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序論：在您撰寫數控機床改造時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
數控改造技術在機械加工行業中的應用越來越廣泛,這主要是由于數控改造有以下幾方面突出特點和優點:
(1)投資額少、交貨期短同購置新機床相比,一般可以節省60%-80%的費用,改造費用低,特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造,只是新機床購置費用的1/3,交貨期短。即使有些特殊情況,如高速主軸、托盤自動交換裝置的制造與安裝過于費工、費錢,改造成本也高2-3倍,但與購置新機床相比,也能節省投資50%左右。
(2)機械性能穩定可靠所利用的床身、立柱等基礎件都是重而兼顧的鑄造構件,而不是那種焊接構件,改造后的機床性能高、質量好,可以作為新設備繼續使用多年。
(3)熟悉了解設備、便于操作維修購買新設備時,不了解新設備是否滿足其加工要求。改造則不然,可以精確地計算出機床地加工能力,另外,由于多年使用,操作者對機床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓時間短,見效快。改造的機床一安裝好,就可以實現全負荷運轉。
(4)可采用最新的控制技術可根據技術革新的發展速度,及時地提高生產設備地自動化水平和效率,提高設備和檔次,將舊設備改成當今水平的機床。充分利用現有的條件可以充分利用現有地基,不必像購置新設備時那樣需要重新構筑地基。因此可節約費用,降低改造成本,同時也可縮短生產準備周期。
(5)提高產品質量和工效可以解決復雜零件的加工精度控制,加工的產品尺寸一致性好、合格率高、廢品率的、生產效率高。如經濟型數控機床,一般可提高工效3-7倍。對復雜零件而言,難度越高,提高的工效越明顯。此外還可以減輕工人的勞動強度,提高工人素質促進科技成果的普及和應用,為“體力型”向“智能”轉變創造條件。
2提高數控機床改造精度的常見方法
數控機床在設計上要達到高的靜動態剛度,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,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,常見的機床改造方法如下。
2.1修復機床導軌精度
導軌的作用是導向與承載。導軌在空載和在切削條件下運動時,都應具有足夠的導向精度。是機床幾何精度的基礎,所以,機床在改造時,為了達到預期的精度要求,往往必須修復導軌精度。對不同形式導軌,大概修理方法如下:
(1)使用環氧型耐磨導軌涂層修復導軌精度:工作臺導軌的涂層,就是床身導軌的拓印,它的配合精度必然很高,簡化了工藝,縮短了制造周期。應用于機床改造更為便利,效果顯著。
(2)鑄鐵導軌:鑄鐵導軌的精加工是用刮削的方法得到的,刮研顯點為18—25點/平方厘米,同時,必須保證的可靠性。這樣才能盡可能的減小摩擦,以及對位置控制精度的影響。
2.2恢復主軸精度
主軸是主軸組的重要組成部分。機床工作時,由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運動,對加工質量和生產率,有重要影響。所以,改造時必須修復主軸的精度。
對于精度超差的主軸拆卸以后應對其進行全面檢查,以便確定修理方案。但大多需要更換主軸軸承、重新調整軸承的間隙調整和預緊。調整后應進行溫升實驗,溫升超過規定值,應減少預緊量。
當主軸軸承重新裝配好后,用千分表和標準檢驗棒,檢查主軸錐孔中心線是否和主軸的回轉中心重合,如果相差較大,則必須用專用的磨頭,重新磨削主軸錐孔,使其回轉中心同主軸的回轉中心完全重合。
2.3修復或更換滾珠絲杠
隨著現代科技的發展,機械制造業正不斷面臨著高速度、高精度等新的挑戰。滾珠絲杠作為當代數控機床進給的主要傳動機構,以其長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點而得以廣泛應用,成為各類數控機床的重要配套部件,并己實現了標準化、通用化和商品化。基本上現代的數控機床都采用了滾珠絲杠,但在改造時,一定要恢復其傳動精度,或干脆更換新的或更高精度的滾珠絲杠,只有這樣才能保證改造后的定位精度,尤其是在半閉環系統中,絲杠不僅要起到傳動作用,還要起到標尺的作用,編碼器只是測量絲杠的轉數,至于工作臺實際行走的距離,相當于開環,只能靠滾珠絲杠本身的精度保證。
2.4利用精密儀器檢測機床精度
可以結合具體的機床改造過程,利用先進的激光干涉儀測量系統,對機床的定位精度進行測量,并利用球桿儀快速檢查機床精度,診斷誤差來源,自動分析機床精度狀態,檢查出反向間隙、垂直度、直線度、周期誤差、伺服不匹配、傳動鏈磨損等,根據檢測結果,進行必要的分析,再結合資金投入、新技術應用等因素確定必要的改造、修理方案。在調整機床參數時,尤其是伺服驅動參數,可根據球桿儀的檢測結果,進行系統優化,使機床參數更合理,系統更穩定。
在改造完成后,利用激光干涉儀對定位精度進行測量,然后,根據情況進行適當的補償,可以大大提高機床的定位精度和加工精度。
2.5減少傳動環節的間隙
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。
如果進給傳動系統中有蝸輪蝸桿傳動,一定要注意,調整好反向間隙,否則,很可能直接影響機床性能。另外,如果進給傳動系統中有同步齒形帶,也必須進行適當的調整或更換,尤其是在采用半閉環系統中,若此部分不在控制環內,將直接影響機床的定位精度。
【關鍵詞】數控；機床；數控化改造；特點和方法
1 機床數控化改造分析
一臺舊設備使用到一定年頭后，必然會故障頻繁發生、維修困難、生產效率降低、加工精度不穩定、甚至完全停機。對這樣的設備是采取徹底報廢、還是經過中大修數控改造？做出這種決定之前，首先要對現有設備的剩余使用價值作出評估。例如一臺加工中心，主要構成的機電部件有：①CNC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(APC)等。每一個子系統根據實際情況，都可以作出相應剩余使用價值評估。例如根據伺服系統的磨損程度，如果繼續留用，應考慮整修后還有50％以上剩余價值；但考慮到新更換數控系統的匹配及追求好的伺服特性，即使舊的伺服系統沒有完全損壞，或預計繼續使用壽命不會太長，也可考慮徹底更換。機械部件的剩余價值一般都占較高比例，多項工程實踐表明，一臺高質量機床的機械大件磨損是有限的。例如改造過的70年代美國臥式加工中心，X方向行程1臺為1.5m、1臺為2.5m，導軌的直線度和扭曲都能調整到0.008mm/1000mm，導軌本身沒有進一步修磨。機械手刀庫部件易損件集中在幾個零件上(如手爪、插銷等)，即使重新更換花費也不多，因此機械部件都占有較高剩余價值。
2 數控機床改造的特點
2.1 投資額少、交貨期短同購置新機床相比,一般可以節省60 % - 80 %的費用,改造費用低,特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造,只是新機床購置費用的1/ 3 。即使有些特殊情況,如高速主軸、托盤自動交換裝置的制造與安裝過于費工、費錢,改造成本也高2 - 3倍,但與購置新機床相比,也能節省投資50%左右。另外可以根據實際情況進行針對性的改造，交貨期縮短。
2.2 機械性能穩定可靠 所利用的床身、立柱等基礎件都是重而兼顧的鑄造構件,而不是那種焊接構件,改造后的機床性能高、質量好,可以作為新設備繼續使用多年。
2.3 熟悉了解設備、便于操作維修 購買新設備時,不了解新設備是否滿足其加工要求。改造則不然,可以精確地計算出機床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者對機床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓時間短,見效快。改造的機床一安裝好,就可以實現全負荷運轉。
2.4 可采用最新的控制技術可根據技術革新的發展速度,及時地提高生產設備地自動化水平和效率,提高設備和檔次,將舊設備改成當今水平的機床。充分利用現有的條件可以充分利用現有地基,不必像購置新設備時那樣需要重新構筑地基。因此可節約費用,降低改造成本,同時也可縮短生產準備周期。
3 提高數控機床改造精度的常見方法
數控機床在設計上要達到高的靜動態剛度,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,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,常見的機床改造方法如下：
3.1 修復機床導軌精度
導軌的作用是導向與承載。導軌在空載和在切削條件下運動時,都應具有足夠的導向精度。是機床幾何精度的基礎,所以,機床在改造時,為了達到預期的精度要求,往往必須修復導軌精度。對不同形式導軌,大概修理方法如下:
3.1.1 使用環氧型耐磨導軌涂層修復導軌精度:工作臺導軌的涂層,就是床身導軌的拓印,它的配合精度必然很高,簡化了工藝,縮短了制造周期。應用于機床改造更為便利,效果顯著。
3.1.2 鑄鐵導軌:鑄鐵導軌的精加工是用刮削的方法得到的,刮研顯點為18 ―25 點/ 平方厘米,同時,必須保證的可靠性。這樣才能盡可能的減小摩擦,以及對位置控制精度的影響。
3.2 恢復主軸精度
主軸是主軸組的重要組成部分。機床工作時,由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運動,對加工質量和生產率,有重要影響。所以,改造時必須修復主軸的精度。對于精度超差的主軸拆卸以后應對其進行全面檢查,以便確定修理方案。但大多需要更換主軸軸承、重新調整軸承的間隙調整和預緊。調整后應進行溫升實驗,溫升超過規定值,應減少預緊量。當主軸軸承重新裝配好后,用千分表和標準檢驗棒,檢查主軸錐孔中心線是否和主軸的回轉中心重合,如果相差較大,則必須用專用的磨頭,重新磨削主軸錐孔,使其回轉中心同主軸的回轉中心完全重合。
3.3 修復或更換滾珠絲杠
絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度，滾珠絲杠作為當代數控機床進給的主要傳動機構,以其長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點而得以廣泛應用,成為各類數控機床的重要配套部件。基本上現代的數控機床都采用了滾珠絲杠,但在改造時,一定要恢復其傳動精度,或干脆更換新的或更高精度的滾珠絲杠,只有這樣才能保證改造后的定位精度,尤其是在半閉環系統中,絲杠不僅要起到傳動作用,還要起到標尺的作用,編碼器只是測量絲杠的轉數,至于工作臺實際行走的距離,相當于開環,只能靠滾珠絲杠本身的精度保證。
3.4 利用精密儀器檢測機床精度
可以結合具體的機床改造過程,利用先進的激光干涉儀測量系統,對機床的定位精度進行測量,并利用球桿儀快速檢查機床精度,診斷誤差來源,自動分析機床精度狀態,檢查出反向間隙、垂直度、直線度、周期誤差、伺服不匹配、傳動鏈磨損等,根據檢測結果,進行必要的分析,再結合資金投入、新技術應用等因素確定必要的改造、修理方案。在調整機床參數時,尤其是伺服驅動參數,可根據球桿儀的檢測結果,進行系統優化,使機床參數更合理,系統更穩定。在改造完成后,利用激光干涉儀對定位精度進行測量,并根據情況進行適當的補償,可以大大提高機床的定位精度和加工精度。
3.5 減少傳動環節的間隙
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。如果進給傳動系統中有蝸輪蝸桿傳動,一定要注意,調整好反向間隙,否則,很可能直接影響機床性能。另外,如果進給傳動系統中有同步齒形帶,也必須進行適當的調整或更換,尤其是在采用半閉環系統中,若此部分不在控制環內,將直接影響機床的定位精度。
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?；诠IPC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.
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、跟蹤精度、定位精度等重要指標均取決于伺服系統的動態和靜態性能。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。該系統的執行元件——伺服電機，通常采用步進電機或永磁式交流伺服電機。
步進電機是采用脈沖數字信號進行控制的，每轉一轉步距誤差自動變為零，易于控制，價格最低。其選擇的關鍵是對參數進行確定。確定參數的具體方法是：先計算電機的步距角，其次確定其步距精度，然后再對它的轉矩進行選擇，最后選定步進電機驅動器。
永磁式交流伺服電機常用于進給驅動系統中，它容量大，結構簡單，運行可靠，效率高，但啟動特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機的額定轉速，其次選擇其負載慣量，然后再確定它的額定轉矩，進行電機預選，最后通過進一步的速度、加減速轉矩及連續工作轉矩的驗算確定預選電機是否符合要求。
2數控系統的選擇
數控系統是數控機床的中樞，是其中最關鍵的環節。目前，市場上數控系統的類型較多，選擇時要保證能購得最適合的系統，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
首先，要考慮被改造機床的功能要求。根據機床的功能要求選擇數控系統，以使數控系統所具有的功能要與準備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數控系統的高性能指標，而選擇了功能遠遠多于改造機床功能的系統，造成功能過剩、資金浪費，且在一定程度上還可能潛伏下由于數控系統復雜程度的增加而帶來故障率升高的隱患。又要保證所選數控系統能滿足機床全部功能要求，不要出現一些因必須的系統功能短缺，影響其它功能的使用，使機床的優良性能發揮不出來。
其次，要考慮數控系統的制造廠商。老牌著名跨國公司主要有德國的西門子、日本的發那科和三菱、法國的NVM等，國內公司主要有中華數控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統的性能尚優于國產系統，但價格也較高，因此適用于大型高精度機床。國產系統功能較簡單，性能較穩定，價格便宜，對一般車床、銑床已能可靠使用，且近幾年國產系統也有長足進步，與世界先進技術的差距越來越小。如中華數控公司，就憑借已其達到國際領先水平，且具有自主版權的數控技術和現代化的產業基地在中國大地迅速崛起。該公司的中華數控系統曾在2004年舉行的第一屆全國數控技能大賽上與西門子、發那科等著名系統同臺全方位競技，充分發揮了其強大功能優勢。使用此系統的參賽選手，有多人取得了很好的成績?？梢姡瑖鴥认到y功能也會越來越完善。
第三，要考慮數控系統與其它配件的匹配。如果數控系統、電機及驅動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時，就可能會出現輸入與輸出信號的不匹配及在傳送中信號產生滯后等現象。因此，選擇時要優先考慮能提供進給伺服系統和主軸驅動的廠家的數控系統。
另外，在資金允許的條件下，盡量向著名廠家型號系列靠攏。一般著名廠商此類系統零件篩選更嚴格，制造工藝更規范可靠，性能穩定，能更好地預防電器元件的故障或提前失效引起的設備故障，也有利于維修。
3機床機械部件的改造
數控機床的機械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。因此，不能簡單地認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了機床數控改造的目的。而是應該從機床自身的價值考慮，分析改造要達到的目標和所需投入。從該機床在本單位產品制造中的地位和重要程度來分析改造價值。對被改造機床的結構、性能、精度等技術現狀作全面分析。其中包括機床原來的結構設計是否符合改造要求，部件結構是否仍然完好，各坐標軸的機械傳動結構及導軌副的形式等是否適用，各項精度是否滿足要求，機床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現過重大故障。從該機床的投入產出率估算，確定最終改造方案。
3.1主傳動系統的改造
在對主傳動系統進行改造時，一般應盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機構，只把主軸的正轉、反轉和停轉由原來的機械控制改變為由數控系統控制。當然，如果為了擴大變速范圍，實現加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機更換為多速電機，這樣可以使機床性能更好。但多速電機的功率是隨轉速的變化而變化的，所以電機功率要大，且還要增加一套電機變速系統，改裝比較麻煩。對普通機床進行簡易數控改造時，最好不要用這種方法。另外，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然的聯系，要在主軸箱內安裝一個與主軸同步旋轉的旋轉脈沖編碼器。如普通車床改裝為數控車床時，在主軸箱內裝主軸脈沖編碼器，以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。
3.2進給傳動系統的改造
在對進給傳動系統進行改造時，一般都應該把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構全部拆除。而每個方向的進給傳動都改由各自獨立的功率步進電機，經減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實現各坐標方向的運動，進行各坐標的控制。例如普通機床的簡易化數控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進給箱的傳動路線切斷，且將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進電機安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。
在對機床進給傳動系統改裝的同時，也要對此傳動系統中的傳動裝置元件進行相應的改造。具體如下：
（1）絲杠。絲杠是將回轉運動轉換為直線運動的傳動裝置。改造時，為了滿足數控機床上較高精度零件的加工要求，應該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變為了滾動摩擦，使摩擦損失減小，精度保持性、傳動平穩性、傳動效率等都得以提高。其傳動效率可達到92%～98%，是普通絲杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是數控系統直接控制的對象。不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結構。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調整法和柔性調整法兩種。剛性調整法傳動剛度較好，結構簡單，但調整起來很費時；柔性調整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側間隙，傳動剛度較低，傳動平穩性差，結構復雜。改造中，可根據機床加工目標選用。具體選用可參考有關資料。
（3）機床導軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應充分考慮機床導軌的耐磨性。當前國內普通機床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數較大。改造中，在對達不到預定要求的原機床導軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。
4刀架的改造
刀架是否需要進行改造，要根據改造后機床主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機床上的加工，就沒有必要對刀架進行改造。若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行改造。即拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅動，由數控裝置控制的自動刀架。
機床的數控化改造要考慮的因素很多。除了上面提到的主要內容外，由于機床控制方式的改變，還要對其進行電氣部分的重新設計，機械部分的大修和專項修理，解決調試、安裝等多方面存在的問題。總之，在改造過程中，一定要全面綜合地考慮問題。只有這樣才能改造出性能價格比最優的機床。
摘要：從中、小企業設備的實際情況出發，對在普通機床的數控化改造中，如何對數控系統、伺服系統進行選擇，如何對其機械部分進行改造等問題進行了介紹。
關鍵詞：普通機床；數控化；數控機床；改造
Abstract:Onthebasisoftheconditionoftheequipmentinsmallenterprisesormiddleenterprises,intheprocessofrestructuringthegeneralmachinetoolintoNC,theproblemsthathowtoselecttheNCsystem,servosystemandhowtorestructurethestructuresofthemachinetoolandsoonareintroduced.
Keyword:Ordinaryenginebed;Numericalcontrol;Numerically-controlledmachinetool;Transformation
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關鍵詞：電動刀架 數字化改造
中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2013）07-0102-02
一、數控機床刀架改造及方案
數控車床電動刀架是數控車床的重要功能部件，主要完成零件加工過程中的自動換刀。使機床在一次裝夾中完成多工序的加工，有效的減少刀具多次裝夾帶來的加工誤差，刀架用于夾持切削用的刀具，其結構直接影響機床的切削性能和切削效率。因此數控車床的刀架選擇的好與壞、效率高與低將直接影響到產品的加工時間和質量，隨著制造業的不斷發展，對自動刀架的功能及性能要求也越來越高，原有的四工位刀架常常不能滿足盤式零件加工要求。本篇主要介紹如何用臥式六工位電動刀架取代立式四工位刀架，以提高數控機床使用性能。
圖 1-1 所示為數控車床自動回轉刀架機電系統，其中包括控制元件、動力源、傳動裝置、刀架體與檢測裝置。PMC作為控制裝置，通過程序控制電機的起停與正反轉，電機作為動力源，通過傳動裝置控制上刀體的抬起、下降與轉動，霍爾元件作為檢測元件，檢測上刀體是否到位，到位信號反饋給PMC，共同控制電機的運轉。
下面從機械與電氣兩方面做一說明。
二、刀架選擇及安裝
1.刀架選擇
數控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發展。目前國內數控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。電動刀架是數控車床重要的傳統結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產率，縮短生產準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應性和連續穩定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統能提供相應的控制指令外，很重要的一點是數控車床需配備易于控制的自動回轉刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。
電動刀架已經形成了系列產品，國內許多廠家已有定型產品，如：立式四工位刀架、臥式六工位刀架、八工位刀架、十工位、十二工位刀架等，我們在改造時只需要根據產品加工的工藝要求，選用臥式六工位刀架，如下圖（b）。
2.刀架安裝
與原刀架高度及尺寸相近視，刀架電控系統與原刀架電控系統電平一致，機械參數可以參考同類機床進行類比，中心高不能過高，低了可以用墊板墊；安裝尺寸也要合適，可以采用過渡件安裝。
3.電氣改造及調試
電氣控制部分改造分兩步，線路改造和刀架控制梯形圖的編寫。
3.1電氣部分改造
電氣部分，刀架電機主電路不變，原刀架四個刀位輸入信號地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三個可作為六工位刀位信號使用，刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測和控制，信號是BCD碼，X2.4可作為刀架加緊信號輸入，需增加X2.6、X2.5兩個輸入點作為刀位選通信號及刀架電機過載保護輸入端，系統其它電氣控制部分不再改動，下圖為改裝后的原理接線圖。
3.2刀架結構及動作分析
經濟型數控車床刀架式在普通車床六方位刀架的基礎上發展的一種自動換刀裝置，其功能和普通六方位刀架一樣：有6個刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉60°時，刀架交換一個刀位，但方刀架回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架為例來說明其結構與原理，如下圖3.2所示。
3.3刀位信號
3.4自動刀架控制涉及到的I/O信號
PLC輸入信號： X2.1～X2.3：1～6號刀到位信號輸入；X2.4：熱繼電器信號輸入；
X2.5：行程到達信號輸入； X2.6：角度編碼器位置選通信號輸入；
X2.7：電源空開信號輸入； PLC輸出信號： Y2.4：刀架正轉繼電器控制輸出；
Y2.5：刀架反轉繼電器控制輸出。
電動機的正反轉由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關SQ1進行檢測，地址為X2.5。刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測和控制，信號是BCD碼，分別是X2.1、X2.2、X2.3。刀具位置選通脈沖信號為X2.6。電動刀塔過載保護輸入信號為X2.4。選通信號X2.6為1時表示刀架已經旋轉到某個刀位位置，這時的具體刀位號由X2.1、X2.2、X2.3來確定。
3.5電氣設計要求
機床接收到換刀指令（程序的T碼指令）后，刀架電動機正轉進行松開并分度控制，分度過程中要有轉位時間的檢測，檢測時間設定為10s，每次分度時間超過10s系統就發出分度故障報警。刀架分度并到位后，通過電動機反轉進行鎖緊和定位控制，為了防止反轉時間過長導致電動機過熱，要求電動機反轉控制時間不得超過0.7s。電動機正反轉控制過程中，還要求有正轉停止延時時間控制和反轉開始的延時時間控制。自動換刀指令執行后，要進行刀架鎖緊到位信號的檢測，只有檢測到該信號，才能完成T代碼功能。自動換刀過程中，要求有電動機過載、短路及溫度過高保護，并有相應的報警信息顯示。自動運行中，程序的T代碼錯誤（T=0或T>7）時相應有報警信息顯示。
3.6控制軟件的設計
電動刀架控制系統軟件執行過程為：換刀系統接收到換刀指令后，系統首先讀取刀號存儲單元中存儲的當前刀位號碼，并將該存儲單元中的刀位號與換刀指令給出的刀位號比較，如果相同，則不需換刀，系統繼續向下執行程序；如果當前刀位號碼與換刀指令給出的刀位號不相同，則PMC的Y2.4腳輸出高電平控制刀架電機正轉，并不斷檢測刀位到位信號，當檢測到刀位到位信號后，PMC的Y2.4腳輸出低電平，停止刀架運轉，同時在Y2.5腳輸出高電平，電機反轉，同時啟動定時器（電機反轉的時間必須嚴格控制，時間過短，刀架無法鎖緊，時間過長，會導致電機過載而燒毀），延時時間一到， Y2.5腳輸出低電平，電機停止旋轉，完成換刀過程。
接下來就要完成FANUC系統PMC刀架控制梯形圖的編制，根據刀架換刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形圖的編寫。
對一臺特定的數控機床，只要能滿足控制要求，對梯形圖的結構、規模并沒有硬性的規定，我們可以按思路和邏輯方案進行編程。但理想的梯形圖程序除能滿足機床的控制要求外，還應具有最少的步數、最短的處理時間和易于理解的邏輯關系。
3.7調試
3.7.1順序程序的輸入、調試
本文從數控機床維修的常見問題出發，明確維修過程中的重點項目。提出了維修要遵循“先易后難、先里后外”的維修原則，以最為合理的維修方式提高維修質量。
2數控機床維修改造中存在的問題
2.1數控機床的故障分類
在機床所產生的故障中，根據實際問題劃分為機械故障和電氣問題，所以在維修中要先確定故障類型，檢查電器系統的運行情況，尤其對設備報警現象、設備過流、運行異常等進行確定。其次在設備維修和升級過程中，會因添加或升級設備添加或更換元件，這會使新原件和設備產生排斥并且提高設備的返修率。
2.2滾珠絲桿的問題
滾珠絲桿在長期工作的狀態下，其中的油會逐步被消耗，一旦油不能祈禱作用就會為整個設備體系帶來運動誤差，所以在設備保養的上要將絲杠的性作為主要的保養內容。絲桿在注油中要避免新舊由重復添加。并對絲桿的支承軸承的運行狀態進行更換，避免設備電源在使用上行成的安全隱患。
2.3漏保制動問題
機床的電機部分會因為電機熱積累和短路等問題造成電路燒毀，根據相關技術標準規定，所有連續工作超過0.5kW的電機必須裝配電動機熱保設備，一旦電機在運行中出現過載和短路的現象，熱保護中的金屬片會出現彎曲，形成機械連接中的短路點，但是有的部件在維修中忽略這一問題，使用廉價的配件，這使電機的熱保護能力下降。同時電動機的電阻反應時間和電流保護器相互矛盾，保護器常常出現時間和常數上的巨大差異，使電路的熱保性能大大降低。
3數控機床維修改造中的要點
3.1堅持“先易后難、先里后外”的維修原則
數控機床在維修過程中必須堅持“先易后難、先里后外”的維修原則。數控機床使用一定時間后自身的故障會逐漸增多，所以數控機床在維修和檢修上要先針對簡單問題進行處理，然后在排除復雜故障。
3.2數控機床結構復雜
數控機床作為一體化設備，在結構上十分復雜。電器件的損壞和連接設備出現的接觸不良都可能直接導致數控機床出現故障，同時在外部環境發生變化的過程中，會引發數控機床的多種問題，所以數控機床在維修和改造中要根據開關、元件、液壓閥等進行仔細研究，注意電控設備的插座和端子位置、以及線路板的插頭座等問題，同時對濕度、油污、粉塵等常規性檢修必不可少，通過對數控機床的日常檢修能夠避免出現大修的狀況，另外還能夠避免機床設備精度受到影響的問題。
3.3進行具體的問題分析
數控機床在維修前不僅要研究好設備的結構圖和電路圖，還要根據實際設備拆裝后進行具體的問題分析，要根據設備所發生的原因和故障進行詳細調查，保證故障出現的原因和解決方法，針對設備故障的針對性和故障性進行合理診斷。在對設備的通電性的控制上，要以數控機床的動態故障查找為基礎，進行故障檢測。
4數控機床維修改造需要注意的技術要點
4.1大型專用數控設備的技術要點
①對于大中型的數控機床的主軸一般都是采用齒輪變速的傳動方式，以擴大恒功率區域的變速范圍，保證低速時可傳遞較大的轉矩。由于齒輪的變速存有“掛檔”的問題，為了預防掛檔時出現頂齒的現象需要采用電動瞬動來完成。因此，在進行大慣量部件的延時時需要采用時間繼電器來進行檢測。②所有的掛檔纖維開關都要與計算機設備相互結合，在進行掛檔順點的控制時，要根據接口輸出確定短向運行命令，但是由于操作程序需要多個元件聯合調試，一旦有一個元件出現問題，PAL系統就不能對電機的運動問題進行處理。③在數控機床的設備中需要特別注意在面板上保留手動掛檔的按鈕開關。④在專有機床的數控改造中，需要進行參數宏調用的方式以實現PLC程序和零件加工程序之間信息的傳遞，最終實現特殊的功能要求。⑤所有的大型數控設備都要注意結構部件的放松和夾緊問題，尤其在坐標軸運動的狀態下要放松設備結構，但部件達到合理位置后必須夾緊。⑥將坐標軸分成高夾、低夾兩個程度，以避免夾緊時出現抖動的現象。
4.2絲杠的維修重點
絲杠維修情況比較復雜。設備在進行數控機床改造和維修的過程中，要根據原操作系統重新設置相關參數，在調整合適的位帶與夾緊帶。振蕩軸的位置固定不能以臨時性作為基準，要保證一次維修就能解決問題。
4.3數控機床設備的導軌
在數控機床的設置程序上來看，機床導軌是主要的機床外界裝置，車床導軌的工藝性和精度性是維修的重點，導軌的替換材料要保證足夠的耐磨性，并且數直。以此避免數控機床導軌在運行過程中出現變形額度情況，具體的設備導軌還要根據導軌性進行防護。另外，一般的機床齒輪都集中在變速箱和主軸箱中，這就要求稅控機床的齒輪精確要高于普通機床，以此保證數控機床的傳動精度，要保證維修后的機床整體結構能滿足間隙傳動的要求。
4.4數控機床維修改造完成后的驗收
數控設備在完成相關調試后要設備的出場檢測標準進行驗收，例如在數控機床的維修中從線路改版、到設備組裝，都要嚴格執行出場檢測，此外在數控機床的調試過程中，要由專人對設備的機械、液壓等操作進行合理調試，所有調試程序都要按照從簡到繁、從內到外的程序來控制，此外，所有的設備維修要根據設備的既有原則進行，不得擅自變更和轉換設備線路布置。
5結語
關鍵詞：數控機床；改造技術；加工效率；安全水平
在我國，應用的數控機床大多是從國外引進的，我國在數控機床自主研發能力方面與國外發達國家之間仍存在一定的差距。引進國外數控機床不僅增加了企業的運營成本，同時也對數控機床的維修工作提出了更高的要求。在這樣的情況下，工作人員要及時排除數控機床故障，提升生產效率，就必須從數控機床的改造工作入手，對其進行優化。本文從數控機床改造的必要性出發，對其改造技術要求進行了論述，現作如下總結。
1改造數控機床的必要性
1.1可有效提升加工效率
對數控機床進行改造主要是通過技術創新與技術改造的方法，在傳統數控機床的基礎上對其進行優化，突出其使用性能。改造數控機床后，由之前的工人一人控制1臺變為一人控制2臺。這有利于提高加工效率，節省人力資源。除此之外，還可以提升加工精度，降低廢品率，對于縮短生產周期、提升企業經濟效益具有重要的促進意義。
1.2可有效提高安全水平
基于當前我國機床數控化程度普遍不高，在安全水平方面也處于相對落后的狀態，機床在未得到及時改造的情況下，極易在使用過程中發生安全事故。而對數控機床進行合理改造后，工作人員可充分遵循人機工程的相關要求，提升機床的自動化、智能化水平，由此提升數控機床的安全水平，大幅降低工作人員在操作時與危險部位接觸的概率，進而降低事故發生率。
1.3可有效提高維修便捷性
如果工作人員對數控機床設備缺乏相應的了解，便難以判斷其實際性能是否符合實際加工要求，維修的工序也因此變得較復雜。通過改造數控機床，工作人員可精確計算機床的實際加工能力，同時，在熟知機床特性的情況下，維修難度也隨之明顯降低，這有助于提升機床的加工效率。通常情況下，對經改造后的機床進行適當調試后，便可實現機床的全負荷運轉。
1.4可有效降低機床成本
部分大型機床的價格相對較高，導致機床的購置成本難以得到有效降低。這一問題可通過對機床進行數控改造進行解決。研究表明，對機床進行數控改造后，所花的費用僅為原機床購置費用的1/3，且可在一定程度上縮短購置時間。除此之外，還可以有效降低機房更新過程中造成的污染排放量和能源消耗量。
2改造數控機床的相關技術要求
對機床進行數控改造的實質就是將普通機床與數控裝置進行連接，使其充分滿足現代化生產需求，從而實現生產效益的最大化。在數控機床改造過程中，除了要確保機床能達到標準的設計要求外，還要盡可能地發揮機床的使用性能。為從根本上提高數控機床的應用效能，筆者特對其改造技術要求作了如下總結。
2.1滑動導軌副
導軌是數控機床的重要組成部分，對機床的整體性能具有重要影響。通常情況下，工作人員在改造數控機床時，要確保其導軌性能與實際改造需求相符，具體要注意以下幾點：
①在導向精度與工藝性方面，應與普通車床的基本要求相符；
②應具備一定的耐摩擦和耐磨損能力，由此盡可能地減少摩擦阻力，減少致死區；
③應具有一定的剛度，以保障導軌的防護性和度以及產品的加工精度。
2.2滑動絲杠與滾珠絲杠
絲杠會對傳動鏈精度產生直接影響，加工件的精度要求與拖動扭矩要求可對其主要指標產生決定性的影響。在加工件要求較低且原絲杠基本未受磨損的情況下，可將滑動絲杠作為首選。通常情況下，滑動絲杠的等級應不小于6級。如果螺母存在間隙過大的現象，就應及時更換。滾珠鋼絲具有傳動效率較高、摩擦損失較小、使用壽命相對較長、傳送精度相對較高的特點，可有效降低電機的啟動力矩，滿足對精度要求較高的零件加工需求。與滾珠絲杠相比，滑動絲杠的價格相對較低，但由于其精度也相對較低，因此，對于具有較高精度要求的零件加工，應將滾珠絲杠作為首選。
2.3齒輪副
機床的變速箱和主軸箱是齒輪的主要集中點，對傳動精度有著至關重要的影響。在改造機床的過程中，為進一步提高傳動精度，工作人員應在普通機床的基礎上進一步提升齒輪精度，由此實現傳動精度的提升。要保障機床的加工精度，就要確保傳動結構無間隙，同時還要根據數控機床的實際要求，對機床的齒輪作出相應改造。
2.4安全防護
要從根本上提升數控機床的改造效果，就要對其安全防護性能進行有效改造。首先，應重視滾珠絲杠副的安全防護工作，采取相應的措施防止硬砂礫、切屑等塵粒進入滾道當中，對元件的精密度產生不良影響；其次，應將整體鐵板防護罩加在縱向絲杠上，由此對其形成防護；最后，應確保大拖板與滑動導軌接觸兩端面的密封性，防止硬質異物進入，對導軌造成損傷。
3結束語
綜上所述，對機床進行數控改造是實現機械機械自動化的必經環節，同時也是實現機床自動化、智能化的有效途徑。在改造數控機床的過程中，工作人員需充分遵循機床運作的客觀規律，并在此基礎上通過創新技術不斷革新、改造機床，由此實現機床應用效率的大幅提升。
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