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普通機(jī)床設(shè)備與數(shù)控機(jī)床設(shè)備技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性能比較分析報(bào)告
（作者未知） 2009/4/1
近年來(lái)，隨著各行業(yè)對(duì)機(jī)加工產(chǎn)品要求的不斷提高和數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床以其精度高、效率高和勞動(dòng)強(qiáng)度低等諸多普通機(jī)床無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)今制造業(yè)的主流加工設(shè)備。目前，一個(gè)企業(yè)設(shè)備數(shù)控化程度的高低已經(jīng)直接影響到了它的生存。那些擁有大量普通機(jī)床的工廠，正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。這些廠家效益不好的主要原因，一方面是大量普通機(jī)床閑置造成浪費(fèi)，另一方面是沒(méi)有足夠的資金購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控設(shè)備。因此，投入較少的資金，把原有機(jī)床進(jìn)行升級(jí)改造，使之變成數(shù)控機(jī)床，就成了解決這一問(wèn)題的最好辦法�，F(xiàn)在，機(jī)床的改造，特別是把普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，已經(jīng)成為了我國(guó)廣大企業(yè)設(shè)備投資的重要組成部分�，F(xiàn)將機(jī)床改造中要考慮的主要問(wèn)題介紹如下：
1 伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。例如，數(shù)控機(jī)床的最高移動(dòng)速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。伺服系統(tǒng)按控制方式分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類(lèi)。在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中，一般選用價(jià)格較低的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的執(zhí)行元件——伺服電機(jī)，通常采用步進(jìn)電機(jī)或永磁式交流伺服電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)是采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制的，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動(dòng)變?yōu)榱�，易于控制，價(jià)格最低。其選擇的關(guān)鍵是對(duì)參數(shù)進(jìn)行確定。確定參數(shù)的具體方法是：先計(jì)算電機(jī)的步距角，其次確定其步距精度，然后再對(duì)它的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選擇，最后選定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
永磁式交流伺服電機(jī)常用于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，它容量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率高，但啟動(dòng)特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，其次選擇其負(fù)載慣量，然后再確定它的額定轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行電機(jī)預(yù)選，最后通過(guò)進(jìn)一步的速度、加減速轉(zhuǎn)矩及連續(xù)工作轉(zhuǎn)矩的驗(yàn)算確定預(yù)選電機(jī)是否符合要求。
2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的中樞，是其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，市場(chǎng)上數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型較多，選擇時(shí)要保證能購(gòu)得最適合的系統(tǒng)，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
首先，要考慮被改造機(jī)床的功能要求。根據(jù)機(jī)床的功能要求選擇數(shù)控系統(tǒng)，以使數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，而選擇了功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于改造機(jī)床功能的系統(tǒng)，造成功能過(guò)剩、資金浪費(fèi)，且在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加而帶來(lái)故障率升高的隱患。又要保證所選數(shù)控系統(tǒng)能滿足機(jī)床全部功能要求，不要出現(xiàn)一些因必須的系統(tǒng)功能短缺，影響其它功能的使用，使機(jī)床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來(lái)。
其次，要考慮數(shù)控系統(tǒng)的制造廠商。老牌著名跨國(guó)公司主要有德國(guó)的西門(mén)子、日本的發(fā)那科和三菱、法國(guó)的NVM等，國(guó)內(nèi)公司主要有中華數(shù)控、中國(guó)珠峰、北京航天等。目前，進(jìn)口系統(tǒng)的性能尚優(yōu)于國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)，但價(jià)格也較高，因此適用于大型高精度機(jī)床。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)功能較簡(jiǎn)單，性能較穩(wěn)定，價(jià)格便宜，對(duì)一般車(chē)床、銑床已能可靠使用，且近幾年國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)也有長(zhǎng)足進(jìn)步，與世界先進(jìn)技術(shù)的差距越來(lái)越小。如中華數(shù)控公司，就憑借已其達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，且具有自主版權(quán)的數(shù)控技術(shù)和現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)基地在中國(guó)大地迅速崛起。該公司的中華數(shù)控系統(tǒng)曾在2004年舉行的第一屆全國(guó)數(shù)控技能大賽上與西門(mén)子、發(fā)那科等著名系統(tǒng)同臺(tái)全方位競(jìng)技，充分發(fā)揮了其強(qiáng)大功能優(yōu)勢(shì)。使用此系統(tǒng)的參賽選手，有多人取得了很好的成績(jī)�？梢�(jiàn)，國(guó)內(nèi)系統(tǒng)功能也會(huì)越來(lái)越完善。
第三，要考慮數(shù)控系統(tǒng)與其它配件的匹配。如果數(shù)控系統(tǒng)、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的品種、牌號(hào)太雜，在連接各部件時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)輸入與輸出信號(hào)的不匹配及在傳送中信號(hào)產(chǎn)生滯后等現(xiàn)象。因此，選擇時(shí)要優(yōu)先考慮能提供進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)的廠家的數(shù)控系統(tǒng)。
另外，在資金允許的條件下，盡量向著名廠家型號(hào)系列靠攏。一般著名廠商此類(lèi)系統(tǒng)零件篩選更嚴(yán)格，制造工藝更規(guī)范可靠，性能穩(wěn)定，能更好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障，也有利于維修。
3 機(jī)床機(jī)械部件的改造
數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機(jī)床有更高的要求。因此，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了機(jī)床數(shù)控改造的目的。而是應(yīng)該從機(jī)床自身的價(jià)值考慮，分析改造要達(dá)到的目標(biāo)和所需投入。從該機(jī)床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來(lái)分析改造價(jià)值。對(duì)被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。其中包括機(jī)床原來(lái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合改造要求，部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好，各坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用，各項(xiàng)精度是否滿足要求，機(jī)床在加工中是否存在故障和歷史上有無(wú)出現(xiàn)過(guò)重大故障。從該機(jī)床的投入產(chǎn)出率估算，（未完，下一頁(yè)）
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