数控机床概述范文

导语：如何才能写好一篇数控机床概述，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：数控机床，单片机数控系统，改装设计

第一章概述

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。

第二章总体方案的设计

2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000

[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001

[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002

篇2

关键词： 数控机床，单片机数控系统，改装设计

第一章

概述

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。

第二章

总体方案的设计

2.1

设计任务 本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。 2.2 总体方案的论证 对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。 （1）数控系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。 （2）伺服进给系统的改造设计 数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。 （3）数控系统的硬件电路设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。 在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素： 1. 时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关； 2. 可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关； 3. I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。 除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。 2.3 总体方案的确定 经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章

微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计 本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示： 图3－2 8031芯片内部结构图

各引脚功能简要介绍如下： ⒈ 源引脚 VSS：电源接地端。 VCC：＋5V电源端。 ⒉ 输入/输出（I/O）口线 8031单片机有P0、P1、P2、P3 4个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下： P3.0 RXD：串行数据输入端。 P3.1 TXD：串行数据输出端 P3.2 INT0：外部中断0请求信号输入端。 P3.3 INT1：外部中断1请求信号输入端。 P3.4 T0：定时器/计数器0外部输入端 P3.5 T1：定时器/计数器1外部输入端 P3.6 WR：外部数据存储器写选通。 P3.7 RD：外部数据存储器读选通。 在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。 ⒊ 信号控制线 RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。 8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。 ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。 外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。 XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地； XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收外围震荡信号； （2）片外三总线结构 单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式： ⒈ 地址总线AB

地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。 ⒉ 数据总线DB 数据总线宽度为8位，由P0口提供。 ⒊ 控制总线CB 控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：

3.1.2 8255A可编程并行I/O口扩展芯片 8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与外围设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能： 1、8255A的结构 8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1） 三个8位并行I/O端口A、B、C

A口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。 B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。

C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2） 工作方式控制电路 A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。 （3） 读/写控制逻辑电路 它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4） 数据总线缓冲器 它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社，2000

[2]李 华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社，1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社，2001

[4]顾 京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社，2002

[5]周伟平，机械制造技术.武汉:华中科技大学出版社，2002

篇3

关键词：普通机床 数控改造 结构设计 精度 郑州论文 开题报告

一、课题概述、背景及意义

工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。① 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 ②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。

二、主要研究内容

1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。

2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。

3. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

4. 根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。

5. 对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

6. 对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

三、拟解决的关键问题

1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。

2. 对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3. 根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。

4. 设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。

四、拟解决方案及关键技术

1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。

2. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3. 根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。

4. 在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。

五、创新点

1. 运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。

2. 从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。

3. 运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。

六、课题预计目标

1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。

2. 对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。

3. 研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。

4. 设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。

七、课题研究进展计划

预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：

1. 2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告

2. 2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计

3. 2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识

4. 2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图

5. 2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识

6. 2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析

7. 2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施

8. 2008年11月～2008年12月 完成毕业论文

9. 2008年12月 毕业答辩

参 考 文 献

[1] 刘跃南.机床计算机数控及其应用[m].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 王爱玲.现代数控机床结构与设计[m].北京：兵器工业出版社，1999.

[3] 周文玉.数控加工技术基础[m].北京：中国轻工业出版社，1999.

[4] 朱晓春.数控技术[m].北京：机械工业出版社，2003.

[5]张柱良. 数控原理与数控机床. 北京：化学工业出版社，2003.

[6]]朱正伟. 数控机床机械系统. 北京：中国劳动社会保障出版社，2004.

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[8] 杨祖孝.数控机床进给滚珠丝杠的选择和计算[j]，机床与液压，1999，3：50~52.

[9] 徐桦.直线滚动导轨副的选择程序及寿命分析[j]，机械设计与制造，1999，3：3~5.

[10] 翁史烈.现代机械设备设计手册-设计基础[m].北京：机械工业出版社，1996.

[11] 吴宗泽.机械设计实用手册[m].北京：化工出版社，2003.

[12] 刘晓宇.刘德平.普通机床数控化改造关键技术的设计与计算[j]，机械设计与制造，2007，9：42~44.

[13] 唐林.c616车床的经济型数控改造总体方案及主要零部件的设计 [j]，新技术新工艺，2007，6：48~50.

[14] 南京工艺装备制造厂 精密滚珠丝杠副说明书

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[21]徐杜，蒋永平，周韶勇等.全数字式步进电机连续细分方法与实现[j].微特电机，1997， 2：25～29.

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[23]周尊源，s m欧文斯.正弦波细分步进电机微步驱动器[j].微特电机，1997，(5)：29～37.

[24]范正翘，刘进，程胜.单片机控制的步进电机综合微步距驱动系统[j].微特电机，1996，(3)：30～31.

[25] 张福荣,王钧,李志梅.数控机床进给运动对加工精度的影响[j]，机床与液压，2006，4：92~99.

[26] 程树康.步进电机细分控制电流的定量描述[j].电工电能新技术，1990，3：25～27.

[27] 肖本贤.步进电机微步驱动技术研究.[j].自动化与仪表，1997，5：20～23.

篇4

关键词：普通机床；经济型；数控机床；改造

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）12-0034-02

普通机床是18世纪后期发展起来的一种机械切削加工设备，历经几百年的发展，目前已不能适应多品种、小批量的生产要求，如C6136、C620、C6140等老产品等，而数控机床从20世纪初诞生开始就显示出它的优越性，它集数控、微电子、计算机、自动控制与测量等技术于一体，尤其在加工复杂形状、精度要求高、批量小、时间紧的的情况下加工零件比较合适。因此，数控机床在现实社会中能更好地满足产品的加工要求。

目前有二类数控机床，一类是性能高、功能全，如多工序加工系统、自适应数控机床、柔性加工中心等；另一类数控机床是仅具有自动加工的基本功能、简单、经济实用。笔者认为，目前的普通机床如要一律淘汰更新既浪费，也没有必要，可采用简单的数控技术将普通机床进行改造，既能提高设备的整体技术水平，满足加工需求，又能节约很大的资金。文章以C6136型普通机床为例，介绍普通机床的数控改造过程。

1 改造的总体思路

改造普通机床首先要改造机床的控制系统，目前数控系统有好几种，它的结构形式、控制方式、能达到的精度以及售价等各不相同，改造时，应根据具体情况进行选择，经济型数控系统通常采用的是步进电机拖动的开环控制系统，该系统的伺服驱动装置是步进电机，通过齿轮副和滚珠丝杠副驱动执行部件，系统的加工精度不是太高，一般能达0.01～0.02 mm，基本能满足C6136车床改造后零件加工的精度要求。此次改造，在结构上保留普通机床手动操作功能，为手动与自动兼容。在数控系统出现故障时仍能维持基本加工。普通机床数控改造的总体思路如图1所示。

2 选择合适的数控系统

数控系统由数控装置和伺服机构组成，目前市场上常见的数控系统生产厂家有德国西门子公司、北京航天机床数控公司、沈阳数控研究中心等，我们选择西安微电机有限公司生产的XASK-2-3A型数控系统，该系统精度高、性价比高、驱动电机功率大、质量稳定可靠。

XASK-2-3A型数控系统是由微机数控装置、伺服驱动机构、纵横向步进电机以及130CMY永磁测速电机组成，并包括进给传动系统中的齿轮减速箱、滚珠丝杠螺母副等。

微机数控装置由专用计算机、键盘显示器、开关电源、输入输出（I/O）接口、光电隔离电路等组成，经济型数控机床一般采用8位微机，微型机由总线与接口相连接，系统的加工程序通过键盘操作下达，显示器显示加工数据及机床的工作状态。伺服驱动分别控制自动刀架的换刀、拖板的纵横向移动、速度变换以及各种切削运动。

XASK-2-3A型数控系统的伺服驱动机构与机床主轴进给传动机构组成开环伺服驱动系统，如图2所示，数控装置由键盘发出指令，其脉冲经伺服驱动柜功率放大再控制步进电机旋转，后经传动系统的减速齿轮副、滚珠丝杠副转换为机床大、中拖板的位置移动，最后带动刀架完成切削进给运动。

伺服驱动系统各主要部件的构成情况如下：

①XASK-2-3A型伺服驱动器。②功率步进电机。纵向：160BF6，最大静态转矩为20 N・M；横向：120BF3，最大转矩为10N・M。③齿轮减速箱。纵向：传动比i=5/3，齿数Z1=60，Z2=100，模数m=2；横向：传动比i=25/14，齿数Z1=28，Z2=50，模数m=2。④滚珠丝杠螺母副。纵向：GM40×10×1 500，横向：GM25×5×480。

步进电机在开环伺服驱动系统中处于核心位置，必须具有良好的运行特性，不产生丢步、振荡误差并能快速起动、停止、正反转等，且必须具有足够的动态转矩。XASK-2-3A型数控伺服系统通常采用电流斩波驱动电路控制步进电机运行。

3 机床传动结构的改造

要确保机床的传动精度和工作稳定性，必须改造机床的传动装置。首先让普通机床精度要达到大修后的精度标准要求，同时采取缩短传动链及预紧力措施来提高系统的刚度，采用低磨传动零件来降低摩擦阻力以及采用隙齿轮来消除传动间隙，满足数控机床最基本的技术要求。

3.1 机床传动系统的改造

数控车床纵向进给运动与横向进给运动是相互独立各不相联的，为达到改造目的，我们在数控改造中不改变普通车床的主运动系统，即主轴变速仍保持为手动操作，而进给传动系统则采用步进电机控制减速齿轮箱，再传动到滚珠丝杠副，再由丝杠传到溜板箱，再传到刀架，最后形成车削加工。

另外，我们在传动链中加入减速齿轮副，细化脉冲当量，同时在数控系统中还增加补偿装置，必要时由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。

数控车床的灵敏度，会影响机床的加工精度，我们采用滚珠丝杠代替滑动丝杠，通过减少运动件的摩擦阻力来提高系统的灵敏度，因滚珠丝杠具有传动效率高、运动平稳的特点，我们在正常改造时采用特殊的滚珠螺母装置来进行安装，操作时，先将两卡爪用螺栓上紧，滚珠螺母不作回转运动，只能作直线运动，在手动操作时，松开两螺栓，滚珠螺母既能作回转运动又能作直线运动。

进给传动系统采用如下方法进行改造：

①横向。拆除横向滑动丝杠螺母副，由于滚珠螺母装在方形的座内，尺寸比较大，需事先扩铣大拖板丝杠安装槽，将大拖板尾孔车到￠36H7，并将端面铣成平尾孔，在中拖板原来螺母座的安装位置将安装槽铣成80 mm×60 mm×6 mm，并在中拖板上将横向滚珠丝杠螺母装进去，最后将手柄刻度盘转轴与减速箱输出轴通过连接套与滚珠丝杠的前后两端分别联接在一起，使横向步进电机及减速箱紧固在大拖板尾孔侧面。②纵向。拆除纵向滑动丝杠螺母副，在大杠支架右侧安装步进电机及减速齿轮，用连接套将进给箱丝杠输出轴及减速齿轮箱输出轴与滚珠丝杠的左右两端分别相连，在溜板箱右侧壁上安装固定滚珠螺母座。

3.2 安装消除齿轮副间隙机构

采取双齿轮错齿式消隙机构，两个齿数相同、套装在一起的薄片齿轮与另外一个宽齿轮啮合，有沉槽、销钉均匀分布在薄片齿轮的端面，沉槽中预先装有压簧，两薄片齿轮具有相对旋转运动，弹簧被销钉压缩，弹簧的弹力使薄片齿轮的左右齿面分别紧贴在宽齿轮的齿面上，传动间隙得到了消除。

3.3 安装主轴脉冲发生器

永磁脉冲测速发电机就是主轴脉冲发生器，是为加工螺纹安装的主轴转速检测装置，它与主轴转速严格同步，保证螺距的正确性。

3.4 改造自动回转刀架

原有普通机床的刀架定位精度低，而且是手动换刀，需进行改造。自动回转刀架是由数控系统控制，工作可靠，效率高。我们购置了河南长沙机械研究所生产的WZD-ⅡC型自动回转刀架。该刀架重复定位精度高于2μm，既可手动换刀，也可实现自动换刀，刀架夹紧刚度高，可进行重负荷切削。

4 改造后数控机床的调试

①空负荷试验。手动试验，观察拖板的横向和纵向运动方向与规定的方向是否一致；加载程序，观察在各种速度下纵横向运动，如果加工程序能正确地执行，说明程序正确；试验自动回转刀架，手动操作，观察刀架运转是否正常，并做相应的调整；将换刀指令编入程序进行试运行，观察运转是否正常；观察编制程序时运行状态，调试其它的数控功能，如暂停、延时、螺纹加工、圆弧加工、自动加工等。②测量机床的加工精度。测量机床重复定位精度，控制机床重复定位精度在±0.01 mm内；测量定位精度，测量定位精度可在X、Z方向上分别检测。数控机床的定位误差可以采用消除传动间隙的方法来进行补偿，间隙补偿后，定位精度允差为0.005～0.01 mm。③带负荷试验。选择一个加工零件装夹到位，编制好加工程序，并把对刀补偿值键入数控程序，开机进行加工。仔细观察机床每步加工运行过程，是否按预定程序进行，刀具是否到位。④测量零件的加工精度。测量并记录加工零件尺寸，并与图纸尺寸相比较，要求加工精度达到±0.005～0.01 mm；比较加工零件精度的一致性。检查相同尺寸的加工精度，如零件尺寸分布范围过大，分析产生误差的原因并调整。⑤机床的强力切削试验。数控车床要有较大切削力切削钢件，实现强力切削。采用如下条件做强力切削试验：刀具采用高速硬质合金钢（ W18Cr4V），刀具前角γ=23 °后角α=5 °，主偏角ψ=43 °；切削材料采用45#中碳钢δb≥750 N/mm2，HRC=40～60，材料尺寸：φ120 mm×350 mm；切削参数设置，切削速度50～80 r/min；走刀进给量S=0.4 mm/r，切削长度L=80～120 mm，切削深度t≥6 mm。

按上述条件试验，严格控制切削速度，试验完毕加工零件尺寸达到程序设定要求，电机及刀具使用良好，说明系统工作正常，机床的数控改造达到预期设计效果。

5 结 语

通过对C6136型普通车床的成功改造，机床的技术水平、自动化效率得到了很大的提高，生产产品精度能够得到保证，工作稳定可靠，而投资只有购置新设备的一半左右，经济效益可观，此改造技术具有广阔的市场前景，值得我们大力推广。

参考文献：

[1] 林宋主.现代数控机床[M].北京：化学工业出版社，2003.

篇5

【关健词】机床；数控化改造；改造方案；机械系统；选型和设计；参数设计；

1 引言

近年来，我国机械制造业得到了很快的发展，提高工业产品的质量及提高生产效率已经非常重要。在各中、大型制造企业中也有相当数量的传统机床，且50%都是使用超过10年以上的旧机床，数控系统的使用寿命一般在5～10 年，而我国大多数机床都在超期服役。由于使用时间长，无法满足技术的进步和产品革新的要求。要解决以上问题，提高企业加工能力和产品竞争力，有两种根本途径: (1) 重新购置数控机床，淘汰旧设备；(2) 对旧设备进行数控改造。后者与前者相比，更具优势，主要表现在:

(1)交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。一般来讲，改造大型机床能在较短时间内使机床投入生产，而购买新机床周期都在半年到一年时间；

(2)性能更稳定。各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度，各功能部件经长期磨合，功能稳定，可靠性好；

(3) 设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在；

(4) 可以更充分地体现用户的意愿。用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进（包括增、改）意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等；

(5) 更有利于使用与维护。由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定，而且可以参与改造的全过程，直接获取各种技术信息，更深入地掌握机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力；

(6) 可以更快地获取最新的更实用的备件；

(7) 节省大量投资；

(8) 降低投资风险。

2 机床数控化改造技术

(1) 确定改造方案

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、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。

对于电路的改造，可采取的方案有两种: ①“接口型改造”，即保留继电器电路，只对NC、PLC 进行改造，新PLC 不参与电路控制，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 将电路全部改造，简化了电路，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,2009．

[2]李猛.数控机床与编程[M].北京: 北京大学出版社,2009．

篇6

【关键词】数控化改造 普通铣床 数控系统配置调试

1 机床数控化改造的趋势

随着机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业；在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

2机床数控化改造技术

2.1 机床数控化改造的优越性

（1）机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。

（2）机床数控化改造可以提高机床的性能和质量。

（3）机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可以比传统机床提高3～7倍。

（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运，降低工件的定位误差。

（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好地调节了机床加工状态。

2.2机床数控化改造设计方案

（1）恢复原功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复；（2）将普通机床NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；（3）翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；（4）技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、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，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

3 铣床数控化改造的内容

3.1 技术可行性分析

本次改造的机床型号为ZJK7532-A立式铣床，通过对被改造机床的结构性能精度等进行全面分析，该机床的基础部件和结构件完好。现要将其主轴升降和工作台的X Y 轴的进给运动改为数控系统控制，实现三轴同步驱动，并将铣床的主轴改为交流伺服电机驱动。

3.2 改造设计主要内容

（1）将机床的原主轴调速改为由交流伺服电机驱动的无级调速方式。（2）保留机床工作台X、Y 轴进给系统，将滑动丝杆副换为滚珠丝杠副，X、Y轴的运动由交流伺服电机驱动。（3）主轴升降垂直进给运动，拆去锥齿轮副及丝杆副更换成滚珠丝杆副，设计并安装减速箱，将电机安装在减速箱的偏套上。

4 铣床数控化改造的方法

4.1铣床数控化改造数控系统的选配

目前，市场上可供选择的数控系统类型很多，在经济能力许可的情况下，尽量选用名牌产品。根据在市场上的调研和数控系统的选择原则，在此次铣床数控化改造中首先考虑选用的是FANUC和SIEMENS的数控系统。

4.2 数控装置的配置与安装

数控装置是数控机床的核心，经过数控装置的系统软件对代码进行处理后，输出相应的指令脉冲，这些控制信号中最基本的信号，是经过插补运算后的各坐标的进给速度、进给方向和位移量指令。从自动控制的角度来看，CNC装置是一种位置控制系统，其本质上是以机床各运动轴的位移量为控制对象，并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统 。

另外，为了保证零件的正常加工，还必需对机床的一些辅助运动实现自动控制.因此，在数控装置与机床之间还有强电控制装置，其主要作用是接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择、交换、各辅助装置等动作的指令信号经过必要的编译，逻辑判断，功率放大后直接驱动相应的电器，液压及机械部件。以完成指令规定的动作。执行这些动作的开关信号也要经由强电控制装置送数控装置进行处理。

4.3 FANUC数控系统连接与调试

（1）系统功能参数：这些参数是订货时用户选择的功能，系统出厂时FANUC已经设好。0i不必设置，机床出厂时，必须将系统功能参数表交给机床用户。

（2）进给伺服初始化：将各进给轴使用的电动机控制参数调入RAM区并根据丝杠螺距和电动机与丝杠间的变速比配置CMR和DMR。设参数SVS，使显示器画面显示伺服设定屏（Servo Set0）。

（3）设定伺服参0i系统 #1001至 #1007的有关参数。这些是控制进给运动的参数，包括：位置增益、G00的速度、F的允许值、移动时允许的最大跟随误差、停止时允许的最大误差、加/减速时间常数等。

（4）主轴电动机的初始化：设定初始化位和电动机的代码。只有FANUC主轴电动机才执行此项操作。

（5）设定主轴控制的参数：设定各换挡档次的主轴最高转速、换挡方法、主轴定向或定位的参数、模拟主轴的零漂补偿参数等。上述参数设定好后应关机，重新启动。此时显示器任显示#408或#750等报警，这是因为主轴控制尚未编制梯形图。

（6）设定系统和机床的其他有关参数：参数意义见说明书。

（7）编制梯形图，调机要想主轴电动机转动，必须把控制指令送到主轴电动机的驱动器。

5 结语

综上所述，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，给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]孙杰男.机床的数控化改造[J].科技信息，2014，19：139+106.

[2]王增春，于国英，张鹏.机床的数控化改造[J].煤炭技术，2014，06：30-31.

[3]高颖.浅谈普通机床的数控化改造[J].科技资讯，2013，21：61-62.

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关键词：安全;维修改造;解决对策

随着经济的迅猛发展，数控机床也在不断的改进，只有这样才能拥有更大市场应用。而就目前而言，很对企业在用的机床大部分都是传统机床或者10年以上的就机床，设备的落后，会直接造成产品质量差成本高的问题，而且受机床限制，产品种类少，供货期长也是不可避免的。对于一些已经在引进新设备的企业，如果只重视设备、生产线、仪器，而忽视软件、管理、工艺等方面，一定会造成项目不完整，无法真正发挥设备的作用，这样一来，即使是销路非常好的产品，不能做到达标，也很难得到应有的收益，所以，为了避免产品合格率低、能耗高的问题，就一定要在引进设备的同时，避免和解决设备故障，对于引进时间较长的设备，要对其进行技术更新，找出其中的技术问题，并对其进行维修改造，这样一来，在得到合格产品的同时，也能够让企业得到更大的社会效益和经济效益。

1维修改造中的常见问题

使用非单一电源；乱接中线到PE；电气柜没有实现通风等等，是数控机床维修改造中常常遇到的问题，而且，有些电器设备，控制线路缺乏保护，存在着很大的安全隐患。操作方面，其安全保护功能还没有完备，而且标准化意识淡薄，甚至有蛮干的现象；有些机床已经进行了改造和改动，却没有相关的文件作出解释和说明，导致文件内容与实际情况不符。之所以目前我国数控机床发展缓慢，就是因为这些问题，没有得到有效地解决。

1.1操作机床环境不安全

就目前而言，机床操作的安全保护功能还不完全，比如一些有几率发生液体的数控设备，却没有具有联锁防护的防护门，这是不符合规定要求的；常规设备中，有些没有按照安全标准安装，有些没有双手控制的预防装置；还有的甚至没有安装三联动断路器，这些都会造成操作过程中的安全隐患，有些甚至会造成电器烧毁。滚珠丝杠副是数控机床红常用的精密元件，但如果改造后的机床缺乏安全保护措施，在生产过程中产生的硬砂粒、灰尘等都会对滚珠丝杠副造成损伤。

1.2电源的使用

作为精密仪器，在数控机床的使用过程中，经常需要维修和改造，在维修改造过程中，工作人员有时会加入一些机构和单元，为了方便走线，一些新增部分的一些新增设备的电源连接方式没有按照规定，即不是从此设备的电源切断开关下方引线。这样一来就造成了很大的安全隐患，甚至还会发生引电事故，危害人员的安全以及造成设备的损坏。

1.3工作人员缺乏规范意识

在数控机床的维修改造中，工作人员标准化操作意识差是常见问题，特别是对于一些老员工，根据习惯操作，而不是按照操作要点执行，这样造成数控设备的事故，对于维修改造过的设备，工作人员一定要在维修后的器件上贴写标识，避免操作人员的操作失误。一般情况下，发生故障的数控设备很难确定其具体故障来源，维修起来也十分不便，所以尽可能的避免工作人员的操作问题，才是解决问题的有效途径。

2维修改造的重心

要对数控设备进行维修改造，首先要分清不同设备的不同：大、中型数控机床主轴采用的传动方式通常情况下都是有齿轮变速的传动方式;机床的导轨在具有工艺性和精密度的同时，还要有较好的耐磨性。我国的机床设备，在电气柜与柜里的元器件方面具有很好的稳定性，而进口设备却不提倡对电气柜做大拆卸与改变；系统改造完成后，还要调试机床性能，使其符合验收标准。

3改造维修数控机床中的问题解决对策

3.1维修改造数控机床中应遵循的准则

在对数控机床故障的检查与维修改造时要遵守先易后难，先外部后内部，先观察后动手，先对公用设备检查再对专用设备检查，能够对从前积累的经验进行查找的原则合理运用。

3.2培养先进专业维修改造人员

长久以来，数控机床是机电一体化高科技产品的代表之一，数控机床的科技含量决定了假如是具有单一知识面的机器设备维修人员是难以对数控机床产生的故障加以解决与维修的，更别说对数控机床改造。所以说，就我国数控机床行业的发展来谈，培养一批具有专业知识的维修与改造数控设备人员是非常有必要的。为了对数控维修改造人员进行培养，我国或是企业要建立起专业化的数控设备维修机构，在这个维修机构中，负责维修改造人员培养的必须要是具有机电一体化知识并且素质较高的人员，而能参加到维修人员培训的人必须要是具有以下身份，比如机械工程师、电气工程师、机修钳工等等。为了对数控设备维修改造人员加强积极性，企业要给培训站提供一切有可能的有利条件，并且对参与维修改造的人员应该发放工具器具、必要技术手册及测试仪器等等，使参与培训的维修改造人员体会到更加形象的维修体现，从而对维修改造人员的检测故障和维修改造能力进行提升。

3.3建立维修改造协作网的必要性

我国数控机床设备市场面临多种现状，不同厂家、不同型号生产的数控机床设备软件、硬件的配置都不会是完全相同的，这也是对于数控机床维修与改造过程中所要面临的难点之一。为了消除这个问题所带来的困扰，维修改造协作网的建立就显得非常必要了，对不同的企业而言要尽量与使用同类数控机床的单位长期发展友好合作的关系，多个企业对于自己收集的资料、备件的调剂以及维修经验等，多多进行交流，在维修改造人员的培养上应互相支援，尽可能实现多个企业间的互通以及取长补短，使合作的重要性得到发挥，这对数控机床的使用和维修来说是好的影响。

3.4对数控机床的结构掌握，尽可能从根本上杜绝故障发生

对数控机床维修与改造的主要因素是故障发生，所以要想解决维修和改造中发现的问题，还是要从根源上对机械设备杜绝故障发生。为了避免故障的发生，首先，对制造商而言，要吸取国外的经验和教训，对自身的数控机床技术完善，生产出具有高性能、高精密度的数控机床。

结束语

数控机床维修改造中存在许多问题，数控机床存在操作环境乱、缺乏安全保障、非单一电源、电气设备保护不当等一系列问题，并且数控操作人员规范意识普遍比较低。所以说，企业需要制定出有效的措施方案来对其进行改善，并且对数控机床结构掌握，进行数控设备导轨与数控机床维修改造的调试和工作验收，培养出专业的数控设备维修改造人员。

参考文献

[1]孟咏梅.数控机床维修改造中的问题与对策研究[J].科技创新与应用,2014,12(3):83-84.

[2]姜天根.数控机床维修改造过程中存在的通病及技术措施[J].数字技术与应用,2014,01(8):33-34.

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关键词:机床电气控制;课程教改

一、教学改革前课程存在的问题

(一)理论教学改革的局限性

目前，对理论教学的改革，更多地集中在传统教学观念，促进主动、开放、有效的教学方面。同时，我们也应该清醒地认识到理论教学不是尽善尽美，它本身也存在着一定的局限性。课程的理论环节占比例过重，理论教学改革收获并不大。

(二)实训场地和实验设备的局限性

现有的实训场地缺乏，实验设备陈旧、缺乏数量，仅能满足基础型实验。实验设备资源对学生开放的有限性，限制了设计实验的开放和综合性实验，从而导致学生动手动脑的机会少，影响学生参与实践的主动性和积极性。

(三)成绩评定的片面性

目前，理论教学普遍都是以理论试卷的形式去结束课程，成绩评定以笔试考试为主，造成理论与实践脱节，违背了本课程的教学目标，不能全面评价学生的真实能力，因而打击了部分实践动手能力强的同学的积极性，不利于对学生动手能力、创新能力的培养。

二、教学模式改革措施

(一)教学目标设计

课程改革的主要目标是将理论和实践相结合，将原来以“课堂、教师、理论”为中心的模式变更为“理论知识、教师和学生、实践应用”，教会学生如何学习，培养学生良好的学习习惯，注重推行启发式教学。

(二)教学内容改革

结合检测应用专业学生“社会能力、方法能力、专业能力”目标结构为前提的技能型人才培养模式，对《机床电气控制技术》课程学习内容的关键知识点要进一步精选分解，制定更加具体的实施方案，将每章节知识点的精讲都相结合，让学生对关键的知识点能充分去了解。

(三)教学方法的改革

《机床电气控制技术》这门课程相应的教材理论性知识较多，实训项目较少，学生们的学习集中能力差，理解能力、逻辑思维能力较差，畏难情绪高，总体水平参差不齐，两级分化明显。对此，本课程教改模式将改变原先单纯课堂教学的传统方式，结合以多种知识传授方法进行。1．视频观看法，让学生了解机床的外观、用途和工作方式以及在现实生活中的实际应用，激发起学生们对学习这门课程的好奇心。2．理论讲授法，让学生掌握各种低压电器元件、机床工作原理以及电气控制基本环节。3．游戏法，通过游戏的方式让学生加深巩固理论知识点。游戏过程中，学生们的表现往往比理论课堂中更加积极活跃，也能在短时间内把重点难点记下来，也激发了学生对本门课程的兴趣。4．实操法，培养学生独立动手、思考的学习能力，将掌握到的机床电气控制技术的理论知识更好地运用到实际操作。理论与实践相结合，重点突出，难点将透。5．参观现场法，通过现场参观机床实体，让学生更好地掌握机床的工作原理、操作方式和用途。6．设计法，学生分组完成设计题———设计未来的家，最后以PPT的形式进行汇报，重点是突出本组设计的特色。通过设计法，学生能将所学到的理论知识和实操知识相结合，运用到现实生活中。

(四)教学的学习方法

本门课程要求学生做到以下几个方面:第一，课前预习法，让学生提前预习下节讲课的内容;第二，课上归纳法，每节课会抽一个学生上台发言，对上节课所学到的内容进行归纳;第三，课上提问法，在理论课程中，学生的集中能力差，容易走神，通过提问，让学生多思考，往往能提高学生学习注意力。第四，一帮一学习法，主要运用到实操项目中。第五，鼓励法，让学生对自己更加肯定，让学生体验成功的乐趣。为检验学生对《机床电气控制技术》课程知识真实的掌握运用能力，总评成绩包括课堂考勤、课后作业、课堂提问(占30%)，实验项目、设计成绩(占40%)，机床排故实训(占40%)。

三、《机床电气控制技术》课程教学改革实施效果

对于以技能型人才培养为重点的机床电气控制技术课程的教学改革模式，基于上述实施方案，学生在掌握知识程度都有明显的提高:(一)以实践为主，提升学生的实际动手能力，培养学生的创造性思维，激发了学生的学习兴趣。通过本课程“教、学、评”一体化的教学改革，使该课程的教学水平达到了新的高度。(二)通过游戏法和设计法等教改活动的实施，学生对机床控制的相关知识都有明显改进，相关体系的拓展等综合能力都有显著的提升。(三)与教改前相比，学生对机床电气控制技术课程知识的学习主动性明显提高，完全改变了之前学习的被动局面，从期末考核情况来看，学生对该课程的掌握程度有明显提高。

［参考文献］

［1］杨林建．机床电气控制技术．北京理工大学出版社，2014．

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关键词：车床 ；数控 ；改造

一、引言

计算机技术与车床制造业的高速发展，特别是面向柔性制造技术的出现，使得数控车床得到了迅速普及。这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，由于定位精度高，所以纵、横向导轨均采用贴塑导轨，传动系统采用滚珠丝杠，同时，为提高传动刚度和消除间隙，对丝杠进行预拉伸，传动齿轮采用双片错齿消隙齿轮，驱动元件采用步进电机。为了保证加工螺纹时，主轴转一转，刀架移动一个被加工导程，主轴用脉冲发生器通过波纹管联接，并将纵向和横向进给系统用单片机控制，是其成为一个能独立运动的开环进给伺服系统。数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管，以显示加工数据及机床状态等信息。为了达到机床要求的脉冲当量，传动系统采用步进电机齿轮减速后，带动丝杠。

二、数控改造的优点和意义

数控机床是实现柔性制造、计算机系统、敏捷制造等先进制造技术的重要基础装备，它关系到一个国家发展的战略地位。数控系统可分为开环、半闭环、闭环等几种形式。开环具有稳定性好、环境是适应性强、造价底等特点；闭环定位精度和重复定位精度高，但造价高；而半闭环既有高档全闭环机床的加工精度，又有开环机床的稳定性和环境适应性，适合复杂零件的加工。随着科学技术的迅速发展，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统已成为机械制造业中不可缺少的组成部分。

我国在普及应用数控技术方面近几年来取得了很大的进展，从计算机数控（CNC）发展到直接数控（DNC），并能独立设计和制造机械加工中心及柔性制造系统（FMS）。但鉴于我国机床拥有量大、工业规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益，而实现这一任务的有效的基本途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有机床进行数控改造。利用经济型数控技术改造普通车床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。

数控改造一般是指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的能力，其改造的目的有以下几点：1.从提高资本效率出发，改造闲置旧设备。2.为了提高生产效率进行数控改造。3.为了适应多品种、小批量零件生产而进行数控改造。4.为了使技术等级较底的工人也能加工出高质量的产品零件和提高生产效率而进行数控改造。5.为了减小整个设备投资计划而进行数控改造。

三、数控改造中主要机械部件改装

一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦因素小，传动无间隙；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求，应对主要部件进行相应的改造，使其达到一定的设计要求，这样才能获得预期的改造目的。不能认为将数控装置与普通机床联接在一起就达到了数控机床的要求。

1.滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除了具有普通车床的导向精度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、耐磨损性能，并能减少因摩擦阻力而致的死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和装置。

2.齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上，要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证加工精度。

3.滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动精度。丝杠的选用主要取决于加工工件的精度要求和拖动转矩要求。被加工工件精度不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损的情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相匹配螺母间隙。一般情况下，滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大时，则要更换螺母。滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较底，但采用滑动丝杠难以满足精度较高的零件加工。滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长，启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电动机启动力矩。因此可满足较高精度零件的加工要求。

4.安全防护。普通机床改造必须以安全为前提。改造中根据实际情况采用相应的防护措施，如滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘，特别是切屑及硬砂粒进入滚道，在纵向丝杠上也加上整体铁板防护罩。在拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面而损伤导轨。

四、数控改造机械传动系统的要求

对现有的普通车床进行改造，主要应解决的问题是：如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。经济型数控车床，主要依靠两方面来保证和提高加工零件的精度：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对车床进给的位移和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧式车床相比，应具有更好的精度，以保证机械传动系统的传动精度和工作平稳性。

数控改造对机械传动系统的要求为：1.尽量采用底摩擦的传动副，如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。2.尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。3.尽量满足底振动和高可靠性方面的要求。为此，应选择精度高，运动平稳，效率高以及传递扭矩大的传动元件。4.尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差，如采用消除间隙的联轴器和消除传动齿轮间隙的机构等。

从应用的方面考虑，结合目前国内大多数工矿企业的现状，普通卧式车床改造，可以采用更换滚珠丝杠来替换原机床上的T形丝杠，也可以对原有车床上的T形丝杠加以修复，但此时，必须相应修配与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提高其配合精度。

普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形势下将大批故障机床尤其是一大批进口的数控机床、精密机床和二手机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的问题。

五、总结

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，很好地解决了现代机械制造中复杂、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，对普通机床数控化改造不但提高了机床的加工精度，扩大了机床的使用范围，提高了生产率，而且降低了工人的劳动强度，缩短了新产品的试制周期和生产周期，减少对工夹具的投资和数量，而且适合我国的国情。

参考文献

[1] 余英良主编. 机床数控改造设计与实例. 北京：机械工业出版社，1998

[2] 郝中军，雷晓玲主编. 综合作业指导书. 1995

[3] 陈婵娟主编. 数控车床设计. 北京：化学工业出版社， 2006

[4] 周开勤主编. 机械零件手册. 北京：高等教育出版社， 2001

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【关键词】 机床;数控化;改造

普通机床是目前使用最广泛的机床之一,其技术参数范围广,加工范围较广,但结构复杂且自动化程度低,生产效率低,不适用于精密、形状复杂零件的加工。我国从20世纪50年代末至现在已陆续制造了一批数控机床,70～80年代中期,又陆续引进了一批外国数控机床,随着产品的变化和发展,普通机床的功能已不能满足要求。

一、普通机床数控化改造的必要性

就目前的现况而言旧机床主要表现在设备老化陈旧、自动化水平低、技术水平落后、劳动生产率低,严重影响了生产力的发展。数控机床则具有普通机床所不具备的优点,如:加工精度高,产品的稳定强;加工零件范围广,能适应单件、形状复杂、精度要求较高的零件生产;能有效地减轻工人的劳动强度,缩短生产准备时间。对我国企业而言采用,面对激烈的市场竞争,采用先进的工艺设备,已经成为我国制造技术发展的总趋势,也是企业走出困境、提升水平,实现跨越式发展的必由之路。

二、数控机床以及再生改造的内容和关键技术

数控机床以及再生改造的内容包括:首先是恢复原功能,对原机床存在的故障部分进行诊断并恢复;其次是翻新,为提高精度、效率和自动化程度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新;最后是技术更新或技术创新,为提高性能或档次,或为了使用新工艺、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,较大幅度地提高水平和档次的更新改造。改造中的关键技术主要是指:正确估计现有机床的剩余价值组成数控机床的各个部分的使用寿命相差很大。一些主要机械大件(如床身、立柱和主轴箱等)使用寿命可达10年以上;一些频繁运动的驱动机械部件(如滚珠丝杠副)可保持运动精度的寿命约5年;一套数控系统的使用寿命可达10年,而易损电器元件(如行程开关)却只有两年。由于数控技术的迅速发展,一个标准型的数控系统在制造厂的生产,寿命为五六年。在数控机床的使用后期要寻找已损坏元器件的外购件将是很困难,甚至为此不得不放弃整个系统。在对旧数控机床进行改造时,必须仔细分析这台机床哪些部分还可利用,哪些必须更新,甚至可以进行折价比较。一般要求可利用的剩余价值不应低于总价值的三分之一,改造后的机床综合性能终究比一台新机床差些。上述原则还可以确定机床改造后要求达到的技术指标和改造后的规模水平。一般来说,旧数控机床中剩余价值较大的还在机械部分及配套附件,数控系统往往都需要更新。

三、我国机床数控化推进工程应采取的对策

1.政府应加大扶持宣传力度。进行大规模的数控改造,首先需要政府大力宣传,形成一个声势浩大的气氛;其次也需要政府在政策和资金上大力的支持。德国政府在这方面就做了大量努力,如德国政府在1991年东、西德统一后,从1994年到1997年共投资500万马克,对原东德普遍落后的设备进行改造,迅速改变了东部地区生产水平落后的面貌。我国机床数控化推进工程的主要道路还是靠对普通机床进行数控化改造,在数控化改造中政府的支持可以多种形式,如政府直接投资,对一些重点企业、骨干企业的普通机床进行数控改造;又如政策支持,给予企业低息贷款、减税、免税等;再者就是政府出面组织、牵头。这些形式都会给企业的数控化改造提供有力的支持。

2.注重数控技术人员的培训。数控操作人员、特别是维护人员匮乏是制约我国机床数控化进程的一大障碍,各企业在进行数控改造的同时,应注重数控技术人员的培训。应从整体上提高数控操作人员的素质,让数控操作人员既能进行数控编程,又能操作机床,还能进行机床的简单维护,把他们培养成熟练的数控技术工人。各企业既要舍得花钱进行硬件的改造,又要舍得花钱进行诸如人员培训等软件的建设。

3.开发高速、高精度、高效率加工中心等关键技术。在对普通机床进行数控改造的同时,应顺应国际数控机床发展的潮流,大力发展我国的数控机床。各企业应加强与高校和科研单位的合作,开发具有高速、高精度、高效率加工中心等先进数控设备以及一些特殊专用数控设备,可以促进本国机床工业的发展。

从以上分析可知,发展数控机床和进行数控改造在我国有着广泛的市场和前景,每台机床的改造都要根据用户单位自身经济能力确定投入的财力进行分析,确定最佳的改造方案。加大普通机床数控化改造力度,不仅能提升我国工业装备水平,也提高了我国机床制造水平,加强了我国参与国际竞争的能力。

参考文献