛的應用，逐漸成為了當前工業自動化生產控制中的主流技術之一。采用PLC技術最大的優勢在于實現自動化控制同時具有較高的可靠性和抗干擾能力，極大的避免了由于采用單片機技術而造成的系統不穩定現象。本論文結合電氣控制詳細探討了PLC自動化技術的應用，給出了具體的系統設計實例，對于進一步提高PLC自動化技術的工業化應用具有很好的指導和借鑒意義。
關鍵詞：數控車床，撞刀，解決方法
在數控車實訓教學中，由于學生對機床的操作不熟練，在加工實訓中有時不慎會使刀具或刀架撞到工件或卡盤上，輕者會撞壞刀具和被加工的零件，影響教學的正常進行，重者會造成人身事故。因此，在數控車實訓教學過程中為了防止學生在實際操作時發生撞刀現象的發生，總結出以下幾種常見的撞刀現象與解決方法。
一、常見數控車床加工的撞刀現象
（一）建立機床工件坐標系引起的撞刀現象
我校在數控車實訓教學過程中，采用G54-G59指令結合試切法建立工件坐標系，一個學生在用試切法對刀時，采用MDI指令試切，采用指令G90 U-1.5 W-20.0 F0.06試切完成后，在建立工件坐標系坐標值X坐標忘記+輸入-1.5，編好程序后試運行一切正常，就放心的加工，結果在加工中發生撞刀現象。
（二）、編程錯誤引起的撞刀現象
在實訓加工中，由于學生對車床編程指令理解的不透徹，常常由于編程錯誤引起撞刀現象的出現。例如，有位學生在數控車床加工時，在加工錐面螺紋時，用G92指令編程，在第三次循環加工時，發生撞刀現象。螺紋刀尖崩壞，工件報廢。論文寫作，解決方法。停機檢查程序，發現在G92指令第三刀X19.50寫成19.05，背吃刀量過大，引起撞刀現象；
（三）工件裝夾不當引起的撞刀現象
在一次實訓中，在加工零件左側部分時，由于零件可裝夾長度只有15MM,裝夾距離短，一位同學在裝夾時，卡盤卡爪只有一個卡齒夾到工件表面，在用G92指令加工錐面螺紋時，由于徑向力過大，發生撞刀現象。
（四）操作不當引起的撞刀現象
學生在數控車床操作時，在對刀過程中因為操作失誤， 把Z向0.01誤認為是0.1所以用手脈時控制走刀過快，導致撞刀刀尖碎裂。
二、防止數控車床加工中撞刀常見現象的三點解決方法
（一）、輸入程序并校驗
程序的輸入與校驗在數控車床加工操作中是一個重要的環節，它主要是把輸入的加工程序用數字指令形式將加工過程中刀具的運行軌跡以最快的速度通過顯示面板顯示出來。然后觀察零件加工圖形是否正確是否有危險指令，因此在操作中應注意以下幾個問題。
1、將刀架移動到安全位置，按下鎖住機床和孔運行鍵進行空運行操作，主要觀察運行軌跡是否正確，程序中的刀號與機床的刀號是否一致。
2、經校驗后的程序如果沒有出現危險指令和錯誤，也沒有出現報警，校驗出的圖形也沒有問題，線別急于加工，要再檢查程序中的以下幾個方面：
（1）、校驗程序中是否有刀號；
程序中是否有刀號，這一問題往往被學生忽視。論文寫作，解決方法。校驗程序時沒有刀號，程序照樣加工運行，運行軌跡也正確。如果在實際加工中需要換刀加工而沒有重新調用刀號時，此時加工時仍然使用前一把刀進行加工，就會出現撞刀。
（2）、換刀點是否安全；
換刀點一般選在機床參考點上，但為了節省加工時的輔助時間減少空程序可就近選取，要依照刀具探出的長度和加工零件的尺寸來定。換刀點確定之前，要首先確定上一刀尖所在位置，并合理利用G00指令移動刀架到達換刀點的過程中，防止撞刀。
（3）、G00指令、G01指令的使用是否正確；
G00指令：快速定位(G00或G0) 刀具以點位控制方式從當前所在位置快速移動到指令給出的目標位置。論文寫作，解決方法。
G01指令：直線插補(G01或G1) 刀具以一定的進給速度從當前所在位置沿直線移動到指令給出的目標位置。
在程序校驗過程中都是以最快的速度把加工軌跡表現出來，在校驗中通過觀察圖形很難看出G00指令和G01指令的區別。如果在程序中刀具在工件表面上移動出現G00指令就必然會產生撞刀現象。論文寫作，解決方法。
（4）、檢查程序中是否存在移動指令與刀具指令同在一個程序中。
如G00 X42.0 Z3.0 T0101，因為在程序在執行時先執行移動指令后執行刀具指令或在移動中執行刀具指令。在這種情況下換刀，刀具與工件發生碰撞，正確的應該是分成兩個程序段。
……
G00 X42.0 Z3.0 ;
T0101;
……
3、校驗程序完畢后要回參考點，在校驗程序時機床是鎖住不動的，而刀具相對工件加工在模擬運行（絕對坐標和相對坐標在變化），這時的坐標與實際位置不符，需用返回參考點的方法，保證機械零點坐標與絕對和相對坐標一致。這一環節有時不注意在校驗程序后沒有發現問題就進行加工操作，會造成撞刀現象。
（二）試切法回工件坐標系原點校驗
試切法對刀是實際中應用的最多的一種對刀方法。
工件和刀具裝夾完畢，驅動主軸旋轉，移動刀架至工件試切一段外圓。記下坐標系的X坐標再減直徑（西門子系統減半徑），以及刀尖在右端面的Z坐標，輸入到坐標系的G54-G59當中。
例如：1#刀刀架在X為120.0車出的外圓直徑為30.0，那么使用該把刀具切削時的程序原點X值為 120.0-30.0=90.0；刀架在Z為 100.0時接觸工件右端面，分別將(90、100)存入到G54----G59里就可以成功建立出工件坐標系。論文寫作，解決方法。
在對刀完成以后，校驗工件坐標系是否正確，可以用MDI指令進行校驗。
如：G54 G00 X100.0 Z100.0,使刀尖移動到距離當前工件坐標系的一個安全距離。論文寫作，解決方法。在該指令執行完成后，可用手輪驅動刀架由快到慢移動到工件原點附近，觀察坐標系值的變化情況，是否接近X0.0Z0.0。
（三）加工與運行
加工與運行是最后一個操作環節也是機床操作中的最后一道工序，雖然在前面采取了多項措施，但也不可以掉以輕心，因此在加工運行前要做好以下幾個方面的工作：
1、光標必須要回到程序的開頭，如果沒有從程序開頭加工容易出現撞刀現象；
2、當啟動和程序結束的時候，要把倍率調低，在看清程序和刀具的位置后再給倍率，調試程序時快速進給要調到最慢檔，最好手不離開進給保持，要養成先看后走的好習慣，這樣會減少事故的發生；
3、在調試程序加工第一件工件時，一定要仔細檢查程序，試加工時單段運行，隨時控制進給率，隨時看剩余行程，加工前應模擬運行一次，單段運行，再正式加工。看看有沒有意外的刀具路徑出現，一旦出錯，迅速急停，特別是初學者，要注意急停按鈕的應用。
參考文獻：
【1】沈陽-機床：CAK3665使用說明書
【2】沈陽-機床：CAK3665操作編程說明書
【3】劉立群、陳文杰《數控編程與操作實訓教程》清華大學出版社.2009
