普通机床的数控化改造

普通机床的数控化改造（精选11篇）

普通机床的数控化改造 篇1

摘要：本文重点介绍了普通机床数控化改造的必要性及数控化改造的内容及其优缺点,以及如何进行普通机床的数控化改造,包括数控系统的选择要素,并对数控改造中如何对主要机械部件进行改造进行了探讨,列举了普通机床数控改造的主要步骤。最后说明了普通机床数控改造中经常遇到的问题及其解决方案。

关键词：机床,数控,改造,集成,性能,调整

1946年世界上第一台计算机诞生了,开创了机器部分代替“人脑”的先河,为当今信息社会的产生及数控技术的应用奠定了基础。随着1952年计算机技术在机床上的应用,人类历史上诞生了第一台数控机床。在数控技术发展过程中,数控技术在机加工领域的应用经历了两个阶段。

第一阶段为数控(NC)阶段一此阶段为数控技术应用的初期阶段,起源于1952年。当时,人们仅采用数字逻辑电路搭成机床专用计算机作为数控系统,简称为数控(NC)。

第二阶段为计算机数控(CNC)阶段一此阶段起源于1970年,随着小型计算机的诞生,人们开始将其移植到机床的数控系统作为数控的核心部件。

1 普通机床的数控化过程

随着计算机技术的发展和应用,数控技术在机加工领域的应用也在不断的提高和创新。在进入20世纪70年代年以后,随着集成化电路的应用,使计算机的硬件实现了集成化和小型化。20世纪90年代以后,随着小型计算机的发展,使得小型个人计算机(PC)作为前端机来处理人机界面、编程、联网通信等变的更加方便。随着智能化技术的应用,数控系统的智能化水平也在不断提高。例如,人们应用自适应控制技术来检测数控过程中的一些重要信息,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;将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平台,建立具有人工智能的操作系统等等。数控系统在机加工领域的应用,大大提高了机床的性能。如何提高和改善普通机床性能,成为机床行业的一个新课题。图1描绘了普通机床的数控化改造过程。

2 普通机床数控改造的必要性

数控机床有许多优于普通机床的特性,这些特性主要来自数控系统的控制能力和计算能力。其优越性重点表现在以下几个方面。

(1)效率大大提高—数控机床的效率是普通机床的数倍,有的甚至可达数十倍。

(2)模仿能力—数控机床具有普通机床不具备的“模仿”能力,这主要得益于数控机床超凡的计算能力,可依据已知的要求加工出曲面和曲线等复杂零部件。

(3)可以实现机加工的自动化-计算机具有的数据储存能力,为机加工的自动化提供了可能和保证。

(4)加工精度和可靠性大大提高。

(5)可以实现自动补偿,自动监控和自动报警-数控机床的数据储存能力可以实现加工过程的无人操作,降低了劳动强度,减少了对人的依赖。

(6)机床的数控化为推行FMC(柔性制造单元),FMS(柔性制造系统)和CIMS(计算机集成制造系统)等提供了基础,并为机加工企业的信息化改造提供了技术支持。

(7)为加工领域的网络化生产管理奠定了基础-在多品种小批量的生产条件下,数控机床的网络化管理可大大提高数控机床的利用率。

3 普通机床数控化改造的内容

随着机加工技术的不断进步以及数控技术的不断更新,对普通机床改造的探索也在不断发展。普通机床的数控化改造主要包括以下三类。

(1)设备翻新升级一此种改造的重点是对原数控机床不满足生产要求的CNC(计算机数控)系统进行升级改造。

(2)普通机床的NC(数控)化一此种改造重点是在原普通机床上加数显装置或加数控系统,使普通机床升级为简单的数控机床。

(3)技术更新或技术创新-此种改造的目的是使用新工艺、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,从而达到较大幅度的提高设备的能力和档次。

4 普通机床数控化改造的优势

4.1 节约费用

与购置新的数控机床相比,普通机床的数控化改造一般可节省大约60%～80%的费用。由于大型机床机械部分所占比重较大,可节约的费用更加可观,符合产业节能环保的发展趋势。

4.2 交货期短

一般讲机械部件的交货周期较长,由于机床的数控化改造过程中机械部分的改造较小,交货期可大大缩短。

4.3 机械性能稳定可靠

由于老设备的机械部件经过多年的使用,其主体部分的强度和韧性已得到充分的验证。另外,老的机械设备的主体如床身和立柱等都是重而坚固的铸件,和焊接结构件相比,它的稳定性高、质量好。

4.4 操作更加容易,维修更为方便

由于是老设备的改造升级,操作人员对设备熟悉,在操作使用和维修方面不必花费太多的时间和精力进行培训。

4.5 可以采用最新的技术对老设备进行改造升级

5 数控系统的选择

数控系统的选择应主要考虑实际需求,应尽可能的减少机械部件的改造。数控选型时应充分考虑老设备的承载能力,并适当考虑今后一段时间的发展,制定合理的改造方案。

数控系统主要有以下三种。

(1)步进电机拖动的开环数控系统-这种系统一不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端。驱动装置主要是步进电机,系统的位移精度取决于步进电机的角位移精度和机械传动精度。该系统结构简单,改造费用低,工作可靠。

(2)异步电机或直流电机拖动的闭环数控系统一此种系统需要得到反馈信号,随时与给定值进行比较,并将比较结果传至驱动机构。该系统可取得更高的加工精度,但结构复杂,改造费用高。

(3)交、直流伺服拖动-此种系统介于开环数控系统和闭环数控系统之间。

6 数控改造过程中涉及的主要机械部件

普通机床的数控化改造,不是简单的将数控装置与普通机床连接在一起。还应对一些部件进行改造使其适应数控机床的要求,如图2所示。数控化改造常涉及到的机械部件有以下几点。

(1)滑动导轨一导轨除应具有普通机床的导向精度和工艺性外,还应有良好的耐磨性,同时具有足够的刚度。

(2)齿轮副一为了保证精度,数控机床的传动精度都大于普通机床。因而,改造时机床的主要齿轮传动系统应满足数控机床的要求,以保证数控机床的加工精度。

(3)纵横向进给装置一应对现有进给装置进行评估,选择适用于数控装置的进给装置。加工件精度要求较高时,应选用滚珠丝杆。

(4)刀架-需将手工刀架更换为数控刀架。

(5)安全防护装置-如普通机床的安全防护装置不能满足数控机床的安全要求,应进行改造。

7 普通机床的数控化改造步骤

7.1 确定改造方案,一般包括

(1)确定机械改造和电气改造的内容。机械改造和电器改造互为补充,机械性能的完好是数控化改造的前提。

(2)系统分解。将改造内容分解成若干子系统,如传动系统,测量系统等,逐个制定详细改造方案。

(3)确定改造步骤。可以依照系统的分解,按照先易后难,先局部后整体的思路逐步进行。切忌好大喜功,急于求成。条件不具备,不要强行实施。

7.2 改造前的技术准备

(1)为配合电器改造,确定哪些机械部件需要改造。对需要改造的机械部件进行测量、计算和图纸绘制。

(2)仔细研究需要新配置的电器系统,弄清原理,理解消化新功能。做到改造思路清晰,层次分明。

(3)确定新旧系统接口的设计。做到新旧系统衔接合理通畅,易于操作和维护。

(4)确定调试方案。改造前,应仔细研究分析新的系统性能。依据数控化改造的整体思路,制定相应的单元调试方案和整体综合调试方案。

7.3 改造的具体实施,按时间顺序分为以下几个阶段

(1)对原有设备进行全方位的维护保养,确保设备处于良好状态。并对原有设备进行测量和记录,以便于改造后进行对比分析。

(2)优化需保留的电器系统,更换功能老化的部件,如电缆和紧固件等。使保留的电器元部件处于最佳状态。

(3)拆除需要改造的部分。拆除前应在原图纸上做出标记,以免遗漏或过拆。对拆下的元部件应做好标记,妥善保管,以备使用。

(4)合理安排新系统,及时纠正新系统的不合理配置及安装。做到新系统配置合理、安装有序,功能达到最大化。

7.4 调试

调试应依据事先确定的方案进行。在调试过程中如发现新问题,应停止调试,待方案确定后再继续进行,切忌调试的随意性。调试过程中应做好记录。调试步骤一般分为以下几步。

(1)先调试子系统,再调试整系统。即先单元调试,后联动调试。

(2)先手动后机动。能手动调试的,一定要先手动调试,手动合格后再通电调试。

(3)先空载后加载。空载调试合格后再进行加载调试。加载调试过程中应分步加载,切忌一步加到满载。

7.5 验收

应聘请有关专家和相关技术人员和操作人员组成验收小组,依据改造方案逐步进行验收。验收过程中应做好记录和文件整理,需要进一步完善的应记录在案。达不到要求的不得交付操作人员。所有操作人员应先培训考核,考核合格后再上岗操作。

8 结语

普通机床的数控化改造是一项复杂的工作,需要有耐心和信心。只要准备充分,选择改造方案合理,实施过程控制得当,普通机床的数控化改造将会收到理想的效果。

参考文献

[1]芮延年.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]周德俭,吴兆华,陈子辰.使用PC的开放式计算机数控系统,1997.

[3]刘利.当前NC的热点——开放化与PC化[J].机电一体化,1998.

[4](加)Yusuf Altintas-数控技术与制造自动化[M].化学工业出版社.

普通机床的数控化改造 篇2

对改造对象进行全面检查，明确改造目标和改造后机床用途，确定改造方案。

普通机床数控化改造总体步骤如图1 所示。

对于旧数控机床的升级改造，机械系统改造较少，主要是电气控制系统的升级改造，以改变系统老化、备件匮乏带来的故障率高、维修周期长的问题。

(2) 机械系统的改造

普通机床机械系统改造项目多，如图2 所示。

如普通机床往往在铸铁床身上直接加工出导轨，长时间使用出现磨损，影响加工精度，为提高其耐磨性和动、静刚度，可以改造为采用轴承钢淬硬制成导轨，粘贴紧固到铸铁床身上，而后再对粘贴好的导轨进行磨削;改变普通机床繁琐的传动链，采用步进、DC或AC 伺服电动机结合滚珠丝杠副的传动形式，使传动链大大缩短;增加自动换刀装置; 增加分度工作台、回转工作台等辅助功能部件等。

对于旧数控机床的升级改造，如果机械部件性能良好，液压系统、冷却系统、润滑系统等辅助部件性能也都正常，除对机械部件做除锈和清洁保养外，无需做大的更换和修复。

(3) 数控系统的选型和设计

无论普通机床的数控化改造，或是旧数控机床的升级改造，数控系统的选型、设计和安装都是至关重要的核心步骤。

旧数控机床系统较多采用: SINUM ERIK7，3，8，850 /880，810; FANUC 7，6，3。

目前，多数早期型号的数控系统的电气备件已经停止供货，改造时，基本不考虑保留老系统，而是根据机床的现状、产品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档数控系统。

如图3 所示，如果追求品质优越、稳定的数控系统，可选择国外知名品牌的数控系统;国内数控系统也具有性价比高、维修使用成本低的优势，在选用时，建议根据企业所在地区选用。

旧数控系统大部分带有老型号的PLC 逻辑控制系统，在数控系统改造过程中，要考虑新老系统替换时的差别，对PLC 部分输入输出点的数量和性质作出比较精确的估算。

对于外围电路的改造，可采取的方案有两种: ①“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC 进行改造，新PLC 不参与外围电路控制，只处理NC 所需的指令信号。

此方案改造设计、调试工作量较小;② “彻底改造”，在继电器逻辑较复杂、故障率较高、用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC 所带的PLC 将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC 的控制能力。

此方案可大大简化硬件电路，提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。

对于数控系统的改造，还应注意:①要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，又利于备件的购买，千万不要把企业的数控系统搞成“万国牌”。

②要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。

(4) 伺服驱动系统的选型和设计

如图4 所示，伺服驱动系统的选型和设计主要包括: 主轴伺服系统和进给伺服系统电动机的选择以及配套电机驱动器和主轴变频器的选择。

对于电机驱动器，可选择与数控系统配套的驱动器，如FANUC 本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，也可选择市面上的其他品牌驱动器。

在改造过程中，对于状态良好、价值很高的老伺服系统，可采取保留驱动装置和电机的方案，也可采取只保留功率大、价格贵、安装麻烦、状况良好的电机，而更换为新型驱动装置，若保留，还要考虑老伺服系统是否与新数控系统匹配的问题。

(5) 机床测量系统的选型和设计

对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以旧机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。

具体方案是: 旋转变压器基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代; 感应同步器/尺的情况略微复杂，能改掉尽量改掉，用新型HEIDENHAIN光栅尺和圆光栅替代，但在某些场合，如精密转台，会遇到新的圆光栅不能安装的问题，西门子为此提供了感应同步器/尺信号到新系统的转换装置，但该装置价格昂贵，尽量不要选用。

(6) 电柜设计

电柜设计包括的内容如图5 所示。

此外，在旧数控机床的升级改造中，还应遵循以下原则：一是进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即使使用了若干年，状态仍会优于国内甚至合资品牌的元器件，所以，改造高档进口数控机床，不建议做大拆大改; 如果电气柜状态比较差，全套更换，在资金允许的情况下，要尽量选择知名品牌。

在改造方案确定初期，就要根据电气改造方案测定所需的电缆长度，凡与数控驱动测量系统直接相关的电缆，只选择原装电缆;但大型主轴电机的电力电缆价格过于昂贵，改造时不考虑原装电缆。

(7) 参数设计及设置

根据改造方案，查阅数控系统、变频器、伺服驱动器说明书，依据机床设计性能，设计、设置、匹配参数。

如图6 示。

(8) 机电联调和精度控制

这是改造能否成功的关键环节。

工程人员在这一阶段完成机电联调、数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收做准备。

验收主要包括两项内容：①按照国际标准，不同类型的机床相应的标准试切削程序，进行标准样件试切削; ②对机床精度进行检验，可采用激光干涉仪进行测量，机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。

3 总结

现代制造技术快速发展，高速电主轴、直线滚动导轨、直线电动机、大容量刀库、虚拟技术等广泛应用在数控机床上，机床功能越来越复杂，5 轴加工中心、复合加工设备( 如车、铣、磨集成) 、特种加工设备( 激光、真空电子束、喷涂) 等越来越多。

研究、探索这些数控设备性能特点，在其正常工作阶段充分利用，通过合理的数控改造进一步挖掘其价值，提高设备可靠性，减少维护费用，是随着国内制造业的升级而不断深入的研究课题。

参考文献:

[1]李猛.机床数控技术[M].北京: 北京航空航天大学出版社,.

[2]李猛.数控机床与编程[M].北京: 北京大学出版社,2009.

[3]陈吉红.数控机床电气控制[M].武汉:华中科技出版社,.

普通机床数控化改造技术浅谈 篇3

【关键词】数控技术；机械加工；机床；研究

在对机床进行数控化加工的过程中，必须要将施工工艺的细致程度考虑在数控编程内或者计算的过程中，否则计算的数据偏差过大就会使得加工的产品出现极大的偏差。但是在实际的机床进行数控编程的过程中，不仅要将施工工艺精密计算，还要将每一个细节都考虑周到，如果在建设的过程中没有将数控的方法设计得科学合理，那么也会导致后期的重复计算和返工的时间增加，这就使得时间遭到了极大的浪费。数控所控制的加工工艺，可以说是在机械加工过程中最为重要的一个环节，在进行数控工艺的设计工作过程中，如果没有用最为科学合理的方式来进行设计，必然会导致加工的程序出现问题，同时也会导致加工的零件质量和机床加工的生产效率受到极大的影响。

机械化控制的机床，必须要将每一个环节的空自己内容都设计到极为详细，但是要最大限度的减少加工的工序，各个环节所需要的工装数量必须要低于普通的机床，否则机械化改造就没有实际的意义。通过以上我们也可以发现，机床在进行加工的过程中，实际上各个工序的内容都比较复杂，但是结合具体的实际情况并将其机械化后，就使得各个工序有效的集成起来，并且还能够提升机床加工的精度和加工效率。

1.数控技术的原理

1.1工作原理

数控技术自身通常都有计算机操作系统，并且将自身各个结构、单元、模块与机床向连接起来，从而使得操作人员能够通过远程的方式来操作机床进行敬爱工，以机械控制的方式来运作每，使得机床生产的效率能够不断的提高。除此之外，还需要保证数控化系统中的所编制的系统能正常的运行，最大限度的降低误差，控制好各个零件之间的精确位置，特别是控制刀具相对于工件给定速度。采用输入设备输入各种数据信息[2]，把各个坐标轴的移动分量传输到对应的驱动电，保持机床切削运动朝着编制好的路径进行路，这些都需要依靠装置的插补功能。数控装置本质上属于计算机控制的，在控制过程中只需将数据信号反馈到控制装置里，通过中央处理器对数据信息进行处理分析，维持了各运作部件有序的加工生产，数控系统按照零件轮廓线型的有限信息，这样便能保证各项数据指令的正常处理，最终实现精密加工处理。

1.2基本概念

所谓的数控技术，指的是通过采用数字信息，对机械加工和运动过程进行控制，提高机械设备运作的自动化效率，给现代机械加工带来了极大的帮助。数控技术主要包括：传感检测技术、传统的机械制造技术、光机电技术以及网络通信技术。工作过程中只需要预先编程，然后采用编辑好的程序指令对设备进行相应的控制[3]。

2.数控技术在机械制造领域中的应用分析

2.1在机床设备中的应用

在机械加工领域发展过程中，机床设备控制技术是一项非常重要的技术，对于机械加工业的发展起着重要作用，是现代机电一体化的重要组成部分，在很大程度上提高了机床的生产效率。数控计算机发出的控制指令，通过控制机床中心系统作用于机床并执行如冷却泵的起停等各种顺序动作指令，从而使得机床能够按所编的程序自动加工出相应的零件。

2.2在工业中的应用

工业生产领域中，数控技术在很大程度上用于工业机械设备的生产线，并且以计算机为实现方式，通过计算机进行程序的编写和程序代码的编写输入等，从而保证了加工零部件的加工程序的顺利进行，数控技术在工业领域的应用主要在于以机械化的作业方式代替了人工进行相关程序的操作，完成难以完成甚至不可能完成的工作任务和程序。数控技术具有高精度的技术特点，在保证了相关机械设备的加工质量的同时也在很大程度上提高了生产的效率，有效改善了操作人员的工作条件，节约了施工人力。

2.3在机械加工系统当中的应用

随着机械加工技术和加工工艺的持续发展和研究，机械加工设备及其加工的控制系统也在相关技术的发展之下得到了持续的发展和升级，数控技术机械设备机壳的毛坯制造。由于相应的机械加工设备控制系统也在不断更新变化，使得各种机壳的毛坯制造商开始积极引进先进焊件。

3.数控机床增效的主要途径

当前，数控机床加工设备以及相关的加工工艺中存在一定的问题，缺乏合理的加工切削参数，缺乏数控机床加工工艺数据库以及知识库，其次缺乏数字化的制造以及管理系统。数控机床加工的这些设备致使数控机床加工过程中的准备时间以及等待时间和故障调试的时间较长，致使对整体的数控机床的加工效率产生了整体的影响。

3.1提高数控机床的自动化程度

数控技术的机械化加工过程中，逐渐提高数控技术的自动化程度，是数控技术的发展趋势，减少加工所需要的时间，通过柔性制造单元，以及柔性生产线和复合的加工等数控加工技术，从而有效提高了加工零件在实际的生产过程中的连续性以及自动化，有效缩短了加工过程中的辅助时间，提高了加工的效率。

3.2逐渐优化加工过程

数控机床的加工还应通过生产过程的持续优化实现，生产过程的优化液将有效减少加工的准备时间，以配套的较为先进的生产和管理方式、机械设备的管理以及刀具的自动配送和机械零件的制造执行系统等，有效提高了设备的完整性和开动率，保证数控机床的高效管理和持续运行。

4.结语

机床数控化的改造技术已经在各个行业中得到了极为广泛的利用，我企业生产带来了更高的效率和更多的产品利润，但是我们不能止步不前，我们需要不断研究机床数控化技术，将其中的缺点全部弥补，使得这项技术能够不断的完善，并且为工业生产带来更高的效益，为我国的工业技术进步做出了巨大的贡献。

【参考文献】

[1]辛长德.数控技术在机械制造中应用及发展[J].科技创新与应用，2012（8）.

[2]刘莉.浅谈机械制造中数控技术的应用及发展[J].科技创新与应用，2012（13）.

浅谈普通机床的数控化改造 篇4

关键词：机床,数控,改造,可行性研究

1 概述

当今社会, 装备制造业作为国家支柱产业的核心, 已经进入了一个崭新的发展时期。数控技术是先进制造技术的核心技术, 它的整体水平标志着一个国家工业现代化的水平和综合国力的强弱, 具有超越其经济价值的战略物资地位。

目前我国机械制造整体水平与发达国家相比还有很大的差距。由于我国企业大部分数控机床和数控系统依赖进口, 企业承受不了巨额购置费, 且易受国外的控制。另外数控机械设备维修力量薄弱, 进口的备件维修成本高, 设备完好率低, 大部分进口机床数控系统已经崩溃, 有的甚至在进口后还没使用就已因为各方面原因不能使用等等。因此目前我国企业机床数控化比例极低, 不到5%。

我国企业使用的绝大部分为传统老式机床, 服役都在一、二十年以上, 体现在机床质量较差、资料不全、缺乏备件、维修困难, 即便较为先进的数控机床也大都老化, 很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率, 给企业生产造成了极大困难。

为节约成本, 进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值, 将大批传统老式机床改造为数控机床是一种必然性和趋势。

2 数控化改造的意义

大量实例表明, 对普通机床进行一定要求的数控化改造后, 即把完全依靠手工操作改为经程序编制后的自动运行, 不仅减轻劳动强度, 而且保证加工质量的稳定性, 使生产率至少提高2～3倍以上。对大批即将退役的机床, 不进行整改已无法使用。但机床本身还有很大“剩余价值”, 若投入一定费用对其进行数控化改造, 使其恢复“青春”, 势必提高生产效率, 继续在生产中发挥关键作用。

我国是发展中国家, 振兴制造业势在必行, 但有限的财力决定不可能更新全部旧设备, 因此, “少花钱, 多办事”是机床现代改造的必由之路。

3 数控化改造项目的可行性评估

对一台老旧机床可行性评估, 大致涉及到以下几个方面:a.老旧机床“剩余价值”的估算;b.改造机床后的应用指标;c.需要投入人力、物力和财力的估算;d.改造过程中的风险因素;e.改造后的性价比, 等等。通过以上评估, 确定设备改造是否值得进行。

3.1“剩余价值”的评估

一台旧机床达到使用年限后, 必然会出现故障频发、加工精度下降、生产率降低的状况。在对这样的机床做出如何处置的决定之前, 首先要对其“剩余价值”做出评估。

一台立式加工中心, 主要部件有:a.数控系统;b.伺服系统;c.机床电气部分;d.机床机械部分;e.刀库系统;等。每个部件根据实际情况, 都可以做出相应“剩余价值”评估。例如现在几乎找不到备件去修理一套一二十年前的数控系, 那它的剩余价值就是零。至于伺服系统, 应考虑它是否与新更换的数控系统相匹配并且是否能发挥优良的伺服特性, 如果估算后仍达不到要求, 即使旧的伺服系统软硬件尚好, 也可考虑彻底更换。实践表明, 即使超出了使用年限, 机床机械部件的磨损程度也是有限的, 因此其剩余价值一般都很高。刀库系统的易损件主要集中在几个零件上, 如手爪等, 更新的花费也不多。机床的电气部分亦如此, 通常剩余价值都在三四成以上。

3.2 机床改造后应用指标的评估

第二步就是提出机床改造后有什么样的加工精度和使用性能。个人认为, 一台旧机床如果使用到年限再进行改造, 势必会增加改造成本, 而且其间很多困难以及改造后的效果都是不可预测的。因此, 数控化改造和机床的大、中修计划相结合, 分批次完成改造, 可以达到较为理想的使用效果。

3.3 人力、物力、财力的评估

确定改造应用目标后, 要进行投入人力、物力和财力的估算。具体包括:a.数控系统及伺服系统;b.机床机械部件精度修复及维护;c.机床电气部件更换;d.液压系统、冷却系统和润滑系统等的维护;e.机床外观修复;f.机床改造后的调试;g.机床改造中的其他费用。

3.4 改造过程中风险因素的评估

风险评估是机床改造方案顺利实施的基本保障。一台旧机床即便资料齐全, 也会有隐患的存在。例如, 在做改造方案时, 不可能对机床的现状完全剖析, 也不可能掌握机床现有加工精度, 等等。对于此类问题, 要求施工单位根据经验, 在现场调研的基础上, 做出风险评估并制订相应对策。许多改造项目的经验表明:事先重视并分析风险因素, 可以成功应对施工中的各类技术难题。

3.5 机床改造后性价比的评估

这实际上是机床改造后应用指标和改造过程中风险因素的综合评估。具体做法是, 选一台现有的具有相似性能的机床进行对比, 将其价格作为参考标准。例如一台20世纪80年代的数控车床, 只有70%左右的机械精度, 电气部分已严重损坏无法维修, 估算其剩余价值在20万元左右。改造时更新全部电气部件需投入10万元, 修复机械部件需投入l0万元, 技术服务等方面还需投入10万元, 共计投入50万元。预计改造后机床的各项指标能达到新机床的80%左右, 使用寿命在5年以上。如果购买同样规格的机床需100万元, 那么该方案的性价比是可取的。

3.6 可行性评估中注意的问题

一台机床的剩余价值极低或者剩余价值较低但投入费用太高, 那么这样的改造方案都是不可取的。因此, 数控化改造主要是针对剩余价值较高的旧机床。

4 数控化改造的基本步骤

老旧机床的数控化改造的工作方式一般有三种:a.自主———机床所有者 (公司) 技术改造实力较强, 能够独立完成革新工作;b.合作———机床所有者 (公司) 查找自身技术薄弱的环节, 与该方面实力较强的单位合作完成技改项目;c.外委———机床所有者 (公司) 将改造工程完全委托给实力信誉俱佳的合作伙伴来完成。改造步骤基本如下:

4.1 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状确定改造方案, 一般包括:

4.1.1 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。要确定机修的要求、范围和内容, 也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求和内容, 还要确定电气改造与机械修理和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。

4.1.2 先易后难、先局部后整体

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。

4.1.3 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、空气过滤性能等可以提供正确的依据, 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。

4.1.4 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。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。

4.1.5 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, 考虑因素包括生产紧张程度、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。

4.2 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:

4.2.1 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绘、设计、计算、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。

4.2.2 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。

4.2.3 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。对于全部改造的, 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。对于局部改造的, 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。

4.2.4 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。重点是完全掌握操作说明书和编程说明书。

4.2.5 调试步骤与验收标准的确定

新的电气系统改造完后, 要进行调试以及确定合理的验收标准。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, 也可先局部后整体、先子系统后全系统进行。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。

4.3 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:

4.3.1 原机床的全面保养

机床经长期使用后, 会不同程度的在机械、液压、润滑、冷却等方面存在缺陷, 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、尺寸精度测量并记录在案。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。

4.3.2 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。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。

4.3.3 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零件, 可作其他机床备件用。

4.3.4 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, 复查检验, 以确保连线工艺规范、走线路径合理准确、可靠美观。

4.3.5 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。调试中首先测试安全保护系统的灵敏度, 防止安全事故发生。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。

4.4 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:

4.4.1 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。

4.4.2 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与标准计量器具对照检查, 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做出对比, 获得量化的指标差。

4.4.3 试切验收

可参照国内外有关数控机床试切标准, 在有资格的操作编程人员配合下进行试切。试切可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等。

4.4.4 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。

4.4.5 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。

5 数控化改造的难点

5.1 可行性评估

由于老旧机床往往缺乏必要、系统的技术档案, 所以要定量地评估各部件的剩余价值是很困难的。高估或低估, 都会对确定改造方案及改造后的性价比带来很多影响。

5.2 选择最佳方案

盲目投入大价钱改造的功效永远不如一台新机床, 因此, 适当地投入资金, 争取得到最优应用指标是选择最佳方案的基本原则。

5.3 选择零部件

选择零部件时, 要考虑新备件与老备件的匹配, 也就是说, 老旧机床要配备功能相适应的数控系统, 老部件要配备使用时限、规格等相适应的新部件。

5.4 确定验收标准

高质量的改造工程必有一套严格的验收标准来把关。国家相关标准、机床行业的相关标准、该机床厂家的出厂标准, 都是制定改造验收标准的依据。

5.5 明确工程进度

原则上讲, 在保证质量的前提下, 项目改造周期越短越好。这需要各方面人员的相互协作, 尽量把准备工作做好。

6 数控改造中的问题和建议

通过几台老旧机床的数控化改造后, 发现工作中存在许多问题, 主要表现在:a.各部门及开发人员职责不明确, 组织混乱, 严重影响工作进度。b.工作进程和计划大多只是凭经验制定, 不太合理。c.相关人员的培训工作没有到位, 导致机床改造后工艺人员不会编程、操作人员对机床操作不熟练等问题。

综合以上问题, 有几点建议:a.负责改造的员工职责明确, 奖罚分明, 充分调动员工的积极性。b.培养一批高素质的应用和维护人员, 选派人员外出进修, 学习先进技术。c.注重用户使用、维护数控系统的技术培训, 建立国内外数控技术资源库。

7 结论

我国近几年内需要数控化改造的普通设备在10万台以上, 旧数控机床在4000台以上, 如果改造资金能落实, 这将是一个能提供几十亿到上百亿元的广阔市场。因此在机械制造业中, 尤其在机床制造行业中, 应该充分利用自己的技术特长, 去迅速占领市场, 为国民经济的迅速发展做出自己的行业贡献。

参考文献

[1]俞圣梅.机床数控改造概述[J].制造技术与机床, 1999 (9) :47-49.

[2]俞圣梅.旧机床的数控化改造技术[J].国内外机电一体化技术, 2000 (1) :35-38.

[3]刘荫庭.旧机床数控化改造的技术与趋势[J].国内外机电一体化技术, 2000 (1) :38-40.

普通机床的数控化改造 篇5

摘要：分析了金属切削类数控机床主机部分的机械结构特点，对比分析了数控机床与普通机床在机械结构和外观等方面的差异，阐述了数控机床相对于普通机床的结构改进和加工精度、节能环保等的优势。

关键词：数控机床；结构特点 前言

当今世界，综合实力较强的发达国家都对机床行业高度重视，因为机床是一切工业冷加工的基础。无论是汽车工业，还是航天、军工等产品的生产都离不开机床。随着机床技术的飞速发展，机床的种类不断增多、加工精度也不断提高，数控机床、加工中心等先进设备不断地改进完善。数控机床集现代机械制造技术、计算机技术、通讯技术、控制技术、液压气动技术、光电技术于一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性等特点，隶属于关系国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业，其先进性和拥有量是衡量一个国家先进制造业整体水平的重要标志。因此，各工业发达国家竞相发展数控机床产业，尤其发展高档数控机床已成为保证国防工业和高技术产业发展的战略物资，同时对提升一个国家的航空、航天、船舶、汽车、模具、电站设备等制造业的国际竞争力，将有着举足轻重的重要影响。所以各国都竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，特别是随着微电子、计算机技术的飞速发展，数控机床也在20世纪8O年代以后加速发展，有力地推动了社会的工业进步。

随着数控机床的飞速发展，已经形成了低、中、高三种格局的广阔市场。目前，我国数控金切机床市场上高、中、低档机床消费比重，在消费量上约为5：50：45，在消费额上约为15：70：15。可以说，国内对高中档数控机床的需求无论在消费量还是消费金额方面都已超过了低档机床。普通机床由于历史原因和区域经济发展还依然服役于一些小规模的加工企业或者老加工企业，但已逐年被淘汰或者技术改造，通过增加数控伺服系统，从而提高效率和加工精度。总之，数控机床替代普通机床装备已是大势所趋。下文主要针对数控机床与普通机床的机械结构做一些对比分析。数控机床的特点

数控在GB中的定义是“用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。现代数控机床是集高新技术于一体的典型机电一体化加工设备。数控加工设备主要分切削加工、压力加工和特种加工(如数控电火花加工机床等)3类。切削加工类数控机床的加工过程能按预定的程序自动进行。消除了人为的操作误差和实现了手工操作难以达到的控制精度，加工精度还可以用软件来校正和补偿。因此，可以获得比机床精度还要高的加工精度及重复定位精度；工件在一次装夹后，能先后进行粗、精加工，配置自动换刀装置后，还能缩短辅助加工时间、提高生产率；由于机床的运动轨迹受可编程的数字信号控制，因而可以加工单件和小批量且形式复杂的零件，生产准备周期大为缩短。综上所述，数控机床具有精度高、效率高、自动化程度高和柔性好的特点。从数控机床的生产现状和发展趋势看，由于微电子技术、信息处理技术等新技术、新工艺在机床行业的渗透和应用，它与普通机床相比不仅在机械结构 性能方面发生了“质”和“形”的变化，且其外观造型也形成了自身独特的风格和特点。数控机床机械结构设计的特点

数控机床虽然也有普通机床所具有的床身和立柱、导轨、工作台、刀架等部件。但为了与控制系统的高精度、高速度控制相匹配，对机床主机部分的结构设计还提出了高精度、高刚度、低惯量、低摩擦、无问隙、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。由于机械结构形式是体现其性能的具体手段，是实现性能的核心因索(当然结构也受材料和工艺的影响)，因此，数控机床的关键部件在结构设计中也有了重大变化。

3．1 基础部件的结构特点

数控机床的基础件主要包括床身、立柱、工作台等支承件，它们的基本功能是支承承载和保持各执行器官的相对位置。数控机床集粗精加工于一体，既要能 够承受粗加工时大吃刀、大走刀的最大切削力、叉要能够保证精加工时的高精度。因此，对基础件的结构设汁在强度、刚度、抗振性、热变形和内应力等都提出了很高的要求。现行生产的数控机床采用的主要措施有：铸件采用全封闭截面，合理布置内部隔板和肋条，含砂造型或填充混凝土等材料，导轨面加宽，车床采用倾斜的床身和导轨还利于排屑，床身、立柱采用钢质焊接结构，可以明显提高其刚度，根据热对称原则布局还能增加散热隔热效果。

3．2 主传动系统的结构特点

主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床能获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。现行数控机床采用高性能的直流或交流无级凋速主轴电机，较普通机床的机械分级变速传动链大为简化。对加工精度有直接影响的主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用高精度专用轴承加以保证。为提高生产率和自动化程度，主轴应有刀具或工件的自动夹紧、放松、切屑清理及主轴准停机构。最近日本叉开发研制了新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。

3．3 进给系统结构特点

数控机床的进给系统是由伺服电机驱动，通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时．以“无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度”为原则，具体措施有：①采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚动导轨；②采用大扭矩、宽调速的伺

服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链；③通过消隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙；④ 对滚动导轨和丝杠预加载荷，预拉伸。

3．4 数控回转工作台和自动交换工作台

数控镗、数控铣和加工中心，采用内部结构具有数控进给驱动机构特点的回转工作台，实现圆周任意角度的分度和进给运动。对多工序数控机床，配置自动交换工作台，进一步缩短辅助加工时间。

3．5 刀架系统

回转刀架，更换主轴换刀和带刀库的自动换刀系统及多刀架、多主轴布局对提高生产效率和自动化水平发挥了重要作用。为使刀具在机床上迅速定位、夹紧，普遍采用标准刀具系统和机夹刀。

3．6 数控附件

机床附件的作用是配合机床实现自动化加工。

数控机床专用的附件有：①对刀仪，② 自动编程机，③自动排屑器，④物料储运及上下料装置，⑤ 自动冷却、润滑及各种新型配套件如导轨防护罩等。数控机床的外观造型特点

数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代特征的集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂零散的多面型表面形态。安全防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞溅，减少粉尘人侵，隔声降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，真正体现了机、电、液一体化的特点。依人机工程学宜人性原则设计的桌面式或悬挂式数控操作面版，是机床与操作者联系和信息交流的唯一界面，指示灯、按钮、按键的数量与排列及CRT的设计，既适合人的操作特性，又利于人机间的协调与交流，通过视觉良好的键面色彩，标准化的象形符号意象抽取，能准确反映和传递两者间的信息。结论 数控机床结构设计反映产品内在功能的深层特性，外观表达的是产品表层特性，对用户而言，深层次的与产品使用密切相关的结构性能要通过表层的外观形态来传递和表达。全封闭防护罩虽然掩盖了机床的主体结构，却至少传达了数控机床这样几个方面的深层内含：①先进的数控数显装置；②对机床的精度和刚度使用的可靠性、安全防护性及环保等有严格要求；③采用先进标准的刀具系统及安装位置合理的自动换刀装置；④ 采用整套商品化、标准化的新型配套件、自动排屑、润滑和冷却装置等。概括为高精度、高效率、高自动化和机电液一体化。

参考文献

[1] <实用数控加工技术)编委会．实用数控加工技术[M]．北京 兵器工业出版杜．1995．

普通机床的数控化改造 篇6

关键词：数控化改造 机械改造 导轨的改造 进给传动改造

1 概述

为了解决数控编程加工实操工位不足的问题，学校对一批南通机床厂生产的X6325A型悬臂铣床进行了数控化改造。该铣床是一种立式悬臂铣床，可用于铣、钻、扩、铰等工序的加工，其进给传动装置主要有梯形螺杆、齿轮、齿条等，由于传动环节多，传动零件的间隙大，其传动刚度、加工精度受到较大限制，自适应能力较差，其加工的吃刀量、进给速度和反向间隙的调整主要由操作工人根据经验进行实时调整，加工效率较低。所以，要实现该机床的数控化控制，除了要配以数控装置外，还必须先对机床的机械部分进行改造。

2 机床的改造方案

受机床改造成本及机床原有结构的限制，不可能对机床的床身结构作太大的改变，所以改造方案是在保持机床原有的结构上，根据数字控制的性能要求，提高基础部件的机械性能，更换无法实现数控自适应要求的零件，并安装相匹配伺服系统和数控装置，方案内容：

①保留机床原有的主传动系统，其主轴变速和转向机构不变。

②改善工作台导轨导向精度，提高导轨的摩擦性能和接触精度。

③拆除工作台X、Y轴原有进给系统，将滑动丝杠更换成滚珠丝杠从而改进传动摩擦特性，提高传动效率，同时更换丝杠的支撑零件，保证丝杠的稳定性，减小传动间隙。

④拆除主轴头上原有的Z向进给系统，加装Z向传动箱和滚珠丝杠。

3 改造的关键技术

3.1 导轨部件的改造

3.1.1 基准导轨面的修整

6325A机床X轴和Y轴方向分别采用的是燕尾导轨和矩形导轨，皆属于滑动导轨类型，由于长期的运动摩擦和集中受力，会出现磨损和变形的情况，在改造前需对导轨的形状精度即直线度进行检测，若发现上述问题，需对基准导轨面进行重磨和硬化处理。

3.1.2 移动导轨面的刮削

刮削的目的一方面是提高导轨的导向精度。导轨的水平方向起支撑作用，刮削导轨的水平面，可调整工作台的移动平面度，使工作台面在移动过程中保持在一个水平面上，保证平面加工的精度。刮削导轨的导向面，能够调整X、Y轴间的垂直度。

另一方面是提高导轨的接触精度，通过刮削的途径将接触度从原来的25×25mm内6～8点提高到25×25mm内11～12点，这样的好处一是能提高接触均匀度，能提高导轨的接触刚度和运动平稳性；二是刮点间隙能有存油的作用，使润滑油均匀分布在导轨接触面间，改善摩擦条件。

3.2 进给传动系统的改造

3.2.1 X轴、Y轴丝杠的更换安装

机床X、Y 两轴原有的传动零件为滑动丝杠，摩擦系数较大，而且没有间隙调整结构，正反向传动的间隙大。将滑动丝杠替换成滚珠丝杠螺母副，能使进给传动的摩擦性能得到较大的改善，摩擦系数大大减小，传动的效率能提高到90%～96%；采取预紧措施后能很好的消除间隙，能够提高传动的刚度，满足数控的自适应要求。

丝杠的安装以导轨为基准，必须保证丝杠轴心线与导轨的平行度。否则，若丝杠轴心与导轨不平行，螺母在移动过程中会迫使丝杠轴线逼近理想位置，使丝杠产生弯曲变形，丝杠对两端产生倾覆力矩。当螺母运行到丝杠两端时，在倾覆力的作用下相互挤压，磨损加剧，严重时会产生沟痕，引起振动，产生导程误差。所以，丝杠装配完成后需要空手盘动丝杠，保证丝杠在传动全程轻便。

3.2.2 丝杠的预紧

根据机床原有的结构特点，本方案为各轴配置了不同预紧类型的滚珠丝杠。X轴方向采用的是双螺母螺纹调隙式预紧，见图1，左右两螺母用平键与外套6相连，其中螺母4外伸部分有螺纹。调整时拧动圆螺母1、2使4沿轴向移动一定距离，消除间隙后用圆螺母锁紧。Y向丝杠采用的是双螺母垫片调隙式预紧，通过双螺母间的垫片使螺母产生轴向位移，产生预紧作用，其预紧力调整由丝杠生产厂家完成。

3.2.3 丝杠的支承结构

X轴丝杠的支承采用一端固定，一端浮动的结构，见图2。紧固端由一对接触角为60度角接触球轴承按背对背方式组合，可承受径向力和双向的轴向力。两轴承的外圈由压盖5沿轴向压紧在支座8的内侧端面上，实现轴承与支座的轴向定位。轴承的内圈由压盖4和垫圈9压紧，实现与丝杠的固定。在轴承间有外圈隔环6，以使两轴承内圈内侧悬空产生预紧量，其预紧力由预圆螺母2施加。丝杠的右端用两个深沟球轴承支撑，主要承受径向力，轴向能作微量浮动。安装后丝杠的跳动和窜动量不可超过0.02mm，否则需对固定端的预紧量进行调整。Y轴的传动距离约为200mm，由于传动距离短，所以采用一端固定一端自由的方式，固定端采用了角接触球轴承背对背的配置结构，与X轴固定端相似。

3.2.4 进给传动结构

各轴进给都采同步齿轮带传动，带轮和传动带有相互配合的齿形，能实现啮合，不会出现打滑现象，传动比准确，传动效率高。带轮与丝杠和电机间采用涨紧套连接，能克服键连接侧向间隙所产生的影响。

3.3 主轴箱的改造

由于铣床主轴头内部空间狭小，无法布置安装丝杠、丝杠支承及电机等零部件，所以通过加装进给传动箱实现丝杠零件的安装，见图3。首先需要在铣头正面铣出平面，用以安装传动箱，并通过刮削保证该面与丝杠箱背面的贴合度，防止丝杠箱的松动影响传动的精度和稳定性。Z轴方向保留主轴套筒的导向结构，套筒15在铣头16的导向孔内上下运动实现导向，Z轴与工作台面的垂直度通过铣头原有蜗杆蜗轮机构调整。套筒与丝杠螺母间通过丝母座连接，需先在套筒上开出安装槽、螺孔和定位销孔。传动箱中轴承孔与丝母座孔的同轴度通过刮削丝母座与套筒安装槽的接触面来调整。

Z轴丝杠用一对角接触球轴承支撑，分别安装在丝杠两端，采用面对面安装，以获得适当的作用点距离。下端轴承安装在轴承座9中，轴承座安装在传动箱底部，可通过均匀分布在圆周上的基米螺钉调整方向，实现轴承与丝杠的同轴度和预紧力微调。轴承的预紧力通过调整内圈隔环8的厚度实现。

4 改造的效果

经过机械改造后，各项精度指标基本达到经济型数控机床的水平。导向精度方面，各轴移动的直线度达到0.015/500mm，各轴间的垂直度达到0.020/300mm，工作台移动相对工作台面的平行度在任意300mm测量长度上小于0.025mm，主轴旋转轴线相对工作台面的垂直度，在纵向及横向都达到0.025/300。传动精度方面，直线运动轴线的定位精度达到0.030mm，各运动轴的重复定位精度达到0.020mm，各轴反向定位精度达到0.025

mm。

5 推广前景

数控机床的机械制造中很好地解决了机械制造中结构复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，数控机床的大量使用，为我国机械制造整体水平的提高提供了广阔的空间。但由于数控机床的前期投资大，使许多中小型企业和职业院校难以承受，这成为了数控机床推广发展的最大障碍。普通机床的数控化改造投入低、周期短，是企业实现前期技术提升的有效途径。

参考文献：

[1]熊军.数控机床原理与结构[M].人民邮电出版社，2013.

[2]苏慧袆.机械装配修理与实训[M].山东科学技术出版社，2007.

[3]孙宝寿.机床改造中影响机床性能的因素分析[J].机械设计与制造，2004.

作者简介：

朱沛欣（1983-），男，广东佛冈人，助理讲师，工学学士，现工作于广州市高级技工学校，主要从事数控机床结构、数控机床装调维修、数控加工编程等方面的教学和研究。endprint

摘要：本文主要介绍了针对6325A悬臂铣床数控化改造的机械改造方法。提出了一套能提高机床机械系统传动刚度、效率和自适应能力，降低传动惯量，能够满足数字控制的机械改造方法。

关键词：数控化改造 机械改造 导轨的改造 进给传动改造

1 概述

为了解决数控编程加工实操工位不足的问题，学校对一批南通机床厂生产的X6325A型悬臂铣床进行了数控化改造。该铣床是一种立式悬臂铣床，可用于铣、钻、扩、铰等工序的加工，其进给传动装置主要有梯形螺杆、齿轮、齿条等，由于传动环节多，传动零件的间隙大，其传动刚度、加工精度受到较大限制，自适应能力较差，其加工的吃刀量、进给速度和反向间隙的调整主要由操作工人根据经验进行实时调整，加工效率较低。所以，要实现该机床的数控化控制，除了要配以数控装置外，还必须先对机床的机械部分进行改造。

2 机床的改造方案

受机床改造成本及机床原有结构的限制，不可能对机床的床身结构作太大的改变，所以改造方案是在保持机床原有的结构上，根据数字控制的性能要求，提高基础部件的机械性能，更换无法实现数控自适应要求的零件，并安装相匹配伺服系统和数控装置，方案内容：

①保留机床原有的主传动系统，其主轴变速和转向机构不变。

②改善工作台导轨导向精度，提高导轨的摩擦性能和接触精度。

③拆除工作台X、Y轴原有进给系统，将滑动丝杠更换成滚珠丝杠从而改进传动摩擦特性，提高传动效率，同时更换丝杠的支撑零件，保证丝杠的稳定性，减小传动间隙。

④拆除主轴头上原有的Z向进给系统，加装Z向传动箱和滚珠丝杠。

3 改造的关键技术

3.1 导轨部件的改造

3.1.1 基准导轨面的修整

6325A机床X轴和Y轴方向分别采用的是燕尾导轨和矩形导轨，皆属于滑动导轨类型，由于长期的运动摩擦和集中受力，会出现磨损和变形的情况，在改造前需对导轨的形状精度即直线度进行检测，若发现上述问题，需对基准导轨面进行重磨和硬化处理。

3.1.2 移动导轨面的刮削

刮削的目的一方面是提高导轨的导向精度。导轨的水平方向起支撑作用，刮削导轨的水平面，可调整工作台的移动平面度，使工作台面在移动过程中保持在一个水平面上，保证平面加工的精度。刮削导轨的导向面，能够调整X、Y轴间的垂直度。

另一方面是提高导轨的接触精度，通过刮削的途径将接触度从原来的25×25mm内6～8点提高到25×25mm内11～12点，这样的好处一是能提高接触均匀度，能提高导轨的接触刚度和运动平稳性；二是刮点间隙能有存油的作用，使润滑油均匀分布在导轨接触面间，改善摩擦条件。

3.2 进给传动系统的改造

3.2.1 X轴、Y轴丝杠的更换安装

机床X、Y 两轴原有的传动零件为滑动丝杠，摩擦系数较大，而且没有间隙调整结构，正反向传动的间隙大。将滑动丝杠替换成滚珠丝杠螺母副，能使进给传动的摩擦性能得到较大的改善，摩擦系数大大减小，传动的效率能提高到90%～96%；采取预紧措施后能很好的消除间隙，能够提高传动的刚度，满足数控的自适应要求。

丝杠的安装以导轨为基准，必须保证丝杠轴心线与导轨的平行度。否则，若丝杠轴心与导轨不平行，螺母在移动过程中会迫使丝杠轴线逼近理想位置，使丝杠产生弯曲变形，丝杠对两端产生倾覆力矩。当螺母运行到丝杠两端时，在倾覆力的作用下相互挤压，磨损加剧，严重时会产生沟痕，引起振动，产生导程误差。所以，丝杠装配完成后需要空手盘动丝杠，保证丝杠在传动全程轻便。

3.2.2 丝杠的预紧

根据机床原有的结构特点，本方案为各轴配置了不同预紧类型的滚珠丝杠。X轴方向采用的是双螺母螺纹调隙式预紧，见图1，左右两螺母用平键与外套6相连，其中螺母4外伸部分有螺纹。调整时拧动圆螺母1、2使4沿轴向移动一定距离，消除间隙后用圆螺母锁紧。Y向丝杠采用的是双螺母垫片调隙式预紧，通过双螺母间的垫片使螺母产生轴向位移，产生预紧作用，其预紧力调整由丝杠生产厂家完成。

3.2.3 丝杠的支承结构

X轴丝杠的支承采用一端固定，一端浮动的结构，见图2。紧固端由一对接触角为60度角接触球轴承按背对背方式组合，可承受径向力和双向的轴向力。两轴承的外圈由压盖5沿轴向压紧在支座8的内侧端面上，实现轴承与支座的轴向定位。轴承的内圈由压盖4和垫圈9压紧，实现与丝杠的固定。在轴承间有外圈隔环6，以使两轴承内圈内侧悬空产生预紧量，其预紧力由预圆螺母2施加。丝杠的右端用两个深沟球轴承支撑，主要承受径向力，轴向能作微量浮动。安装后丝杠的跳动和窜动量不可超过0.02mm，否则需对固定端的预紧量进行调整。Y轴的传动距离约为200mm，由于传动距离短，所以采用一端固定一端自由的方式，固定端采用了角接触球轴承背对背的配置结构，与X轴固定端相似。

3.2.4 进给传动结构

各轴进给都采同步齿轮带传动，带轮和传动带有相互配合的齿形，能实现啮合，不会出现打滑现象，传动比准确，传动效率高。带轮与丝杠和电机间采用涨紧套连接，能克服键连接侧向间隙所产生的影响。

3.3 主轴箱的改造

由于铣床主轴头内部空间狭小，无法布置安装丝杠、丝杠支承及电机等零部件，所以通过加装进给传动箱实现丝杠零件的安装，见图3。首先需要在铣头正面铣出平面，用以安装传动箱，并通过刮削保证该面与丝杠箱背面的贴合度，防止丝杠箱的松动影响传动的精度和稳定性。Z轴方向保留主轴套筒的导向结构，套筒15在铣头16的导向孔内上下运动实现导向，Z轴与工作台面的垂直度通过铣头原有蜗杆蜗轮机构调整。套筒与丝杠螺母间通过丝母座连接，需先在套筒上开出安装槽、螺孔和定位销孔。传动箱中轴承孔与丝母座孔的同轴度通过刮削丝母座与套筒安装槽的接触面来调整。

Z轴丝杠用一对角接触球轴承支撑，分别安装在丝杠两端，采用面对面安装，以获得适当的作用点距离。下端轴承安装在轴承座9中，轴承座安装在传动箱底部，可通过均匀分布在圆周上的基米螺钉调整方向，实现轴承与丝杠的同轴度和预紧力微调。轴承的预紧力通过调整内圈隔环8的厚度实现。

4 改造的效果

经过机械改造后，各项精度指标基本达到经济型数控机床的水平。导向精度方面，各轴移动的直线度达到0.015/500mm，各轴间的垂直度达到0.020/300mm，工作台移动相对工作台面的平行度在任意300mm测量长度上小于0.025mm，主轴旋转轴线相对工作台面的垂直度，在纵向及横向都达到0.025/300。传动精度方面，直线运动轴线的定位精度达到0.030mm，各运动轴的重复定位精度达到0.020mm，各轴反向定位精度达到0.025

mm。

5 推广前景

数控机床的机械制造中很好地解决了机械制造中结构复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，数控机床的大量使用，为我国机械制造整体水平的提高提供了广阔的空间。但由于数控机床的前期投资大，使许多中小型企业和职业院校难以承受，这成为了数控机床推广发展的最大障碍。普通机床的数控化改造投入低、周期短，是企业实现前期技术提升的有效途径。

参考文献：

[1]熊军.数控机床原理与结构[M].人民邮电出版社，2013.

[2]苏慧袆.机械装配修理与实训[M].山东科学技术出版社，2007.

[3]孙宝寿.机床改造中影响机床性能的因素分析[J].机械设计与制造，2004.

作者简介：

朱沛欣（1983-），男，广东佛冈人，助理讲师，工学学士，现工作于广州市高级技工学校，主要从事数控机床结构、数控机床装调维修、数控加工编程等方面的教学和研究。endprint

摘要：本文主要介绍了针对6325A悬臂铣床数控化改造的机械改造方法。提出了一套能提高机床机械系统传动刚度、效率和自适应能力，降低传动惯量，能够满足数字控制的机械改造方法。

关键词：数控化改造 机械改造 导轨的改造 进给传动改造

1 概述

为了解决数控编程加工实操工位不足的问题，学校对一批南通机床厂生产的X6325A型悬臂铣床进行了数控化改造。该铣床是一种立式悬臂铣床，可用于铣、钻、扩、铰等工序的加工，其进给传动装置主要有梯形螺杆、齿轮、齿条等，由于传动环节多，传动零件的间隙大，其传动刚度、加工精度受到较大限制，自适应能力较差，其加工的吃刀量、进给速度和反向间隙的调整主要由操作工人根据经验进行实时调整，加工效率较低。所以，要实现该机床的数控化控制，除了要配以数控装置外，还必须先对机床的机械部分进行改造。

2 机床的改造方案

受机床改造成本及机床原有结构的限制，不可能对机床的床身结构作太大的改变，所以改造方案是在保持机床原有的结构上，根据数字控制的性能要求，提高基础部件的机械性能，更换无法实现数控自适应要求的零件，并安装相匹配伺服系统和数控装置，方案内容：

①保留机床原有的主传动系统，其主轴变速和转向机构不变。

②改善工作台导轨导向精度，提高导轨的摩擦性能和接触精度。

③拆除工作台X、Y轴原有进给系统，将滑动丝杠更换成滚珠丝杠从而改进传动摩擦特性，提高传动效率，同时更换丝杠的支撑零件，保证丝杠的稳定性，减小传动间隙。

④拆除主轴头上原有的Z向进给系统，加装Z向传动箱和滚珠丝杠。

3 改造的关键技术

3.1 导轨部件的改造

3.1.1 基准导轨面的修整

6325A机床X轴和Y轴方向分别采用的是燕尾导轨和矩形导轨，皆属于滑动导轨类型，由于长期的运动摩擦和集中受力，会出现磨损和变形的情况，在改造前需对导轨的形状精度即直线度进行检测，若发现上述问题，需对基准导轨面进行重磨和硬化处理。

3.1.2 移动导轨面的刮削

刮削的目的一方面是提高导轨的导向精度。导轨的水平方向起支撑作用，刮削导轨的水平面，可调整工作台的移动平面度，使工作台面在移动过程中保持在一个水平面上，保证平面加工的精度。刮削导轨的导向面，能够调整X、Y轴间的垂直度。

另一方面是提高导轨的接触精度，通过刮削的途径将接触度从原来的25×25mm内6～8点提高到25×25mm内11～12点，这样的好处一是能提高接触均匀度，能提高导轨的接触刚度和运动平稳性；二是刮点间隙能有存油的作用，使润滑油均匀分布在导轨接触面间，改善摩擦条件。

3.2 进给传动系统的改造

3.2.1 X轴、Y轴丝杠的更换安装

机床X、Y 两轴原有的传动零件为滑动丝杠，摩擦系数较大，而且没有间隙调整结构，正反向传动的间隙大。将滑动丝杠替换成滚珠丝杠螺母副，能使进给传动的摩擦性能得到较大的改善，摩擦系数大大减小，传动的效率能提高到90%～96%；采取预紧措施后能很好的消除间隙，能够提高传动的刚度，满足数控的自适应要求。

丝杠的安装以导轨为基准，必须保证丝杠轴心线与导轨的平行度。否则，若丝杠轴心与导轨不平行，螺母在移动过程中会迫使丝杠轴线逼近理想位置，使丝杠产生弯曲变形，丝杠对两端产生倾覆力矩。当螺母运行到丝杠两端时，在倾覆力的作用下相互挤压，磨损加剧，严重时会产生沟痕，引起振动，产生导程误差。所以，丝杠装配完成后需要空手盘动丝杠，保证丝杠在传动全程轻便。

3.2.2 丝杠的预紧

根据机床原有的结构特点，本方案为各轴配置了不同预紧类型的滚珠丝杠。X轴方向采用的是双螺母螺纹调隙式预紧，见图1，左右两螺母用平键与外套6相连，其中螺母4外伸部分有螺纹。调整时拧动圆螺母1、2使4沿轴向移动一定距离，消除间隙后用圆螺母锁紧。Y向丝杠采用的是双螺母垫片调隙式预紧，通过双螺母间的垫片使螺母产生轴向位移，产生预紧作用，其预紧力调整由丝杠生产厂家完成。

3.2.3 丝杠的支承结构

X轴丝杠的支承采用一端固定，一端浮动的结构，见图2。紧固端由一对接触角为60度角接触球轴承按背对背方式组合，可承受径向力和双向的轴向力。两轴承的外圈由压盖5沿轴向压紧在支座8的内侧端面上，实现轴承与支座的轴向定位。轴承的内圈由压盖4和垫圈9压紧，实现与丝杠的固定。在轴承间有外圈隔环6，以使两轴承内圈内侧悬空产生预紧量，其预紧力由预圆螺母2施加。丝杠的右端用两个深沟球轴承支撑，主要承受径向力，轴向能作微量浮动。安装后丝杠的跳动和窜动量不可超过0.02mm，否则需对固定端的预紧量进行调整。Y轴的传动距离约为200mm，由于传动距离短，所以采用一端固定一端自由的方式，固定端采用了角接触球轴承背对背的配置结构，与X轴固定端相似。

3.2.4 进给传动结构

各轴进给都采同步齿轮带传动，带轮和传动带有相互配合的齿形，能实现啮合，不会出现打滑现象，传动比准确，传动效率高。带轮与丝杠和电机间采用涨紧套连接，能克服键连接侧向间隙所产生的影响。

3.3 主轴箱的改造

由于铣床主轴头内部空间狭小，无法布置安装丝杠、丝杠支承及电机等零部件，所以通过加装进给传动箱实现丝杠零件的安装，见图3。首先需要在铣头正面铣出平面，用以安装传动箱，并通过刮削保证该面与丝杠箱背面的贴合度，防止丝杠箱的松动影响传动的精度和稳定性。Z轴方向保留主轴套筒的导向结构，套筒15在铣头16的导向孔内上下运动实现导向，Z轴与工作台面的垂直度通过铣头原有蜗杆蜗轮机构调整。套筒与丝杠螺母间通过丝母座连接，需先在套筒上开出安装槽、螺孔和定位销孔。传动箱中轴承孔与丝母座孔的同轴度通过刮削丝母座与套筒安装槽的接触面来调整。

Z轴丝杠用一对角接触球轴承支撑，分别安装在丝杠两端，采用面对面安装，以获得适当的作用点距离。下端轴承安装在轴承座9中，轴承座安装在传动箱底部，可通过均匀分布在圆周上的基米螺钉调整方向，实现轴承与丝杠的同轴度和预紧力微调。轴承的预紧力通过调整内圈隔环8的厚度实现。

4 改造的效果

经过机械改造后，各项精度指标基本达到经济型数控机床的水平。导向精度方面，各轴移动的直线度达到0.015/500mm，各轴间的垂直度达到0.020/300mm，工作台移动相对工作台面的平行度在任意300mm测量长度上小于0.025mm，主轴旋转轴线相对工作台面的垂直度，在纵向及横向都达到0.025/300。传动精度方面，直线运动轴线的定位精度达到0.030mm，各运动轴的重复定位精度达到0.020mm，各轴反向定位精度达到0.025

mm。

5 推广前景

数控机床的机械制造中很好地解决了机械制造中结构复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，数控机床的大量使用，为我国机械制造整体水平的提高提供了广阔的空间。但由于数控机床的前期投资大，使许多中小型企业和职业院校难以承受，这成为了数控机床推广发展的最大障碍。普通机床的数控化改造投入低、周期短，是企业实现前期技术提升的有效途径。

参考文献：

[1]熊军.数控机床原理与结构[M].人民邮电出版社，2013.

[2]苏慧袆.机械装配修理与实训[M].山东科学技术出版社，2007.

[3]孙宝寿.机床改造中影响机床性能的因素分析[J].机械设计与制造，2004.

作者简介：

普通机床数控化改造技术浅谈 篇7

1 数控技术概述

在普通机床数控化改造技术中, 必须要提前将工程施工工艺的重点、原理以及环境进行综合考虑, 结合这些内容合理、科学的设置数控编程方式, 制定科学、严谨的改造方案。同时, 在工作中必须要注意些方方面面的问题, 一旦这些问题考虑不周, 必然会让加工产品质量出现问题, 甚至连最简单的表面精度都无法得到控制。但在具体的机床数控化改造中, 我们不仅需要重视加工工艺精确度的控制, 还要考虑每一个加工细节, 同时更是要深入的了解数控技术的内涵同特点, 从根本上杜绝各种数控机床技术问题的出现。

1.1 数控技术内涵

所谓的数控技术主要指的是在机床加工、生产过程中通过数字信息来对整个加工流程、加工内容进行全过程、全方位的现代化控制, 从而提高机械设备的加工效率以及生产管理的自动化程度, 这也是实现机械加工智能化、现代化和综合化的重要依据。目前的数控加工技术应用中主要包含了:传感检测技术、光电子技术、网络通信技术以及机械自动化加工技术等, 但不管是针对哪一种加工内容, 都必须提前预编程序, 然后采用合理、科学的程序对设备发出指令, 然后给予控制。

1.2 数控技术原理

数控技术自身通常都是以计算机操作系统为基础的, 并且将多个子系统、单元和模块同机床连接起来, 从而让机床的操作变得更加科学, 且实现无人管理、远程操纵的机床运行模式。除此之外, 在普通机床数控技术改造工作中还要确保数控化系统中编制的各种程序都能发挥相应作用, 最大限度的降低误差、控制好每一个零件之间的精确位置, 特别是控制道具以及工件的速度, 让整个刀具和工件在生产中都能按照程序给出的轨迹进行。数控机床改造的本质便是计算机系统, 因此在任何一个控制过程中我们都不能忽视计算机信号、程序的重要性, 都需要将计算机处理器对数据信息的运算、分析能力作为重点, 科学维持各运作部件的有序进行, 也只有做好这方方面面的工作, 才能让没想数据都发挥正常、科学的功能, 最终实现精密加工的目的。

2 数控技术在普通机床改造中的具体应用

数控机床已成为当今机械生产加工领域的常见内容, 它也是未来机械加工产业发展的主导方向, 要想更好的实现这一方面的内容, 就必须要将每一个环节的内容都做到详细控制, 同时尽可能的减少中转环节、降低加工工序, 将每一个加工设备和加工产业的工件数量都控制在一定范围内, 这样的加工处理方法能有效的保证数控机床的加工进度, 否则机械加工生产也就没有多大的实际意义了。就当今普通机床数控改造技术的具体利用进行分析, 主要可以分为以下几个方面。

2.1 机床设备高在的应用

在机械加工领域发展过程中, 机床设备控制技术是一项非常重要的技术, 对于机械加工业的发展起着重要作用, 是现代机电一体化的重要组成部分, 在很大程度上提高了机床的生产效率。数控计算机发出的控制指令, 通过控制机床中心系统作用于机床并执行如冷却泵的起停等各种顺序动作指令, 从而使得机床能够按所编的程序自动加工出相应的零件。

2.2 在工业中的应用

工业生产领域中, 数控技术在很大程度上用于工业机械设备的生产线, 并且以计算机为实现方式, 通过计算机进行程序的编写和程序代码的编写输入等, 从而保证了加工零部件的加工程序的顺利进行, 数控技术在工业领域的应用主要在于以机械化的作业方式代替了人工进行相关程序的操作, 完成难以完成甚至不可能完成的工作任务和程序。

2.3 在机械加工系统当中的应用

随着机械加工技术和加工工艺的持续发展和研究, 机械加工设备及其加工的控制系统也在相关技术的发展之下得到了持续的发展和升级, 数控技术机械设备机壳的毛坯制造。由于相应的机械加工设备控制系统也在不断更新变化, 使得各种机壳的毛坯制造商开始积极引进先进焊件。

3 普通机床数控化技术改造意义

随着社会经济的进一步发展, 社会对各种机械加工零件的精度、质量和效率提出了更高要求, 而数控机床由于本身加工精度高、生产率高的特点在整个世界制造业被广泛的应用, 有效保证了产品质量, 我们可以预计它在未来社会发展中必然会趋于普及。在当今工业生产中, 不管是购置新的数控机械还是对原有机床进行数控技术改造, 说到底都是为了提高机床生产效率、保证产品质量开展的。面对这种情况, 更多的企业未来降低采购成本和提高经济效益, 都采用对传统机床进行数控化技术改造来提高产品质量, 这种方法的应用有效的节约了企业资金, 也为企业更好的发展做出了积极贡献。

3.1 机床数控化改造与更新的性价比分析

旧机床在数控化改造前, 应调查市场上同性能的数控机床的价格。对二者价格进行对比的同时还应考虑供货时间。对于价格不高的小型数控车、铣床, 建议更新购置新机床, 不进行旧机床改造。对于大型、价格较高的机床进行数控改造是较佳地选择, 不仅可以节省较多资金, 还可以缩短购置时间。

3.2 提高数控机床的自动化程度

数控技术的机械化加工过程中, 逐渐提高数控技术的自动化程度, 是数控技术的发展趋势, 减少加工所需要的时间, 通过柔性制造单元, 以及柔性生产线和复合的加工等数控加工技术, 从而有效提高了加工零件在实际的生产过程中的连续性以及自动化, 有效缩短了加工过程中的辅助时间, 提高了加工的效率。

4 结论

机床数控化的改造技术已经在各个行业中得到了极为广泛的利用, 我企业生产带来了更高的效率和更多的产品利润, 但是我们不能止步不前, 我们需要不断研究机床数控化技术, 将其中的缺点全部弥补, 使得这项技术能够不断的完善, 并且为工业生产带来更高的效益, 为我国的工业技术进步做出了巨大的贡献。

摘要：近年来, 数控机床在我国机械加工生产领域已经趋于普及, 究其原因主要因为它本身加工精度高、生产效率高等优势突出, 有效的保证了产品的生产质量和产量, 也为我国机械产业的现代化、智能化发展做出了积极贡献。本文从数控加工技术的概念和原理入手, 简单阐述了其数控化改造技术的应用要点, 以供同行工作参考。

关键词：机床,数控技术,改造,研究,机械加工

参考文献

[1]辛长德.数控技术在机械制造中应用及发展[J].科技创新与应用, 2012 (8) .

[2]刘莉.浅谈机械制造中数控技术的应用及发展[J].科技创新与应用, 2012 (13) .

普通机床数控化改造技术问题研究 篇8

我国企业现有金属切削机床378万台, 其中92%为普通机床。与制造技术领先的数控机床相比, 劳动生产率低、加工质量不稳定、劳动强度大已经成为影响企业经济效益提高的主要障碍之一。我国旧机床数控化改造市场潜力很大, 但国内企业对机床数控化改造技术问题研究还很不成熟, 本人结合数控改造工作实践再做探讨。

1 普通机床数控化改造应具备的条件

并不是所有的普通机床都适合于改装成数控机床, 衡量是否适合的主要标准是产品加工的适用性、机床现有状况、以及数控改造的经济性。

1.1 产品加工的适用性

一般来说, 数控机床在大批量复杂机械零件的精加工中才会表现出其巨大的生产力价值。航空工业、军工企业、汽车和机车配件制造业等行业更有助于产品加工质量的提高;车床、铣床数控化改造更有助于劳动生产率的提高;轴类曲线轮廓零件、平面非规则零件、特型零件的数控应用会完成普通机床难以完成或无法完成的机械加工。各企业在旧机床数控化改造前首先要研究其主导产品的加工适用性。

1.2 机床现有状况

普通机床数控改造时将保留原有床身结构不变, 所以要求机座、导轨等部件状况基本完好。数控机床属于高精度机床, 工件的移动或刀具移动的位置精度要求很高, 一般在0.001~0.005mm之内, 高的定位精度和运动精度要求机床基础件具有很高的进给刚度和运动刚度, 基础件不稳定, 受力后容易变形的机床都不适于改造。

1.3 数控改造的经济性

普通机床数控改造一般分为两部分进行:一是维修机械部分, 更换或修理已磨损的零件, 调试大型基础零件, 恢复或提高机床的精度和性能, 必要时增加一些新的功能;另一方面是应用新的数控系统来代替原有系统。改造的费用也是由此两部分组成, 机械部分改造费用与原有零部件利用率多少有关, 数控系统的价格方面进口系统和国产系统差异很大, 选用Siemens、Fanuc还是广州数控、华中数控系统, 要根据企业具体情况决定。若机床数控改造的费用仅为同类规格设备价格的30%以下, 则该机床数控改造在经济上才合算。由于各类机床技术成熟差异较大, 从经济效果考虑, 车床、铣床及专用机床最适于数控改造。本文以数控车床为例进行改造技术探讨。

2 普通车床数控化改造实践

不同机床数控改造的项目及技术要求差别较大, 同类机床由于改造的精度要求不同也存在差异, 普通车床数控化改造技术是机床数控化改造中最基本、也是较为简单的一种, 主要体现为改造项目少、原理直观易懂、效果明显、易于实施。在参与普通车床的经济型数控改造实践基础上, 现对数控化改造实践中的几个基本问题做简单介绍。

2.1 数字控制系统配置

进口数控系统有日本Fanuc系统、德国Siemens系统、美国MCS-8051系统等, 国产数控系统主要有华中数控系统、广州数控系统等。这些数控系统均具有直线插补、圆弧插补、车公/英制螺纹、刀具补偿、间隙补偿、刀具自动转位等功能, 性能稳定、价钱适中。操作面板简单直观, 主要有启动键、暂停键、单段/连续开关、连续进给键、急停键、键盘、显示屏等。不但控制弱电, 对主轴变速、刀架转位、主轴启停与换向及其它一些辅助性动作也能通过指令控制。

2.2 滚珠丝杠螺母副改造

普通车床的进给丝杠都是滑动丝杠, 即丝杠与螺母之间的磨擦为滑动磨擦。为了更好的消除丝杠与螺母之间的转动间隙, 保证机床的加工精度, 需要将原机床的滑动丝杠螺母副改换成滚珠丝杠螺母副。此项改造不属于必改项, 对机床精度要求不高时可以通过预紧原螺母的方法消除转动间隙。

2.3 步进电机选用

车床进给传动部分改造一般是拆除原机床的机械传动机构, 用步进电机经齿轮或同步带机构, 减速驱动丝杠, 带动刀架纵向或横向移动。纵向步进电机固定在床身上, 横向步进电机固定在床鞍上。

2.4 减速驱动机构

机床改造中在步进电机和丝杠传动副之间装有减速机构, 其主要目的是为了得到所需的脉冲当量和增大驱动力矩, 一般采用齿轮传动机构或同步带传动机构。此项改造不属于必改项, 在步进电机的转矩足够大, 且结构许可的情况下, 也可以不用减速驱动机构, 由步进电机直接与丝杠副相连。

2.5 自动刀架安装

刀架改造是数控改造的重要内容, 即将原普通车床的手动转位刀架替换成自动转位刀架。卧式车床自动转位刀架最常见的型式是螺旋型四转位刀架, 拆除小拖板后将刀架调整好高度安装在中拖板上, 由数控系统直接控制, 效率高, 工艺性能可靠。

2.6 光电编码器

加工螺纹时为了保证步进电机进给与主轴的旋转相配合, 切削出固定螺距、固定起点、多头螺纹等量分度的螺纹, 通常在主轴尾部安装增量式光电编码器。切制螺纹时, 编码器与主轴同步旋转, 同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号, 控制刀架纵向移动。

2.7 导轨改造

普通车床均为滑动导轨, 这种导轨的缺点是静摩擦系数大, 低速时易产生爬行现象, 影响运动平稳性和定位精度。为了克服这一缺点, 数控改造时一种是将原导轨贴塑, 使其成为贴塑导轨;一种是将原滑动导轨换成滚动导轨。当机床精度要求不高时一般不做导轨改造, 以降低数控改造成本。

2.8 主轴变速机构

主轴变速改造一般采用交流异步电动机变频调速系统, 由CNC控制变频器、变频器驱动交流异步电动机, 实现自动无级变速。在自动化程度要求不高的情况下, 机床主轴变速部分可不做改动, 仍采用原手动变速机构, 这样可大大降低改造成本。

3 普通机床数控化改造的主要环节

普通机床数控化改造主要从主传动部分、进给传动部分、数控系统三个环节进行方案制定和改造实施。

3.1 主传动改造

主轴部件直接带动工件或刀具参加切削运动, 它除承受本身重量外, 还需承接较大的切削载荷, 主轴本身的刚性和旋转精度以及支撑的刚性都将直接影响零件的加工精度, 因此主轴部分的数控改造, 首先应保证本身的刚性以及修复和提高本身的旋转精度。

对于中、小型机床主传动多数采用普通交流电机, 其变速通过主轴箱, 获得不同速度, 满足加工要求, 由于机械档数一般较多, 使变速箱结构复杂, 体积庞大, 对于零件加工精度会产生不良影响。但由于中、小型机床, 本身价格较低, 如果将其主传动改为交流变速, 其费用太高, 因此, 在一般情况下, 仍保持此部分不变。主传动改造除变速箱外, 还需考虑轴承, 导轨等。由于普通机床主轴支撑多是滚动轴承或滑动轴承, 改造时, 对于小型机床多选用高精度轴承来替换原轴承;对大、中型机床可改用静压轴承。

3.2 进给传动的改造

进给传动是保证刀具或进给机械作精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动, 如直线、斜线、圆弧等。加工出符合要求的零部件, 对进给传动的要求一般为:高精度, 即高的定位精度和重复定位精度以及加工零件的综合精度;高品质, 即响应快, 频带宽, 动静态速降小, 调速范围宽;高速度, 即能快速定位, 以提高效率;大功率, 即能输出大的力矩和功率, 以满足加工要求。

进给传动机械部分改造主要是提高运动部件的灵活性, 减小或消除传动间隙, 特别是减小反向间隙, 通常改造部件为导轨副、进给箱和横向及纵向进给部件等。普通机床导轨多采用滑动导轨, 由于其摩擦系数随速度变化而变化, 摩擦损失大, 在低速时易出现爬行现象, 直接影响运动部件的定位精度。因此在改造时可以将滑动导轨改为滚动导轨或静压导轨, 或者导轨采用粘接软带。前者改造工作量大, 改造费用较多, 后者改造工作量小, 周期短, 费用少。

普通机床进给箱多为齿轮结构, 随着进给运动变换级数的增多, 不仅进给箱结构复杂, 而且反向间隙增大, 降低了反向精度, 因此进行数控化改造时, 往往是取消原进给箱, 或换成仅一级减速的进给箱, 而且用无键连接。机床进给传动链中, 需将旋转运动变成直线运动, 普通机床常采用普通丝杠虽有许多优点, 但其摩擦阻力大, 传动效率低 (η=0.20~0.40) , 动静摩擦系数相差大, 在低速时容易出现爬行, 而数控机床要求进给部分的移动元件灵敏度好, 精度高, 反应快, 无爬行。采用滚珠丝杠副可能满足要求, 滚珠丝杠副的特点为:传动效率高 (η=0.92~0.96) , 摩擦损失小, 使用寿命长;滚动丝杠副属滚动摩擦, 摩擦阻力小, 动、静摩擦系数非常接近, 故运动平稳, 无爬行, 传动精度高;滚珠丝杠副经预紧后, 可消除螺纹间隙, 反向时没有空程死区, 反向定位精度高。

3.3 电气部分改造

机床的电气部分改造主要为主轴与进给部分控制, 对于中、小机床, 主轴保持原有系统, 则电气部分改造集中对进给控制部分改造, 数控系统主要任务是实现进给传动控制。此部分任务是确定控制方式、选择伺服系统和测量元件。

数控系统控制方式基本上可以分为开环、闭环、半闭环三种方式。机床数控化改造选择哪种方式, 需根据具体情况决定。一般小型机床或精度要求较低的机床, 多采用开环控制方式, 大、中型机床多采用半闭环控制方式。在机床数控化改造中, 小型机床多采用步进电机驱动系统, 这种系统价格低、结构简单, 但控制精度和速度低。在大、中型机床则多采用交流伺服系统, 如HSV——11D交流永磁同步伺服驱动与伺服电机, 根据企业的改造要求也可采用国内外各类模拟式伺服系统。位置测量元件是数控系统中的一部分, 用来测量运动部件按指令值移动的位移量, 并将其反馈给数控系统。目前, 在数控机床中最广泛使用的为旋转型测量元件, 其中光电脉冲编码器和旋转变码器得到广泛的应用。采用哪一种位置测量元件, 与所选用数控系统有关。

4 结束语

机床在数控化改造中, 应根据机床类型、大小、加工对象、精度要求等因素从上述三个方面综合考虑, 以满足机床改造后的性能要求, 不能盲目追求高精度, 高性能, 以免造成不必要的浪费, 增加改造的难度。数控化改造是综合性很强的一门技术, 需要应用全面的机电一体化知识, 本文所做研究难免浅薄, 不尽之处愿与数控同行交流以期共同提高。

摘要：数控技术的广泛应用是21世纪世界工业的主要特征之一。工厂企业数控技术应用有两个基本途径:一是购买整机数控机床, 二是将现有普通机床改造为数控机床。我国由制造大国向制造强国跨越过程中, 首先应掌握低成本的数控化改造技术。本文就机床数控化改造问题做实践性技术分析研究。

关键词：数控改造,条件,实践,环节

参考文献

[1]周延佑.世界数控系统的发展与机床数控化改造[J].中国机电日报, 2003.3.16.

[2]丁树模.机械工学[M].北京:机械工业出版社, 2004.5.

[3]傅建中.数控技术[M].杭州:浙江大学出版社, 2007.7.

[4]曹仁涛.数控技术应用[M].兰州:兰州交通大学出版社, 2008.2.

谈机床的数控化改造 篇9

1 伺服系统的选择

伺服系统是数控机床的重要组成部分, 它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节, 又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如, 数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在普通机床的数控化改造中, 一般选用价格较低的开环控制系统。该系统的执行元件———伺服电机, 通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。

步进电机是采用脉冲数字信号进行控制的, 每转一转步距误差自动变为零, 易于控制, 价格最低。其选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是:先计算电机的步距角, 其次确定其步距精度, 然后再对它的转矩进行选择, 最后选定步进电机驱动器。

永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中, 它容量大, 结构简单, 运行可靠, 效率高, 但启动特性欠佳。其选择方法是:先确定电机的额定转速, 其次选择其负载惯量, 然后再确定它的额定转矩, 进行电机预选, 最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算确定预选电机是否符合要求。

2 数控系统的选择

数控系统是数控机床的中枢, 是其中最关键的环节。目前, 市场上数控系统的类型较多, 选择时要保证能购得最适合的系统, 就必须要充分考虑改造中各方面的因素。

首先, 要考虑被改造机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统, 以使数控系统所具有的功能要与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因偏面追求数控系统的高性能指标, 而选择了功能远远多于改造机床功能的系统, 造成功能过剩、资金浪费, 且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求, 不要出现一些因必须的系统功能短缺, 影响其它功能的使用, 使机床的优良性能发挥不出来。

其次, 要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等, 国内公司主要有中华数控、中国珠峰、北京航天等。目前, 进口系统的性能尚优于国产系统, 但价格也较高, 因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单, 性能较稳定, 价格便宜, 对一般车床、铣床已能可靠使用, 且近几年国产系统也有长足进步, 与世界先进技术的差距越来越小。第三, 要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂, 在连接各部件时, 就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此, 选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。

另外, 在资金允许的条件下, 尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格, 制造工艺更规范可靠, 性能稳定, 能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障, 也有利于维修。

3 机床机械部件的改造

数控机床的机械部分在刚度、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。因此, 不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了机床数控改造的目的。而是应该从机床自身的价值考虑, 分析改造要达到的目标和所需投入。从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值。对被改造机床的结构、性能、精度等技术现状作全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否符合改造要求, 部件结构是否仍然完好, 各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用, 各项精度是否满足要求, 机床在加工中是否存在故障和历史上有无出现过重大故障。从该机床的投入产出率估算, 确定最终改造方案。

3.1 主传动系统的改造

在对主传动系统进行改造时, 一般应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构, 只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制改变为由数控系统控制。当然, 如果为了扩大变速范围, 实现加工过程中的自动变速, 也可以将原来的单速电机更换为多速电机, 这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的, 所以电机功率要大, 且还要增加一套电机变速系统, 改装比较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时, 最好不要用这种方法。另外, 为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系, 要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时, 在主轴箱内装主轴脉冲编码器, 以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。

3.2 进给传动系统的改造

在对进给传动系统进行改造时, 一般都应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改由各自独立的功率步进电机, 经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接, 分别实现各坐标方向的运动, 进行各坐标的控制。例如普通机床的简易化数控改装, 通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断, 且将溜板箱拆除, 直接把齿轮减速箱和功率步进电机安装在纵向丝杠的右端和横向丝杠的外端。

在对机床进给传动系统改装的同时, 也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。具体如下:

丝杠。丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置。改造时, 为了满足数控机床上较高精度零件的加工要求, 应该用滚珠丝杠螺母副替换原普通机床上的梯形丝杠螺母副。滚珠丝杠螺母副把传动丝杠与螺母之间的滑动摩擦变为了滚动摩擦, 使摩擦损失减小, 精度保持性、传动平稳性、传动效率等都得以提高。其传动效率可达到92%~98%, 是普通丝杠螺母副的3~4倍。

拖板。拖板是数控系统直接控制的对象。不论是点位控制、直线控制, 还是轮廓控制, 被加工零件的最终坐标精度都将受到拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。除拖板及相配件精度要高外, 由驱动电机到丝杠间的传动齿轮也要采用间隙消除结构。以满足传动精度和灵敏度的要求。常用的消隙方法有刚度调整法和柔性调整法两种。刚性调整法传动刚度较好, 结构简单, 但调整起来很费时;柔性调整法, 一般用弹簧弹力自动消除齿侧间隙, 传动刚度较低, 传动平稳性差, 结构复杂。改造中, 可根据机床加工目标选用。具体选用可参考有关资料。

机床导轨。为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性, 应充分考虑机床导轨的耐磨性。当前国内普通机床床身等大件多采用普通铸铁, 其摩擦系数较大。改造中, 在对达不到预定要求的原机床导轨进行修磨、刮研后, 要在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带。

4 刀架的改造

刀架是否需要进行改造, 要根据改造后机床主要加工对象来确定。若采用一把刀即可完成本机床上的加工, 就没有必要对刀架进行改造。若需采用多把刀, 如普通车床改装后需要三、四把刀才能完成全部车工工序, 就必须对刀架部件进行改造。即拆掉原手动刀架, 装上电气或液压驱动, 由数控装置控制的自动刀架。

机床的数控化改造要考虑的因素很多。除了上面提到的主要内容外, 由于机床控制方式的改变, 还要对其进行电气部分的重新设计, 机械部分的大修和专项修理, 解决调试、安装等多方面存在的问题。总之, 在改造过程中, 一定要全面综合地考虑问题。只有这样才能改造出性能价格比最优的机床。

摘要：从中、小企业设备的实际情况出发, 对在普通机床的数控化改造中, 如何对数控系统、伺服系统进行选择, 如何对其机械部分进行改造等问题进行了介绍。

关键词：普通机床,数控化,数控机床,改造

参考文献

[1]李铁尧.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社, 1989.

[2]罗永顺.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压, 2005, (6) :193-195.

[3]吴孜越.C620普通车床的数控化改造[J].机床与液压, 2005, (8) :211-213.

机床的数控化电气改造设计 篇10

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, 在数控机床电气控制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。本文对我院的机床数控化改造进行归纳总结和分析, 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, 为机床改造的电气控制设计提供依据。

2. 数控机床控制系统设计

数控系统一般由微机系统、通信设备、输入/输出设备、可编程控制器、主轴驱动、进给驱动及位置检测器等组成, 相互之间的联系如图1所示。

2.1 伺服及I/O单元

根据该机床的结构特点, 决定三轴均可选用FAN UC交流伺服电机βi系列, 型号为β12/3000is。该电机具有输出扭矩大、动态响应快和定位精度高等特点, 完全满足本机的精度要求。主要性能指标如下:

额定转速:3000r/min

额定输出功率:1.8kw

编码器:绝对位置检测方式, 分辨率130000p/rev

伺服放大器采用于电机配套的Beta i系列。

I/O设备选用集电极输出型的基本I/O单元HR341, 主要用于机床操作面板及与机床间的输入输出控制。另外附加一个远程I/ODX110, 主要用于教学功能的“故障模拟设置”的输入输出。伺服及I/O单元连接原理图如图2所示。

2.2 主轴控制

主轴电机采用交流变频控制电机, 型号为A06B-0854-B1006α, 额定功率为5.5KW, 最高转速8000rpm, 由变频器进行控制。模拟量由基本I/O单元的A0端口输出0-10V的直流电压, 变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。由于模拟主轴电机没有编码器, 因此在发出转速命令后, 系统无法检测到主轴是否运行。为解决这一问题, 我们利用变频器上的功能端子, 将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态, 并通过PLC检测此信号, 从而实现对电机的运转进行监控。

3. 加工精度的控制

3.1 机械精度的补偿

对旧机床改造, 除系统升级外, 改造者面临的另一关键问题就是机械精度问题。机械精度恢复的如何, 直接关系到改造的整体效果。而一般机床经多年使用后, 由于使用条件和环境的不同, 会造成多方面的磨损或损伤, 如轴承、丝杆、导轨等都会直接影响机床的整体精度。本次改造除更换受损的轴承、联轴器等外还对导轨的镶条、贴塑面等结合部件进行铲刮重新装配后, 机床的主要几何精度指标均达到相关标准要求。而在测量定位精度时, 发现定位精度和重复定位精度指标严重超标, 分别为0.035和0.025mm。于是决定启用系统提供的螺距补偿功能。使用激光干涉仪分别对三个轴进行定位检测, 检测间距选择40mm, 在整个行程范围内, 记录下所有检测点的误差值, 将这些误差值输入至系统提供的补偿参数中, 再进行测量, 结果效果非常明显。补偿后的定位精度和重复定位精度分别为0.015和0.010mm (此精度指标虽不理想, 但作为改造机床已能满足一般的加工要求) 。

3.2 开环放大倍数的设置

在典型的二阶系统中, 阻力系数X=1/2 (KT) -1/2, 速度稳态误差E (∞) =1/K, 其中K为开环放大倍数, 工程上多称作开环增益。显然, 系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态、动态指标的重要参数之一。

为了不影响加工零件的表面粗糙度和精度, 又希望阶跃响应不产生振荡, 开环放大倍数就要小些, 若从系统的快速性出发, 希望X值选择小些, 就要增大开环放大倍数, 同时, K值的增大对系统的稳态精度也能有所提高。并非系统的放大倍数愈高愈好, 当输入速度突变时, 高放大倍数可能导致输出剧烈的变动, 机械装置要受到较大的冲击, 有的还可能引起系统的稳定性问题。要根据实际情况进行综合考虑。一般情况下, 数控机床伺服机构的放大倍数取为20~30 (1/S) 。

4. 数控机床运动坐标的电气控制

数控机床一个运动坐标的电气控制由电流 (转矩) 控制环、速度控制环和位置控制环串联组成。其控制框图如图3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做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。

速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的, 这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行, 而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险, 可以采取先摘下电动机空载调整, 然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整, 这时需要有一定的经验和细心。

(3) 位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作:

一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和/或CNC内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm, 数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm, 则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。

二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节。通常Kv值是作为机床数据设置的, 数控系统中对各个坐标轴分别指定了Kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后Kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。Kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于Kv值的设置要注意两个问题, 首先要满足下列公式:

式中v——坐标运行速度, m/m i n

Δ——跟踪误差, m m

注意, 不同的数控系统采用的单位可能不同, 设置时要注意数控系统规定的单位。例如, 坐标运行速度的单位是m/m i n, 则K v值单位为m/ (m m/min) , 若v的单位为mm/s, 则Kv的单位应为m m/ (m m/s) 。

其次要满足各联动坐标轴的Kv值必须相同, 以保证合成运动时的精度。通常是以Kv值最低的坐标轴为准。

位置反馈有三种情况:一种是没有位置测量元件, 为位置开环控制即无位置反馈, 步进电机驱动一般即为开环;一种是半闭环控制, 即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上, 也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外, 这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度, 加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后, 可以得到很高的位置控制精度;第三种是全闭环控制, 即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上, 理论上这种控制的位置精度情况最好, 但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低, 如若不然, 则会严重影响两坐标的动态精度, 而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作。影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题, 千万不可轻视。

(4) 前馈控制与反馈相反, 它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路, 其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度。因为多数机床没有设此功能, 只是要注意, 前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行。

结束语

我国现有机床380万台, 自动和半自动化程度的机床不足25%, 远远落后于美国、日本等国家。我们要成为世界制造业中心, 就必须加快机床数控化的进度。近几年我国急需技术改造的机床约占2 5%, 这将蕴藏着无限商机。但是机床的数控化改造不能停留在现有阶段, 应紧跟世界潮流, 发展多轴联动数控系统, 开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术, 向智能化方高发展。

参考文献

[1]张建民主编.机电一体化系统设计.北京:北京理工大学出版社.2002.7

[2]诸小丽.普通机床数控技术改造探讨.南宁:南宁职业技术学院学报.2003.4

[3]http://www.ieicn.com.数控机床维修改造系列讲座.2005-6-26

机床数控化改造的必要性及优点 篇11

据统计, 当前我国机床总数量高达380万多台, 而数控机床的数量还比较少, 总数量只有11.34万台, 也就是说我国当前机床数控化程度比较低。通过对于近十年间我国数控机床的发展情况调查来看, 年产量达到0.6~0.8万台, 每年总产值约为18亿人民币, 机床年产量数控化率仅仅为6个百分点。从数控机床使用期限来看, 当前服役10年以上的大约有十分之六, 服役10年以下的机床, 能够达到自动化或者半自动化的数量不到20%, 当前FMC/FMS等自动化生产线无论是数量, 还是质量都难以与国际上发达国家相比。从上述数据统计的结果来看, 当前我国制造业的发展很多情况下依然依赖的是传统的机床, 这样的生产设备直接决定了生产产品的质量, 品种, 档次, 成本, 供货期, 都给予实际的制造企业竞争力造成了很大的负面影响, 尤其在对外开放水平不断提高的今天, 势必使得我国制造业在国际贸易中占据劣势。从这个角度来讲, 我们应该高度重视机床的数控化发展。

无数的实践表明, 将普通机床进行数控化改造, 不仅仅可以实现改造成本的控制, 还能够达到更加理想的运行效果。因此, 越来越多的企业开始关注于机床的数控化改造, 希望以最小的资源消耗实现自身生产设备的数控化, 以实现经济效益的全面提高。

二、普通车床数控化改造的优势分析

1. 普通车床改造的必要性

对于机械制造业来讲, 机床是其重要的生产设备, 决定到生产工序的先进性。因此, 机床的发展和进步, 一直是人们所关注的问题。随着计算机技术的发展和进步, 使得机床数控成为可能, 由此机床生产也慢慢朝着数控化的方向发展和进步。在计算机技术的帮助下, 人类可以更加快捷的实现对于机床的控制和管理, 并且这种先进的控制手段迅速被运用到实际的数控机床生产中去。改造过的数控机床不仅仅在运行质量, 精度提升, 灵敏感触等方面有着优异的表现, 还极大的节省了生产资源。

2. 数控机床的运行原理

所谓数控机床, 是基于数字化信息对于机床实现控制和管理的新一代机床。简单来讲, 将刀具和工件相对位置确定下来, 以特殊的启动装置实现控制, 并且使得主轴可以进行速度变化, 以此操作工件状态, 刀具的选择, 冷却泵的运作等动作。实际上再次过程中, 都是由代码来完成控制的, 将数字信息送入到数控装置之后, 在进行译码运算之后, 发出相应的指令, 由此去实现对于执行元件的控制和管理。

3. 普通机床与数控机床之间的比较

实际上, 数控机床与普通机床之间存在很大的区别, 在了解两者异同点的基础上, 分析数控机床的优势, 我们可以从以下几个角度进行探析:其一, 数控机床的适应能力更强, 无论是单件生产, 还是小批量复杂工件生产, 去都可以满足, 并且可以以改变加工工件, 重新加载程序的方式, 对于不同的工件实现有针对性的加工生产。其二, 数控机床的加工精度更加高, 由此能够保证比较理想的加工质量, 避免了普通机床因为人为操作失误造成的生产质量不高的问题。其三, 数控机床可以实现多坐标联动, 在处理形状复杂零件加工的过程中, 可以表现其优势。其四, 实现了加工准备时间的缩短。只要进行零件的改变或者数控程序的加载, 就可以快捷的进行下一步生产操作。其五, 数控机床的精度更加高, 刚性大, 可以通过控制加工用量, 实现生产效率的全面提高。其六, 机床本身的自动化程度高, 可以降低实际生产劳动量, 是营造更加理想劳动环境的重要途径。其七, 数控机床的操作不同于普通机床的操作, 其对于操作人员和维修人员的要求更高, 要求其能够结合设备的构造, 实现对于数控机床的应用。

4. 数控机床的结构构成

数控机床主要由以下几个结构构成:其一, 主机, 作为数控机床的主体, 其主要由机床身, 立柱, 主轴, 进给机构等机械部件构成。其主要效能在于实现对于各个加工部件的切削。其二, 数控装置, 作为数控机床的核心所在, 主要由硬件和软件构成, 其效能在于, 在数字化零件程序的帮助下, 实现对于信息的存储, 转换, 预算和控制。其三, 驱动装置, 作为数控机床的驱动部件, 其主要涉及到主轴驱动, 进给单元, 主轴电机等。其效能主要在于通过电气, 电液伺服系统的作用, 实现对于驱动的控制, 在进给实现联动的时候, 实现对于定位, 直线, 平面曲线和空间曲线的加工处理。其四, 辅助装置, 作为数控机床的配套部件, 其是保证数控机床运行效率和质量的关键所在。主要有液压气动装置, 排屑装置, 交换工作台, 数控转台和数控分度头等装置构成。其五, 编程及其他附属设备。主要效能在于实现对于零件程序的编制和存储。

5. 机床数控化发展的必要性

从我国市场需求的主流产品情况来看。我国机床找朝着高速化, 多轴化, 复合化, 精密化方向发展的同时, 也应该认识到与国际上其他国家数控机床的水平相比, 我们还存在很多的缺陷和不足, 还远远难以满足实际经济建设的需求。

从我国制造业的发展来看, 作为机床大国的中国, 机床数量众多, 但是其整体性能不高, 质量残次不齐, 产值量也难以达到工业发展的要求。在这样的情况下, 要想使得我国制造业发展实现质的飞跃, 就必须高度重视普通机床的数控化改造, 以方式我国制造业自动化生产设备, 从而达到预期的工艺目标, 实现我国制造业国际竞争力的全面提升。

从机床的发展趋势来看, 当前数控机床普及率不断提升, 其经济效益也被越来越多的人所看到。尤其在当前我国国内机床技术改造技术不断发展的过程中, 越来越多的生产企业选择普通机床的数控化改造, 由此获取了比较可观的经济效益。另外也应该认识到, 我国经济资源不足, 国土面积大, 机床需求量还在不断增加, 此时也不可能全面的实现机床的更换, 这还需要一个过渡时期, 而在整个过渡时期, 我们就应该积极将普通机床实现数控化改造, 以实现实际机床自动化水平的提高, 从而保证能够适应现阶段生产发展需求。

三、总结

综上所述, 我们应该认识到当前生产发展的需求与我国机床数控率不高的矛盾, 积极采取对应的措施进行改善和调整, 从而改变我国传统机床生产效能不高的局面。相信随着我国普通机床数控化改造工作的开展, 我国机床数控化率将得到不断的提升。

摘要：为促进机械修理行业的科学发展, 提高其经济效益, 加强其机床数控化改造很有必要, 机床数控化改造有下面一系列优点。为企业的生存和发展, 必须大力提高机床的数控化率。

关键词：机床,数控化,改造

参考文献

[1]朱晓春.数控技术 (第一版) [M].机械工业出版社, 2006.

[2]徐赢.机械设计手则[M].北京:机械工业出版社, 2007.