数控机床改造精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇数控机床改造范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词：计算机；机床；数控化；改造；方案

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控（Computer Numerical Control），简称CNC。计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

1. 数控机床概述

数控机床就是将加工过程中的各种操作（如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码或程序来表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带、磁盘等）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。

2 .机床的数控化改造方案

2.1进行改造项目的可行性评估

2.1.1 对其价值做出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①系统及操作子系统；②伺服系统包括电动机；③机床电气；④机械本体床身、立柱、导轨和丝杠等；⑤刀库机械手系统；⑥自动工作台交换系统等。每一个子系统根据实际情况，都可以做出相应的价值评估。

2.1.2 评估改造后能达到的目标，即有什么样的机床准确度和使用性能。

2.1.3 进行成本的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。投人的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统；②机床电气及附件更换；③机床机械元部件准确度修复和维修保养；④机床辅助系统如液压系统、冷却系统等维修保养；⑤机床外观质量的修复；⑥机床改造后的调试检测；⑦机床改造所需的技术劳务费。在受改造费用限制时，可以修改改造目标，降低一些要求以减少投入费用。

2.1.4 对改造方案进行风险评估。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状准确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。因此必须做出风险评估和制订相应对策。一般做法是在工程项目费中，设置不可预见费用。

2.1.5 性能价格比评估。为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价格作为标准进行比较。

2.2 数控系统的选择

数控系统是机床的核心，在选择时要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑。数控系统主要有3种类型：步进电机拖动的开环系统；异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统；交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。该系统的位移准确度主要决定于步进电机的角位移准确度，齿轮丝杠等传动元件的节距准确度，所以系统的位移准确度较低。但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。

2.3 伺服系统的选择

伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪度、定位度等重要指标均取决于伺服系统的动态。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。

2.4 机床机械部件的改造

一台新的数控机床，在设计上要达到很高的动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到此要求，并注意下述几方面。

2.4.1 导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。

2.4.2 齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮准确度等级都比普通机床高。

2.4.3 滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链准确度。丝杠的选用主要取决于加工件的准确度要求和拖动扭矩要求。

2.4.4 联轴器。为了消除传动系统中的反向间隙，提高重复定位度，伺服驱动元件所用的联轴器多数采用无键连接，如锥销刚性联轴器，锥环联轴器等。

2.4.5 回转刀架。一般改装的车床多数采用四工位自动回转刀架。

2.4.6 安全防护。改造效果必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。

3. 数控系统开发方法

3.1 基于单片机的数控系统

基于单片机的经济型数控系统一般采用步进电机作为驱动元件，步进电机采用脉冲方式工作，基本原理是：系统中的键盘用于向计算机输入和编辑零件加工程序；采用数码管显示加工数据及机床状态等信息；存储器用来存放监控程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等；功率放大器用来对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电机带动负载运行。需要完成的具体任务有：

3.1.1 硬件系统的结构设计。一般采用51系统单片机作为主控制器，在此基础上扩展一些必要的器件如ROM、键盘等。

3.1.2 软件设计。包括：监控与操作软件，用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等，包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的编辑修改等；步进电机控制软件，包括：通电状态代码和电动机正、反转的实现；步进电机转速的控制。

3.2 基于ARM与运动控制器的数控系统

3.2.1 系统硬件结构。系统硬件采用主从式双CPU结构模式。主CPU为ARM处理器，用于键盘、显示，网络通讯等管理工作，而从CPU即为运动控制芯片，专门负责运动控制的处理工作。ARM处理器通过总线操作，把命令写入运动控制芯片，使运动控制芯片来完成运动控制。

3.2.2 操作系统及编程语言。为了最大地利用系统硬件资源，并且还要保证实时性，所以使用了μC/OS多任务实时操作系统。使用到μC/OS操作系统，通过它实现多任务实时控制。程序的编程语言为C语言以及ARM汇编语言。

3.3 基于PC机的数控系统

近年来，以工业PC机为核心的控制系统已广泛地被工业控制领域所接受。采用工业PC机在WIN-DOWS操作系统下通用的数控系统，已成为数控系统发展的潮流。基于工业PC机的数控系统采用的是标准的PC硬件和操作系统，因此易于进行模块化和开放式的设计。开放式数控系统是目前新型数控系统研发的主流。系统采用工业PC机+运动控制器结构组成，主要包括工业计算机、运动控制卡以及伺服系统等。

4 .结论

进行机床数控化改造要将改造的重点放在电气、控制系统的改造上，机械部分只对影响准确度的重点部件进行改造。这样可缩短改造周期，降低改造成本，并利于对系统进行再次升级。随着社会的不断发展以及技术的不断进步，数控技术的发展，必将带动数控机床改造技术的进步与发展。

参考文献：

[1]赵中敏.机床数控化改造的研究[J].煤矿机电，2005.

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【关键词】数控机床；电气；改造

随着我国各大加工企业的快速发展，数控机床在各大领域中的应用也越来越广。数控机床的数量以及技术水平，决定了企业的综合实力、工业企业的现代化程度，甚至影响着一个国家的整体国力。而数控机床电气是机床整个结构中重要的一部分，它的改造情况直接影响着机床的正常运行。因此，数控机床电气改造问题已经得到了各大企业的高度重视，因为它不但关系着机床的健康运行，也影响着企业生产效率能否提高，从而进一步影响企业的经济效益。

1、数控机床电气改造的重要性

近年来数控技术的广泛应用已经成为了工业产品生产自动化与集成化的基础，并已渗透到各大工业领域当中。数控机床的使用数量以及其技术的发展水平直接影响着工业企业的生产能力、现代化的程度以及一个国家的综合实力等。

随着数控机床在各大领域的不断应用以及其技术水平的逐步提高，其问题也在不断的涌现出来，目前电气元件损耗以及精确度下降等问题已经成为数控机床的普遍问题，比如：由于电气连接元件被氧化导致它的接触可靠性降低；由于电机的整流子损耗而导致光电器件性能的下降；由于漏电等现象导致的信号异常以及参数误差等，这些都会影响数控机床设备的正常运行。然而随着数控技术的发展速度越来越快，那些在技术以及工艺和理论方面都没有办法跟上时代脚步的厂家，很可能就会被社会所淘汰，从而失去了原来设备配套服务的保障。同时，在激烈的市场竞争环境下，市场对生产制造企业提出的要求也越来越多。生产企业必须要通过不断提高产品的加工质量、减少加工时间、降低能源损耗等方法才能在激烈的市场竞争中获得一席之地。为了能够实现这个目标就必须要不断提高数控机床的技术水平。可是由于考虑到数控机床设备的资产价值非常高，如果被直接淘汰太过于浪费，因此对数控机床主要部件的工艺改造就成为了各大企业高度重视的问题。

2、数控机床电气改造的具体内容

数控机床电气改造的具体内容主要有以下几个方面：

第一，对数控机床出现问题的部位进行查找和维修，也就是对其功能进行复原，对它的电气零部件进行更换和翻新，从而提高数控机床的生产效率以及产品的生产质量。

第二，还要对那些没有办法满足生产要求的电气系统做出翻新。

第三，数控机床的电气改造还包含对数控技术水平的改革，从而进一步促进数控机床系统功能的发挥。

3、数控机床电气改造要注意的问题

3.1改造前应注意的问题

数控机床在电气改造之前要注意的问题主要有以下几点：

第一，方案的确定以及可行性的分析。数控机床电气在改造之前的可行性分析是非常重要的，它的准确度直接影响着电气改造后的整体效果。所以电气改造的相关工作人员一定要从原机床设备的真实情况出发，对原设备与其它同类机型在功能、使用性以及可靠性等方面的差异做出详细的分析，同时还要根据企业自身的技术水平和企业以后的发展规划等方面做出考量。因为数控机床是机电一体化的设备，数控设备一旦出现机械损耗、走形以及泄漏等问题都会给电气系统的改造带来很多的影响，所以可以先通过熟悉掌握数控设备的整体情况之后再对机床的处理方式进行判断，之后再按照加工企业对设备的使用情况以及企业的经济状况来选择原有电气系统的升级和新电气系统的应用。

第二，在电气改造之前，一定要第一步完成对相关设备机械部分的测算、制图、设计以及零部件的制作，同时还要掌握好新电气系统的详细资料，仔细阅读好系统原理的说明、安装调试的说明以及相关的使用和编程手册等，在熟悉并掌握新系统的功能以及要求之后，再去转换设计新旧系统的接口。另外，还需要充分考虑到新系统和旧系统的功能匹配以及数模之间的转换等问题。之后一定要对新的电气改造系统制定出详细的调试规范以及检验的要求，同时再结合该新电气系统的具体工作内容来对机械设备、电气、液压以及传感等各个项目做出调试和检测，另外在验收的过程中一定要严格依据相关检验标准来进行，不能随意的做出修改。

3.2电气改造过程中应注意的问题

数控机床电气改造过程中要注意的问题主要有以下几点：

第一，在对电气进行正式改造的过程中，一定要高度重视对原机床的综合维护，同时还要对电气系统中保留下来的部分做出调试，保持未进行改造的部分能继续健康的运行。

第二，对原来电气系统的拆卸一定要参照原来的图纸，并要及时的在原来图纸上作出标识，以免被落下。在拆卸的过程中很可能会看出新系统的缺点，应该及时合理的对新系统进行补充和修改，拆卸下来的的旧系统以及一些零部件一定要做好分类，做出妥善的保管，把那些仍然具有利用价值的零部件，可以作为其它数控机床的备用部件。

第三，原电气系统被拆除之后一定要对新系统的位置和布线进行合理的安排，比如，对箱体的固定、线路的走向及固定以及对元器件位置进行调整等。一定要保证连线工艺的规范化。

第四，以上的一系列工作结束之后，一定要按照之前所定的流程和要求开展调试工作。调试的相关工作人员一定要时刻保持清醒的头脑，及时的做好记录，一旦发现问题，要做出合理化的解决。另外，在调试过程中要先对安全保护系统的灵敏度进行测试，以免发生事故；调试的场地一定要保持干净；各个运动的坐标拖板一定要位于整个行程的中心部分，能够空载进行试验的，就先进行空载再进行加载；能够进行模拟试验的，就先进行模拟之后再采取实际行动；能够手动的，就先采取手动后采取自动。

3.3电气改造后应注意的问题

在对电气改造之后，验收工作是非常重要的，要时刻对数控机床的机械性能、电气的控制功能以及控制的精度和切削能力等方面给予高度关注。比如以电气的控制为案例，在把电气系统本身的功能和精确度与标准的计量设备（比如，激光干涉仪和坐标测量仪）做对比的同时，还要与原来数控机床设备的功能和精确度做对比。用量化的结果判断出改造后的整体效果。电气改造完成之后，一定要把相关的图纸和档案保存好，让它保持完整和连续，为以后数控设备的进一步改造提供帮助。

4、结语

综上所述，数控机床目前被各大领域广泛应用，而电气作为数控机床重要的组成部分，它的改造问题已经得到了越来越多的关注。数控机床电气改造是一项相对复杂的工程，它的合理化改造可以提高数控机床的使用情况，还能提高企业的生产效率，从而提高企业的经济效益。

参考文献

[1]王红.旧数控机床改造的意义及其技术途径[J].机械制造与自动化，2012（6）.

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关键词：SINUMERIK 810D；C轴；精确分度

1.供电部分改造

1.1.系统供电

在改造中，对机床采用交流三相380V电源供电，原电磁离合器则由单独的开关电源供电（DC24V），PLC电源由单独的开关电源供电（DC24V），液压电磁阀电源由单独的变压供电（AC220v），电器控制回路电源由单独的变压供电（ACllOV）照明及电源指示电源由单独的变压供电（AC36V及6.3V），机床的所有操作元件如液压启动开关、方向选择开关、系统显示器和所有按钮都集中在悬挂式活动按钮站上。按钮站上设有电源指示灯。所有电气控制元件除与机械运动部件相关的行程和到位开关外，全部分别安装在主传动柜内。主轴电机是由45kw交流三相异步电动机拖动，由三个机械手柄控制不同齿轮换档实现变速功能。机床的分度功能由西门子SINUMERIK 810D数控系统控制，通过SIMODRIVE611D伺服驱动系统控制1KF7系列交流伺服电动机，经减速机构带动卡盘旋转来实现此功能。

1.2主轴C轴驱动功能

机床主轴的C轴分度功能是由810D系统控制，由1FK7系列伺服电机通过大减速比机械环拖动，在主轴上安装ERAl80型圆光栅进行分度值反馈，从而达到全闭环、精确的主轴C轴分度功能。

1.2.1主轴C轴的非使能状态

（1）手柄在1：4和1：1之间空档位置，“C轴啮合”指示灯亮，“使能”指示灯不亮。C轴锁紧，托板可以快速移动。若主电机转动，可实现托板进给功能。C轴的位置精度由液压夹紧系统保证。

（2）在原机床主电机停止时，将变速手柄C移至1：4和1：1空挡处；接近开关检测到信号送PLC。若变速手柄C已经在1：4和1：1空挡处，可不停止主电机，直接进入下一步。

（3）“使能”指示灯不亮，按下操作面板上的“C轴啮合”按钮；PLC控制液压电磁铁2DT吸合；离合器油缸动作使离合器齿轮啮合，齿轮脱开接近开关输出低电平，齿轮啮合后，齿轮啮合接近开关输出高电平，PLC控制液压电磁铁断电；“C轴啮合”指示灯亮（若“C轴啮合"指示灯按下时亮松开不亮，说明离合器齿轮没有啮合到位，可使用点动按钮使主轴转动后，再反向点动一下以保证齿轮完全啮合，此时，“C轴啮合"指示灯应该亮）。液压夹紧电磁铁3DT吸合，盘式夹紧装置使C轴夹紧。此时为C轴非使能状态。在此状态可以使用托板和尾座快速功能。如果主电机转动则可以使用托板的进给功能。

1.2.2主轴C轴的使能状态

按下“使能”按钮，“使能"指示灯亮，液压盘式夹紧装置松开。若机床零点已经确定，机床进入C轴使能状态。C轴的位置精度由伺服系统保证。此时，可通过程序（程序运行、MDI方式）、点动（点动状态下，按下C+或C-）或使用手轮（手轮方式下，转动手轮可以精确控制C轴的运行位置）操作C轴。“进给速度”选择旋钮可控制C轴的运行速度。在此状态不可以使用托板和尾座的快速和进给功能。

1.2.3回零操作

机床断电后的第一次使用前必须回零。在C轴使能状态下，点按“回零”按钮，点按“C+”按键，回零动作开始。首先主轴正向运动，靠近回零参考点，到达回零参考点后，慢速反向寻找圆光栅零点，大约转动15度找到零点。若提示零点未找到，可按一下“Reset”键消除报警提示后，再次执行回零操作。

1.2.4安全保护

为防止C轴和原主轴系统的干扰，设置3个位置保护接近开关。分别安装在离合器齿轮的离开、啮合位置和主轴变速手柄C的1：4和1：l的空档位置。在PLC内部设定主电机和伺服电机使能互锁。如图1.1所示。

2.系统工作原理与810D的面板设计

在保留原机床的功能之下，增加了主轴C轴的分度功能。使得机床可以在正常状态下和C轴分度状态下自由切换，并且保证了托扳和尾座的快速移动和进给功能。

2.1操作及工作原理

2.1.1系统上电

（1）接通主电源：首先合上电气控制柜的总空气开关。控制柜电源指示灯亮。

（2）启动810D系统：按操作面板上的“系统启动”按钮，“机床有电"指示灯亮，（显示屏进入主界面），810D数控系统启动成功。

（3）启动液压系统：旋转操作面板上的“液压启停”开关至启动位置（如果液压系统不工作或液压系统工作不正常，其它功能均不能实现）。检查液压系统压力，系统正常工作压力为2Mpar。

2.1.2主电机启动及点动

（1）主电机启动操作：主电机有两种运行方式，即工作运行和点动运行。工作运行有正、反常车。点车运行是为了装工件，工件调整和对刀调整等，因此设有正点动按钮、反点动按钮。

（2）原普通机床功能：主电机正转起动主轴旋转，实现原普通机床功能。进入原普通机床功能。具体步骤如下：

将主轴C变速手柄移动至任意档位（不能停在1：4和1：l之间位置），接近开关不发出信号，PLC控制液压离合器松开电磁铁，油缸推动离合器使齿轮脱开（C轴电机和主轴脱离），“C轴啮合”指示灯亮。此时，可以使用原机床的各项进给及主轴功能

2.1.3快速及进给电气传动控制

（1）托扳、滑板移动方向及其选择：机床托扳装有左、右、前、后快速移动或进给的离合器。控制托板快速或走刀。其方向由面板上的“方向选择开关”来选择。其动力由快速电机和走刀电机分别拖动。

（2）托扳、滑板工作制及其选择：托扳、滑板的工作方式分为快速和进给。工作状态由方向选择开关选择。

2.2 810D面板设计

西门子SINUMERIK 810D属于紧凑型的数控系统，它将显示屏集成在MMC当中，MCP面板包括了手轮、键盘。在安装过程中西门子公司给出了标准的安装尺寸和模式。我们设计了机床主轴以及电机的控制面板，完成安装后的810D控制面板图如图2.1所示。

结论

电气部分的改造主要是安装810D系统（其中包括伺服驱动系统、电气柜和810D面板的设计）、主轴C轴功能的定义以及驱动。通过整体改造在保留机床原有机械加工功能的基础上，实现了主轴C轴的精确分度功能，提高了机床的加工精度和效率，扩大该系统的适用范围，实现了高可靠性和高柔性加工。

参考文献

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关键词：数控机床；故障问题；维修改造；优化对策

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.001

1 数控机床维修改造中的常见问题

1.1 工作环境恶劣，缺乏保护措施

第一，数控机床的故障问题大多发生在运行过程中，对于没有安装防护装置或是不具备连锁功能的机床来说，很容易给周边的设备操作人员造成健康危害；第二，部分大型数控机床，出于操作安全考虑，要求机床操作人员必须站在安全区内进行设备管理，在数控机床故障维修或改造期间，操作人员没有按照相关的安全作业规定，或是没有遵循技术标准，在安全区以外进行维修改造，从而增加了自身的安全风险；第三，在进行特殊产品加工时，会产生大量的粉尘或材料碎屑，造成工作环境污染。在加工完成后如果没有及时进行打扫，这些粉尘、碎屑就会落入到数控机床内部，导致机床加工精度受到影响，严重情况下还会引发设备故障。

1.2 电气设备保护不当

部分企业为了追求利润最大化，常常使数控机床超负荷运作。在这种工作条件下，数控机床内部电机持续运作，电机运转过程中产生的热量不能及时散失出去，当热量积累到一定程度后，就会烧毁内部线路。通常情况下，当电动机连续工作500w以上，就必须启动热保护措施。但是在数控机床的实际维修改造过程中，部分企业所使用的“t-v”保护器与数控机床的电动机功率不匹配，当被保护设备的时间常数（t0）与保护器的时间常数（t1）差异过大时，保护器的功能将难以发挥。

1.3 操作人员保护意识不足

数控机床的内部结构较为紧凑和复杂，在多数情况下，数控机床某一故障问题的出现，是多种因素共同作用而引起的。如果维修人员在进行故障维修时，没有进行全面的分析和综合的探讨，则只能解决表面的故障，难以排查更深层次的安全隐患，在后期数控机床使用过程中，这些潜在的故障必然会影响机械加工精度。除此之外，还有部分操作人员缺乏故障防范意识，对于修理过的设备或是更换过的零件，没有做好记录或标记，也就无法跟踪这些零件的工作效率，不利于设备维修改造质量的提升。目前，数控机床的功能日趋多样化，为了满足各种功能的需要，机床内部结构也更加复杂。如果数控机床操作人员缺乏保护意识，或是自身专业技术不过关，就很有可能在维修改造中留下安全隐患。

2 数控机床维修改造问题的改进建议

2.1 大型专用数控设备技术要点

对于大型数控设备主轴而言，基本都是采取齿轮变速的转动方式，这样能有效地扩大功率变速范围，即使在低速时也能传递较大的转矩。一般齿轮变速都存在挂档问题，可以利用电动瞬动解决这一问题，所以在利用大惯量部件进行延时时，可以用时间继电器进行检测。同时，挂档限位开关需要回答计算机是否挂档成功，挂档的瞬间点应该向接口输入口令，在PAL系统中很难顺利完成这一操作过程，所以PAL无法有效地处理电动机运动问题。

2.2 掌握常见数控机床结构

如上文所说，现代数控机床设备的内部结构精密化和复杂化方向发展，一旦设备出现内部故障，必须要第一时间锁定故障源，并及时采取故障维修和改造措施，将故障损失降到最低。因此，数控机床的维修人员应当熟悉机床的整体结构，并对数控机床常见的故障问题有一个大体的了解，从而提高维修和改造的工作效率。对于数控机床的制造商，一方面要结合现代化技术，不断提升数控机床的性能和效率；另一方面也要严格遵循行业内的技术标准，即便是出现了设备故障，也能够采取有效的维修和改造措施。

2.3 加强数控机床维修改造的调试和验收

特殊情况下，数控机床的某一故障问题，可能是由多方面因素共同影响而产生的。如果维修人员没有进行全面的检测，只针对其中的某一部件进行维修，则不能彻底解决数控机床的故障问题。为了避免故障返修所造成的损失，要求在数控机床维修改造后，必须进行调试和验收。首先，应当安排专人对数控机床的机械动力装置、传感设备、液压系统进行调试，调试期间按照由外到内、由易到难的原则，逐步完成调试工作。其次，调试工作完成后，进行整机验收。启动数控机床，在机床运行过程中观察其各项工作参数，并对照相应的标准。确保各项参数符合标准范围后，进行验收。

2.4 建立高素质的维修改造队伍

数控机床作为一种集合了计算机技术、信息技术和工程加工技术的综合性高科技产品，要想确保其应有功能的最优化发挥，必须培养一支综合能力强、专业素质高的现代化技术队伍，一方面能够确保数控基础维修改造工作的高质量开展，另一方面也能够定期做好数控机床的维护，避免大的故障问题的发生。从企业角度来说，应当加强对人才队伍建设的重视程度，并积极创造充分的人才培养机会。例如，可以聘请该行业领域的专家，定期来单位进行专业知识讲座，教授操作人员基本的维修和改造技巧；还可以挑选部分优秀员工，外出学习和深造，实现理论、操作水平的协同进步。

3 结语

数控机床在工作过程中，由于多方面因素的影响，很容易发生各种形式的机械故障，及时采取维修改造措施，能够将故障损失降到最低。但是由于工作环境、专业技术等因素的制约，数控机床维修改造中还存在一些问题，企业必须要通过加强技术培训、开展专业教育等方式，做好数控基础维修改造后的调试和验收工作，避免故障隐患的存在，确保数控机床能够高效、安全运行。

参考文献：

[1]段少虎，周洪明.基于多源信息融合的数控机床进给系统机械故障诊断研究[J].中国制造业信息化，2013（07）：164-165.

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关键词:数控化改造；数控系统；伺服系统

中图分类号：TG502文献标识码： A 文章编号：

1 前言

制造业是国民经济的基础产业和支柱产业,是推动国家技术进步的主要力量。我国制造业水平与发达国家相比,总体水平偏低,为改变这种落后状况,必须提高制造业的装备水平,特别是机床的数控化率。购置数控机床是提高数控化率的途径,对旧机床进行数控化改造,也是提高机床数控化率的重要途径之一。机床数控化改造,是在机床上增加数控装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。它是根据生产实际需要提出,并随着机床行业以及技术的不断进步而发展起来的,它的内容是应用成熟的数控技术和经验,以适应生产的具体要求为目的,对现有机床的局部结构进行改造,并安装新部件、新装置、新附件,用计算机控制机床的工作,提高机床的技术性能指标,使之全部或局部达到新数控机床的水平。

2 数控化改造的内容

机床数控化改造是指以可使用的普通旧机床作为毛坯,通过改造手段将其改造为具有数控机床功能的、且与同类新数控机床性能相近的数控机床,其改造的主要内容如下:

2 . 1 精度的恢复和机械传动部分的改进

随着机床使用年数的增加,机床的机械传动部件,如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。因此,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。另外,在机床上还要加一些辅助装置,如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。

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。

当前生产数控系统的公司比较多,国外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、国内的公司如广州数控GSK公司、华中数控系统有限公司等。一般,进口系统较国产系统性能稳定,但价格昂贵,将其用于机床改造,有些得不偿失。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;另外,随着生产技术的不断发展,标准型数控系统制造成本越来越低,售价也在不断降低,所以在系统选择上一般可以考虑国产标准型数控系统,例如广州数控系统或华中数控系统。

在选择数控系统时,应了解系统的控制轴数,特别是联动轴数。因为这与数控系统的价格有直接关系。对只需点位控制的机床,就不要求控制联动轴,有需要进行轮廓控制的场合,才需要选用有联动功能的系统。例如,改造钻床时,可选两个控制轴的点位控制系统,不要求两轴联动;改装车床时,则需要两轴联动;改装要加工空间曲面的铣床时,则需要三轴联动。

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系列驱动器,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。

2. 5 整机联接调试

旧机床上述各个部件的改造过程完成后,就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试,看单个动作是否正常,然后再进机调试阶段。

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。

参考文献

[1] 罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社.

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关键词: 普通机床 数控改造 具体措施 技术及人员要求

进入新世纪以来,中国机床工具市场取得很大的发展,尤其数控设备成果喜人,特别是2008年金融危机以来,中国数控市场不冷反热,各企业及时调整产品结构,产业升级,新产品新技术层出不穷,中高档产品已成主流,大多数企业迫切希望更好地掌握国际先进的数控技术用于机床改造。我从事数控技术工作多年,深有感触,现就着重探讨普通机床的数控改造方面的问题。

一、历史回顾及现状

改革开发以来,中国大量的机械机床设备需要升级改造,机械加工领域的数控技术需要迫切,上世界80年代至今,德国西门子公司在北京等地建立工厂,着重推广数控技术。数控机床的再制造开始于20世纪90年代,作为新的经济增长行业,正处在黄金时代。我国金属加工业需求层次不同,从国防军工、精密加工等高端需求到模具制造、汽车零件加工的中高端市场,直至普通轴类零件的中低端需求,都对数控系统的改造提供了广阔的空间。

二、数控改造的内容

1.普通机床改造成数控机床。数控机床的使用寿命一般是10―12年,而对于已经到期的一些旧机床,尤其是一些进口机床,其机械刚性有可能还好于新机床,所以,再制造的价值非常大。比如使用光栅的数显钻床改造成数控钻床,一般用步进电机;旧的光显镗床改造成数控镗床,一般用半闭环交流伺服系统;普通车床的数控改造,等等。

2.原有的数控机床升级换代。随着机场的需求功能不断完善,尤其是车间信息化的发展,数控改造不只是针对单台机床,而是要提高整体效率。比如我校数控实习车间原有三台2000年前买的旧版华中数控系统立式铣床,电器系统已经老化无法使用,2010年春学期我们就新购了法拉克0i-C型系统加以全面改造,既锻炼了老师和学生的实际动手能力,又让这三台旧机床焕发了青春,为学校节约了很大的设备投入经费,取得了良好的社会效果。少数情况机床价格较高,机械基础较好,如大中型数控铣床、卧式加工中心、高精度数控磨床、数控曲轴加工机床、数控凸轮加工机床和刀具磨床等,制造周期长,技术含量高,机床原值高,但苦于数控系统老化,备件支持匮乏,电器维修成本高,或原系统市场已被淘汰,此时应及时进行新数控系统的升级改造,如同时对机械项目进行维修,其价值会更加可观。

3.在现有的数控系统基础上开发新的功能。机床保留基座主体,结构有较大的进步或改进,如龙门铣床或龙门刨床,采用直线电机或直线导轨,高速电主轴等新技术,使其成为高速铁路的导轨磨床;普通液压靠模凸轮磨床的通过二次结构设计,数控系统升级,采用数控系统高精度轮廓控制,使之变为高速高精度数控凸轮磨床,数控车床通过局部结构变化,安装上带动力头的数控刀架,并通过配置CS轴的分度定位功能,将其改造成数控车削中心;通过结构设计与采用数控系统,将普通的车床再制造成为数控旋压机,等等。上述内容多体现了如下特点:需要融入结构创新和二次设计,大量采用系统的新的功能新的技术,缺点是技术门槛高,市场应用面窄,社会需求量和供应量不大。

三、数控改造的具体措施

我国中小型城市在上世纪90年代中期逐步开展上述工作,一般机床的改装非常普遍,这是由我国国情所决定的。改革开发带来的技术进步,数控机床的高精度、高效益等优点的不断显现和人们的新的认识,促使社会积极推进数控化进程,外国西门子、法拉克,国产广数系统、华中系统等被大量采用,大多属于普及型或经济型数控系统。其伺服系统采用步进电机,具体的改造措施一般有如下几个方面:1.增加或更换滚珠丝杠。原滑台如采用液压的则拆除,选用新的滚珠丝杠及相应的机械连接工艺设计。2.增加自动刀库。现在江苏昆山产的台湾盛钰刀库应用较广。3.主轴增加交流变频器。4.PMC的应用。这种改造已经突破了原来设备的结构限制,在不增加能源和消耗的前提下,节约了成本,为社会作出了贡献。

数控改造的前提是如何真正实现有意义有价值的系统升级,而不是简单地修理和更换电路元件,通过改造融入更多的自主知识产权,将新技术用于数控改造,提高原机床的性能和精度,降低能耗。

四、数控改造的技术及人员要求

对企业或用户来说,他们希望将先进的数控系统成功地应用于终端设备上,使其发挥最大的效能,因此从事数控技术改造的人员来说就必须具备以下要求:1.熟悉机床结构,对机床结构和设备的加工工艺有较深入的了解;2.熟悉机床的生产工艺流程,了解客户的个性化需求;3.较强的就业和吃苦耐劳的精神;4.有丰富的维修经验,对机、电、液、工艺等方面有较强的理论与实践能力,精通数控系统、相关机床参数及PMC程序等。具体操作方面应注意如下几方面:1.与用户积极沟通,共同确定项目的解决方案;2.考虑方案成本提高性价比;3.应考虑项目实施的可操作性;4.知识储备多有经验能够掌握有效的资源与信息。例如,西门子数控系统对机床制造厂商和机床在制造人员来说要求是比较高的。从事二次开发的应用人员,除要了解系统之外,更多的是要了解机床,这样才能提供操作性能良好功能强大的数控机床。目前有些功能不是系统没有提供,而是机床制造厂或开发人员没有挖掘出。西门子数控系统是一个大的平台,其对环境如温度湿度和抗干扰等方面的要求较高,如果局限原来的走线、安装不规范,使用者对系统缺乏理解,理论基础不扎实,就会增加偶发性故障。

系统改造完以后,进行调试和确定合理的验收标准,也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、光学、控制、传感等,因此必须由项目负责人进行,其他人员配合。调试步骤可从简到繁、从小到大、从外到里进行,也可先局部后全局、先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核,过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来,不能随便修改,因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。

五、前景展望

低成本是推动数控改造市场迅速膨胀的关键因素,现在不少大企业原先进口的机床已经远超过了“服役期”,但这些设备价值不菲,单价在几百万元甚至上千万元,而且机械部分还可以使用,因此急需进行改造。只要正确有效地将CNC、伺服系统、机床电气系统和机械部分集成于一体,就能最终交给用户一台经过改造或等于再制造的具有个性特色的专用数控机床,使企业从中获得更大的经济效益,使资产获得有效的增值。因此该行业的前景十分远大光明。

总之,数控机床改造具有很好的发展前途,但它对数控系统制造商和数控机床改造者均提出较高的要求。我国的机床改造业也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。机床改造作为新的经济增长行业,是个“永恒”的课题,必将生机盎然。

参考文献:

[1]龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例.机械工业出版社,2006.

篇(7)

论文摘要：本文首先介绍了机床数控化改造的必要性，而重点在于介绍如何进行机床数控化改造，包括数控系统的选择、数控改造中对主要机械部件改装探讨和机床数控改造主要步骤，并列举了几个数控改造的实例，最后说明了数控改造中的问题并提出了建议。

1机床进行数控化改造的必要性

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。

由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

可以实现加工的自动化，而且柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。

由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。

加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现时间无看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。

以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

宏观上看，工业发达家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

2如何进行机床数控化改造

2．1数控化改造的内容。机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

2．2数控系统的选择

数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。

步进电机拖动的开环系统。该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。

异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统。该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。

交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。3数控改造中主要机械部件改装探讨。

一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。

滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和。

齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。

滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。