淺談普通機床的數控化改造

現在，機床的改造尤其是把普通機床改造成經濟型數控機床，已經成為了我國廣大企業設備投資的重要部分?，F將機床改造中要考慮的問題介紹如下。

一、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，其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。步進電機是由脈沖數字信號進控制的，每轉一轉步距誤差自動變為零，易于控制，價格最低，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，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，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檢驗預選電機是否符合要求。

二、數控系統的選擇

數控系統是數控機床的中樞，是最關鍵的環節。目前，市場上數控系統類型較多，選擇時要保證購得最適合的系統，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。

1.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與準備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因片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數控系統復雜程度的增加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。

2.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，國內主要有華中數控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統的性能優于國產系統，價格也較高，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、銑床已能放心使用，且近幾年國產系統也有較大進步，與世界先進技術的差距越來越小。

3.考慮數控系統與其他配件的匹配

如果數控系統和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，有利于維修。

三、機床機械部件的改造

1.主傳動系統的改造

在對主傳動系統進行改造時，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，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。

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成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，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。

（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，減小摩擦損失，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倍左右。

（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，選用時可參考有關資料。

（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摩擦系數較大的普通鑄鐵，改造中，在對達不到預定要求的機床導軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。

四、刀架的改造

刀架是否需要進行改造，要根據改造后機床的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，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、安裝等多方面的問題。

（作者單位：山東省淄博市技師學院）