机床数控化改造是一门综合性很强的机电一体化技术.通过对机床数控化改造应考虑的问题进行了分析,同时对数控系统的选型与机电匹配计算作了较为详细的论述,对于从事机床数控化改造工作具有一定的指导意义.

　　摘 要：由于机床的数控化改造有较大的经济效益与社会效益，在日本、德国和美国等发达国家已经得到政府的大力扶持，而在中国这种改造才刚刚起步，机床的数控化改造是一项复杂的系统工程，只有抓好改造全过程的设计与管理，才能改造出高质量的数控机床。

　　关键词：数控化改造;数控系统;伺服系统

　　机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。同时，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。

　　1、改造数控机床的因素分析

　　数控机床的使用提高了机床加工生产的效率。普通机床进行数控化技术改造后可以实现零件加工自动化;其次，零件加工性能更加稳定安全更加可靠。这是由于经数控技术改造的数控机床的各主要部件经过长期工作，几乎不会因刀刃变形而影响生产件的精度;再次，可以为零件生产厂家节约资金。与购买新的普通机床相比，普通机床的数控化改造一般可以节省一半以上的费用;最后，对于复杂的加工零件而言，改造难度越高，其功效提高的越显著：且可不用或少用工装，这样不但节约费用，还可以缩短零件生产的准备时间。由于所需加工产品的尺寸误差较小，精度要求高，不需要再进行修配。而数控机床由于实现了加工的自动化，计算机系统可以对刀具进行自动化管理，从而不会因为刀具的磨损而影响加工零件的精度与一致性;由于数控机床可以实现多种加工功能，因此可以加T出复杂的零件;由于实现了加工产品的自动化生产，数控机床的加工效率可以提高许多。计算机拥有强大的记忆和存储功能，因而可以把所需的程序存储下来，然后根据程序的规定自动去执行加工工序，实现加工的自动化;数控机床实现了多道工序集中完成，减少了频繁搬运被加工的零件，当零件装夹好后，可以实现多道工序的加工。

　　2、数控化改造的内容

　　2.1精度的恢复和机械传动部分的改进

　　机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的，即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进，都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大，并可无极变速，因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨，如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

　　2.2选定数控系统

　　根据要进行数控化改造机床的控制要求，选择合适的数控系统是至关重要的。选择时，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取，并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统，对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统，改造产品的质量和维修更容易得到保证。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中，经济型数控系统具有结构简单，操作方便，技术易于掌握及制造成本低等优点，系统性能相对较差，可靠性不高。

　　2.3伺服系统设计

　　伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便，体积小，目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比， 其精度高、价格昂贵，考虑到改造本身是经济型改造，因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时，一定要考虑其运转性能与电动机的匹配，同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家，都开发了与自己系统配套的驱动器，如广州数控适配DA98 系列驱动器，华中适配HSV 系列动器，FANUC(发那科)本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，所以一般优先考虑配套的驱动器。

　　2.4电气系统的改造设计

　　在进行机床数控化改造时，原机床的电气控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。在电气控制系统的改造设计中，应该遵循：机床在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济，不宜盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外，还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制， 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统，不仅保留了机床传统控制系统的优点，同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。

　　3、结语

　　由于机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以上述机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。

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　　摘要：本文将对机床的数控化改造进行科学分析并从数控系统和机械系统的改造等方面提供可行性方案和思路。

　　关键词：普通机床;数控机床;系统改造

　　引言：随着制造业的不断发展，数控化机床率已经成为衡量一个国家制造业是否发达的主要标志。20世纪90年代我国有150多万台机床，目前我国家拥有机床约300万台，其中数控机床仅仅8万台左右，数控机床数量远远低于那些制造业发达的国家。我国普通机床设备陈旧老化、技术落后，严重影响生产力的发展。对普通机床进行数控改造已经成为既适合我国国情又使其具备先进的数控机床特点的最好途径。它将使企业走出困境，实现跨越式发展的必由之路。

　　1、 机床数控化改造分析

　　数控化改造是指对普通化机床的某些部位进行改装，再配上经济型的数控装置和标准型数控系统。改造后的数控机床将在自动化程度上、专业性上、加工精度和生产率上大幅度提高。首先，要进行性价比分析。购置一架新机床大约需要340万元，从安装到调试要半年到一年的时间。改造旧机床需要100万元左右，改造时间约为3个月左右。其次，进行技术评估。主要包括改造后机床的精确度和使用性能。

　　2、 数控机床的改造方案

　　一般情况下对数控机床的改造主要为两部分。一部分是机械部分改造，第二部分是数控系统改造。

　　2.1 机械部分改造

　　机械系统改造是数控系统改造的关键技术。主要改造内容为提高过去零部件的灵活性，减小转动间隙和反向转动间隙。要想达到技术指标，要对导轨、主轴变动机构等进行改造。

　　1)导轨改造。大多数普通机床均采用普通铸铁。数控机床要求采用淬硬的合金钢材料，例如用G CR 15 轴承钢淬硬到65～62H RC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通机床的滑动导轨需要换成滚动导轨和静压导轨，但是改造难度较大，主要是在导轨表面加装辅助软带;

　　2)刀架改造。数控机床安装的刀架为自动刀架，以便数控机床根据程序更换刀具。因此，必须将普通机床的刀架进行改造或更换;

　　3)进给机械改造。一般进给系统可以保持原来的支架系统，但是要调整弹簧，加装减速齿轮系统。

　　2.2 数控系统的确定

　　在机床数字化改造过程中，自动控制系统是非常重要的组成部分。因此，必须根据改造的实际需求选择合适的数控产品。目前，数控机床控制系统逐渐成熟，市场上出现了各种各样的品牌，大致可分为两大类：一类是常规数控系统;另一类是开放式数控系统。每一类控制系统都具有高、中、低不同档次供用户选择。因此，用户可以根据自己改造的控制精度、改造资金情况进行选择。

　　1)常规机床数控系统

　　常规机床数控系统比较著名的品牌主要有德国西门子的SINUMERIK，现在已经逐渐形成了产品系列，如SINUMERIK810、820，SINUMERIK840、850，SINUMERIK802等。日本的FANUC 系列以及MITSUBISHIM50系列。这些产品都是集成的、封闭体系结构，主要包括数控装置CNC、交直流驱动系统、可编程控制器、位置控制系统、通信系统以及辅助控制系统等。由于该类数控系统功能齐全、种类繁多、适用性较强以及信价比高，因而很多机床改造时首选这类控制装置，我国就有很多这类产品的用户。但是这类产品在开发过程中，由于硬件系统集成，用户不能随意更换，所以开发的灵活性不足。另外，系统的编程必须使用指定的软件和编程语言，数控装置程序开发采用NC，PLC开发采用梯形图等，需要开发人员具有较高的软件编程能力。因此，这类数控装置已经逐步退了市场，而另一类数控产品即开放式机床数控装置成为了数控机床制造的主流。

　　2)开放式机床数控系统

　　开放式数控系统最大的优点就是结构灵活、编程方便。用户可以根据需要选择硬件结构，可以借助PC机强大的编程能力提高系统控制的性能。目前，市场常用的开放式机床数控产品主要有三种。每一种数控装置都是以PC为控制核心。第一种CNC+PC机的开放式数控装置。这类产品虽然提高开放程度，但是还是需要CNC作为机床的直接控制装置，PC机将各种命令、数据进行传输。因此，这类产品价格昂贵，结构也比较复杂。主要的代表是西门子的SINUMERIK840、850和日本的FANUC18I等产品。第二种是PC+运动卡式的开放式数控系统。这类产品完全采用PC机作为真正的控制核心，用户可以根据需要进行硬件结构设计并利用windows操作系统和高级编程软件进行开发。系统除了PC机外，比较重要的硬件是运动卡，它是对外控制伺服系统的控制接口。国内主要产品为有华中数控、广州数控等产品。结构如图1所示。第三种是全软件型开放式数控系统。这种系统以PC机为控制核心，主要采用软件形式实现运动系统控制。因此，更大程度的调高了灵活性，是当前机床数控系统的最新产品。

　　数控改造中还涉及伺服驱动系统的改造和设计。首先要选择合适的、配套的伺服电机。现在的机床可以选择直流电机，也可以选择交流电机，甚至步进电机。一般主轴电机选择交流电机;Z轴、X轴以及U轴等坐标轴电机选择直流电机、交流电机皆可;工件拖动等辅助部分可采用直流电机。电机选择时注意电机的转矩、转速等指标。最后，电机一般采用专用的驱动控制模块或变频器进行控制，现在市场上都有比较成熟的产品可供选择。

　　3、 结论

　　本文详细介绍了有关数控机床改造的过程和方法，对目前国内外有关产品进行了比较分析。本文提出系统改造主要以机械部分和数控装置的加装为主，改造过程中一定循序渐进，注意成本的控制，在调试中发现和解决问题。

　　参考文献：

　　[1]纪晶，高鸿雁，姜元志等.普通机床数字化改造研究[J].现代制造技术与装备，2007(1).

　　[2]韩瑞宝.普通机床数控改造方法与设计探讨[J].科技创新与应用，2012(12).