时间：2022-11-25 14:16:26
序论：在您撰写数控机床改造时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
数控改造技术在机械加工行业中的应用越来越广泛,这主要是由于数控改造有以下几方面突出特点和优点:
(1)投资额少、交货期短同购置新机床相比,一般可以节省60%-80%的费用,改造费用低,特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只是新机床购置费用的1/3,交货期短。即使有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制造与安装过于费工、费钱,改造成本也高2-3倍,但与购置新机床相比,也能节省投资50%左右。
(2)机械性能稳定可靠所利用的床身、立柱等基础件都是重而兼顾的铸造构件,而不是那种焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备继续使用多年。
(3)熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时,不了解新设备是否满足其加工要求。改造则不然,可以精确地计算出机床地加工能力,另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修方面培训时间短,见效快。改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。
(4)可采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备地自动化水平和效率,提高设备和档次,将旧设备改成当今水平的机床。充分利用现有的条件可以充分利用现有地基,不必像购置新设备时那样需要重新构筑地基。因此可节约费用,降低改造成本,同时也可缩短生产准备周期。
(5)提高产品质量和工效可以解决复杂零件的加工精度控制,加工的产品尺寸一致性好、合格率高、废品率的、生产效率高。如经济型数控机床,一般可提高工效3-7倍。对复杂零件而言,难度越高,提高的工效越明显。此外还可以减轻工人的劳动强度,提高工人素质促进科技成果的普及和应用,为“体力型”向“智能”转变创造条件。
2提高数控机床改造精度的常见方法
数控机床在设计上要达到高的静动态刚度,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,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,常见的机床改造方法如下。
2.1修复机床导轨精度
导轨的作用是导向与承载。导轨在空载和在切削条件下运动时,都应具有足够的导向精度。是机床几何精度的基础,所以,机床在改造时,为了达到预期的精度要求,往往必须修复导轨精度。对不同形式导轨,大概修理方法如下:
(1)使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度:工作台导轨的涂层,就是床身导轨的拓印,它的配合精度必然很高,简化了工艺,缩短了制造周期。应用于机床改造更为便利,效果显著。
(2)铸铁导轨:铸铁导轨的精加工是用刮削的方法得到的,刮研显点为18—25点/平方厘米,同时,必须保证的可靠性。这样才能尽可能的减小摩擦,以及对位置控制精度的影响。
2.2恢复主轴精度
主轴是主轴组的重要组成部分。机床工作时,由主轴夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动,对加工质量和生产率,有重要影响。所以,改造时必须修复主轴的精度。
对于精度超差的主轴拆卸以后应对其进行全面检查,以便确定修理方案。但大多需要更换主轴轴承、重新调整轴承的间隙调整和预紧。调整后应进行温升实验,温升超过规定值,应减少预紧量。
当主轴轴承重新装配好后,用千分表和标准检验棒,检查主轴锥孔中心线是否和主轴的回转中心重合,如果相差较大,则必须用专用的磨头,重新磨削主轴锥孔,使其回转中心同主轴的回转中心完全重合。
2.3修复或更换滚珠丝杠
随着现代科技的发展,机械制造业正不断面临着高速度、高精度等新的挑战。滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构,以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用,成为各类数控机床的重要配套部件,并己实现了标准化、通用化和商品化。基本上现代的数控机床都采用了滚珠丝杠,但在改造时,一定要恢复其传动精度,或干脆更换新的或更高精度的滚珠丝杠,只有这样才能保证改造后的定位精度,尤其是在半闭环系统中,丝杠不仅要起到传动作用,还要起到标尺的作用,编码器只是测量丝杠的转数,至于工作台实际行走的距离,相当于开环,只能靠滚珠丝杠本身的精度保证。
2.4利用精密仪器检测机床精度
可以结合具体的机床改造过程,利用先进的激光干涉仪测量系统,对机床的定位精度进行测量,并利用球杆仪快速检查机床精度,诊断误差来源,自动分析机床精度状态,检查出反向间隙、垂直度、直线度、周期误差、伺服不匹配、传动链磨损等,根据检测结果,进行必要的分析,再结合资金投入、新技术应用等因素确定必要的改造、修理方案。在调整机床参数时,尤其是伺服驱动参数,可根据球杆仪的检测结果,进行系统优化,使机床参数更合理,系统更稳定。
在改造完成后,利用激光干涉仪对定位精度进行测量,然后,根据情况进行适当的补偿,可以大大提高机床的定位精度和加工精度。
2.5减少传动环节的间隙
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。
如果进给传动系统中有蜗轮蜗杆传动,一定要注意,调整好反向间隙,否则,很可能直接影响机床性能。另外,如果进给传动系统中有同步齿形带,也必须进行适当的调整或更换,尤其是在采用半闭环系统中,若此部分不在控制环内,将直接影响机床的定位精度。
【关键词】数控；机床；数控化改造；特点和方法
1 机床数控化改造分析
一台旧设备使用到一定年头后，必然会故障频繁发生、维修困难、生产效率降低、加工精度不稳定、甚至完全停机。对这样的设备是采取彻底报废、还是经过中大修数控改造？做出这种决定之前，首先要对现有设备的剩余使用价值作出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①CNC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(APC)等。每一个子系统根据实际情况，都可以作出相应剩余使用价值评估。例如根据伺服系统的磨损程度，如果继续留用，应考虑整修后还有50％以上剩余价值；但考虑到新更换数控系统的匹配及追求好的伺服特性，即使旧的伺服系统没有完全损坏，或预计继续使用寿命不会太长，也可考虑彻底更换。机械部件的剩余价值一般都占较高比例，多项工程实践表明，一台高质量机床的机械大件磨损是有限的。例如改造过的70年代美国卧式加工中心，X方向行程1台为1.5m、1台为2.5m，导轨的直线度和扭曲都能调整到0.008mm/1000mm，导轨本身没有进一步修磨。机械手刀库部件易损件集中在几个零件上(如手爪、插销等)，即使重新更换花费也不多，因此机械部件都占有较高剩余价值。
2 数控机床改造的特点
2.1 投资额少、交货期短同购置新机床相比,一般可以节省60 % - 80 %的费用,改造费用低,特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只是新机床购置费用的1/ 3 。即使有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制造与安装过于费工、费钱,改造成本也高2 - 3倍,但与购置新机床相比,也能节省投资50%左右。另外可以根据实际情况进行针对性的改造，交货期缩短。
2.2 机械性能稳定可靠 所利用的床身、立柱等基础件都是重而兼顾的铸造构件,而不是那种焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备继续使用多年。
2.3 熟悉了解设备、便于操作维修 购买新设备时,不了解新设备是否满足其加工要求。改造则不然,可以精确地计算出机床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修方面培训时间短,见效快。改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。
2.4 可采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备地自动化水平和效率,提高设备和档次,将旧设备改成当今水平的机床。充分利用现有的条件可以充分利用现有地基,不必像购置新设备时那样需要重新构筑地基。因此可节约费用,降低改造成本,同时也可缩短生产准备周期。
3 提高数控机床改造精度的常见方法
数控机床在设计上要达到高的静动态刚度,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,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,常见的机床改造方法如下：
3.1 修复机床导轨精度
导轨的作用是导向与承载。导轨在空载和在切削条件下运动时,都应具有足够的导向精度。是机床几何精度的基础,所以,机床在改造时,为了达到预期的精度要求,往往必须修复导轨精度。对不同形式导轨,大概修理方法如下:
3.1.1 使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度:工作台导轨的涂层,就是床身导轨的拓印,它的配合精度必然很高,简化了工艺,缩短了制造周期。应用于机床改造更为便利,效果显著。
3.1.2 铸铁导轨:铸铁导轨的精加工是用刮削的方法得到的,刮研显点为18 ―25 点/ 平方厘米,同时,必须保证的可靠性。这样才能尽可能的减小摩擦,以及对位置控制精度的影响。
3.2 恢复主轴精度
主轴是主轴组的重要组成部分。机床工作时,由主轴夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动,对加工质量和生产率,有重要影响。所以,改造时必须修复主轴的精度。对于精度超差的主轴拆卸以后应对其进行全面检查,以便确定修理方案。但大多需要更换主轴轴承、重新调整轴承的间隙调整和预紧。调整后应进行温升实验,温升超过规定值,应减少预紧量。当主轴轴承重新装配好后,用千分表和标准检验棒,检查主轴锥孔中心线是否和主轴的回转中心重合,如果相差较大,则必须用专用的磨头,重新磨削主轴锥孔,使其回转中心同主轴的回转中心完全重合。
3.3 修复或更换滚珠丝杠
丝杠传动直接关系到传动链精度，滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构,以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用,成为各类数控机床的重要配套部件。基本上现代的数控机床都采用了滚珠丝杠,但在改造时,一定要恢复其传动精度,或干脆更换新的或更高精度的滚珠丝杠,只有这样才能保证改造后的定位精度,尤其是在半闭环系统中,丝杠不仅要起到传动作用,还要起到标尺的作用,编码器只是测量丝杠的转数,至于工作台实际行走的距离,相当于开环,只能靠滚珠丝杠本身的精度保证。
3.4 利用精密仪器检测机床精度
可以结合具体的机床改造过程,利用先进的激光干涉仪测量系统,对机床的定位精度进行测量,并利用球杆仪快速检查机床精度,诊断误差来源,自动分析机床精度状态,检查出反向间隙、垂直度、直线度、周期误差、伺服不匹配、传动链磨损等,根据检测结果,进行必要的分析,再结合资金投入、新技术应用等因素确定必要的改造、修理方案。在调整机床参数时,尤其是伺服驱动参数,可根据球杆仪的检测结果,进行系统优化,使机床参数更合理,系统更稳定。在改造完成后,利用激光干涉仪对定位精度进行测量,并根据情况进行适当的补偿,可以大大提高机床的定位精度和加工精度。
3.5 减少传动环节的间隙
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。如果进给传动系统中有蜗轮蜗杆传动,一定要注意,调整好反向间隙,否则,很可能直接影响机床性能。另外,如果进给传动系统中有同步齿形带,也必须进行适当的调整或更换,尤其是在采用半闭环系统中,若此部分不在控制环内,将直接影响机床的定位精度。
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.
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、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。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。该系统的执行元件——伺服电机，通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。
步进电机是采用脉冲数字信号进行控制的，每转一转步距误差自动变为零，易于控制，价格最低。其选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是：先计算电机的步距角，其次确定其步距精度，然后再对它的转矩进行选择，最后选定步进电机驱动器。
永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，它容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择其负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算确定预选电机是否符合要求。
2数控系统的选择
数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
首先，要考虑被改造机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能要与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因偏面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。
其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内公司主要有中华数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。如中华数控公司，就凭借已其达到国际领先水平，且具有自主版权的数控技术和现代化的产业基地在中国大地迅速崛起。该公司的中华数控系统曾在2004年举行的第一届全国数控技能大赛上与西门子、发那科等著名系统同台全方位竞技，充分发挥了其强大功能优势。使用此系统的参赛选手，有多人取得了很好的成绩。可见，国内系统功能也会越来越完善。
第三，要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。
另外，在资金允许的条件下，尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，也有利于维修。
3机床机械部件的改造
数控机床的机械部分在刚度、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。因此，不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了机床数控改造的目的。而是应该从机床自身的价值考虑，分析改造要达到的目标和所需投入。从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值。对被改造机床的结构、性能、精度等技术现状作全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否符合改造要求，部件结构是否仍然完好，各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用，各项精度是否满足要求，机床在加工中是否存在故障和历史上有无出现过重大故障。从该机床的投入产出率估算，确定最终改造方案。
3.1主传动系统的改造
在对主传动系统进行改造时，一般应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制改变为由数控系统控制。当然，如果为了扩大变速范围，实现加工过程中的自动变速，也可以将原来的单速电机更换为多速电机，这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的，所以电机功率要大，且还要增加一套电机变速系统，改装比较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时，最好不要用这种方法。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。
3.2进给传动系统的改造
在对进给传动系统进行改造时，一般都应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改由各自独立的功率步进电机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。例如普通机床的简易化数控改装，通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断，且将溜板箱拆除，直接把齿轮减速箱和功率步进电机安装在纵向丝杠的右端和横向丝杠的外端。
在对机床进给传动系统改装的同时，也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。具体如下：
（1）丝杠。丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置。改造时，为了满足数控机床上较高精度零件的加工要求，应该用滚珠丝杠螺母副替换原普通机床上的梯形丝杠螺母副。滚珠丝杠螺母副把传动丝杠与螺母之间的滑动摩擦变为了滚动摩擦，使摩擦损失减小，精度保持性、传动平稳性、传动效率等都得以提高。其传动效率可达到92%～98%，是普通丝杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是数控系统直接控制的对象。不论是点位控制、直线控制，还是轮廓控制，被加工零件的最终坐标精度都将受到拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。除拖板及相配件精度要高外，由驱动电机到丝杠间的传动齿轮也要采用间隙消除结构。以满足传动精度和灵敏度的要求。常用的消隙方法有刚度调整法和柔性调整法两种。刚性调整法传动刚度较好，结构简单，但调整起来很费时；柔性调整法，一般用弹簧弹力自动消除齿侧间隙，传动刚度较低，传动平稳性差，结构复杂。改造中，可根据机床加工目标选用。具体选用可参考有关资料。
（3）机床导轨。为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，应充分考虑机床导轨的耐磨性。当前国内普通机床床身等大件多采用普通铸铁，其摩擦系数较大。改造中，在对达不到预定要求的原机床导轨进行修磨、刮研后，要在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带。
4刀架的改造
刀架是否需要进行改造，要根据改造后机床主要加工对象来确定。若采用一把刀即可完成本机床上的加工，就没有必要对刀架进行改造。若需采用多把刀，如普通车床改装后需要三、四把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造。即拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。
机床的数控化改造要考虑的因素很多。除了上面提到的主要内容外，由于机床控制方式的改变，还要对其进行电气部分的重新设计，机械部分的大修和专项修理，解决调试、安装等多方面存在的问题。总之，在改造过程中，一定要全面综合地考虑问题。只有这样才能改造出性能价格比最优的机床。
摘要：从中、小企业设备的实际情况出发，对在普通机床的数控化改造中，如何对数控系统、伺服系统进行选择，如何对其机械部分进行改造等问题进行了介绍。
关键词：普通机床；数控化；数控机床；改造
Abstract:Onthebasisoftheconditionoftheequipmentinsmallenterprisesormiddleenterprises,intheprocessofrestructuringthegeneralmachinetoolintoNC,theproblemsthathowtoselecttheNCsystem,servosystemandhowtorestructurethestructuresofthemachinetoolandsoonareintroduced.
Keyword:Ordinaryenginebed;Numericalcontrol;Numerically-controlledmachinetool;Transformation
参考文献：
[1]李铁尧.金属切削机床[M]．北京：机械工业出版社，1989.
[2]罗永顺.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压，2005，（6）：193-195.
[3]吴孜越.C620普通车床的数控化改造[J].机床与液压，2005，（8）：211-213.
关键词：电动刀架 数字化改造
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）07-0102-02
一、数控机床刀架改造及方案
数控车床电动刀架是数控车床的重要功能部件，主要完成零件加工过程中的自动换刀。使机床在一次装夹中完成多工序的加工，有效的减少刀具多次装夹带来的加工误差，刀架用于夹持切削用的刀具，其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。因此数控车床的刀架选择的好与坏、效率高与低将直接影响到产品的加工时间和质量，随着制造业的不断发展，对自动刀架的功能及性能要求也越来越高，原有的四工位刀架常常不能满足盘式零件加工要求。本篇主要介绍如何用卧式六工位电动刀架取代立式四工位刀架，以提高数控机床使用性能。
图 1-1 所示为数控车床自动回转刀架机电系统，其中包括控制元件、动力源、传动装置、刀架体与检测装置。PMC作为控制装置，通过程序控制电机的起停与正反转，电机作为动力源，通过传动装置控制上刀体的抬起、下降与转动，霍尔元件作为检测元件，检测上刀体是否到位，到位信号反馈给PMC，共同控制电机的运转。
下面从机械与电气两方面做一说明。
二、刀架选择及安装
1.刀架选择
数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的自动回转刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。
电动刀架已经形成了系列产品，国内许多厂家已有定型产品，如：立式四工位刀架、卧式六工位刀架、八工位刀架、十工位、十二工位刀架等，我们在改造时只需要根据产品加工的工艺要求，选用卧式六工位刀架，如下图（b）。
2.刀架安装
与原刀架高度及尺寸相近视，刀架电控系统与原刀架电控系统电平一致，机械参数可以参考同类机床进行类比，中心高不能过高，低了可以用垫板垫；安装尺寸也要合适，可以采用过渡件安装。
3.电气改造及调试
电气控制部分改造分两步，线路改造和刀架控制梯形图的编写。
3.1电气部分改造
电气部分，刀架电机主电路不变，原刀架四个刀位输入信号地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三个可作为六工位刀位信号使用，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测和控制，信号是BCD码，X2.4可作为刀架加紧信号输入，需增加X2.6、X2.5两个输入点作为刀位选通信号及刀架电机过载保护输入端，系统其它电气控制部分不再改动，下图为改装后的原理接线图。
3.2刀架结构及动作分析
经济型数控车床刀架式在普通车床六方位刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通六方位刀架一样：有6个刀位，能夹持六把不同功能的刀具，方刀架回转60°时，刀架交换一个刀位，但方刀架回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架为例来说明其结构与原理，如下图3.2所示。
3.3刀位信号
3.4自动刀架控制涉及到的I/O信号
PLC输入信号： X2.1～X2.3：1～6号刀到位信号输入；X2.4：热继电器信号输入；
X2.5：行程到达信号输入； X2.6：角度编码器位置选通信号输入；
X2.7：电源空开信号输入； PLC输出信号： Y2.4：刀架正转继电器控制输出；
Y2.5：刀架反转继电器控制输出。
电动机的正反转由接触器KM6、KM7控制，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关SQ1进行检测，地址为X2.5。刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测和控制，信号是BCD码，分别是X2.1、X2.2、X2.3。刀具位置选通脉冲信号为X2.6。电动刀塔过载保护输入信号为X2.4。选通信号X2.6为1时表示刀架已经旋转到某个刀位位置，这时的具体刀位号由X2.1、X2.2、X2.3来确定。
3.5电气设计要求
机床接收到换刀指令（程序的T码指令）后，刀架电动机正转进行松开并分度控制，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为10s，每次分度时间超过10s系统就发出分度故障报警。刀架分度并到位后，通过电动机反转进行锁紧和定位控制，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转控制时间不得超过0.7s。电动机正反转控制过程中，还要求有正转停止延时时间控制和反转开始的延时时间控制。自动换刀指令执行后，要进行刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成T代码功能。自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T代码错误（T=0或T>7）时相应有报警信息显示。
3.6控制软件的设计
电动刀架控制系统软件执行过程为：换刀系统接收到换刀指令后，系统首先读取刀号存储单元中存储的当前刀位号码，并将该存储单元中的刀位号与换刀指令给出的刀位号比较，如果相同，则不需换刀，系统继续向下执行程序；如果当前刀位号码与换刀指令给出的刀位号不相同，则PMC的Y2.4脚输出高电平控制刀架电机正转，并不断检测刀位到位信号，当检测到刀位到位信号后，PMC的Y2.4脚输出低电平，停止刀架运转，同时在Y2.5脚输出高电平，电机反转，同时启动定时器（电机反转的时间必须严格控制，时间过短，刀架无法锁紧，时间过长，会导致电机过载而烧毁），延时时间一到， Y2.5脚输出低电平，电机停止旋转，完成换刀过程。
接下来就要完成FANUC系统PMC刀架控制梯形图的编制，根据刀架换刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形图的编写。
对一台特定的数控机床，只要能满足控制要求，对梯形图的结构、规模并没有硬性的规定，我们可以按思路和逻辑方案进行编程。但理想的梯形图程序除能满足机床的控制要求外，还应具有最少的步数、最短的处理时间和易于理解的逻辑关系。
3.7调试
3.7.1顺序程序的输入、调试
本文从数控机床维修的常见问题出发，明确维修过程中的重点项目。提出了维修要遵循“先易后难、先里后外”的维修原则，以最为合理的维修方式提高维修质量。
2数控机床维修改造中存在的问题
2.1数控机床的故障分类
在机床所产生的故障中，根据实际问题划分为机械故障和电气问题，所以在维修中要先确定故障类型，检查电器系统的运行情况，尤其对设备报警现象、设备过流、运行异常等进行确定。其次在设备维修和升级过程中，会因添加或升级设备添加或更换元件，这会使新原件和设备产生排斥并且提高设备的返修率。
2.2滚珠丝杆的问题
滚珠丝杆在长期工作的状态下，其中的油会逐步被消耗，一旦油不能祈祷作用就会为整个设备体系带来运动误差，所以在设备保养的上要将丝杠的性作为主要的保养内容。丝杆在注油中要避免新旧由重复添加。并对丝杆的支承轴承的运行状态进行更换，避免设备电源在使用上行成的安全隐患。
2.3漏保制动问题
机床的电机部分会因为电机热积累和短路等问题造成电路烧毁，根据相关技术标准规定，所有连续工作超过0.5kW的电机必须装配电动机热保设备，一旦电机在运行中出现过载和短路的现象，热保护中的金属片会出现弯曲，形成机械连接中的短路点，但是有的部件在维修中忽略这一问题，使用廉价的配件，这使电机的热保护能力下降。同时电动机的电阻反应时间和电流保护器相互矛盾，保护器常常出现时间和常数上的巨大差异，使电路的热保性能大大降低。
3数控机床维修改造中的要点
3.1坚持“先易后难、先里后外”的维修原则
数控机床在维修过程中必须坚持“先易后难、先里后外”的维修原则。数控机床使用一定时间后自身的故障会逐渐增多，所以数控机床在维修和检修上要先针对简单问题进行处理，然后在排除复杂故障。
3.2数控机床结构复杂
数控机床作为一体化设备，在结构上十分复杂。电器件的损坏和连接设备出现的接触不良都可能直接导致数控机床出现故障，同时在外部环境发生变化的过程中，会引发数控机床的多种问题，所以数控机床在维修和改造中要根据开关、元件、液压阀等进行仔细研究，注意电控设备的插座和端子位置、以及线路板的插头座等问题，同时对湿度、油污、粉尘等常规性检修必不可少，通过对数控机床的日常检修能够避免出现大修的状况，另外还能够避免机床设备精度受到影响的问题。
3.3进行具体的问题分析
数控机床在维修前不仅要研究好设备的结构图和电路图，还要根据实际设备拆装后进行具体的问题分析，要根据设备所发生的原因和故障进行详细调查，保证故障出现的原因和解决方法，针对设备故障的针对性和故障性进行合理诊断。在对设备的通电性的控制上，要以数控机床的动态故障查找为基础，进行故障检测。
4数控机床维修改造需要注意的技术要点
4.1大型专用数控设备的技术要点
①对于大中型的数控机床的主轴一般都是采用齿轮变速的传动方式，以扩大恒功率区域的变速范围，保证低速时可传递较大的转矩。由于齿轮的变速存有“挂档”的问题，为了预防挂档时出现顶齿的现象需要采用电动瞬动来完成。因此，在进行大惯量部件的延时时需要采用时间继电器来进行检测。②所有的挂档纤维开关都要与计算机设备相互结合，在进行挂档顺点的控制时，要根据接口输出确定短向运行命令，但是由于操作程序需要多个元件联合调试，一旦有一个元件出现问题，PAL系统就不能对电机的运动问题进行处理。③在数控机床的设备中需要特别注意在面板上保留手动挂档的按钮开关。④在专有机床的数控改造中，需要进行参数宏调用的方式以实现PLC程序和零件加工程序之间信息的传递，最终实现特殊的功能要求。⑤所有的大型数控设备都要注意结构部件的放松和夹紧问题，尤其在坐标轴运动的状态下要放松设备结构，但部件达到合理位置后必须夹紧。⑥将坐标轴分成高夹、低夹两个程度，以避免夹紧时出现抖动的现象。
4.2丝杠的维修重点
丝杠维修情况比较复杂。设备在进行数控机床改造和维修的过程中，要根据原操作系统重新设置相关参数，在调整合适的位带与夹紧带。振荡轴的位置固定不能以临时性作为基准，要保证一次维修就能解决问题。
4.3数控机床设备的导轨
在数控机床的设置程序上来看，机床导轨是主要的机床外界装置，车床导轨的工艺性和精度性是维修的重点，导轨的替换材料要保证足够的耐磨性，并且数直。以此避免数控机床导轨在运行过程中出现变形额度情况，具体的设备导轨还要根据导轨性进行防护。另外，一般的机床齿轮都集中在变速箱和主轴箱中，这就要求税控机床的齿轮精确要高于普通机床，以此保证数控机床的传动精度，要保证维修后的机床整体结构能满足间隙传动的要求。
4.4数控机床维修改造完成后的验收
数控设备在完成相关调试后要设备的出场检测标准进行验收，例如在数控机床的维修中从线路改版、到设备组装，都要严格执行出场检测，此外在数控机床的调试过程中，要由专人对设备的机械、液压等操作进行合理调试，所有调试程序都要按照从简到繁、从内到外的程序来控制，此外，所有的设备维修要根据设备的既有原则进行，不得擅自变更和转换设备线路布置。
5结语
关键词：数控机床；改造技术；加工效率；安全水平
在我国，应用的数控机床大多是从国外引进的，我国在数控机床自主研发能力方面与国外发达国家之间仍存在一定的差距。引进国外数控机床不仅增加了企业的运营成本，同时也对数控机床的维修工作提出了更高的要求。在这样的情况下，工作人员要及时排除数控机床故障，提升生产效率，就必须从数控机床的改造工作入手，对其进行优化。本文从数控机床改造的必要性出发，对其改造技术要求进行了论述，现作如下总结。
1改造数控机床的必要性
1.1可有效提升加工效率
对数控机床进行改造主要是通过技术创新与技术改造的方法，在传统数控机床的基础上对其进行优化，突出其使用性能。改造数控机床后，由之前的工人一人控制1台变为一人控制2台。这有利于提高加工效率，节省人力资源。除此之外，还可以提升加工精度，降低废品率，对于缩短生产周期、提升企业经济效益具有重要的促进意义。
1.2可有效提高安全水平
基于当前我国机床数控化程度普遍不高，在安全水平方面也处于相对落后的状态，机床在未得到及时改造的情况下，极易在使用过程中发生安全事故。而对数控机床进行合理改造后，工作人员可充分遵循人机工程的相关要求，提升机床的自动化、智能化水平，由此提升数控机床的安全水平，大幅降低工作人员在操作时与危险部位接触的概率，进而降低事故发生率。
1.3可有效提高维修便捷性
如果工作人员对数控机床设备缺乏相应的了解，便难以判断其实际性能是否符合实际加工要求，维修的工序也因此变得较复杂。通过改造数控机床，工作人员可精确计算机床的实际加工能力，同时，在熟知机床特性的情况下，维修难度也随之明显降低，这有助于提升机床的加工效率。通常情况下，对经改造后的机床进行适当调试后，便可实现机床的全负荷运转。
1.4可有效降低机床成本
部分大型机床的价格相对较高，导致机床的购置成本难以得到有效降低。这一问题可通过对机床进行数控改造进行解决。研究表明，对机床进行数控改造后，所花的费用仅为原机床购置费用的1/3，且可在一定程度上缩短购置时间。除此之外，还可以有效降低机房更新过程中造成的污染排放量和能源消耗量。
2改造数控机床的相关技术要求
对机床进行数控改造的实质就是将普通机床与数控装置进行连接，使其充分满足现代化生产需求，从而实现生产效益的最大化。在数控机床改造过程中，除了要确保机床能达到标准的设计要求外，还要尽可能地发挥机床的使用性能。为从根本上提高数控机床的应用效能，笔者特对其改造技术要求作了如下总结。
2.1滑动导轨副
导轨是数控机床的重要组成部分，对机床的整体性能具有重要影响。通常情况下，工作人员在改造数控机床时，要确保其导轨性能与实际改造需求相符，具体要注意以下几点：
①在导向精度与工艺性方面，应与普通车床的基本要求相符；
②应具备一定的耐摩擦和耐磨损能力，由此尽可能地减少摩擦阻力，减少致死区；
③应具有一定的刚度，以保障导轨的防护性和度以及产品的加工精度。
2.2滑动丝杠与滚珠丝杠
丝杠会对传动链精度产生直接影响，加工件的精度要求与拖动扭矩要求可对其主要指标产生决定性的影响。在加工件要求较低且原丝杠基本未受磨损的情况下，可将滑动丝杠作为首选。通常情况下，滑动丝杠的等级应不小于6级。如果螺母存在间隙过大的现象，就应及时更换。滚珠钢丝具有传动效率较高、摩擦损失较小、使用寿命相对较长、传送精度相对较高的特点，可有效降低电机的启动力矩，满足对精度要求较高的零件加工需求。与滚珠丝杠相比，滑动丝杠的价格相对较低，但由于其精度也相对较低，因此，对于具有较高精度要求的零件加工，应将滚珠丝杠作为首选。
2.3齿轮副
机床的变速箱和主轴箱是齿轮的主要集中点，对传动精度有着至关重要的影响。在改造机床的过程中，为进一步提高传动精度，工作人员应在普通机床的基础上进一步提升齿轮精度，由此实现传动精度的提升。要保障机床的加工精度，就要确保传动结构无间隙，同时还要根据数控机床的实际要求，对机床的齿轮作出相应改造。
2.4安全防护
要从根本上提升数控机床的改造效果，就要对其安全防护性能进行有效改造。首先，应重视滚珠丝杠副的安全防护工作，采取相应的措施防止硬砂砾、切屑等尘粒进入滚道当中，对元件的精密度产生不良影响；其次，应将整体铁板防护罩加在纵向丝杠上，由此对其形成防护；最后，应确保大拖板与滑动导轨接触两端面的密封性，防止硬质异物进入，对导轨造成损伤。
3结束语
综上所述，对机床进行数控改造是实现机械机械自动化的必经环节，同时也是实现机床自动化、智能化的有效途径。在改造数控机床的过程中，工作人员需充分遵循机床运作的客观规律，并在此基础上通过创新技术不断革新、改造机床，由此实现机床应用效率的大幅提升。
参考文献
［1］韩冲.数控机床电气改造问题研究［J］.科技与企业，2014（08）：269.
［2］周霞瑜.数控机床维修改造中需要注意的要点探析［J］.科技创新与应用，2014（08）：95.
［3］王小军.论职业院校数控机床升级改造的必要性及改造方法［J］.电子制作，2014（24）：205.
