淺談普通機床的數(shù)控化改造

摘 要：本文重點介紹了普通機床數(shù)控化改造的必要性及數(shù)控化改造的內(nèi)容及其優(yōu)缺點，以及如何進行普通機床的數(shù)控化改造，包括數(shù)控系統(tǒng)的選擇要素，并對數(shù)控改造中如何對主要機械部件進行改造進行了探討，列舉了普通機床數(shù)控改造的主要步驟。最后說明了普通機床數(shù)控改造中經(jīng)常遇到的問題及其解決方案。

關鍵詞：機床 數(shù)控 改造 集成 性能 調整

中圖分類號：TG502 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0061-02

1946年世界上第一臺計算機誕生了，開創(chuàng)了機器部分代替“人腦”的先河，為當今信息社會的產(chǎn)生及數(shù)控技術的應用奠定了基礎。隨著1952年計算機技術在機床上的應用，人類歷史上誕生了第一臺數(shù)控機床。在數(shù)控技術發(fā)展過程中，數(shù)控技術在機加工領域的應用經(jīng)歷了兩個階段。

第一階段為數(shù)控（NC）階段—此階段為數(shù)控技術應用的初期階段，起源于1952年。 當時，人們僅采用數(shù)字邏輯電路搭成機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，簡稱為數(shù)控（NC）。

第二階段為計算機數(shù)控（CNC）階段— 此階段起源于1970年，隨著小型計算機的誕生，人們開始將其移植到機床的數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控的核心部件。

1 普通機床的數(shù)控化過程

隨著計算機技術的發(fā)展和應用，數(shù)控技術在機加工領域的應用也在不斷的提高和創(chuàng)新。在進入20世紀70年代年以后，隨著集成化電路的應用，使計算機的硬件實現(xiàn)了集成化和小型化。20世紀90年代以后，隨著小型計算機的發(fā)展，使得小型個人計算機（PC）作為前端機來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等變的更加方便。隨著智能化技術的應用，數(shù)控系統(tǒng)的智能化水平也在不斷提高。例如，人們應用自適應控制技術來檢測數(shù)控過程中的一些重要信息，并自動調整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的；將加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為平臺，建立具有人工智能的操作系統(tǒng)等等。數(shù)控系統(tǒng)在機加工領域的應用，大大提高了機床的性能。如何提高和改善普通機床性能，成為機床行業(yè)的一個新課題。圖1描繪了普通機床的數(shù)控化改造過程。

2 普通機床數(shù)控改造的必要性

數(shù)控機床有許多優(yōu)于普通機床的特性，這些特性主要來自數(shù)控系統(tǒng)的控制能力和計算能力。其優(yōu)越性重點表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）效率大大提高-數(shù)控機床的效率是普通機床的數(shù)倍，有的甚至可達數(shù)十倍。

（2）模仿能力-數(shù)控機床具有普通機床不具備的“模仿”能力，這主要得益于數(shù)控機床超凡的計算能力，可依據(jù)已知的要求加工出曲面和曲線等復雜零部件。

（3）可以實現(xiàn)機加工的自動化-計算機具有的數(shù)據(jù)儲存能力，為機加工的自動化提供了可能和保證。

（4）加工精度和可靠性大大提高。

（5）可以實現(xiàn)自動補償，自動監(jiān)控和自動報警-數(shù)控機床的數(shù)據(jù)儲存能力可以實現(xiàn)加工過程的無人操作，降低了勞動強度，減少了對人的依賴。

（6）機床的數(shù)控化為推行FMC（柔性制造單元），F(xiàn)MS（柔性制造系統(tǒng)）和CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等提供了基礎，并為機加工企業(yè)的信息化改造提供了技術支持。

（7）為加工領域的網(wǎng)絡化生產(chǎn)管理奠定了基礎-在多品種小批量的生產(chǎn)條件下，數(shù)控機床的網(wǎng)絡化管理可大大提高數(shù)控機床的利用率。

3 普通機床數(shù)控化改造的內(nèi)容

隨著機加工技術的不斷進步以及數(shù)控技術的不斷更新，對普通機床改造的探索也在不斷發(fā)展。普通機床的數(shù)控化改造主要包括以下三類。

（1）設備翻新升級-此種改造的重點是對原數(shù)控機床不滿足生產(chǎn)要求的CNC（計算機數(shù)控）系統(tǒng)進行升級改造。

（2）普通機床的NC（數(shù)控）化-此種改造重點是在原普通機床上加數(shù)顯裝置或加數(shù)控系統(tǒng)，使普通機床升級為簡單的數(shù)控機床。

（3）技術更新或技術創(chuàng)新-此種改造的目的是使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，從而達到較大幅度的提高設備的能力和檔次。

4 普通機床數(shù)控化改造的優(yōu)勢

4.1 節(jié)約費用

與購置新的數(shù)控機床相比，普通機床的數(shù)控化改造一般可節(jié)省大約60%～80%的費用。由于大型機床機械部分所占比重較大，可節(jié)約的費用更加可觀，符合產(chǎn)業(yè)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。

4.2 交貨期短

一般講機械部件的交貨周期較長，由于機床的數(shù)控化改造過程中機械部分的改造較小，交貨期可大大縮短。

4.3 機械性能穩(wěn)定可靠

由于老設備的機械部件經(jīng)過多年的使用，其主體部分的強度和韌性已得到充分的驗證。另外，老的機械設備的主體如床身和立柱等都是重而堅固的鑄件，和焊接結構件相比，它的穩(wěn)定性高、質量好。

4.4 操作更加容易，維修更為方便

由于是老設備的改造升級，操作人員對設備熟悉，在操作使用和維修方面不必花費太多的時間和精力進行培訓。

4.5 可以采用最新的技術對老設備進行改造升級

5 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

數(shù)控系統(tǒng)的選擇應主要考慮實際需求，應盡可能的減少機械部件的改造。數(shù)控選型時應充分考慮老設備的承載能力，并適當考慮今后一段時間的發(fā)展，制定合理的改造方案。

數(shù)控系統(tǒng)主要有以下三種。

（1）步進電機拖動的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)-這種系統(tǒng)-不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端。驅動裝置主要是步進電機，系統(tǒng)的位移精度取決于步進電機的角位移精度和機械傳動精度。該系統(tǒng)結構簡單，改造費用低，工作可靠。

（2）異步電機或直流電機拖動的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)-此種系統(tǒng)需要得到反饋信號，隨時與給定值進行比較，并將比較結果傳至驅動機構。該系統(tǒng)可取得更高的加工精度，但結構復雜，改造費用高。

（3）交、直流伺服拖動-此種系統(tǒng)介于開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)之間。

6 數(shù)控改造過程中涉及的主要機械部件

普通機床的數(shù)控化改造，不是簡單的將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起。還應對一些部件進行改造使其適應數(shù)控機床的要求，如圖2所示。數(shù)控化改造常涉及到的機械部件有以下幾點。

（1）滑動導軌-導軌除應具有普通機床的導向精度和工藝性外，還應有良好的耐磨性，同時具有足夠的剛度。

（2）齒輪副-為了保證精度，數(shù)控機床的傳動精度都大于普通機床。因而，改造時機床的主要齒輪傳動系統(tǒng)應滿足數(shù)控機床的要求，以保證數(shù)控機床的加工精度。

（3）縱橫向進給裝置-應對現(xiàn)有進給裝置進行評估，選擇適用于數(shù)控裝置的進給裝置。加工件精度要求較高時，應選用滾珠絲桿。

（4）刀架-需將手工刀架更換為數(shù)控刀架。

（5）安全防護裝置-如普通機床的安全防護裝置不能滿足數(shù)控機床的安全要求，應進行改造。

7 普通機床的數(shù)控化改造步驟

7.1 確定改造方案，一般包括

（1）確定機械改造和電氣改造的內(nèi)容。機械改造和電器改造互為補充，機械性能的完好是數(shù)控化改造的前提。

（2）系統(tǒng)分解。將改造內(nèi)容分解成若干子系統(tǒng)，如傳動系統(tǒng)，測量系統(tǒng)等，逐個制定詳細改造方案。

（3）確定改造步驟。可以依照系統(tǒng)的分解，按照先易后難，先局部后整體的思路逐步進行。切忌好大喜功，急于求成。條件不具備，不要強行實施。

7.2 改造前的技術準備

（1）為配合電器改造，確定哪些機械部件需要改造。對需要改造的機械部件進行測量、計算和圖紙繪制。

（2）仔細研究需要新配置的電器系統(tǒng)，弄清原理，理解消化新功能。做到改造思路清晰，層次分明。

（3）確定新舊系統(tǒng)接口的設計。做到新舊系統(tǒng)銜接合理通暢，易于操作和維護。

（4）確定調試方案。改造前，應仔細研究分析新的系統(tǒng)性能。依據(jù)數(shù)控化改造的整體思路，制定相應的單元調試方案和整體綜合調試方案。

7.3 改造的具體實施，按時間順序分為以下幾個階段

（1）對原有設備進行全方位的維護保養(yǎng)，確保設備處于良好狀態(tài)。并對原有設備進行測量和記錄，以便于改造后進行對比分析。

（2）優(yōu)化需保留的電器系統(tǒng)，更換功能老化的部件，如電纜和緊固件等。使保留的電器元部件處于最佳狀態(tài)。

（3）拆除需要改造的部分。拆除前應在原圖紙上做出標記，以免遺漏或過拆。對拆下的元部件應做好標記，妥善保管，以備使用。

（4）合理安排新系統(tǒng)，及時糾正新系統(tǒng)的不合理配置及安裝。做到新系統(tǒng)配置合理、安裝有序，功能達到最大化。

7.4 調試

調試應依據(jù)事先確定的方案進行。在調試過程中如發(fā)現(xiàn)新問題，應停止調試，待方案確定后再繼續(xù)進行，切忌調試的隨意性。調試過程中應做好記錄。調試步驟一般分為以下幾步。

（1）先調試子系統(tǒng)，再調試整系統(tǒng)。即先單元調試，后聯(lián)動調試。

（2）先手動后機動。能手動調試的，一定要先手動調試，手動合格后再通電調試。

（3）先空載后加載。空載調試合格后再進行加載調試。加載調試過程中應分步加載，切忌一步加到滿載。

7.5 驗收

應聘請有關專家和相關技術人員和操作人員組成驗收小組，依據(jù)改造方案逐步進行驗收。驗收過程中應做好記錄和文件整理，需要進一步完善的應記錄在案。達不到要求的不得交付操作人員。所有操作人員應先培訓考核，考核合格后再上崗操作。

8 結語

普通機床的數(shù)控化改造是一項復雜的工作，需要有耐心和信心。只要準備充分，選擇改造方案合理，實施過程控制得當，普通機床的數(shù)控化改造將會收到理想的效果。

參考文獻

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