机床数控化范文

导语：如何才能写好一篇机床数控化，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。

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【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．

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【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）.

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中心词汇:机床大修、数控、数控化改造

1发生与开展的社会、经济基础

我国现有的、数以万计的新鲜、落后的机床是机床大修与数控化改造行业发生的理想基础。我国是一个开展中国度,由于临时自身机制的不顺应性,经济实力过低、技术落后、设备新鲜,极大地制约着国民经济的开展。为尽快改动我国机械制造业的落后形状,近二十多年来,我们在困难地开展民族机床制造业的同时,积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂协作,不时消费出具有世界先进水平的各类机床;另一方面直接购进了少量的各类机床。这一切都为我国国民经济的快速开展起到了庞大的作用。

但是,机床临时运转甚至超负荷运用,同时又缺少仔细的维修与保养,形成机床严重磨损,丧失了精度;有些机床则由于企业人员及产品结构的改动,或由于技术力气缺乏而被临时闲置,需求运用时却发现早已锈迹斑斑,电控系统不能起动;由于新产品制造的需求,原无机床功用已不能满足运用要求,急需更新晋级改造;由于世界计算机及网络技术的飞速开展,形成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快,原有产品过早停产,给备件改换与维修带来一定困难;况且数控系统的运用寿命普通在5～10年,而我国大少数机床都在超期退役。这些诸多要素都需求对机床停止大修及数控化晋级改造。

清楚的经济效益是机床大修及数控化改造行业的开展动力。关于机床拥有者来说,只需破费购置相反新机床30%以下的费用即可取得相反的运用效果,依据国际该行业的记载,即使将原机床的结构功用停止彻底改造晋级,也只需破费购置新机床60%左右的价钱。

旧机床的大修、创新、晋级改造与购置新机床相比,具有下列优势:①交货期短。尤其是大型机床和特殊公用机床优势愈加清楚。②功用更动摇。各基础件经临时时效,简直不会发生应力变形而影响精度;各功用部件经临时磨合,功用动摇性牢靠性好。③设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修正造中简直不存在。④可以更充沛地表现用户的志愿。用户与维修人员可以依照实践需求和机床临时运用状况,在大修正造中提出对机床功用、操作与维修等方面的改良(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、功用等。⑤更有利于运用与维护。由于用户、维修人员不只可以直接参与改造方案的制定,而且可以参与改造的全进程,可以直接获取各种技术信息,更深化地把握机床的结构及功用特点,从而增强运用与维修的自动才干。⑥可以更快地获取最新的更适用的备件。⑦节省少量投资。⑧降低投资风险。

社会化、专业化趋向是机床大修及数控化改造行业的殊途同归。旧机床的数控化改造和创新不只仅是以后经济转轨时期必要和重要的行为,而且是一个企业临时开展的战略措施。

2大修正造方案的选择

2.1前期立项预备任务

2.1.1技术可行性分析。主要是瞄准改造目的及加工对象,对被改造机床停止结构、功用、精度等技术状况的片面分析。其中包括机床原来的结构设计能否合理;机床的基础部件和结构件能否依然完整;普通机床改为数控机床,要调查各坐标轴的机械传动结构及导轨副的方式等能否适用;测量机床目前的各项精度与出厂精度停止对比,能否存在差距;综合总结目前机床存在的一切缺点和历史上出现过的严重缺点。针对上述效果,对照改造目的和典型工件,编写改造义务书,做到改造后的机床到达一定的先进性和适用性。

2.1.2经济可行性分析。从实践可操作性动身列出几种应思考的状况:从机床自身的价值思考,分析要到达改造目的所需投入能否偏高;从该机床在本单位产品制造中的位置和重要水平来分析改造价值;从该机床的投入产出率预算,能否能较快收回投资,然后迅速发生较好效益;机床改造后提高了机床精度,添加了功用,能否能使本单位产品提高水平,或许能有利于开发新产品,从而取得附加效益。改造资金来源牢靠。

2.2技术方案预备

2.2.1机械及液压系统作为机床的最终用户,厂方必需首先要确认,该机床机械及液压系统的状况。如:目前机床的精度,机械传动链的状况,丝杠、导轨的状况,有无严重缺点等,以确定机床是大修、项修。假设是非数控机床要改为数控机床,首先要思考机械改装的可行性,最重要的是导轨的方式及滚珠丝杠的装置。再有就是机械传动机构的传动间隙与传动刚度能否契合数控机床的要求。

2.2.2电气系统在做数控机床改造方案时,用户可以依据机床的形状及工艺要求来选择数控系统。其一,是选择数控制造厂商,目前世界上功用及信誉较好的有西门子(德国)、发那科(日本)、三菱(日本)、NUM(法国)、FAGOR(西班牙)等。用户可在具体了解上述厂商数控系统的特点及功用价钱比等目的的基础上,与实施改造的工程公司一道,选择一个比拟适宜的数控系统(NC)。其二,是依据机床的功用要求选择相应控制系统的类型,做到既能满足机床全部功用要求又不提高规范。

2.2.3关于机床测量系统,目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入,所以老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、光栅尺替代。

2.2.4关于电路,改造可采取的方案有两种:“接口型改造”,即保管继电器电路,只对NC、PLC停止改造,新PLC不参与电路控制,只处置NC所需的指令信号。此方案改造设计、调试任务量较小。另一种是“彻底改造”,在继电器逻辑较复杂,缺点率较高,用户又能提供清楚逻辑图的状况下,可用新NC所带的PLC将电路全部改造,简化了电路,又合理应用了PLC的控制才干。此方案可大大简化硬件电路,大大提高牢靠性,但改造设计、调试任务量较大。

2.3各局部装置方式确实定

2.3.1控制系统的装置罕见的有悬挂式、柜式、台式等。装置方式的选定,直接决议各种衔接电缆的走线方式和电缆长度,也关系到操作与维修的方便性。

2.3.2驱动系统的装置,准绳上只能采取电气柜内装置这一种方式,应思考的要素有通风冷却,电缆走线方式及长度,对其他电器的搅扰等。

2.3.3电动机的装置,依据机床的实践,确定电动机的装置方式:法兰式、底座式、带底座法兰式,再加上轴伸方向、电动机接线盒的位置等,这些由电动机的订货辅佐参数确定。

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[关键词]机床改造；数控化改造；改造内容；机电设计

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2014）01-173-01

一、机床数控化改造的必要性

目前，与发达国家相比，我国企业机械制造整体水平还有着不小的差距，特别是对于先进制造技术的核心技术中的数控技术来说，更是如此。我国目前大多数企业使用的窦唯传统老式机床，已经不能满足企业高技术产品的生产要求，在新形势下，传统式机床改造成数控机床已经大势所趋。

二、机床数控化改造的分类

下面则为机床的数控化改造的几个方面：第一，NC化功能。把数控系统和数显装置在普通机床上进行安装，从而改造为CNC机床和NC机床；第二，恢复原功能。诊断并恢复原有机床存在的故障部分；第三，翻新。翻新机床的机械及电气部分，这样能够有效提高效率、精度以及自动化程度，重新装配加工机械部分，满足原精度的恢复要求；并用最新的CNC进行不满足生产的CNC系统的更换工作。第四，技术创新工作。采用新技术与新工艺，在原有规模基础上尽量提高性能档次，通过技术创新或者技术更新方法，力争较大规模能够提高更新改造的档次和水平。

三、机床数控化改造的内容

这里以翻新技术在车床数控化改造中应用为例，结合现场实际情况，主要介绍机床数控化改造内容，以及相关的机电设计内容。

（一）进给轴的改造

其中，同一电机驱动普通车床的x轴和z轴，不同的工件螺距则是通过走刀运动获得，就是经过走刀箱传动丝杠及溜板箱完成。在经过走刀箱传动光杆及溜板箱完成的走刀运动过程中，不同的进刀量，也就是x轴运动可以获得。对于改造普通车床数控化过程中，走刀箱及溜板箱往往都除去，而是代替采用进给伺服（或步进）传动链，分析具体情况如下。

由数控指令获得不同的走刀量和螺距而确定纵向，z轴：纵向电机一减速箱（或联轴器）一纵向滚珠丝杠一大拖板；由数控指令获得不同的走刀量确定横向，x轴：横向电机一减速箱（或联轴器）一横向滚珠丝杠一横滑板。

在保证机床刚性的前提，对于改造后的保证机床刚性的前提进行分析，其影响因素包括机床导轨的精度情况、以及相应的滚珠丝杠副的选择和布置问题等等。

（二）主轴部分改造分析

车削加工中的主运动则是通过车床主轴带动工件进行不同转速旋转运动，从而使得大部分的机床动力得以消耗。相比于普通机床，数控车床的主轴箱主要有以下几个部分组成，包括电主轴或是传统机械主轴单元，加上变频电机，还有变频器所构成。数控化改造普通车床的过程中，原主轴箱在大部分情况下都是保留的，尽量稍作改动，当需要改动时，需要注意以下几点问题。

在不需要原有机械进行变速换挡处理过程时，一般在恒定速度链上固定主轴箱内齿轮组，为了避免失误出现操作事故，还应该焊死摩擦片。

对于主轴中具有的液压操作，包括主轴的正反转、变速和等功能，为了避免液压系统受到主电机正反转的影响，或者转速的变换影响而失灵，此时，需要增加单独普通电机安装，来进行相关的驱动。

主轴部分数控化改造的另一个重要部分则是让机床能够进行螺纹加工，对于传统的车床交工螺纹过程来说，操作较为麻烦，都是通过不同的挂轮组来完成不同的螺纹加工。在进行改造过程中，一般把一个光电编码器在主轴末端或者是滑轮架位置进行安装，主轴的同步性可以通过反馈给系统控制获得，要求其转速保持与主轴转速的一致性，光电码盘随着主轴转一周而旋转一周，这就能够加工出立项的螺纹。其中，绝对式光电码盘和增量式光电码盘是常见的两种光电码盘，它们的编码方式不同，国内常用的为增量式光电码盘。一般来说，常用的光电码盘上的刻线条数为1024线就能满足使用条件。

（三）刀架部分的改造

对于老式传统的车床刀架来说，大多是手动，加上液压驱动和少部分的电动，而电动刀架则是目前数控机床的刀架的基本形式，在改造过程中，可以根据实际需要情况进行更换，体现出电动刀架的迅速、定位准确等特点。

立式电动刀架和卧式转塔刀架则是常用的两种电动刀架，一般卧式类型可以安装8～12把刀，立式类型有四工位或者六工位，每种刀架可分为免抬刀刀架和抬刀刀架之分，在改造过程中，常用的则是立式的四工位的电动刀架。

（四）部分改造

对于老式传统的机床的部分分析，除了主轴箱以外，丝杠副、导轨、光杆等都需要进行定期的油脂和注油处理，这样就影响到丝杠副、导轨的精度问题，对于同等驱动下的机床运动的灵活性和稳定来说，也具有一定影响。

在进行机床改造过程中，一般都要相应的改造部分，一般分为编程自动和手控两种，往往采用定时、定量供应稀油的方式进行，根据实际情况需要，在机床丝杠副和导轨布置好以后设置。其中，油脂一般在丝杠支撑轴承中采用，在供油充分或是特殊需要情况下，可采用稀油。

（五）机床防护

对于改造机床的防护来说，一般分为办防护、局部防护和全防护三种。其中，局部防护只是针对走线、电机和丝杠副等方面采取的防护措施；在局部防护的基础上，增加相关的挡屑装置，增加切削保护，这就是半防护方式；全防护则是在半防护的基础上，封闭整个机床，此种防护需要考虑的因素最多，具有最难处理的情况，包括防水、安装位和美观因素等等，在实际操作中，前面两种最为容易实现。

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关键词：数控机床 教学 实训一体化

随着经济的发展，数控技术已被广泛应用到机械制造行业中。数控机床成为一门相当重要的课程，整个实训过程中，有较高的理论编程要求与较高的技术操作能力要求，使得数控机床实训一体化教学成为了重点探究内容。针对这一问题，需要进行理论实践一体化教学改革，提高学生的综合能力。

一、加强对教学大纲的重组

随着机械制造行业现代化进程的加快，高精度、多轴化、智能化等名词已成为了专业技术可持续发展的目标。与此同时，负责实现这一目标，培养高技术人才的技工院校专业教学大纲等也应不断改进与创新。职业教学模式的深化改革内容要凸显的就是技能教育。现今，技工学校内数控机床实训一体化的教学内容、教学层次等还应紧紧围绕这一主体展开，不断探索出符合企业发展的项目与单元教学、情境教学、模块教学模式，丰富职业教学方法。

教学大纲与教学计划在整个过程中均应直面企业需求，紧跟数控技术发展目标与发展方向。注重职业技能的培养，将多功能、多轴、交流伺服系统应用于柔性制造单元，把柔性制造系统广泛应用于教学中。同时，教学环节和教学内容不可限定课堂理论教学中，还应通过不断实践，采用仿真演示的课堂教学模式，强化机床实际操作能力的培养，为学生提供足够的实训实践时间，确保学生娴熟的掌握数控铣床、数控车床、加工中心等机床的具体操作。学生在企业实践的过程中，教师可积极了解学生知识的掌握情况等，鼓励其积累经验，培养专业技能。校方应与企业相互交流、合作，定期向企业咨询，了解企业发展需要的专业性人才，并对教学大纲与教学内容与教学手段进行改进和完善，不断让企业成为技工院校数控技术人才的主要培训、实践场所。

二、加强专业教师队伍的建设

技工院校在今后相当长时间段内均需以培养社会经济发展需要的技能型、应用型人才为目标。技工院校在人才招聘方面将学历视为选聘的关键标准，但不少有较高学历的教师在教学过程中仍然是过度重视理论知识，缺乏实践经验。教师虽也进行职业教育培养，但时间短，实践经验不足，示范操作教学经验缺乏，影响了最终的实训教学质量。为了解决这一问题，校方从企业内聘进了一批专业技能较强，实践操作能力较高的技术人员到实训课堂担任任课老师，但却因学历较低而受到学校内高学历老师的歧视，薪酬、待遇等也与校内其他高学历教师形成差距，影响了这些人员的积极性。

实训教学是让学生掌握更多生产技术的主要环节，整个教学过程都要求将技能教学搬入实训场地内进行，出现了教学环境、教学方法与教学内容的改变。判断是否是一名优秀的数控机床实训教师，不仅是要看能否熟练的讲解出数控机床相关的理论知识，还要看其是否能够正确示范、讲解数控机床的结构，了解数控机床的加工对象与加工特征，程序编制的应用，机床操作的技术要点以及简单的故障排除方法，是否懂得两种或多种自动编程软件的使用方法，能否在教学实践过程中不断累积经验，丰富自身知识。因此，技工院校内还应加强专业教师队伍建设，定期组织人员学习、培训，或让他们到其他职业院校实训基地参观，与院校老师进行经验交流，让他们掌握更多新的教学方法，累积更多教学经验，提升他们的教学能力。

三、保障实训设备的利用效率

长期以来，技工院校均较注重实训基础的建设，为实训教学的改革和创新提供了有利条件。尤其是在江浙一带的技工院校内数控专业实训教学设备利用率相当高，学生均能在教师的一对一指导下，完成各自的实训任务，并通过系统考核与培训，合格后方可取得职业技能资格等级证书，最后才能参与到工作中。

数控机床实训课堂的管理制度也严格按照企业实际操作来进行，可让学生更快地适应企业内的工作环境和氛围，更利于学生职业道德的提升和实践意识的增强，缩短学生毕业后到企业工作的磨合过程。在实训过程中，学生必须以大纲要求为参照，进行各项技能的学习，从而真正理解机械制造的本质含义，掌握数控机床各类操作方法。

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① 通过这次实习我们了解了现代机械制造工业的生产方式和工艺过程。熟悉工程材料主要成形方法和主要机械加工方法及其所用主要设备的工作原理和典型结构、工夹量具的使用以及安全操作技术。了解机械制造工艺知识和新工艺、新技术、新设备在机械制造中的应用。

② 在工程材料主要成形加工方法和主要机械加工方法上，具有初步的独立操作技能。

③ 在了解、熟悉和掌握一定的工程基础知识和操作技能过程中，培养、提高和加强了我们的工程实践能力、创新意识和创新能力。

④ 这次实习，让我们明白做事要认真小心细致，不得有半点马虎。同时也培养了我们坚强不屈的本质，不到最后一秒决不放弃的毅力！

⑤培养和锻炼了劳动观点、质量和经济观念，强化遵守劳动纪律、遵守安全技术规则和爱护国家财产的自觉性，提高了我们的整体综合素质。

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关键词：数控机床加工技术；一体化教学；精品课程

一、课程开设背景

数控机床加工技术（加工中心）是数控技术专业必修的一门职业特定核心课程。本课程以数控机床基本操作、CAD/CAM、手工编程为主线，同时按职业工作过程中零件加工的加工工艺过程为主旨，结合加工中心操作工中级工、高级工考证练习，构建该课程体系。我校于1998年开设加工中心中级工的教学课程，2000年开始加工中心中级工考证，2002年开始加工中心高级工考证，到目前为止已培养加工中心中级工近130班共约5500人次，加工中心高级工近55个班共约3000人次。

考证人次

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近十年加工中心考证趋势图

二、师资力量雄厚

本课程任课老师共有14人。其中副高级职称3人，中级职称2人，初级职称及以下9人；高级技师1人，技师8人，高级工5人。专职教师一体化教师比例达100%，企业兼职教师1人，专兼教师比例为14∶1，其中加工中心操作工高级考评员3人，考评员

5人。

本课程任课老师中有大部分是骨干教师，多位教师在省市乃至全国数控技能竞赛取得优异成绩，并获得“广东省技术能手”“广东省优秀教练”“广州市技术能手”称号“广州市优秀教练”“广州市青年岗位能手”称号。

本课程任课老师平均年龄32岁，其中40岁以上3人，30岁以上2人，20岁以上9人。全部为中青年教师，年龄呈多层次的梯形结构，职称结构合理，具备良好的学历结构，教师实践能力强，是一支集朝气、活力、精力、能力于一体，整体素质高的教学团队。

三、课程培养目标清晰，切合企业需求

1．人才培养目标

数控技术专业面向制造业，培养具有良好的职业道德和创新精神，掌握本专业的技术知识，具备相应实践技能以及较强的实际工作能力，熟练掌握数控加工工艺和数控加工程序编制，熟练进行数控加工设备的操作和维护，并取得“加工中心操作工”中高级职业资格证书的面向生产第一线需要的高技能人才。

2．对应岗位

加工中心机床操作工、设备维护管理员、数控加工工艺员、数控加工程序员。

3.课程目标

根据数控技术专业人才培养目标，特别是制造业对数控人才在加工中心操作、加工工艺编制等方面的能力要求，确定本课程的培养目标，包括课程知识目标，课程能力目标，情感、态度和价值观目标，具体内容是：通过本课程的学习，使学生掌握使用加工中心完成零件加工的基础知识；在专业技能上达到会编制零件加工工艺、会编制零件加工程序、会使用加工中心加工零件、会保养和维护加工中心的“四会”能力要求，使学生获得“加工中心操作工”中高级职业资格证书；把核心（关键）能力培养贯穿于课程教学全过程，使学生在职业道德、创新意识、团队协作、交流表达、数字应用、自我提高、信息处理、解决问题以及外语应用等各个方面得到提高。

4．岗位能力需求

通过企业专家对就业岗位（群）所需人才素质、知识与能力的分析，结合国家职业技能鉴定中心最新提出的分层化国家职业标准，确定以工作体系为基础，将工作任务转化为任务引领的课程，建立以工作过程为导向、以国家职业标准为基础的课程体系。在新的课程体系中，核心能力（即关键能力）、行业通用能力和跨行职业能力充分体现了职业教育提高学生的综合职业素质，保证学生可持续发展能力的思路；专业特定能力满足了高技能人才培养的特色和职业资格的标准要求。

四、以职业工作过程为导向来进行课程设计，安排教学内容

本课程将必要的知识点融于实践技能培养的进程中，以数控机床基本操作、CAD/CAM、手工编程为主线，以工作任务为中心来整合相应的知识、技能。采用了就业导向的课程开发方法、启发式教学和任务教学相结合的教学方法，以应用为目标，以工作过程为导向，强调“是什么”“怎样做”，淡化“为什么”，重点要求学生掌握与生产相关的实际问题。以职业能力要求为切入点，以工作过程为导向，并与企业合作共同制定、编写教学大纲、教学计划、实训计划及实训项目。按职业工作过程中零件加工的加工工艺过程为主旨，结合加工中心操作工中级工、高级工考证练习，构建该课程体系。

为满足机械制造行业用人单位对人才的需要，结合职业岗位实际工作任务所需的知识能力和素质要求，课题组对课程内容进行了选取和优化，构建新的理论、实践教学体系，对教学内容进行了整合、优化、重组。根据技能型专业人才培养目标、岗位需求和前后续课程的衔接，以必需够用为度，统筹考虑和选取每个教学环节的教学内容。课程体系由课程内容教学环节、实训教学环节和顶岗实习环节组成，并且辅以创新能力训练环节，提高课程内容的针对性和适用性，全面提高学生综合素质。

本课程以企业真实岗位为学习情景和学习任务，以零件的结构特征为载体，按照职业工作过程来设计课程的每一个课题，在内容上涵盖“加工中心操作工”中级工、高级工国家职业标准。整个课程采用四阶段教学法结构和任务驱动法结构，通过一个课题的学习，学生可以完成职业的一个典型的综合性任务，通过若干个相互关联课题的学习，学生就具备了加工中心编程和操作能力。这些项目来源于工厂企业实际生产岗位，根据教学要求进行了整合修改，以达到系统地掌握知识，培养学生技能的目的。

五、一体化教学采用四阶段教学、情境教学和项目教学相结合方式

本课程共有42个课题，每个课题中都包涵有一定的基础知识，本课程中的机床操作、相关知识等方面共有17个课题采用了情境教学方法，主要运用现场设备和设施以及多媒体课件，在尽可能短的时间内加强学生对知识的理解。

机床操作、CAD/CAM、编程指令等方面共28个课题的教学内容均主要采用四阶段教学方法，四阶段教学法是指把教学过程分为准备、教师示范、学生模仿和练结四个阶段的程序化技能培训的方法。老师边讲边做，学生边听边练。

本课程共有6个综合课题都是采用项目教学法。学生还可以充分利用图书馆、网络等资源，以自学的方式获取更多的基础知识。整个课程的教学过程情景化，学生以小组为单位，在老师的指导下，通过边做、边问，将理论知识融化到实践中去，不断解决在实践过程中碰到的各种问题，从而掌握各个课题知识要点。学生以小组为单位，小组设小组长一名，小组长采取轮换制，确保整个学习过程中小组成员都有机会任小组长，小组长在这个模块学习中起到组织者的作用，其主要职责是方案设计、任务分派、统筹等工作。通过此种方式，培养了学生的团队精神和敬业精神，以达到提高学生综合素质的目的。

我们还采用案例教学法、课堂讨论法、启发、提问式教学法、发现法、程序教学法、自学辅导法、设计教学法、价值澄清法进行教学。

六、积极开展课程教学标准、课程体系、教学内容的建设和教材建设

在几位首席教师的带领下，精品课程的主讲老师积极参与了本课程的程教学标准（教学大纲）修订、课程体系的构建和教学内容的建设，完成了42个课题的电子教案、4种数控操作系统的操作视频和大量的练习题和拓展课题，并设立课题“加工中心操作工中、高级考证课程教学体系衔接的研究”，对加工中心操作工中、高级工教学课程体系、教学内容进行研究。

本课程所使用的教材《加工中心中高级工实训教程》由汤伟文、任馨苏、冯一锋、郑永康编写，任馨苏还编写了辅助参考资料《机械图例》，供中高级工软件练习之用。

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关键词：数控机床；热误差；实时补偿

前言

数控机床属于精密加工设备，随着主传动功率、扭矩、转速等参数的持续增加，其发热量也在增大，进而引起机床更大的热变形误差（简称热误差），热误差动态变化与热容量、导热系数等相关，具有非线性的特点。需要进行实时的误差补偿，以保障零件加工的精密度。

1数控机床热误差原因及误差补偿原理

1.1热误差原因

数控机床发生热变形误差主要存在于主传动中，主传动主要包括主轴箱、立柱、进给构件、工作台等。根据主传动的结构分析建立X，Y，Z空间坐标体系，可以发现当主轴的转速连续增高时，主轴箱的齿轮和轴承之间就会产生热量，打破机床内部的热平衡，并使主轴延Z轴向下伸长，形成进给误差。此时主轴箱上下温度存在温差，温度场使内部产生热应力，导致主轴箱发生X轴向偏转，进而促使Y轴向误差，X向则面产生无热漂移的对阵结构。虽然使用了全封闭环的控制方法，但仅能保障主轴箱与工作台的相对距离，无法控制主轴端面与工件的距离，从而造成热误差。

1.2数控机床误差补偿的原理

为了减少热误差对数控机床的精密度的影响，需要从机床的结构设计上进行减少热源发热量的对称布局设计，使热误差因平衡作用而相互抵消。通过分析、统计、归纳以及原始误差的特点与规律，建立数学误差模型和形成误差平衡，早期是通过硬件进行弥补，例如，滚齿机的凸轮校正机构、校正尺装置等，因动态弥补性差，是非柔性的补偿方法，易造成补偿不及时，而影响数控机床的精度和使用寿命。使用BP神经网络方法进行误差实时补偿，即采集数控机床的实时温度及误差值，并完成动态校正和补偿。为了方便对温度进行感知和动态测量，根据多传感器原理，在系统中设置温度传感器和实时控制系统两部分来感知机床各结构的温度变化，传感器的布点及位置需结合数控机床易发生温变位置及不影响机床动作完成为基本原则，将所获得的数据输入到神经网络模型中，神经网络模型根据既定程序对热误差进行计算和预测，并将结果专递到主控中心，主控中心发出误差补偿指令，完成实时的误差补偿。

2热误差实时补偿及优化

根据数控机床产生热误差的原理，并结合在工作中采集的数据发现，影响机床内部热平衡的主要有电机座和轴承座温度，光栅温度，环境温度和工作台温度等变量。为从多个参数中进行重要参数提取，全面反映热误差变化特性，避免误差模型中存在变量耦合，需要保障模型的精确和稳定性。根据误差的原因分析，X，Y和Z轴中，X轴发生误差的概率较低，且对任务差的影响明显小于Y轴和Z轴。为方便研究选择某型号在线机床进行Y轴和Z轴实测数据收集。机床开机后，分别采用（9±3）m/min和（10±4）m/min的运转速度，并分别在Y轴正负向及Z轴正向使用千分表测量主轴芯棒的热漂移。按照每10min的周期进行间隔采样，收集温度传感器的构件温度数据，按照测量要求进行环境降温实验和定位误差检测。可以发现两种转速下，最大温差分别为13.75℃和20.70℃。定位误差范围（45.13±18.22）μm。使用粗糙集理论进行参数筛选和简化，既简单易用，可直接对数据进行分析和推理，还能找出数据间的规律。对左右基座温度等8项参数进行分析，得出左基座温度、右轴承温度、右光栅温度和工作台温度4个参数对热误差的关联性最大，它们分别与时间发生关联，并按照误差的延迟特性将4个参数转变为7个，使神经网络依据时间具有自动适应性，形成一个动态的神经网络反馈结构。图1为神经网络的动态网络结构示意图。基于上述热补偿数据采集和建模方式，将热误差实时补偿系统分为两部分，即数据采集计算端口与补偿动作实施系统。数据采集计算端口是根据所列的数据输入点，在合适位置设置敏感度高的温度传感器将采集信号进行AD转换，按照补偿值的计算逻辑进行计算补充，通过I/O接口与数控机床的上位机控制系统相连，数控机床的控制中心（PLC控制器）接收到预测信号后转化为补偿指令，指导完成热误差补偿操作。控制中心的数据接收和动态补偿指令通过预设液晶显示屏进行显示，方便在长时间运转后调取补偿数据，从而进一步对热误差实时补偿系统进行调整和优化。为了方便系统的可拓展性与数据通信的可变通性，在选择PLC控制器及相关配件时，应选择接口多和编程简便的型号。

3热误差实时补偿的实测分析

（1）热误差实时补偿系统的仿真试验。仿真试验能提前发现系统设计中存在的误差，并进行校准，减少实际生产中的损失。选择最先进的仿真软件和仪器对系统的运行进行变量模拟，尤其是对温度传感器的灵敏度、时间动态积累及参数采集的完整性等尤为重要。本系统采用Multisim13.0进行仿真校验，仿真结果表明，该系统在运行中温度感应速率高，网络的收敛速度快，自适应能力强，可以进行投产实践。（2）热误差实时补偿系统的投产实践。在仿真试验结束后，可在数控机床上进行投产实践检测。例如，在某生产线进行日运行8h，为期1月的数据收集，主要针对传感器、主轴、上位机控制等进行调试和检测。此过程中未出现因为变量耦合而造成的误差分析偏移，且整个系统的模型计算的精准性和robust（强壮）性能高，网络的自适应性能力强，投入生产线的产品合格率明显提升。（3）调整及展望。根据热误差实时补偿系统的仿真及投产实践结果来看，目前数控机床热误差设置的测点能够满足热效应的感测需求，并能结合数控机床零件形位公差的系统完成零件的实时检测和校正，降低了误差参与量。系统在运行一段时间后，温度传感器的传感灵敏度会出现下降，部分热误差较大的测点温度传感器受到较大损伤，需进行及时更换和调整。另外，要提升零件加工标准的规范和设计要求，能有效的针对零件加工需求对热误差实时补偿系统进行调整，从而保障数控机床加工的效率和精确度。

4结语

数控机床在零件的加工过程中，基于机床的运行机理及内部生热，并由此造成内部存在不平衡热场，使零件加工过程中出现Y/Z轴向的偏转和误差，而降低零件加工精度。左基座温度、右轴承温度、右光栅温度和工作台温度等4个参数是影响机床热误差的重要因素，且具有时间关联性，将4个参数与时间因素进行联动，可获得7个输入测点，使热误差实时补偿系统的网络更新速度和自适应能力增加，可以进行广泛推广。同时随着自动化技术的发展，该方法有望进一步提升网络收敛速度和精密性。

参考文献

［1］昝帅，李伟伟.数控车床误差补偿技术［J］.工程技术，2016（8）：234.

［2］张成新，高峰，李艳.基于实时反馈的机床热误差在线补偿模型［J］.中国机械工程，2015，26（3）：361-365.

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关键词：机电一体化；信息技术；技术应用

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

现代科学技术,特别是微电子技术和计算机技术的发展,极大地推动机械工业领域的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系的巨大变化，使机械工业的工业生产由“机械电气化”向“机电一体化”发展。机电一体化通过相关计算机通信网络,突破了传统在时间、地域上的限制,延伸了空间与范围,使得机电一体化成为快捷、可靠的工控技术模式。目前，机电一体化技术已经在的各个领域已得到广泛的应用，尤其是在数控机床上得以蓬勃发展。

二、机电一体化技术概述

机电一体化（Mechatronics）, 是指通过在机械的主功能、控制功能和动力功能上引进微电子技术，使机械装置与电子装置使用有关软件进行结合的系统的总称。在传统的机械技术基础上，综合应用机械技术、信息技术、微电子技术、自动控制技术、软件编程技术等技术,根据优化组织结构目标和系统功能目标,以智力、结构、运动、动力和感知组成等要素为基础,进而对各个成要素和各要素之间的运动传递、信息处理、能量变换、接口耦合、物质运动等进行研究,使整个系统进行结合与集成,并在系统控制程序的信息流控制下,形成物质的和能量的有规则运动,在高质量、高功能、高精度、高可靠性等方面实现最佳功能价值系统工程技术。机电一体化，涉及机械制造技术、信息处理技术、电子技术、测试和传感器技术控制技术、接口技术、伺服驱动等多种技术，是基于相关群体技术有机融合的一种综合技术。目前正处于发展阶段,代表着机械工业技术的发展方向。

图1 数控机床的组成

二、机电一体化技术在数控机床上的应用

1. 开放式结构

开放式数控系统具有开放柔性高、成本低、升级扩展容易、投资风险性小和可以引入最新的计算机软硬件技术等优点。一个开放式的数控系统应当具有在各种不同的平台上以及其他应用系统中运行的特性。为达到这一要求，开放式数控系统构成系统的各硬件模块、功能软件的选用不受单一供应商的控制，可根据功能、可靠性、性能要求相互替换，不影响系统整体的协调运行；同时，这些独立的控制元件应当为用户今后的二次开发提供运行的基础，用户在使用CNC系统时，可以使用现有的结构和控制元件，再添加一些特殊元件模块即可构成一个新的数控系统。数控系统之所以采用开放式体系结构，就是为了使数控机床控制系统成为具有互操作性、集成化的开放式的结构系统。CNC系统的功能、规模可以灵活设置，方便修改，能有效地将自己的软件集成到CNC系统中，功能的增减只需功能模块的装卸。目前，开放系统有两种常见的基本结构：(1)CNC加上计算机主板结构，即把一块计算机主板插入CNC机器中，计算机板主要负责实时控制，CNC则主要通过坐标轴运动为主进行实时控制。(2)计算机加上运动控制板的结构，把运动控制板插入计算机机的标准插槽中，进行实时控制。

2软件伺服驱动技术

伺服驱动技术作为数控机床的关键技术之一，微处理器技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展奠定了良好的基础。它有以下优点：无温漂，稳定性好；基于数值计算，精度高；通过参数对设定，调整减少；容易做成ASIC电路。作为数控机床进给用的伺服驱动系统应满足以下要求：伺服驱动系统的动态响应当要快，保证系统具有良好的动态跟随性能，尽可能快速地消除负载扰动对电动机速度的影响；伺服驱动系统应具有相当宽的调速范围，以此来满足低速加工和高速返回的要求，并能调整机械的加速度或减速度的大小;为了快速移动机床导板或重切削的需要,伺服电动机应当能产生出足够大的力矩，并能控制施加于机械上的力或力矩的大小；伺服电动机的转子惯量应当足够小，以此来确保伺服系统的加速或减速性能，使机械快速或缓慢平滑地移动；整个伺服电动机的体积和质量都应当尽可能地减小，从而为机械的设计和安装创造有利条件；电动机在从低速到高速的速度范围内平滑运行，转矩脉动尽可能要小，不能产生脉动和噪声；应能使机械运动跟踪控制指令，在停止时不能发生爬行和高频振动现象；伺服电动机应当确保安全可靠本身无需维护或容易维护。同时，伺服电动机与CNC系统的接口应当简便，必须能方便地接收来自上一级控制的指令，同时也必须将自身的运行状态送到上一级控制器。

C系统的连网

随着CNC技术中的发展，CNC系统提供PC功能和以太网的联接性，从而使数控机床可以从(和向)网络系统传送数据。由于CNC系统的开放和提供以太网联结，车间就可以从其机床上获得信息以提高生产率以及更多的东西。事实上，把CNC系统扩展到广阔的商务系统中，可以提供很多的生产优势。通过远程诊断监控制(RM&D)，机床数据也可以在供应商和终端用户之间分享。以太网联结可以为现有的许多IT设备提供无缝的集成，车间可以获得CNC信息并通过它到达工厂自动化设备中的更高层次的系统。一般而言，CNC设备有3个层次的网络工作：控制层、信息层、装置层。信息层是在各机床之间发送数据，在办公室与操作人员工位之间传输信息；而控制层主要是控制设备，一般由CNC设备的DNC功能采取控制，实现网络对零件程序的读取CNC的数据、传送PLC数据；最后，装置层包括现场级与车间单元控制级及信息集成系统，主要完成底层设备单机及I/O控制、通信连网和现场设备生产等功能，确保现场设备按时、按质完成生产任务。

4.联网通信功能

随着网络的不断普及，基于网络的各种监视技术和远程控制也不断地涌现，而远程控制的终端设备就其本身而言，就是机电一体化产品。通过标准化接口，通信和交互机制，使不同功能模块能以标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作、适应工厂自动化需要，支持标准FA网络及DNC的连接。联网通信功能主要体现在以下几个方面:(1)工厂干线或控制层通信网络：由计算机机通过以太网控制多台15i／150i组成的加工单元，可以传送数据、参数等。(2)设备层通信网络：15i／150i采用I／0 LINK与日本标准J计算机N—l相对应的一种现场总线。(3)通过RS'---485接口传送I／0信号，也可采用呲us_DP(符合欧洲1标准EN50170)以12Mbps进行高速通信。CNC与通信网络联系在一起还可以传递维修数据，使用户与NC生产厂直接通信，进而，把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。

三、结束语

机电一体化的是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展的必然要求。机电一体化技术已经成为当今最重要的技术之一，深刻影响到了数控机床的发展。目前，数控机床逐步实现高速化和高精度化，复合加工发展较快，新结构机床大量出现，开放性和联网管理也逐步成为使用数控机床的基本要求。随着科学技术的发展，机电一体化技术在的数控机床上的发展前景也将越来越光明。

参考文献

[1]琚爱云,王忠利. 浅析机电一体化技术在数控机床上的应用[J]. 郑州铁路职业技术学院学报,2008,01:18-19.

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关键词 C620车床；数控化改造

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0146-01

就现在来看，中国机床设备数控制造装备率小于30%。而且很大一部分结构存在问题，如：机构比老化、闲置或淘汰，全部都依赖于购买新的数控机床代替，而购买则需要巨额资金，对于旧机器不合理的利用也是一种资源的浪费，这显然是不符合中国国情。因此，利用数字技术对现有机床进行改造，是一个国家的需要和行业政策和可行的途径。本文对C620车床机械系统进行的经济型数控化改造这一课题来做一简要探讨。

1 机械系统的改造设计方案

1.1 主传动系统的改造方案

主轴的主要作用是负责数控机床精度的准确性，是十分重要的组成部分。在主轴上增加交流异步电动机变频调速，加工精度提高的同时也实现了主轴自动无级变速，从而省去了机械换挡的麻烦。数控车床的改造采用异轴安装，在数控车床主轴上安装一个主轴脉冲编码器，是为了在加工螺纹时，防止同轴装时的加工零件无法穿出车床主轴孔。由于异轴安装会显示出主轴的位置信号，所以，在进行安装时，要特别留意主轴脉冲编码器的引出轴与车床主轴之间要达到无间隙柔性联接传动（其比例为1：1），同步齿形可以很好的做到这一点。车床主轴在使用过程中是具有限制的，以主动轴脉冲发生器的最高限速为准，不能超过其最高转速。

脉冲编码器联接方式的步骤如下：交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴，主轴的运动经过同步带轮1和同步带轮2以及同步带带动脉冲编码器，使其与主轴同速运转，脉冲编码器用螺钉固定在主轴箱体上。

一般在改造卧式车床数控化时，机械改造的工作量大，保留机床上的主传动和变速操纵机构，可以大大的减少其工作量。主轴的正反转和停止功能，可以通过数控系统来控制。单速电机可以使用2～4速的多速电动机来替代；多速电动机的控制可通过主轴电动机利用交流变频器来实现，可满足其要求最终达到无级变速的目的。通过实际操纵，证明变频器在工作的过程中，如原有电动机工作的频率在70 Hz以下，就无需更换，但前提是变频器的功率大于电动机。

上述例子中，在进行有级变速的时候可以用YD系列7.5 kW变级多速三相异步电动机（此款机器由浙江超力电机有限公司而产）来实现2～4档变速；采用无级变速的前提是加装交流变频器，推荐使用烟台惠丰电子有限公司生产的F1000―G0075T3B这个型号的，再配以7.5 kW电动机。

1.2 换装自动回转刀架

能帮助数控提高机床加工精度并可以一次性的完成多道工序，其型号为LD4B―CK6140的四工位立式电动刀架是一款比较好的设备和选择，这款设备生产于常州市宏达机床数控设备有限公司，可以很好的完成手动刀架转换自动回转刀架。而数控系统可以帮助自动换刀时电路配置的需求。

1.3 螺纹编码器的安装方案

螺纹编码器，也可称为主轴脉冲发生器或圆光栅。在进行螺纹加工时，数控车床要安装主轴脉冲发生器来反馈车床主轴的位置，且与车床主轴同步转动。以下举例说明。

改造后的车床，可加工导程最大不超过24 mm的螺纹，Z向的进给脉冲当量是0.01 mm/脉冲，螺纹编码器每一转，都不能少于24 mm/（0.01 mm脉冲-1）=2400脉冲的输出量。因编码器的输出有出入（相位差为900的A、B相信号），可将A、B经逻辑异或后获得2400个脉冲。可将A、B经逻辑异或后获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到1200线（A、B信号）。还要注意，要使重复车削同一螺旋槽时正常工作，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。

按照以上的要求，以下举例选择的是型号ZLF-1200Z-05VO-15-CT的螺纹编码器，来自于长春光机数显技术有限公司。电源电压+5 V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径15 mm。

在螺纹编码安装中，常见的安装方法分同轴和异轴安装。同轴安装，即指在主轴上直接安装上编码器，与主轴同轴，虽然这种方式快速简单，但缺点却是很容易造成主轴通孔的堵塞。异轴安装，即指在主轴箱的后面安装编码器，位置最好在主轴同步旋转的输出轴上，如主轴上没有同步轴，则可以使用同步齿形带和主轴进行联接（转动比为1：1）。此时的编码器轴头必须要无间隙柔性联接安装轴，这是需要注意的一点，并且主轴的最高转速要控制在编码器的最高许用转速内。

1.4 进给系统的改造与设计方案

数控系统发出的脉冲指令由数控机床的进给传动系统接受并放大和转换后驱动机床运动之星件完成预期的运动。刀架横向（X轴）移动由横向进给传动系统带动，它控制工件的径向尺寸；轴向（Z轴）运动由纵向进给装置带动，它控制工件的轴向尺寸。

1.4.1 进给传动链

横向进给（即X向）是由步进电动机及其减速箱传动的（步进电动机装在床鞍后面），进给传动系统包含：步进电动机、纵向丝杠副、同步带、横向丝杠副。

1.4.2 滚珠丝杠螺母副的选用

为保证数控机床高的加工精度，其进给传动系统要求有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。

1.4.3 设计方案的过程

1）将挂轮上的齿轮全部拆除，找出主轴的同步轴再进行螺纹编码器安装。

2）先拆除进给箱总成，再安装纵向进给步进电动机和同步带减速箱总成（须在原来的位置上安装）。

3）先拆除快走刀齿轮条和溜板箱总成，然后安装纵向滚珠丝杠的螺母座托架（须安装在床鞍下面）。

4）先拆除四方刀架和小滑板总成，然后在中滑板上方安装四工位立式电动力架。

5）先拆除中滑板下的滑动丝杠螺母副，再锯断滑轮丝杠靠刻度盘一段（长216 mm）并保留，将刻度盘上的手柄拆掉，同时保留刻度盘附近的两个推力轴承，最后将滚珠丝杠副换上。

6）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到中滑板后部的床鞍上，并与滚珠丝杠的轴头相联。

7）将三杠（丝杠、光杠和操纵杆）拆除，更换丝杠的右

轴承。

2 结束语

我们将生产实训中使用的一台C620车床机械系统通过数控化改造后与新购置的机床进行比较，改造费用方面能减少60%到80%，十分节省。尤其在大型、特殊机床尤为突出。大型机床改造的费用，只需新购机床总费用的1/3，且交货时间短。