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工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由±10 m 提高到±5 m；精密级加工中心的加工精度则从±3～5 m，提高到±1～1.5 m，甚至更高；超精密加工精度进入纳米级（0.001m），主轴回转精度要求达到0.01～0.05 m，加工圆度为0.1m，加工表面粗糙度Ra=0.003 微米等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴（电机与主轴一体化），主轴径向跳动小于2 m，轴向窜动小于1 m，轴系不平衡度达到G0.4 级。高速高精加工机床的进给驱动，主要有#quot;回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠#quot;和#quot;直线电机直接驱动#quot;两种类型。此外，新兴的并联机床也易于实现高速进给。滚珠丝杠由于工艺成熟，应用广泛，不仅精度能达到较高（ISO34081 级），而且实现高速化的成本也相对较低，所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。滚珠丝杠属机械传动，在传动过程中不可避免存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应地造成运动滞后和其它非线性误差，为了排除这些误差对加工精度的影响，1993 年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的#quot;零传动#quot;，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以达到很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208 m/min，加速度2g，并且还有发展余地。 3.高可靠性
随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16 小时内连续正常工作，无故障率在P（t）＝ 99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF 就必须大于3000 小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的MTBF 就要大于33333.3 小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF 就必须大于10 万小时。当前国外数控装置的MTBF 值已达6000 小时以上，驱动装置达30000 小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。 4.复合化
在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言，加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明，
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机床复合加工能提高加工精度和加工效率，节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。 5.多轴化
随着5 轴联动数控系统和编程软件的普及，5 轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5 轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3 维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3 轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，因此，5 轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。最近，国外还在研究6 轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心，虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。 6.智能化
智能化是21 世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。 7.网络化
数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet 技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称#quot;e-制造#quot;，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用CAD/CAM的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有#quot;人性化#quot;。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化改造，ERP 等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。 8.柔性化
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数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC 单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS 联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。 9.绿色化
21 世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中（氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术）不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑（MQL） 的准干切削。目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10～15%的加工使用了干和准干切削。对于面向多种加工方法/工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中，采用干切削最多的是滚齿机。总之，数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用，制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。
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第二章 普通车床的数控改造和可行性论证
2.1 车床的数控改造
数控化改造方案的内容：系统运动方式的确定；数控控制系统的选择；伺服系统的选择；执行机构的结构；机械传动方式确定及机械精度的修复等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出改造的总体方案，并对方案进行分析比较和论证。
2.1.1设计内容及任务
任务与要求：根据普通车床数控化方案，设计“X”向及“Z”向数控化改造，要求“X”向及“Z”向数控化改造后能够实现机床的正常加工，并具有数字控制及编程功能。
1、主轴电机最大功率为18KW。 2、X、Z坐标最大运动速度5m/min 设计出X坐标数控化改造后的总装图一张 设计出Z坐标数控化改造后的总装图一张
普通车床的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（伺服进给机构设计、自动转位刀架的选择或设计、编码盘安装部分的结构设计）、主运动自动变速原理。
本设计任务是对普通卧式车床（CW6163C车床）进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给统进行数字控制，并要求主轴电机最大功率为18KW，X、Z坐标最大运动速度5m/min，刀架要是自动控制的自动转位刀架，要能自动切削螺纹。
2.1.2设计任务
1.设计任务
普通车床（CW6163C车床）主要用于对大型轴类零件的加工，这些零件加工工艺要求机床应完成的工作内容有：控制主轴正反转；刀架能实现X向和Z向的进给运动；各坐标超程的检测；冷却泵、润滑泵、照明工作灯的开启关闭。这些工作内容，就是这台车床数控化改造的对象。 2.总体方案的确定
总体设计方案的内容包括：系统运动方式的确定；伺服系统的选择；执行机构的结构及传动方式的确定；数控控制系统的选择等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出改造的总体方案，并对方案进行分析比较和论证，最后确定
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总体方案。确定方案时，应仔细考虑机床与控制部分相互之间的各种要求，做出合理的设计。不仅要考虑各种高性能、自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术的先进性与经济的合理性较好地统一起来。查看CW6163C车床有关资料，并且参照以往数控机床的改造经验，确定总体改造方案为：①对机床的改造部位是：拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；各丝杠后端加装带编码器的伺服电机；②数控系统选用西门子802C数控系统；③驱动系统的设计。由于改造设计的是简易型经济数控，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减小改动量，以降低成本。
2.2机械部分改造
2.2.1 Z向、X向进给机构的改造 ①、Z向进给机构的改造
拆除原机床的进给箱，利用原机床进给箱的安装孔和销孔安装滚珠丝杠丝母固定支撑架。滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端采用固定方式支撑，中间加辅助支撑，以提高滚珠丝杠的刚性。动力传动采用伺服控制电机加同步带减速装置（减速比为3：1）传递给滚珠丝杠副，实现Z向进给运动。伺服电机安装在机床的尾部。由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而使Z向进给整体刚性略优于未改造前。
②、X向进给机构改造。
同样采用滚珠丝杠传动方式，两端采用固定方式支撑，利用原机床中溜板上的丝母安装孔和销孔安装滚珠丝杠丝母固定支撑架；动力传动采用伺服控制电机加同步带减速装置（减速比为3：1）传递给滚珠丝杠副，实现X向进给运动。伺服电机安装在中拖板的前侧。
Z、X向进给机构都采用了滚珠丝杠传动方式，由于丝杠丝母之间本身就有消隙机构，故只需考虑消除丝杠的轴向窜动。Z、X向伺服电机和滚珠丝杠全部加防护罩，以保持防尘和机床整体美观。 ③、电动刀架的安装
利用原小刀架位置通过加垫板安装电动刀架，以保证刀具刀点和主轴中心处于同一平面。
2.2.2机械部分改造设计部分的相关计算
机械部分设计内容包括：传动元件的设计计算及选用，运动部件的惯性计算，伺服电动机的选择等。
（1）、Z向坐标传动最快运行速度Vmax计算： 电机最快转速：r=1500转/min
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