機床的數控化改造研究

　　機床數控化改造是一門綜合性很強的機電一體化技術.通過對機床數控化改造應考慮的問題進行了分析,同時對數控系統的選型與機電匹配計算作了較為詳細的論述,對于從事機床數控化改造工作具有一定的指導意義.

　　摘 要：由于機床的數控化改造有較大的經濟效益與社會效益，在日本、德國和美國等發達國家已經得到政府的大力扶持，而在中國這種改造才剛剛起步，機床的數控化改造是一項復雜的系統工程，只有抓好改造全過程的設計與管理，才能改造出高質量的數控機床。

　　關鍵詞：數控化改造;數控系統;伺服系統

　　機床數控化改造有多種方案，機床類型不同，改造的內容也不同，所以機床改造內容并非一成不變，而要根據實際情況選取合適的方式，以使普通機床數控化改造后的性能與新的同類數控機床相近或相同。同時，在機床數控化改造完成后，還應注意培訓數控機床的操作人員和編程人員，以使改造后的數控機床能夠盡快發揮作用。

　　1、改造數控機床的因素分析

　　數控機床的使用提高了機床加工生產的效率。普通機床進行數控化技術改造后可以實現零件加工自動化;其次，零件加工性能更加穩定安全更加可靠。這是由于經數控技術改造的數控機床的各主要部件經過長期工作，幾乎不會因刀刃變形而影響生產件的精度;再次，可以為零件生產廠家節約資金。與購買新的普通機床相比，普通機床的數控化改造一般可以節省一半以上的費用;最后，對于復雜的加工零件而言，改造難度越高，其功效提高的越顯著：且可不用或少用工裝，這樣不但節約費用，還可以縮短零件生產的準備時間。由于所需加工產品的尺寸誤差較小，精度要求高，不需要再進行修配。而數控機床由于實現了加工的自動化，計算機系統可以對刀具進行自動化管理，從而不會因為刀具的磨損而影響加工零件的精度與一致性;由于數控機床可以實現多種加工功能，因此可以加T出復雜的零件;由于實現了加工產品的自動化生產，數控機床的加工效率可以提高許多。計算機擁有強大的記憶和存儲功能，因而可以把所需的程序存儲下來，然后根據程序的規定自動去執行加工工序，實現加工的自動化;數控機床實現了多道工序集中完成，減少了頻繁搬運被加工的零件，當零件裝夾好后，可以實現多道工序的加工。

　　2、數控化改造的內容

　　2.1精度的恢復和機械傳動部分的改進

　　機床改造過程中首要任務是對舊機床進行類似于通常的機床大修，以恢復機床精度，達到新機床的制造標準。但是機床數控化后對機床精度的要求與普通機床的大修是有區別的，即整個機床精度的恢復與機械傳動部分的改進，都要為滿足數控機床的結構特點和數控自動化加工的要求來進行。數控機床的主軸驅動系統和進給驅動系統分別采用交、直流主軸電動機和伺服電動機驅動。這兩類電動機調速范圍大，并可無極變速，因此使主軸箱、進給變速箱及其傳動系統大為簡化。由電動機直接連接主軸或滾珠絲杠。目前數控機床進給系統中常用的機械傳動裝置主要有滾珠絲杠副、靜壓蝸桿蝸母條和預加載荷雙齒輪齒條三種。機床采用的導軌是新材料低摩擦因數的導軌，如滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。

　　2.2選定數控系統

　　根據要進行數控化改造機床的控制要求，選擇合適的數控系統是至關重要的。選擇時，除了考慮各項功能滿足要求外，還一定要確保系統工作可靠性。一般以性能價格比來選取，并適當考慮售后服務和故障維修等有關情況。如選用企業內已有數控機床中相同型號的數控系統，對今后操作、編程、維修等都帶來較大的方便。伺服驅動系統的選取，也按改造數控機床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應的數控系統和伺服驅動系統，改造產品的質量和維修更容易得到保證。國產系統在目前市場上有各種經濟型和標準型數控系統供應。其中，經濟型數控系統具有結構簡單，操作方便，技術易于掌握及制造成本低等優點，系統性能相對較差，可靠性不高。

　　2.3伺服系統設計

　　伺服系統分為開環、半閉環和閉環系統三種。開環控制系統主要由驅動控制單元、執行元件和機床組成。閉環伺服驅動由執行元件、驅動控制單元、機床以及反饋檢測單元、比較控制環節組成。在普通機床的數控化改造中一般采用步進電動機和交流伺服電動機。交流伺服電動機調速方便，體積小，目前廣泛用于數控機床的傳動系統。與步進電動機相比， 其精度高、價格昂貴，考慮到改造本身是經濟型改造，因此一般選用步進電動機作為驅動裝置。檢測反饋單元一般用光柵、脈沖編碼器等。在選擇驅動裝置時，一定要考慮其運轉性能與電動機的匹配，同時也要考慮其接口數據與數控裝置接口數據的匹配。目前國內外的數控系統廠家，都開發了與自己系統配套的驅動器，如廣州數控適配DA98 系列驅動器，華中適配HSV 系列動器，FANUC(發那科)本身開發了集成程度很高的多軸驅動器，所以一般優先考慮配套的驅動器。

　　2.4電氣系統的改造設計

　　在進行機床數控化改造時，原機床的電氣控制部分一般只能報廢，重新按數控化改造要求進行設計制作。數控機床的強電控制部分設計中要特別注意的是，數控系統各接口信號的特點和形式要相配，并且在設計過程中應盡量簡化強電控制線路。在電氣控制系統的改造設計中，應該遵循：機床在滿足控制要求的前提下，設計方案力求簡單、經濟，不宜盲目追求自動化和高指標，力求控制系統操作簡單、車床使用與維修方便。機床中的主軸電動機、冷卻泵電動機、刀架電動機等均需系統自動控制。數控機床中電氣控制系統除了對機床輔助運動和輔助動作控制外，還包括對保護開關、各種行程、極限開關的控制， 以及在操作盤上所有按鍵、操作指示燈等的控制。改造后的電氣控制系統，不僅保留了機床傳統控制系統的優點，同時具有體積小、功能強、通用性和靈活性強、使用維護方便等特點。

　　3、結語

　　由于機床數控化改造有多種方案，機床類型不同，改造的內容也不同，所以上述機床改造內容并非一成不變，而要根據實際情況選取合適的方式，以使普通機床數控化改造后的性能與新的同類數控機床相近或相同。另外，在機床數控化改造完成后，還應注意培訓數控機床的操作人員和編程人員，以使改造后的數控機床能夠盡快發揮作用。

　　參考文獻：

　　[1]袁建華.普通機床數控改造的實踐與探討[J].裝備制造技術，2011

　　[2]方旺.普通車床的數控化改造[J].機電工程技術，2013

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