机床数控化改造技术论文

　　【摘 要】本文针对我国现存大量传统机床、旧机床无法满足技术进步和产品革新要求的现状，结合笔者的学习与研究，详细探讨了机床数控化的技术改造，以供有关单位及人员参考。

　　【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、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,2009.

　　[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,2006.

　　[4]李皓.17 m 龙门移动式镗铣加工中心技术改造[J].中国设备工程,2008( 9) : 56-57.

　　数控加工技术论文【1】

　　摘要：数控加工技术在机械制造业中广发应用了开来，因此在机械制造中提高数控加工技术的高效应用并引导其向自动化、高效化、数字化以及网络化的方向发展，是我们追求的目标。

　　关键词：数控加工技术应用

　　随着我国制造业的飞速发展，数控加工技术这种先进的加工技术在制造业行业中逐渐发展开来并得到了迅速推广。

　　因此，对数控加工技术进行合理改进，加速其发展,使其逐步走向自动化、快捷化、数字化及网络化，是目前我国制造业发展的一大趋势。

　　1、数控加工、数控编程的工作过程

　　数控加工技术分为机床加工技术和编程技术两钟：其中数控机床加工是数控加工技术的基础部分有着相当重要的作用，而对于零件加工进行编程则是数控加工的重要环节,对于零件编程的好坏也同样直接影响到了产品的质量好坏。

　　数控加工作的工作流程如下：在对数控零件进行加工时,要以零件加工图样中标注的标准为依据确定对该零件加工的过程、工艺参数数据以及走刀运动数据等,然后根据相关数据编制成数控加工的程序,将其传输给数控系统,在相关控制软件的支持下，经过计算与处理,发出相应的指令信号,使机床按预定的轨迹来进行加工零件。

　　数控加工程序,用数字代码来描述被加工零件的零件尺寸、工艺参数和工艺过程,将数字代码编制的程序输入数控机床的NC系统以控制机床的运动与辅助动作，最终完成对零件的加工过程。

　　把根据被加工零件的图纸以及技术工艺等信息,按照数控系统中规定指令以及规定的格式编制成加工程序文件的整个过程称之为零件数控加工程序的编制,我们也经常简称其为数控编程。

　　数控编程是数控加工的重要步骤。

　　通过正确的加工程序进行加工，不仅加工的工件合格率高，而且能使数控技术相关功能得到充分的利用，并使数控机床的运用更加合理高效、同时也降低了数控机床应用的危险系数。

　　使操作更安全。

　　数控加工的程序编制过程是相当繁琐、复杂、也是相当精细的。

　　一般来说,数控编程包括:对零件图样分析、对零件的数学处理、工艺处理进而编写程序单、输入数控程序及进行程序检验。

　　要想做好数控编程首先要根据所加工的零件的特点进行详尽的进行工艺分析;其次要合理的选择经济节能的加工方案，确定零件的加工路线、顺序以及装夹方式、刀具及切削参数等关键数据;充分利用数控机床所具备的各项指令功能,发挥其机床效能;并正确选择对刀、换刀点，尽量减少换刀次数。

　　2、数控编程的方法及CAD/CAM系统自动编程

　　数控加工程序的编制方式包括手工编程和自动编程两种。

　　手工编程是指整体数控编程的过程都是由人工来操作完成的。

　　比如对阶梯轴的车削加工的编程,由于其不需要冗长的坐标计算因此由相关的技术人员根据工序图纸标注的数据,直接编写数控加工程序。

　　但对其轮廓形状复杂的零件,尤其是空间复杂曲面零件,如手机的外壳、各种塑料模具、汽车外壳及零部件等，数值计算则非常复杂,任务量大，也因此容易出现计算错误，且一旦出现错误之后校对工作就变的相当难。

　　因此对于这种操作必须使用自动编程，使用CAD/CAM系统进行自动编程。

　　编程人员首先利用计算机辅助设计CAD或自动编程软件的零件造型功能,构造出零件的几何形状,再对零件图样进行分析,确定好加工方案,之后还需要利用软件的计算机CAM功能,完成工艺方案的制定，自动计算并生成刀位轨迹文件——零件的加工程序。

　　3、数控机床的特点及相关应用

　　数控机床不仅制作零件的精准度高，而且制作效率也是相当惊人的，他同时能适应部分零件的小批量生产，对于品种相对较为复杂的零件的加工也游刃有余,也正是因此数控机床技术在机械加工的领域当中迅速推广开来并得到了广泛的应用。

　　总结而言,数控机床的加工有点主要有以下几点：

　　(1)精准度高,质量较稳定。

　　数控机床是以数字形式形成相关指令来对零件进行加工的,因此一般情况下工作过程当中不需人为进行干涉,这也在一定程度上减少了误差。

　　除此之外,数控机床的机床结构以及其传动系统稳定性相对较高。

　　在工作工程中运用补偿技术,能使加工精度始终保持在高水平上。

　　提高了产品的合格率，稳定加工质量。

　　(2)适应力强。

　　数控机床的适应力是指其生产对象发生变化时其自身进行合理调整，跟进变化的能力。

　　在数控机床对零件进行加工时，如果操作人员,重新编制新的加工程序，在输入新的程序后就能马上实现对新的零件的加工;并且而整个过程不用对机械的硬件部分做任何改动,数控机床能够顺利的完成整个加工过程。

　　(3)生产效率高。

　　数控机床的零件加工一般为机动时间和辅助时间两个部分的时间和。

　　而数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大,因此数控机床在进行任意工序时都能选择最有利的切削用量。

　　(4)良好的经济效益。

　　在小批量生产的情况下,采用数控机床加工可以节省划线工时,减少机床的调整检验的时间,节约直接产生费用。

　　在大批量生产中，由于数控机床加工的精确度较为稳定,一定程度上减少了产品废品率,降低了生产成本，更使数控设备的经济效益显得尤为突出。

　　同时，利用控机床还能够一机多用,在一定程度上节省了投资者在场地建设当面的投资，减少了建厂面积。

　　伴随生产技术的应用及加工对象的复杂化、多样化，数控技术向着功能复合化、高速化、高精度化、体系开放化、驱动并联化、控制智能化、新型功能部件、高可靠性、加工过程绿色的方向发展。

　　航空航天、能源、汽车和医疗这四个重点领域四大产业的发展将对先进制造技术的应用和机床工业调整产生重大的影响，我国的数控技术还要求解决到产业结构的调整、关键功能部件的问题、可靠性问题、产业结构重组等等这些问题，缩小与国际水平间的距离。

　　参考文献

　　[1]张玉峰.浅谈我国数控机床的现状与发展趋势.贵州航天乌江机电设备有限责任公司,2010.

　　[2]刘爽.数控技术的发展与应用.辽宁石化职业技术学院,2010.

　　[3]黄琴.关于数控机床发展的几点思考[A].成都农业科技职业学院,2010.

　　数控加工仿真在数控教学中的应用【2】

　　摘 要：对于数控专业教学而言，其中最为重要地是实践操作训练环节，但是在进行传统教育的过程中，书面的教学模式并不能使得学生对技术有较好的掌握，特别是针对一些实际操作内容而言，该方面的教学内容更是少之又少。

　　随着21世纪科学技术以及计算机电子技术不断的发展以及变革，数控加工仿真程序也变得更加的真实以及完善，并且在进行实际教学运用的过程中，得到极为广泛的推广以及应用。

　　同时，使得实践课程的教学内容所取得的效果比传统教学而言更加的丰富以及全面。

　　针对数控加工仿真程序在数控专业教学过程中，特别是数控操作以及编程课程教学中实际的应用进行简单的分析以及研究。

　　关键词：数控教学 数控加工 仿真 操作编程

　　1 浅析数控加工仿真程序