論機數(shù)控技術與數(shù)控機床的興起及意義

孫 亮

（黑龍江齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

機床數(shù)控化改造的研究是提高我國技術裝備水平的重要項目，在我國目前由于數(shù)控機床的加工能力和資金受限，對機床進行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速有效的途徑。本文對C6132普通車床數(shù)控化改造進行了深入研究，包括對機床改造進行可行性分析、對機床關鍵部件參數(shù)的計算、對機床結構的設計、對機床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機床伺服系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)，以及在改造中應注意的事項等進行了詳細的論述。結果表明：經改造后的機床已達到預期的功能和精度，完全能實現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動控制，提高了原機床的生產效率，降低了勞動強度。

數(shù)控技術，簡稱數(shù)控(Numerical Corltrol——NC)，是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制，因此，也可以稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control——CNC)。

采用了數(shù)控技術進行控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。它是一種綜合應用了計算機技術、自動控制技術、精密測量技術和機床設計等先進技術的典型機電一體化產品，是現(xiàn)代制造技術的基礎，它很好地解決了形狀結構復雜、精度要求高及小批量零件的加工問題且能穩(wěn)定產品的加工質量，降低工人勞動強度，大幅度提高生產效率。機床控制也是數(shù)控技術應用最早、最廣泛的領域，因此，數(shù)控機床的水平代表了當前數(shù)控技術的發(fā)展水平和方向。與普通機床相比，數(shù)控機床能夠自動換刀、自動變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產效率都比較高，因而應用日益廣泛。

在美國、日本和德國等發(fā)達國家，他們的機床改造業(yè)作為新的經濟增長行業(yè)，生氣盎然，正處在黃金時期。由于機床以及數(shù)控技術的不斷進步，機床改造成了一個“永恒"的課題。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，這已形成了機床和生產線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、DeVlieg—BuUavd(得寶)服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大限工程集團、崗三機械公司、千代田工機械公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。

我國目前機床總量約400萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)只有20萬臺，即我國機床數(shù)控化率僅為5%左右，而國外發(fā)達國家的機床數(shù)控化率，多年前就達到20%以上。我國機床役齡10年以上的占60%以上；役齡10年以下的機床中，自動／半自動機床不到20%，F(xiàn)MC／FMS等自動化生產線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機床占60%以上)。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長等現(xiàn)象，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。

目前各企業(yè)都有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床來替換根本不現(xiàn)實，而且替換下來的舊機床閑置起來又會造成浪費，要解決這些問題，應走普通機床的數(shù)控化改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)現(xiàn)代化進程看，機床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機床經過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是74%，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機床數(shù)控化改造服務。因此，普通機床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。

利用現(xiàn)有閑置的舊機床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺高效、多功能的數(shù)控機床，投資少、見效快，是一種盤活存量資產的有效方法，也是低成本實現(xiàn)自動化的有效方法，也是在短期內提高我國機床的數(shù)控化率的一條有效途徑。

另外對普通機床進行數(shù)控化改造有許多積極的意義:

1）節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3，即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。

2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。

3）提高生產效率。機床經數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多，且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。

4）可實現(xiàn)多工序的集中，提高了相關的加工精度,同時減少了零件在機床間的頻繁運轉。

5）可縮短新產品試制周期和生產周期，對市場需求做出快速反應。機床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎。

6）擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調節(jié)了機床的加工狀態(tài)。還可以提示操作者機床故障或編程錯誤等機床運行中出現(xiàn)的問題。

1）根據(jù)數(shù)控化改造后車床所具備的功能，制訂了車床總體改造方案，并繪制了改造后車床總體布置圖；

2）為使改造后的車床主軸能夠實現(xiàn)無級變速、正轉、反轉以及停止等功能，本次改造采用了變頻器驅動主電機的方式，本文對主軸變頻器的選用做了相應的說明；

3）為使改造后的車床能夠加工螺紋，改造時，拆除原來的掛輪架部分，在機床Ⅹ軸伸出端安裝主軸脈沖編碼器，本文對脈沖編碼器的安裝方法作了簡要論述；

4）在利用聚四氟乙烯軟帶對原車床導軌貼塑的工作中，粘接工藝的好壞將直接影響改造后導軌的性能。本文對粘接工藝的控制作了簡要論述；

5）在電氣改造方面，設計了車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路圖，縱、橫向步進電機的計算和選型也作了詳細闡述；

6）在機械改造方面，對縱橫向伺服進給機構，特別是滾珠絲杠螺母副作了詳細設計研究，并對數(shù)控轉位刀架的安裝和選用作了介紹；

7）在軟件設計方面，對MCS-51單片機做了簡要的介紹，并在8031單片機的基礎上編制了相應的程序。