CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计 - 1 -
绪论
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床（C6163车床）数控化改造不失为一种较好的良策。本文针对目前国内企业现状，提出简易型经济数控改造思路和设计方法供数控技术人员参考.
C6163车床主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工。其数控改造后数控系统控制的对象有:主轴正反转控制、主轴变速；刀架的纵向和横向进给运动控制，刀具的选择控制、四个刀位自动换刀控制；冷却泵、润滑泵的启停控制；脉冲编码器的加装等。根据C6163普通车床的自身特点及相关资料，确定总体的改造方案。
机床改造项目主要有：拆掉手动刀架和小拖板后装上数控刀架；拆掉普通丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；主轴后端增加一个光电编码器；采用波纹管联轴器进行连接。
CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计 - 2 -
第一章、数控机床的特点、现状及发展趋势
1.1数控机床的特点
数控机床是一种高效自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。数控机床具有普通车床难以具备的特点。正因为它的这些特点，使它在制造业中得到日益广泛的应用。
1、具有广泛的适应性和较大的灵活性，能适应不同零件的自动加工。在数控机床上加工零件，一般借用通用工装夹具，很少采用专用工装夹具；当改变被加工零件时，除更换刀具外，只需更改零件程序，而且编程工作可以离线进行或边编程边加工。因而可大大缩短生产周期，有利于产品更新换代。
2、具有高的生产效率。数控机床主机在结构设计上做了较大的改变，加工是可以采用大切屑用量，加之换刀等辅助动作的自动化，与普通机床相比数控机床的生产率可以提高2~3倍。尤其是对一些复杂零件的加工，其生产率可提高十几倍甚至几十倍。
3、具有高的加工精度，稳定的加工质量。由于数控机床是按照编写的零件加工程序自动加工，因而可以避免人为因素带来的误差。另外，由于数控机床的结构设计采用了必要的措施以及机电结合的特点，使其本身精度比较高，而且又能利用软件进行精度校正和补偿。因此，不但加工精度高，而且质量稳定。
4、能够完成普通机床难以完成或不能完成的复杂型面加工，如复杂型面模具、发动机叶片等。
5、工序集中，一机多用。数控机床，特别是带有自动换刀装置的加工中心，一次装夹后几乎可以完成零件的全部加工。一台数控机床可以代替数台普通机床，节省了劳动力以及工序间运输、测量和装卡等辅助时间，同时也节省了厂房面积。
6、使生产环境得到改善，并可大大地减轻操作者的劳动强度。
7、可以实现精确的成本核算和生产进度安排；可以大大减少在制品的数量，加速流动资金周转。因而有利于生产效率的提高。
8、是实现柔性自动加工的重要设备，使发展生产和计算机辅助制造(CAM)的基础。
1.2 数控机床的现状
我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。
据初步统计，近年来数控机床产量持续地以年均增长超过30%的速度快速增长。2004 年其产量达 52000 台以上，同比年增长40%，数控机床的消费量约74000 台，同比年增长32%。在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动，中高档数控机床的开发也取得了较大的进展，在五轴联动、复合加工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破，并形成了一批中档数控机床产业化基地。
但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床消费额的增长趋势更快。2004年数控机床的进口数量同比年增长30%，而进口消费额的增长却达52%，从而导致国产数控机床在国内市场消费额总额所占比例已不足30%。之
CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计 - 3 -
所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效精密和高性能大重型数控机床需求增长，要依靠进口解决。
从上世纪80 年代起，我国机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技术和数控机床一直给予较大的关注，已具有较强的市场竞争力。在中、高档数控机床方面，与国外一些先进技术与产品仍存在较大差距，效率、精度和可靠性等方面均有明显差距，相当欧洲在上世纪90 年代中期水平，大部分处于技术跟踪阶段。
1.3 数控机床的发展趋势
随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化需求的增强，产品品种增多，产品更新换代加速。这使得数控机床在生产中得到广泛的应用，同时也对数控机床的数控系统、伺服驱动系统及主机结构提出更高的要求。尤其是随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成制造系统的兴起和不断成熟，对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制技术的应用提出了更高的要求。归纳起来，数控机床的发展体现在以下几个方面：
高速度、高精度化
现代机床CNC系统多采用32位CPU，并向64位CPU发展，并且采用多微处理器并行技术，使运算速度和数据处理能力得到很大的提高。如FAND CF-1、FM-1、FS15系统，SIEMENS800系列的840C系统等，其主CPU都采用64位机，使插补运算和快速进给功能大为增强。64位简化指令集（RISC）微处理器告诉系统的采用，使运算速度成倍增加，使复杂形状零件的告诉、高精度加工成为可能。
与高性能CNC系统相配合，现代数控机床采用了交流数字伺服驱动系统。伺服驱动系统的位置、速度和电流环都实现了数字化，并采用现代控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服驱动。
由于新型CNC系统和伺服驱动系统的采用，使数控机床的进给速度和分辨率力得到很大提高，在100~240 m /min的进给速度下其位移分辨力可达1μm在24m/min的进给速度下其位移分辨力可达0.1μm，在2.4m/min的进给速度下其位移分辨力可达0.01μm.
现代数控机床还充分利用CNC系统的补偿功能（如反向间隙补偿功能、螺距误差补偿功能及热补偿功能等）来提高其加工精度和动态性能。
更高的可靠性
由于现代机床CNC系统的模块化、标准化、通用化和系列化。便于组织批量生产，有利于保证产品质量。现代CNC系统大量采用大规模或超大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高集成度，减少了元器件数量，降低了功耗，从而提高了可靠性。
通过完善的故障诊断功能，实现对系统内硬、软件及外部设备的故障诊断和报警。利用报警提示及时排除故障；利用监测技术，对发生超程、刀具损毁、过热、干扰、断电等各种意外自动进行相应保护，从而保证了数控机床可靠的工作。
3、更完善的自动编程技术
由于多维处理器并行技术的采用，使数控编程从离线编程发展到在线编程，即所谓的“前台加工，后台编程”。通过会话自动编程系统，不仅实现了在线零件加工程序的编制，还可以根据机床性能、工件材料及零件加工要求自动选择刀具及最佳切削用量，生成工艺路线，并实现切削仿真，大大提高了对复杂型面编程的效率。
4、更高的通信功能
CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计 - 4 -
为了适应自动化技术的不断发展，适应工厂自动化规模越来越大的要求，为了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的控制网络中，机床数控系统的接口数据交换能力和通信能力在不断加强。目前，已通过配置的RS-232\\RS-422串行接口实现了对伺服、计算机的数据交换。通过网络接口可以方便的实现网络连接。如SIEMENS公司的Sinumeric850/880系统设置有SINEC H1网络接口和MAP网络接口，通过网络接口可将数据系统连接到SIEMENS的SINEC H1网络和MAP工业局域网中。FANUC公司的FANUC15系统也配置了类似的网络接口，为了便于接入工业局域网，还可配置MAP3.0接口板。
5、智能化
计算机软、硬件技术的发展，人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能化的进程。机床数控系统的智能化主要体现在：
（1）将适应控制应用于数控系统中，构成适应数控系统（AC—NC System）。在适应数控系统中，把精细的程序的控制和连续的适应调节结合起来，使系统的运用达到最优。其主要的追求目标是：保护刀具和工件，适应材料的变化；改善尺寸控制，提高加工精度，保持稳定的质量；寻求最高的生产率和最低的成本消耗；简化零件程序的编制，降低对操作人员经验和熟练程度的要求等。
（2）故障诊断的智能化，即数控系统内置实时诊断软件，在数控机床整个工作过程中进行故障诊断并指导故障的排除。一旦发生故障，除采用停机措施，利用CRT进行故障报警，提示故障发生的部位和原因外，还可与利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，接通备用模块，以满足无人化工作环境的要求。在故障诊断中，除了采用专家系统外，还将模糊数学、神经网络应用其中，取得了良好的效果。
(3) 刀具寿命自动监控检测技术的应用。即利用红外、声发射（AE）、激光的检测手段，对刀具和工件进行监控。发现工件超差，刀具损毁，及时报警、自动进行补偿或更给备用刀具，以确保产品质量。
6、数控系统的开放化
随着技术、市场、生产组织结构诸多方面的快速变化，对数控机床，特别是数控系统提出许多更新、更高的要求，如：
(1) 为了适应不断出现的新加工需求，数控系统应具用更强的软、硬件重构能力，而且重构成本要低，重构周期要短；
（2）为了适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式，使底层生产控制系统的集成更为简便、有效，必须改变数控系统封闭型的设计模式；
（3）为了适应机床制造厂的不同需要，数控系统应该具有高度的模块化，可重新配置、修给、扩充和改装，机床制造厂家和用户可以方便地将自己的成熟技术集成到数控系统中；
为了适应新需要，寻求一种新的数控系统发展模式已成必然。美国、欧洲、日本针对数控系统所面临的问题和数控系统开放化的必然趋势，在自动化领域的开放式体系结构上做了不少的研究工作。
CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计 - 5 -
第二章、数控机床改造的必要性及优点
2.1 数控机床改造的必要性
数控机床可以较好的解决形状复杂、精密、小批几多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到了其它条件的限制。
（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，不适用于中小型企业。 (2 ) 目前，各企业都用大量的普通机床，完全用数控机床代替不现实，投资巨大，而且代替下的机床会造成资源的浪费。
（3）在国内购置一台数控机床的狡猾周期比较长，必能满足生产的急需。
要较好的解决上述问题，应该把普通机床进行数控化改造，在国外以发展成为一个新型的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，并用专门企业经营这门业务。从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造是必不可少的，数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有26%机床经过改造，中小型企业则是74%。在美国有许多数控专业公司为世界各地提供数控改造业务。我国是拥有300多万台机床的国家，而这些机床有大量是多年累积生产的普通机床，自动化程度低，想要在近几年使用自动化程度高的数控机床，不论是资金还是我国机床厂都是办不到的。因此，普通机床的数控化改造大有可为。它适应我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。
2.2 数控机床改造的优点
数控机床改造一般是对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工功能。器改造优点有： （1）从提高效率出发，改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新加功能，提高机床的使用价值。
（2）适应多品种，小批量零件生产。
（3）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。 （4） 降低对工人技术水平的要求。 （5）数控改造费用低，经济性好。
（6）数控改造周期短，可满足生产急需。
CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计
