數控機床改造精品(七篇)

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篇(1)

關鍵詞：計算機；機床；數控化；改造；方案

數控技術是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制的技術。數控一般是采用通用或專用計算機實現數字程序控制，因此數控也稱為計算機數控（Computer Numerical Control），簡稱CNC。計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅動裝置驅動電機或液壓執行元件帶動設備運行。

1. 數控機床概述

數控機床就是將加工過程中的各種操作（如主軸變速、進刀與退刀、開車與停車、選擇刀具等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數字化的代碼或程序來表示，通過控制介質（如穿孔紙帶或磁帶、磁盤等）將數字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理與運算，來控制機床的伺服系統或其它執行元件，使機床自動加工出所需要的工件。

2 .機床的數控化改造方案

2.1進行改造項目的可行性評估

2.1.1 對其價值做出評估。例如一臺加工中心，主要構成的機電部件有：①系統及操作子系統；②伺服系統包括電動機；③機床電氣；④機械本體床身、立柱、導軌和絲杠等；⑤刀庫機械手系統；⑥自動工作臺交換系統等。每一個子系統根據實際情況，都可以做出相應的價值評估。

2.1.2 評估改造后能達到的目標，即有什么樣的機床準確度和使用性能。

2.1.3 進行成本的估算，即投入資金的評估。投入資金多少與制訂改造目標高低密切相關。投人的改造費用主要由下列項目構成：①數控系統及相關伺服系統；②機床電氣及附件更換；③機床機械元部件準確度修復和維修保養；④機床輔助系統如液壓系統、冷卻系統等維修保養；⑤機床外觀質量的修復；⑥機床改造后的調試檢測；⑦機床改造所需的技術勞務費。在受改造費用限制時，可以修改改造目標，降低一些要求以減少投入費用。

2.1.4 對改造方案進行風險評估。在做改造方案時，不可能對設備進行現狀大解剖，不可能拿到機床現狀準確測試數據，因此在以后實施改造工作中還會碰到意料之外的問題。因此必須做出風險評估和制訂相應對策。一般做法是在工程項目費中，設置不可預見費用。

2.1.5 性能價格比評估。為了在經濟上有定量分析的依據，常選一臺現在市場上性能相似的商品價格作為標準進行比較。

2.2 數控系統的選擇

數控系統是機床的核心，在選擇時要對其性能、經濟性及維修服務等進行綜合考慮。數控系統主要有3種類型：步進電機拖動的開環系統；異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環數控系統；交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環數控系統。其中步進電機拖動的開環系統的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機等。由數控系統送出的進給指令脈沖，經驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執行部件。該系統的位移準確度主要決定于步進電機的角位移準確度，齒輪絲杠等傳動元件的節距準確度，所以系統的位移準確度較低。但該系統結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。

2.3 伺服系統的選擇

伺服系統是數控機床的重要組成部分，它既是數控系統CNC系統與刀具、主軸間的信息傳遞環節，又是能量放大與傳遞的環節。它的性能在很大程度上決定了數控機床的性能。例如，數控機床的最高移動速度、跟蹤度、定位度等重要指標均取決于伺服系統的動態。伺服系統按控制方式分為開環控制系統、半閉環控制系統和閉環控制系統三類。在普通機床的數控化改造中，一般選用價格較低的開環控制系統。

2.4 機床機械部件的改造

一臺新的數控機床，在設計上要達到很高的動態剛度；運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數控改造時應盡量達到此要求，并注意下述幾方面。

2.4.1 導軌副。對數控車床來說，導軌除應具有普通車床導向度和工藝外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區。

2.4.2 齒輪副。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪準確度等級都比普通機床高。

2.4.3 滑動絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動直接關系到傳動鏈準確度。絲杠的選用主要取決于加工件的準確度要求和拖動扭矩要求。

2.4.4 聯軸器。為了消除傳動系統中的反向間隙，提高重復定位度，伺服驅動元件所用的聯軸器多數采用無鍵連接，如錐銷剛性聯軸器，錐環聯軸器等。

2.4.5 回轉刀架。一般改裝的車床多數采用四工位自動回轉刀架。

2.4.6 安全防護。改造效果必須以安全為前提。在機床改造中要根據實際情況采取相應的措施，切不可忽視。

3. 數控系統開發方法

3.1 基于單片機的數控系統

基于單片機的經濟型數控系統一般采用步進電機作為驅動元件，步進電機采用脈沖方式工作，基本原理是：系統中的鍵盤用于向計算機輸入和編輯零件加工程序；采用數碼管顯示加工數據及機床狀態等信息；存儲器用來存放監控程序、鍵盤掃描程序、顯示驅動程序及用戶控制代碼程序等；功率放大器用來對計算機送來的脈沖進行功率放大，以驅動步進電機帶動負載運行。需要完成的具體任務有：

3.1.1 硬件系統的結構設計。一般采用51系統單片機作為主控制器，在此基礎上擴展一些必要的器件如ROM、鍵盤等。

3.1.2 軟件設計。包括：監控與操作軟件，用來實現人機對話、系統監控、指揮整個系統軟件協調工作等，包括系統的初始化、命令處理循環、零件加工程序的編輯修改等；步進電機控制軟件，包括：通電狀態代碼和電動機正、反轉的實現；步進電機轉速的控制。

3.2 基于ARM與運動控制器的數控系統

3.2.1 系統硬件結構。系統硬件采用主從式雙CPU結構模式。主CPU為ARM處理器，用于鍵盤、顯示，網絡通訊等管理工作，而從CPU即為運動控制芯片，專門負責運動控制的處理工作。ARM處理器通過總線操作，把命令寫入運動控制芯片，使運動控制芯片來完成運動控制。

3.2.2 操作系統及編程語言。為了最大地利用系統硬件資源，并且還要保證實時性，所以使用了μC/OS多任務實時操作系統。使用到μC/OS操作系統，通過它實現多任務實時控制。程序的編程語言為C語言以及ARM匯編語言。

3.3 基于PC機的數控系統

近年來，以工業PC機為核心的控制系統已廣泛地被工業控制領域所接受。采用工業PC機在WIN-DOWS操作系統下通用的數控系統，已成為數控系統發展的潮流。基于工業PC機的數控系統采用的是標準的PC硬件和操作系統，因此易于進行模塊化和開放式的設計。開放式數控系統是目前新型數控系統研發的主流。系統采用工業PC機+運動控制器結構組成，主要包括工業計算機、運動控制卡以及伺服系統等。

4 .結論

進行機床數控化改造要將改造的重點放在電氣、控制系統的改造上，機械部分只對影響準確度的重點部件進行改造。這樣可縮短改造周期，降低改造成本，并利于對系統進行再次升級。隨著社會的不斷發展以及技術的不斷進步，數控技術的發展，必將帶動數控機床改造技術的進步與發展。

參考文獻：

[1]趙中敏.機床數控化改造的研究[J].煤礦機電，2005.

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【關鍵詞】數控機床；電氣；改造

隨著我國各大加工企業的快速發展，數控機床在各大領域中的應用也越來越廣。數控機床的數量以及技術水平，決定了企業的綜合實力、工業企業的現代化程度，甚至影響著一個國家的整體國力。而數控機床電氣是機床整個結構中重要的一部分，它的改造情況直接影響著機床的正常運行。因此，數控機床電氣改造問題已經得到了各大企業的高度重視，因為它不但關系著機床的健康運行，也影響著企業生產效率能否提高，從而進一步影響企業的經濟效益。

1、數控機床電氣改造的重要性

近年來數控技術的廣泛應用已經成為了工業產品生產自動化與集成化的基礎，并已滲透到各大工業領域當中。數控機床的使用數量以及其技術的發展水平直接影響著工業企業的生產能力、現代化的程度以及一個國家的綜合實力等。

隨著數控機床在各大領域的不斷應用以及其技術水平的逐步提高，其問題也在不斷的涌現出來，目前電氣元件損耗以及精確度下降等問題已經成為數控機床的普遍問題，比如：由于電氣連接元件被氧化導致它的接觸可靠性降低；由于電機的整流子損耗而導致光電器件性能的下降；由于漏電等現象導致的信號異常以及參數誤差等，這些都會影響數控機床設備的正常運行。然而隨著數控技術的發展速度越來越快，那些在技術以及工藝和理論方面都沒有辦法跟上時代腳步的廠家，很可能就會被社會所淘汰，從而失去了原來設備配套服務的保障。同時，在激烈的市場競爭環境下，市場對生產制造企業提出的要求也越來越多。生產企業必須要通過不斷提高產品的加工質量、減少加工時間、降低能源損耗等方法才能在激烈的市場競爭中獲得一席之地。為了能夠實現這個目標就必須要不斷提高數控機床的技術水平?？墒怯捎诳紤]到數控機床設備的資產價值非常高，如果被直接淘汰太過于浪費，因此對數控機床主要部件的工藝改造就成為了各大企業高度重視的問題。

2、數控機床電氣改造的具體內容

數控機床電氣改造的具體內容主要有以下幾個方面：

第一，對數控機床出現問題的部位進行查找和維修，也就是對其功能進行復原，對它的電氣零部件進行更換和翻新，從而提高數控機床的生產效率以及產品的生產質量。

第二，還要對那些沒有辦法滿足生產要求的電氣系統做出翻新。

第三，數控機床的電氣改造還包含對數控技術水平的改革，從而進一步促進數控機床系統功能的發揮。

3、數控機床電氣改造要注意的問題

3.1改造前應注意的問題

數控機床在電氣改造之前要注意的問題主要有以下幾點：

第一，方案的確定以及可行性的分析。數控機床電氣在改造之前的可行性分析是非常重要的，它的準確度直接影響著電氣改造后的整體效果。所以電氣改造的相關工作人員一定要從原機床設備的真實情況出發，對原設備與其它同類機型在功能、使用性以及可靠性等方面的差異做出詳細的分析，同時還要根據企業自身的技術水平和企業以后的發展規劃等方面做出考量。因為數控機床是機電一體化的設備，數控設備一旦出現機械損耗、走形以及泄漏等問題都會給電氣系統的改造帶來很多的影響，所以可以先通過熟悉掌握數控設備的整體情況之后再對機床的處理方式進行判斷，之后再按照加工企業對設備的使用情況以及企業的經濟狀況來選擇原有電氣系統的升級和新電氣系統的應用。

第二，在電氣改造之前，一定要第一步完成對相關設備機械部分的測算、制圖、設計以及零部件的制作，同時還要掌握好新電氣系統的詳細資料，仔細閱讀好系統原理的說明、安裝調試的說明以及相關的使用和編程手冊等，在熟悉并掌握新系統的功能以及要求之后，再去轉換設計新舊系統的接口。另外，還需要充分考慮到新系統和舊系統的功能匹配以及數模之間的轉換等問題。之后一定要對新的電氣改造系統制定出詳細的調試規范以及檢驗的要求，同時再結合該新電氣系統的具體工作內容來對機械設備、電氣、液壓以及傳感等各個項目做出調試和檢測，另外在驗收的過程中一定要嚴格依據相關檢驗標準來進行，不能隨意的做出修改。

3.2電氣改造過程中應注意的問題

數控機床電氣改造過程中要注意的問題主要有以下幾點：

第一，在對電氣進行正式改造的過程中，一定要高度重視對原機床的綜合維護，同時還要對電氣系統中保留下來的部分做出調試，保持未進行改造的部分能繼續健康的運行。

第二，對原來電氣系統的拆卸一定要參照原來的圖紙，并要及時的在原來圖紙上作出標識，以免被落下。在拆卸的過程中很可能會看出新系統的缺點，應該及時合理的對新系統進行補充和修改，拆卸下來的的舊系統以及一些零部件一定要做好分類，做出妥善的保管，把那些仍然具有利用價值的零部件，可以作為其它數控機床的備用部件。

第三，原電氣系統被拆除之后一定要對新系統的位置和布線進行合理的安排，比如，對箱體的固定、線路的走向及固定以及對元器件位置進行調整等。一定要保證連線工藝的規范化。

第四，以上的一系列工作結束之后，一定要按照之前所定的流程和要求開展調試工作。調試的相關工作人員一定要時刻保持清醒的頭腦，及時的做好記錄，一旦發現問題，要做出合理化的解決。另外，在調試過程中要先對安全保護系統的靈敏度進行測試，以免發生事故；調試的場地一定要保持干凈；各個運動的坐標拖板一定要位于整個行程的中心部分，能夠空載進行試驗的，就先進行空載再進行加載；能夠進行模擬試驗的，就先進行模擬之后再采取實際行動；能夠手動的，就先采取手動后采取自動。

3.3電氣改造后應注意的問題

在對電氣改造之后，驗收工作是非常重要的，要時刻對數控機床的機械性能、電氣的控制功能以及控制的精度和切削能力等方面給予高度關注。比如以電氣的控制為案例，在把電氣系統本身的功能和精確度與標準的計量設備（比如，激光干涉儀和坐標測量儀）做對比的同時，還要與原來數控機床設備的功能和精確度做對比。用量化的結果判斷出改造后的整體效果。電氣改造完成之后，一定要把相關的圖紙和檔案保存好，讓它保持完整和連續，為以后數控設備的進一步改造提供幫助。

4、結語

綜上所述，數控機床目前被各大領域廣泛應用，而電氣作為數控機床重要的組成部分，它的改造問題已經得到了越來越多的關注。數控機床電氣改造是一項相對復雜的工程，它的合理化改造可以提高數控機床的使用情況，還能提高企業的生產效率，從而提高企業的經濟效益。

參考文獻

[1]王紅.舊數控機床改造的意義及其技術途徑[J].機械制造與自動化，2012（6）.

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關鍵詞：SINUMERIK 810D；C軸；精確分度

1.供電部分改造

1.1.系統供電

在改造中，對機床采用交流三相380V電源供電，原電磁離合器則由單獨的開關電源供電（DC24V），PLC電源由單獨的開關電源供電（DC24V），液壓電磁閥電源由單獨的變壓供電（AC220v），電器控制回路電源由單獨的變壓供電（ACllOV）照明及電源指示電源由單獨的變壓供電（AC36V及6.3V），機床的所有操作元件如液壓啟動開關、方向選擇開關、系統顯示器和所有按鈕都集中在懸掛式活動按鈕站上。按鈕站上設有電源指示燈。所有電氣控制元件除與機械運動部件相關的行程和到位開關外，全部分別安裝在主傳動柜內。主軸電機是由45kw交流三相異步電動機拖動，由三個機械手柄控制不同齒輪換檔實現變速功能。機床的分度功能由西門子SINUMERIK 810D數控系統控制，通過SIMODRIVE611D伺服驅動系統控制1KF7系列交流伺服電動機，經減速機構帶動卡盤旋轉來實現此功能。

1.2主軸C軸驅動功能

機床主軸的C軸分度功能是由810D系統控制，由1FK7系列伺服電機通過大減速比機械環拖動，在主軸上安裝ERAl80型圓光柵進行分度值反饋，從而達到全閉環、精確的主軸C軸分度功能。

1.2.1主軸C軸的非使能狀態

（1）手柄在1：4和1：1之間空檔位置，“C軸嚙合”指示燈亮，“使能”指示燈不亮。C軸鎖緊，托板可以快速移動。若主電機轉動，可實現托板進給功能。C軸的位置精度由液壓夾緊系統保證。

（2）在原機床主電機停止時，將變速手柄C移至1：4和1：1空擋處；接近開關檢測到信號送PLC。若變速手柄C已經在1：4和1：1空擋處，可不停止主電機，直接進入下一步。

（3）“使能”指示燈不亮，按下操作面板上的“C軸嚙合”按鈕；PLC控制液壓電磁鐵2DT吸合；離合器油缸動作使離合器齒輪嚙合，齒輪脫開接近開關輸出低電平，齒輪嚙合后，齒輪嚙合接近開關輸出高電平，PLC控制液壓電磁鐵斷電；“C軸嚙合”指示燈亮（若“C軸嚙合"指示燈按下時亮松開不亮，說明離合器齒輪沒有嚙合到位，可使用點動按鈕使主軸轉動后，再反向點動一下以保證齒輪完全嚙合，此時，“C軸嚙合"指示燈應該亮）。液壓夾緊電磁鐵3DT吸合，盤式夾緊裝置使C軸夾緊。此時為C軸非使能狀態。在此狀態可以使用托板和尾座快速功能。如果主電機轉動則可以使用托板的進給功能。

1.2.2主軸C軸的使能狀態

按下“使能”按鈕，“使能"指示燈亮，液壓盤式夾緊裝置松開。若機床零點已經確定，機床進入C軸使能狀態。C軸的位置精度由伺服系統保證。此時，可通過程序（程序運行、MDI方式）、點動（點動狀態下，按下C+或C-）或使用手輪（手輪方式下，轉動手輪可以精確控制C軸的運行位置）操作C軸?！斑M給速度”選擇旋鈕可控制C軸的運行速度。在此狀態不可以使用托板和尾座的快速和進給功能。

1.2.3回零操作

機床斷電后的第一次使用前必須回零。在C軸使能狀態下，點按“回零”按鈕，點按“C+”按鍵，回零動作開始。首先主軸正向運動，靠近回零參考點，到達回零參考點后，慢速反向尋找圓光柵零點，大約轉動15度找到零點。若提示零點未找到，可按一下“Reset”鍵消除報警提示后，再次執行回零操作。

1.2.4安全保護

為防止C軸和原主軸系統的干擾，設置3個位置保護接近開關。分別安裝在離合器齒輪的離開、嚙合位置和主軸變速手柄C的1：4和1：l的空檔位置。在PLC內部設定主電機和伺服電機使能互鎖。如圖1.1所示。

2.系統工作原理與810D的面板設計

在保留原機床的功能之下，增加了主軸C軸的分度功能。使得機床可以在正常狀態下和C軸分度狀態下自由切換，并且保證了托扳和尾座的快速移動和進給功能。

2.1操作及工作原理

2.1.1系統上電

（1）接通主電源：首先合上電氣控制柜的總空氣開關。控制柜電源指示燈亮。

（2）啟動810D系統：按操作面板上的“系統啟動”按鈕，“機床有電"指示燈亮，（顯示屏進入主界面），810D數控系統啟動成功。

（3）啟動液壓系統：旋轉操作面板上的“液壓啟?！遍_關至啟動位置（如果液壓系統不工作或液壓系統工作不正常，其它功能均不能實現）。檢查液壓系統壓力，系統正常工作壓力為2Mpar。

2.1.2主電機啟動及點動

（1）主電機啟動操作：主電機有兩種運行方式，即工作運行和點動運行。工作運行有正、反常車。點車運行是為了裝工件，工件調整和對刀調整等，因此設有正點動按鈕、反點動按鈕。

（2）原普通機床功能：主電機正轉起動主軸旋轉，實現原普通機床功能。進入原普通機床功能。具體步驟如下：

將主軸C變速手柄移動至任意檔位（不能停在1：4和1：l之間位置），接近開關不發出信號，PLC控制液壓離合器松開電磁鐵，油缸推動離合器使齒輪脫開（C軸電機和主軸脫離），“C軸嚙合”指示燈亮。此時，可以使用原機床的各項進給及主軸功能

2.1.3快速及進給電氣傳動控制

（1）托扳、滑板移動方向及其選擇：機床托扳裝有左、右、前、后快速移動或進給的離合器?？刂仆邪蹇焖倩蜃叩?。其方向由面板上的“方向選擇開關”來選擇。其動力由快速電機和走刀電機分別拖動。

（2）托扳、滑板工作制及其選擇：托扳、滑板的工作方式分為快速和進給。工作狀態由方向選擇開關選擇。

2.2 810D面板設計

西門子SINUMERIK 810D屬于緊湊型的數控系統，它將顯示屏集成在MMC當中，MCP面板包括了手輪、鍵盤。在安裝過程中西門子公司給出了標準的安裝尺寸和模式。我們設計了機床主軸以及電機的控制面板，完成安裝后的810D控制面板圖如圖2.1所示。

結論

電氣部分的改造主要是安裝810D系統（其中包括伺服驅動系統、電氣柜和810D面板的設計）、主軸C軸功能的定義以及驅動。通過整體改造在保留機床原有機械加工功能的基礎上，實現了主軸C軸的精確分度功能，提高了機床的加工精度和效率，擴大該系統的適用范圍，實現了高可靠性和高柔性加工。

參考文獻

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關鍵詞：數控機床；故障問題；維修改造；優化對策

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.001

1 數控機床維修改造中的常見問題

1.1 工作環境惡劣，缺乏保護措施

第一，數控機床的故障問題大多發生在運行過程中，對于沒有安裝防護裝置或是不具備連鎖功能的機床來說，很容易給周邊的設備操作人員造成健康危害；第二，部分大型數控機床，出于操作安全考慮，要求機床操作人員必須站在安全區內進行設備管理，在數控機床故障維修或改造期間，操作人員沒有按照相關的安全作業規定，或是沒有遵循技術標準，在安全區以外進行維修改造，從而增加了自身的安全風險；第三，在進行特殊產品加工時，會產生大量的粉塵或材料碎屑，造成工作環境污染。在加工完成后如果沒有及時進行打掃，這些粉塵、碎屑就會落入到數控機床內部，導致機床加工精度受到影響，嚴重情況下還會引發設備故障。

1.2 電氣設備保護不當

部分企業為了追求利潤最大化，常常使數控機床超負荷運作。在這種工作條件下，數控機床內部電機持續運作，電機運轉過程中產生的熱量不能及時散失出去，當熱量積累到一定程度后，就會燒毀內部線路。通常情況下，當電動機連續工作500w以上，就必須啟動熱保護措施。但是在數控機床的實際維修改造過程中，部分企業所使用的“t-v”保護器與數控機床的電動機功率不匹配，當被保護設備的時間常數（t0）與保護器的時間常數（t1）差異過大時，保護器的功能將難以發揮。

1.3 操作人員保護意識不足

數控機床的內部結構較為緊湊和復雜，在多數情況下，數控機床某一故障問題的出現，是多種因素共同作用而引起的。如果維修人員在進行故障維修時，沒有進行全面的分析和綜合的探討，則只能解決表面的故障，難以排查更深層次的安全隱患，在后期數控機床使用過程中，這些潛在的故障必然會影響機械加工精度。除此之外，還有部分操作人員缺乏故障防范意識，對于修理過的設備或是更換過的零件，沒有做好記錄或標記，也就無法跟蹤這些零件的工作效率，不利于設備維修改造質量的提升。目前，數控機床的功能日趨多樣化，為了滿足各種功能的需要，機床內部結構也更加復雜。如果數控機床操作人員缺乏保護意識，或是自身專業技術不過關，就很有可能在維修改造中留下安全隱患。

2 數控機床維修改造問題的改進建議

2.1 大型專用數控設備技術要點

對于大型數控設備主軸而言，基本都是采取齒輪變速的轉動方式，這樣能有效地擴大功率變速范圍，即使在低速時也能傳遞較大的轉矩。一般齒輪變速都存在掛檔問題，可以利用電動瞬動解決這一問題，所以在利用大慣量部件進行延時時，可以用時間繼電器進行檢測。同時，掛檔限位開關需要回答計算機是否掛檔成功，掛檔的瞬間點應該向接口輸入口令，在PAL系統中很難順利完成這一操作過程，所以PAL無法有效地處理電動機運動問題。

2.2 掌握常見數控機床結構

如上文所說，現代數控機床設備的內部結構精密化和復雜化方向發展，一旦設備出現內部故障，必須要第一時間鎖定故障源，并及時采取故障維修和改造措施，將故障損失降到最低。因此，數控機床的維修人員應當熟悉機床的整體結構，并對數控機床常見的故障問題有一個大體的了解，從而提高維修和改造的工作效率。對于數控機床的制造商，一方面要結合現代化技術，不斷提升數控機床的性能和效率；另一方面也要嚴格遵循行業內的技術標準，即便是出現了設備故障，也能夠采取有效的維修和改造措施。

2.3 加強數控機床維修改造的調試和驗收

特殊情況下，數控機床的某一故障問題，可能是由多方面因素共同影響而產生的。如果維修人員沒有進行全面的檢測，只針對其中的某一部件進行維修，則不能徹底解決數控機床的故障問題。為了避免故障返修所造成的損失，要求在數控機床維修改造后，必須進行調試和驗收。首先，應當安排專人對數控機床的機械動力裝置、傳感設備、液壓系統進行調試，調試期間按照由外到內、由易到難的原則，逐步完成調試工作。其次，調試工作完成后，進行整機驗收。啟動數控機床，在機床運行過程中觀察其各項工作參數，并對照相應的標準。確保各項參數符合標準范圍后，進行驗收。

2.4 建立高素質的維修改造隊伍

數控機床作為一種集合了計算機技術、信息技術和工程加工技術的綜合性高科技產品，要想確保其應有功能的最優化發揮，必須培養一支綜合能力強、專業素質高的現代化技術隊伍，一方面能夠確保數控基礎維修改造工作的高質量開展，另一方面也能夠定期做好數控機床的維護，避免大的故障問題的發生。從企業角度來說，應當加強對人才隊伍建設的重視程度，并積極創造充分的人才培養機會。例如，可以聘請該行業領域的專家，定期來單位進行專業知識講座，教授操作人員基本的維修和改造技巧；還可以挑選部分優秀員工，外出學習和深造，實現理論、操作水平的協同進步。

3 結語

數控機床在工作過程中，由于多方面因素的影響，很容易發生各種形式的機械故障，及時采取維修改造措施，能夠將故障損失降到最低。但是由于工作環境、專業技術等因素的制約，數控機床維修改造中還存在一些問題，企業必須要通過加強技術培訓、開展專業教育等方式，做好數控基礎維修改造后的調試和驗收工作，避免故障隱患的存在，確保數控機床能夠高效、安全運行。

參考文獻：

[1]段少虎，周洪明.基于多源信息融合的數控機床進給系統機械故障診斷研究[J].中國制造業信息化，2013（07）：164-165.

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關鍵詞:數控化改造；數控系統；伺服系統

中圖分類號：TG502文獻標識碼： A 文章編號：

1 前言

制造業是國民經濟的基礎產業和支柱產業,是推動國家技術進步的主要力量。我國制造業水平與發達國家相比,總體水平偏低,為改變這種落后狀況,必須提高制造業的裝備水平,特別是機床的數控化率。購置數控機床是提高數控化率的途徑,對舊機床進行數控化改造,也是提高機床數控化率的重要途徑之一。機床數控化改造,是在機床上增加數控裝置,使其具有一定的自動化能力,以實現預定的加工工藝目標。它是根據生產實際需要提出,并隨著機床行業以及技術的不斷進步而發展起來的,它的內容是應用成熟的數控技術和經驗,以適應生產的具體要求為目的,對現有機床的局部結構進行改造,并安裝新部件、新裝置、新附件,用計算機控制機床的工作,提高機床的技術性能指標,使之全部或局部達到新數控機床的水平。

2 數控化改造的內容

機床數控化改造是指以可使用的普通舊機床作為毛坯,通過改造手段將其改造為具有數控機床功能的、且與同類新數控機床性能相近的數控機床,其改造的主要內容如下:

2 . 1 精度的恢復和機械傳動部分的改進

隨著機床使用年數的增加,機床的機械傳動部件,如導軌、絲杠、軸承等都有不同程度的磨損。因此,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。另外,在機床上還要加一些輔助裝置,如冷卻系統、空氣過濾器、自動換刀裝置、排屑裝置等。

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。

當前生產數控系統的公司比較多,國外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、國內的公司如廣州數控GSK公司、華中數控系統有限公司等。一般,進口系統較國產系統性能穩定,但價格昂貴,將其用于機床改造,有些得不償失。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;另外,隨著生產技術的不斷發展,標準型數控系統制造成本越來越低,售價也在不斷降低,所以在系統選擇上一般可以考慮國產標準型數控系統,例如廣州數控系統或華中數控系統。

在選擇數控系統時,應了解系統的控制軸數,特別是聯動軸數。因為這與數控系統的價格有直接關系。對只需點位控制的機床,就不要求控制聯動軸,有需要進行輪廓控制的場合,才需要選用有聯動功能的系統。例如,改造鉆床時,可選兩個控制軸的點位控制系統,不要求兩軸聯動;改裝車床時,則需要兩軸聯動;改裝要加工空間曲面的銑床時,則需要三軸聯動。

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系列驅動器,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。

2. 5 整機聯接調試

舊機床上述各個部件的改造過程完成后,就可對組裝后改造機床各個部件進行調試。一般先對電氣控制部分進行調試,看單個動作是否正常,然后再進機調試階段。

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] 羅永順.機床數控化改造技術[M].北京:機械工業出版社.

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關鍵詞: 普通機床 數控改造 具體措施 技術及人員要求

進入新世紀以來,中國機床工具市場取得很大的發展,尤其數控設備成果喜人,特別是2008年金融危機以來,中國數控市場不冷反熱,各企業及時調整產品結構,產業升級,新產品新技術層出不窮,中高檔產品已成主流,大多數企業迫切希望更好地掌握國際先進的數控技術用于機床改造。我從事數控技術工作多年,深有感觸,現就著重探討普通機床的數控改造方面的問題。

一、歷史回顧及現狀

改革開發以來,中國大量的機械機床設備需要升級改造,機械加工領域的數控技術需要迫切,上世界80年代至今,德國西門子公司在北京等地建立工廠,著重推廣數控技術。數控機床的再制造開始于20世紀90年代,作為新的經濟增長行業,正處在黃金時代。我國金屬加工業需求層次不同,從國防軍工、精密加工等高端需求到模具制造、汽車零件加工的中高端市場,直至普通軸類零件的中低端需求,都對數控系統的改造提供了廣闊的空間。

二、數控改造的內容

1.普通機床改造成數控機床。數控機床的使用壽命一般是10―12年,而對于已經到期的一些舊機床,尤其是一些進口機床,其機械剛性有可能還好于新機床,所以,再制造的價值非常大。比如使用光柵的數顯鉆床改造成數控鉆床,一般用步進電機;舊的光顯鏜床改造成數控鏜床,一般用半閉環交流伺服系統;普通車床的數控改造,等等。

2.原有的數控機床升級換代。隨著機場的需求功能不斷完善,尤其是車間信息化的發展,數控改造不只是針對單臺機床,而是要提高整體效率。比如我校數控實習車間原有三臺2000年前買的舊版華中數控系統立式銑床,電器系統已經老化無法使用,2010年春學期我們就新購了法拉克0i-C型系統加以全面改造,既鍛煉了老師和學生的實際動手能力,又讓這三臺舊機床煥發了青春,為學校節約了很大的設備投入經費,取得了良好的社會效果。少數情況機床價格較高,機械基礎較好,如大中型數控銑床、臥式加工中心、高精度數控磨床、數控曲軸加工機床、數控凸輪加工機床和刀具磨床等,制造周期長,技術含量高,機床原值高,但苦于數控系統老化,備件支持匱乏,電器維修成本高,或原系統市場已被淘汰,此時應及時進行新數控系統的升級改造,如同時對機械項目進行維修,其價值會更加可觀。

3.在現有的數控系統基礎上開發新的功能。機床保留基座主體,結構有較大的進步或改進,如龍門銑床或龍門刨床,采用直線電機或直線導軌,高速電主軸等新技術,使其成為高速鐵路的導軌磨床;普通液壓靠模凸輪磨床的通過二次結構設計,數控系統升級,采用數控系統高精度輪廓控制,使之變為高速高精度數控凸輪磨床,數控車床通過局部結構變化,安裝上帶動力頭的數控刀架,并通過配置CS軸的分度定位功能,將其改造成數控車削中心;通過結構設計與采用數控系統,將普通的車床再制造成為數控旋壓機,等等。上述內容多體現了如下特點:需要融入結構創新和二次設計,大量采用系統的新的功能新的技術,缺點是技術門檻高,市場應用面窄,社會需求量和供應量不大。

三、數控改造的具體措施

我國中小型城市在上世紀90年代中期逐步開展上述工作,一般機床的改裝非常普遍,這是由我國國情所決定的。改革開發帶來的技術進步,數控機床的高精度、高效益等優點的不斷顯現和人們的新的認識,促使社會積極推進數控化進程,外國西門子、法拉克,國產廣數系統、華中系統等被大量采用,大多屬于普及型或經濟型數控系統。其伺服系統采用步進電機,具體的改造措施一般有如下幾個方面:1.增加或更換滾珠絲杠。原滑臺如采用液壓的則拆除,選用新的滾珠絲杠及相應的機械連接工藝設計。2.增加自動刀庫?，F在江蘇昆山產的臺灣盛鈺刀庫應用較廣。3.主軸增加交流變頻器。4.PMC的應用。這種改造已經突破了原來設備的結構限制,在不增加能源和消耗的前提下,節約了成本,為社會作出了貢獻。

數控改造的前提是如何真正實現有意義有價值的系統升級,而不是簡單地修理和更換電路元件,通過改造融入更多的自主知識產權,將新技術用于數控改造,提高原機床的性能和精度,降低能耗。

四、數控改造的技術及人員要求

對企業或用戶來說,他們希望將先進的數控系統成功地應用于終端設備上,使其發揮最大的效能,因此從事數控技術改造的人員來說就必須具備以下要求:1.熟悉機床結構,對機床結構和設備的加工工藝有較深入的了解;2.熟悉機床的生產工藝流程,了解客戶的個性化需求;3.較強的就業和吃苦耐勞的精神;4.有豐富的維修經驗,對機、電、液、工藝等方面有較強的理論與實踐能力,精通數控系統、相關機床參數及PMC程序等。具體操作方面應注意如下幾方面:1.與用戶積極溝通,共同確定項目的解決方案;2.考慮方案成本提高性價比;3.應考慮項目實施的可操作性;4.知識儲備多有經驗能夠掌握有效的資源與信息。例如,西門子數控系統對機床制造廠商和機床在制造人員來說要求是比較高的。從事二次開發的應用人員,除要了解系統之外,更多的是要了解機床,這樣才能提供操作性能良好功能強大的數控機床。目前有些功能不是系統沒有提供,而是機床制造廠或開發人員沒有挖掘出。西門子數控系統是一個大的平臺,其對環境如溫度濕度和抗干擾等方面的要求較高,如果局限原來的走線、安裝不規范,使用者對系統缺乏理解,理論基礎不扎實,就會增加偶發性故障。

系統改造完以后,進行調試和確定合理的驗收標準,也是技術準備工作的重要一環。調試工作涉及機械、液壓、電氣、光學、控制、傳感等,因此必須由項目負責人進行,其他人員配合。調試步驟可從簡到繁、從小到大、從外到里進行,也可先局部后全局、先子系統后整系統進行。驗收標準是對新系統的考核,過高或過低的標準都會對改造工作產生負面影響。標準一旦確定下來,不能隨便修改,因為它牽涉到整個改造工作的各個環節。

五、前景展望

低成本是推動數控改造市場迅速膨脹的關鍵因素,現在不少大企業原先進口的機床已經遠超過了“服役期”,但這些設備價值不菲,單價在幾百萬元甚至上千萬元,而且機械部分還可以使用,因此急需進行改造。只要正確有效地將CNC、伺服系統、機床電氣系統和機械部分集成于一體,就能最終交給用戶一臺經過改造或等于再制造的具有個性特色的專用數控機床,使企業從中獲得更大的經濟效益,使資產獲得有效的增值。因此該行業的前景十分遠大光明。

總之,數控機床改造具有很好的發展前途,但它對數控系統制造商和數控機床改造者均提出較高的要求。我國的機床改造業也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。機床改造作為新的經濟增長行業,是個“永恒”的課題,必將生機盎然。

參考文獻:

[1]龔仲華.數控機床故障診斷與維修500例.機械工業出版社,2006.

篇(7)

論文摘要：本文首先介紹了機床數控化改造的必要性，而重點在于介紹如何進行機床數控化改造，包括數控系統的選擇、數控改造中對主要機械部件改裝探討和機床數控改造主要步驟，并列舉了幾個數控改造的實例，最后說明了數控改造中的問題并提出了建議。

1機床進行數控化改造的必要性

微觀上看，數控機床比傳統機床有以下突出的優越性，而且些優越性均來自數控系統所包含的計算機的威力。

由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。

可以實現加工的自動化，而且柔性自動化，從而效率可比傳統機床提高3～7倍。

由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規定的順序自動去執行，從而實現自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現了“柔性自動化”。

加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。

可實現多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可實現時間無看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。

以上這些優越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統）以及CIMS（計算機集成制造系統）等企業信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業自動化的核心技術和基礎技術。

宏觀上看，工業發達家的軍、民機械工業，在70年代末、80年代初已開始大規模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統產業（包括軍、民機械工業）進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、FMC、FMS外，還包括在產品開發中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產管理中推行MIS（管理信息系統）、CIMS等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重（數控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。

2如何進行機床數控化改造

2．1數控化改造的內容。機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點：其一是恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，改造成NC機床、CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；其四是技術更新或技術創新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。

2．2數控系統的選擇

數控系統主要有三種類型，改造時，應根據具體情況進行選擇。

步進電機拖動的開環系統。該系統的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數控系統送出的進給指令脈沖，經驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執行部件。只要控制指令脈沖的數量、頻率以及通電順序，便可控制執行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環系統，該系統的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節距精度，所以系統的位移精度較低。該系統結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。

異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環數控系統。該系統與開環系統的區別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴。設計和調試都比開環系統難。但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標?？筛鶕a品技術要求，決定是否采用這種系統。

交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環數控系統。半閉環系統檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執行部件的位置。它只能補償系統環路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環系統的精度低，但是它的結構與調試都較閉環系統簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。當前生產數控系統的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內公司如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司和沈陽高檔數控國家工程研究中心。選擇數控系統時主要是根據數控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求。3數控改造中主要機械部件改裝探討。

一臺新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動態剛度；運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了數控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。

滑動導軌副。對數控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和。

齒輪副。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數控機床的要求，以保證機床加工精度。

滑動絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。