機床的數控化改造方法研究

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　　摘要：本文將對機床的數控化改造進行科學分析并從數控系統和機械系統的改造等方面提供可行性方案和思路。

　　關鍵詞：普通機床;數控機床;系統改造

　　引言：隨著制造業的不斷發展，數控化機床率已經成為衡量一個國家制造業是否發達的主要標志。20世紀90年代我國有150多萬臺機床，目前我國家擁有機床約300萬臺，其中數控機床僅僅8萬臺左右，數控機床數量遠遠低于那些制造業發達的國家。我國普通機床設備陳舊老化、技術落后，嚴重影響生產力的發展。對普通機床進行數控改造已經成為既適合我國國情又使其具備先進的數控機床特點的最好途徑。它將使企業走出困境，實現跨越式發展的必由之路。

　　1、 機床數控化改造分析

　　數控化改造是指對普通化機床的某些部位進行改裝，再配上經濟型的數控裝置和標準型數控系統。改造后的數控機床將在自動化程度上、專業性上、加工精度和生產率上大幅度提高。首先，要進行性價比分析。購置一架新機床大約需要340萬元，從安裝到調試要半年到一年的時間。改造舊機床需要100萬元左右，改造時間約為3個月左右。其次，進行技術評估。主要包括改造后機床的精確度和使用性能。

　　2、 數控機床的改造方案

　　一般情況下對數控機床的改造主要為兩部分。一部分是機械部分改造，第二部分是數控系統改造。

　　2.1 機械部分改造

　　機械系統改造是數控系統改造的關鍵技術。主要改造內容為提高過去零部件的靈活性，減小轉動間隙和反向轉動間隙。要想達到技術指標，要對導軌、主軸變動機構等進行改造。

　　1)導軌改造。大多數普通機床均采用普通鑄鐵。數控機床要求采用淬硬的合金鋼材料，例如用G CR 15 軸承鋼淬硬到65～62H RC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通機床的滑動導軌需要換成滾動導軌和靜壓導軌，但是改造難度較大，主要是在導軌表面加裝輔助軟帶;

　　2)刀架改造。數控機床安裝的刀架為自動刀架，以便數控機床根據程序更換刀具。因此，必須將普通機床的刀架進行改造或更換;

　　3)進給機械改造。一般進給系統可以保持原來的支架系統，但是要調整彈簧，加裝減速齒輪系統。

　　2.2 數控系統的確定

　　在機床數字化改造過程中，自動控制系統是非常重要的組成部分。因此，必須根據改造的實際需求選擇合適的數控產品。目前，數控機床控制系統逐漸成熟，市場上出現了各種各樣的品牌，大致可分為兩大類：一類是常規數控系統;另一類是開放式數控系統。每一類控制系統都具有高、中、低不同檔次供用戶選擇。因此，用戶可以根據自己改造的控制精度、改造資金情況進行選擇。

　　1)常規機床數控系統

　　常規機床數控系統比較著名的品牌主要有德國西門子的SINUMERIK，現在已經逐漸形成了產品系列，如SINUMERIK810、820，SINUMERIK840、850，SINUMERIK802等。日本的FANUC 系列以及MITSUBISHIM50系列。這些產品都是集成的、封閉體系結構，主要包括數控裝置CNC、交直流驅動系統、可編程控制器、位置控制系統、通信系統以及輔助控制系統等。由于該類數控系統功能齊全、種類繁多、適用性較強以及信價比高，因而很多機床改造時首選這類控制裝置，我國就有很多這類產品的用戶。但是這類產品在開發過程中，由于硬件系統集成，用戶不能隨意更換，所以開發的靈活性不足。另外，系統的編程必須使用指定的軟件和編程語言，數控裝置程序開發采用NC，PLC開發采用梯形圖等，需要開發人員具有較高的軟件編程能力。因此，這類數控裝置已經逐步退了市場，而另一類數控產品即開放式機床數控裝置成為了數控機床制造的主流。

　　2)開放式機床數控系統

　　開放式數控系統最大的優點就是結構靈活、編程方便。用戶可以根據需要選擇硬件結構，可以借助PC機強大的編程能力提高系統控制的性能。目前，市場常用的開放式機床數控產品主要有三種。每一種數控裝置都是以PC為控制核心。第一種CNC+PC機的開放式數控裝置。這類產品雖然提高開放程度，但是還是需要CNC作為機床的直接控制裝置，PC機將各種命令、數據進行傳輸。因此，這類產品價格昂貴，結構也比較復雜。主要的代表是西門子的SINUMERIK840、850和日本的FANUC18I等產品。第二種是PC+運動卡式的開放式數控系統。這類產品完全采用PC機作為真正的控制核心，用戶可以根據需要進行硬件結構設計并利用windows操作系統和高級編程軟件進行開發。系統除了PC機外，比較重要的硬件是運動卡，它是對外控制伺服系統的控制接口。國內主要產品為有華中數控、廣州數控等產品。結構如圖1所示。第三種是全軟件型開放式數控系統。這種系統以PC機為控制核心，主要采用軟件形式實現運動系統控制。因此，更大程度的調高了靈活性，是當前機床數控系統的最新產品。

　　數控改造中還涉及伺服驅動系統的改造和設計。首先要選擇合適的、配套的伺服電機。現在的機床可以選擇直流電機，也可以選擇交流電機，甚至步進電機。一般主軸電機選擇交流電機;Z軸、X軸以及U軸等坐標軸電機選擇直流電機、交流電機皆可;工件拖動等輔助部分可采用直流電機。電機選擇時注意電機的轉矩、轉速等指標。最后，電機一般采用專用的驅動控制模塊或變頻器進行控制，現在市場上都有比較成熟的產品可供選擇。

　　3、 結論

　　本文詳細介紹了有關數控機床改造的過程和方法，對目前國內外有關產品進行了比較分析。本文提出系統改造主要以機械部分和數控裝置的加裝為主，改造過程中一定循序漸進，注意成本的控制，在調試中發現和解決問題。

　　參考文獻：

　　[1]紀晶，高鴻雁，姜元志等.普通機床數字化改造研究[J].現代制造技術與裝備，2007(1).

　　[2]韓瑞寶.普通機床數控改造方法與設計探討[J].科技創新與應用，2012(12).

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