机床的数控化改造研究

机床的数控化改造研究（精选12篇）

机床的数控化改造研究 第1篇

1 机床进行数控化改造的必要性

我国现有机床320多万台, 这些机床技术状况老化严重, 据统计, 全国30%左右设备在16年以上, 其中近30%的役龄超过了26年, 这些都说明目前我国还没有走上主要依靠科技进步对机床进行改造的轨道。另外, 随着科技的进步, 生产依赖于设备的程度日益增大, 企业的产量、质量、效率、成本、安全及环境保护和劳动情绪都受设备的制约, 实现企业的现代化己势在必行。但据资料介绍, 我国的金属切削机床年产量仅占同类设备拥有量的1/28, 如将每年生产的全部机床用来更换旧机床需要28年所以, 我国目前解决设备技术进步的主要途径是机床改造。

2 机床数控改造主要步骤

2.1 改造方案的确定

改造的可行性分析通过以后, 就可以针对工艺和机床现况确定改造方案, 一般包括:

(1) 机械修理与电气改造相结合

一般来说, 需进行电气改造的机床, 都需进行机械修理。机械性能的完好是电气改造成功的基础。

(2) 先局部后整体

确定改造步骤时, 应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行, 如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等, 待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。

(3) 根据使用条件选择系统

针对使用环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线, 甚至有否鼠害等外界使用条件, 这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据, 使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。

(4) 改造范围确定

有时数控机床电气系统改造, 并不一定包含该机床全部电气系统, 应根据科学的测定和分析决定其改造范围。

2.2 改造的技术准备

改造前的技术准备充分与否, 很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括:

(1) 机械部分准备

为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。

(2) 旧系统电气资料消化

只有对旧系统电气资料进行充分的消化, 才能了解以前的设计思想, 才能更好完成新旧系统的衔接与转换。

(3) 新系统电气资料消化

新系统有许多新功能、新技术, 因此改造前应熟悉技术资料, 包括系统原理说明、线路图、plc梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。

(4) 新旧系统接口的转换设计

全局改造的, 应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点等, 要求操作与维修方便、合理, 线路走向通顺、连接点少, 强弱电干扰小, 备有适当裕量等。局部改造的, 还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等。

(5) 调试步骤的确定

调试工作涉及机械、液压、电气, 调试步骤可从简到繁, 从小到大, 从外到里进行, 也可先局部后全局, 先子系统后整系统进行。

(6) 验收标准的确定

验收标准是对新系统的考核, 制定时必须实事求是。

2.3 改造的实施

准备工作就绪后, 即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为:

(1) 原机床的全面保养

机床经长期使用后, 会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在问题, 所以首先要进行全面保养。其次, 应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量, 记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用, 又可在改造结束时作对比分析用。

(2) 保留的电气部分最佳化调整

若对电气系统作局部改造, 则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换, 电机的保养, 变压器的烘干绝缘, 污染的清洁, 通风冷却装置的清洗, 伺服驱动装置的最佳化调整, 老化电线电缆的更新, 连接件的紧固等等。

(3) 原系统拆除

原系统的拆除必须对照原图纸, 仔细进行, 及时在图纸上作出标记, 防止遗漏或过拆 (局部改造情况下) 。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处, 应及时补充与修正。

(4) 合理安排新系统位置及布线

根据新系统设计图纸, 合理进行新系统配置, 包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。应确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。

(5) 调试

调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员随时记录, 以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度, 防止人身、设备事故发生;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的, 先空载后加载;能模拟试验的, 先模拟后实动;能手动的, 先手动后自动。

2.4 验收工作及培训

验收工作应聘请有关的人员共同参加, 并按已制定的验收标准进行, 内容包括:

(1) 机床机械性能验收

经过机械修理和改造以及全面保养, 机床的各项机械性能应达到要求, 几何精度应在规定的范围内。

(2) 电气控制功能和控制精度验收

电气控制的各项功能必须达到动作正常, 灵敏可靠。控制精度应用标准计量器具 (如激光干涉仪、坐标测量仪等) 对照检查, 达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比, 获得量化的指标差。

(3) 试件验收

试件可验收机床刚度、力、运动轨迹、关联动作等。

(4) 图纸、资料验收

机床改造完后, 应及时将图纸 (包括原理图、配置图、接线图、梯形图等) 、资料 (包括各类说明书) 、改造档案 (包括改造前、后的各种记录) 汇总、整理、归档。保持资料的完整、有效、连续, 这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。

(5) 操作、编程人员的技术培训

3 结束论

随着数字控制技术在机械加工行业的应用, 数控机床己成为生产企业的主要加工设备。用普通机床 (车、铣、钻) 改装成简易数控机床也随之得到了普及应用。通过改装机床或是提高了机床的生产效率和自动化程度、减轻了操作者的劳动强度, 或是提高了机床的加工精度和表面质量, 或是扩大了机床的加工能力和工艺范围, 均给生产企业带来了可观的经济效益和社会效益。

摘要：目前己经采用的机床改装方案中有:普通车床改装成液压仿形车床、外圆磨床加装自动测量装置改装、卧式车床改装成简易拉床、利用微电子显示技术改装普通锉床来提高锉床加工精度、普通车床改装成立式插床等。本文就此问题加以阐述。

关键词：机床改造,数控

参考文献

[1]陈适先.强力旋压及其应用.国防工业出版社, 1996.

[2]J.Geckler.Meta1Spinning Capabilities.Ma-chine Design.l985.

[3]吴孜越, 冯兰芳.C620普通车床的数控化改造.机床与液压, 2005 (8) ;211～213.

[4]傅家骥.工业经济学.清华大学出版社, 1996.

机床数控化改造技术论文 第2篇

对改造对象进行全面检查，明确改造目标和改造后机床用途，确定改造方案。

普通机床数控化改造总体步骤如图1 所示。

对于旧数控机床的升级改造，机械系统改造较少，主要是电气控制系统的升级改造，以改变系统老化、备件匮乏带来的故障率高、维修周期长的问题。

(2) 机械系统的改造

普通机床机械系统改造项目多，如图2 所示。

如普通机床往往在铸铁床身上直接加工出导轨，长时间使用出现磨损，影响加工精度，为提高其耐磨性和动、静刚度，可以改造为采用轴承钢淬硬制成导轨，粘贴紧固到铸铁床身上，而后再对粘贴好的导轨进行磨削;改变普通机床繁琐的传动链，采用步进、DC或AC 伺服电动机结合滚珠丝杠副的传动形式，使传动链大大缩短;增加自动换刀装置; 增加分度工作台、回转工作台等辅助功能部件等。

对于旧数控机床的升级改造，如果机械部件性能良好，液压系统、冷却系统、润滑系统等辅助部件性能也都正常，除对机械部件做除锈和清洁保养外，无需做大的更换和修复。

(3) 数控系统的选型和设计

无论普通机床的数控化改造，或是旧数控机床的升级改造，数控系统的选型、设计和安装都是至关重要的核心步骤。

旧数控机床系统较多采用: SINUM ERIK7，3，8，850 /880，810; FANUC 7，6，3。

目前，多数早期型号的数控系统的电气备件已经停止供货，改造时，基本不考虑保留老系统，而是根据机床的现状、产品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档数控系统。

如图3 所示，如果追求品质优越、稳定的数控系统，可选择国外知名品牌的数控系统;国内数控系统也具有性价比高、维修使用成本低的优势，在选用时，建议根据企业所在地区选用。

旧数控系统大部分带有老型号的PLC 逻辑控制系统，在数控系统改造过程中，要考虑新老系统替换时的差别，对PLC 部分输入输出点的数量和性质作出比较精确的估算。

对于外围电路的改造，可采取的方案有两种: ①“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC 进行改造，新PLC 不参与外围电路控制，只处理NC 所需的指令信号。

此方案改造设计、调试工作量较小;② “彻底改造”，在继电器逻辑较复杂、故障率较高、用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC 所带的PLC 将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC 的控制能力。

此方案可大大简化硬件电路，提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。

对于数控系统的改造，还应注意:①要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，又利于备件的购买，千万不要把企业的数控系统搞成“万国牌”。

②要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。

(4) 伺服驱动系统的选型和设计

如图4 所示，伺服驱动系统的选型和设计主要包括: 主轴伺服系统和进给伺服系统电动机的选择以及配套电机驱动器和主轴变频器的选择。

对于电机驱动器，可选择与数控系统配套的驱动器，如FANUC 本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，也可选择市面上的其他品牌驱动器。

在改造过程中，对于状态良好、价值很高的老伺服系统，可采取保留驱动装置和电机的方案，也可采取只保留功率大、价格贵、安装麻烦、状况良好的电机，而更换为新型驱动装置，若保留，还要考虑老伺服系统是否与新数控系统匹配的问题。

(5) 机床测量系统的选型和设计

对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以旧机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。

具体方案是: 旋转变压器基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代; 感应同步器/尺的情况略微复杂，能改掉尽量改掉，用新型HEIDENHAIN光栅尺和圆光栅替代，但在某些场合，如精密转台，会遇到新的圆光栅不能安装的问题，西门子为此提供了感应同步器/尺信号到新系统的转换装置，但该装置价格昂贵，尽量不要选用。

(6) 电柜设计

电柜设计包括的内容如图5 所示。

此外，在旧数控机床的升级改造中，还应遵循以下原则：一是进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即使使用了若干年，状态仍会优于国内甚至合资品牌的元器件，所以，改造高档进口数控机床，不建议做大拆大改; 如果电气柜状态比较差，全套更换，在资金允许的情况下，要尽量选择知名品牌。

在改造方案确定初期，就要根据电气改造方案测定所需的电缆长度，凡与数控驱动测量系统直接相关的电缆，只选择原装电缆;但大型主轴电机的电力电缆价格过于昂贵，改造时不考虑原装电缆。

(7) 参数设计及设置

根据改造方案，查阅数控系统、变频器、伺服驱动器说明书，依据机床设计性能，设计、设置、匹配参数。

如图6 示。

(8) 机电联调和精度控制

这是改造能否成功的关键环节。

工程人员在这一阶段完成机电联调、数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收做准备。

验收主要包括两项内容：①按照国际标准，不同类型的机床相应的标准试切削程序，进行标准样件试切削; ②对机床精度进行检验，可采用激光干涉仪进行测量，机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。

3 总结

现代制造技术快速发展，高速电主轴、直线滚动导轨、直线电动机、大容量刀库、虚拟技术等广泛应用在数控机床上，机床功能越来越复杂，5 轴加工中心、复合加工设备( 如车、铣、磨集成) 、特种加工设备( 激光、真空电子束、喷涂) 等越来越多。

研究、探索这些数控设备性能特点，在其正常工作阶段充分利用，通过合理的数控改造进一步挖掘其价值，提高设备可靠性，减少维护费用，是随着国内制造业的升级而不断深入的研究课题。

参考文献:

[1]李猛.机床数控技术[M].北京: 北京航空航天大学出版社,.

[2]李猛.数控机床与编程[M].北京: 北京大学出版社,2009.

[3]陈吉红.数控机床电气控制[M].武汉:华中科技出版社,.

机床数控化改造可行性研究 第3篇

数控化改造是发展我国数控设备的一个重要方面。

数控机床与传统机床相比有以下突出的优越性,而且这些优越性均来自数控系统计算机:

一是可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

二是可以实现加工的自动化,而且是柔性自动化,从而效率可比传统机床提高3～7倍。

三是加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要“修配”。

四是可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。

五是拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工。

二、机床数控化改造的工作内容

机床与生产线数控化改造的主要内容有以下几点:

一是恢复原功能,对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。

二是NC化。在普通机床上加数显装置,或加数控系统,改造成NC机床、CNC机床。

三是翻新。为提高精度、效率和自动化程度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新。

四是技术更新或技术创新。为提高性能或档次,或为了使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。

三、数控化改造的优缺点

1.减少投资额,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,大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只花新机床购置费用的l/3,交货期短。但有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱,往往使改造成本提高2～3倍,与购置新机床相比,只能节省投资的50%左右。

2.力学性能稳定可靠,但结构受限

旧机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件,而不是焊接构件,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。但是受到原来机械结构的限制,不宜做突破性的改造。

3.熟悉设备,便于操作维修

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.可充分利用现有的条件

例如可以充分利用现有地基,不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

另外,还可根据技术革新的发展速度,及时提高生产设备的自动化水平和效率,提高设备质量和档次,将旧机床改成当今水平的机床。

四、机床数控化改造中常见的问题

1.数控系统的选择不合理

在改造过程中,有些企业为了节约成本,选择简易数控系统。这种数控系统价格低廉、功能简单、寿命不高,最后影响改造后机床的使用。或者有些设备在购买时的价格较高,改造时为了和当时的层次一致选择了高档数控系统,改造后会出现系统的功能过高,造成不必要的浪费。

2.伺服系统的选择不匹配

在数控化改造中,会有多轴的伺服系统的改造,此时会出现为了设计方便,使不同轴的伺服系统使用同样的伺服系统。这样会造成伺服参数的不匹配。不同的轴尤其是X/Y轴和Z轴,在机械结构上不同,产生的伺服参数、机械参数和刚度都不同,选择相同的伺服系统会因此而产生系统不稳定的问题。

3.机械结构的调整过大

在改造中切忌贪大求新的心理。因为改造的机床都是旧机床,本身的刚度和精度都比同类型的新机床差。改造的目的是在保证原来精度的基础上提高其性能水平,但是改造后的机床是不能和新数控机床相比的。因此,在机械结构的改造中,要尽量保持原有的形式和部件,除非必要,一般不建议修改原有的机械结构。

4.电气系统的更新

机床经过长时间的使用,其电气系统已经老化,最好通过改造的机会将其旧有的电气系统更新。更换电气元件,可以用PLC实现功能的,最好用PLC控制。电气系统更新后要详细画好电气控制图,以便将来的修理。

5.液压系统最好只做清洗工作

液压系统一般藏在机床的结构中,不便于拆卸。因此在数控化改造时,建议只对液压系统进行清洗,更换液压介质,不更新其液压系统。

6.机床附件的选择

随着数控机床的深度发展,出现了许多机床附件,如空气过滤器、切屑排出装置等。一般在经济许可的条件下,若生产确实需要且不改变原有机床结构,可以加配1～2个附件。附件的增加会使电气控制变得更为复杂,因此在添加附件之前,要修改电气控制方式。

机床大修与数控化改造研究 第4篇

1) 机床长期运转甚至超负荷使用, 同时又缺少认真的维修与保养, 造成机床严重磨损, 丧失了精度;有些机床则由于企业人员及产品结构的改变, 或由于技术力量不足而被长期闲置, 需要使用时却发现早已锈迹斑斑, 电控系统不能起动;由于新产品制造的需要, 原有机床性能已不能满足使用要求, 急需更新升级改造;由于世界计算机及网络技术的飞速发展, 造成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快, 原有产品过早停产, 给备件更换与维修带来一定困难;况且数控系统的使用寿命一般在5~10年, 而我国大多数机床都在超期服役。这些诸多因素都需要对机床进行大修及数控化升级改造。新进的大批二手机床成为机床大修及数控化改造行业的催化剂自改革开放以来, 许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床, 虽然有一部分尚能满足使用要求, 但是多数由于缺少经验、技术、资料及备件等因素, 造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。这里多数的二手机床只要再有适当的资金投入, 经过大修改造即可发挥作用。

2) 显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力对于机床拥有者来说, 只需花费购买相同新机床30%以下的费用即可获得相同的使用效果。根据国际该行业的记载, 即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级, 也只需花费购买新机床60%左右的价格。

对于机床大修改造业内公司来说, 这不仅为他们的服务企业产生巨大社会经济效益, 而且也是他们自身生存和发展的根本动力。

3) 机床大修及数控化改造的优势是该行业生存与发展的有利条件旧机床的大修、翻新、升级改造与购买新机床相比, 具有下列优势:

a.交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。

b.性能更稳定。各基础件经长期时效, 几乎不会产生应力变形而影响精度;各功能部件经长期磨合。功能稳定性可靠性好。

c.设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在。

d.可以更充分地体现用户的意愿。用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况, 在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进 (包括增、改) 意见, 有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等。

e.更有利于使用与维护。由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定, 而且可以参与改造的全过程, 可以直接获取各种技术信息, 更深入地掌握机床的结构及性能特点, 从而增强使用与维修的主动能力。

f.可以更快地获取最新的更实用的备件。

g.节省大量投资。

h.降低投资风险。

4) 社会化、专业化趋势是机床大修及数控化改造行业的必由之路旧机床的数控化改造和翻新不仅仅是当前经济转轨时期必要和重要的行为, 而且是一个企业长期发展的战略措施。当前, 21世纪知识经济时代, 我国大多数企业正面临着企业改制、转轨以进入市场经济, 迅速融入国际竞争。这就需要我们企业的领导集中全部力量面对这些挑战。企业集团化和集团内部分散网络化、自治性、并行工作的新型组织、生产结构、敏捷制造技术、虚拟制造技术、可持续制造技术、绿色制造技术等等一系列新的技术理论, 都需要下大力量去研究, 以开发适销对路产品, 提高对市场的快速反应能力;集中人力、财力、物力以提高本企业的市场竞争力, 充分发挥自身的优势以最快速度创造出尽可能多的价值。因此, 企业自身不可能再像过去计划经济体制下拥有大而全的维修队伍。而设备维修改造的社会化、专业化也就不可避免地成为了大趋势。国外机床的改造与翻新是近期发展起来的一个新兴产业, 在先进国家已经形成了一定的规模和市场。而在我国, 这一产业才刚刚兴起, 按照应具备的条件来衡量还相距甚远。但是业内有识之士正在努力塑造自己、完善自己, 相信不久的将来, 一批具备一定条件和一定规模的机床改造、翻新的专业化企业会成长起来。

二、大修改造方案的选择

此项工作如果能争得大修改造企业的技术支持可能会更好、更快些。

(一) 前期立项准备工作

1. 技术可行性分析

主要是瞄准改造目标及加工对象, 对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否合理;机床的基础部件和结构件是否仍然完好;普通机床改为数控机床, 要考察各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用;测量机床目前的各项精度与出厂精度进行对比, 是否存在差距;综合总结目前机床存在的一切故障和历史上出现过的重大故障。针对上述问题, 对照改造目标和典型工件, 编写改造任务书, 做到改造后的机床达到一定的先进性和实用性。

2. 经济可行性分析

从实际可操作性出发列出几种应考虑的情况:从机床自身的价值考虑, 分析要达到改造目标所需投入是否偏高;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;从该机床的投入产出率估算, 是否能较快收回投资, 然后迅速产生较好效益;机床改造后提高了机床精度, 增加了功能, 是否能使本单位产品提高水平, 或者能有利于开发新产品, 从而获得附加效益。改造资金来源可靠。

3.选择机床改造者

这是一个很关键的问题。选择得好, 则能顺利完成改造任务, 达到改造目标;选择不好, 不仅是机床改造的失败, 而且浪费了资金和时间, 影响生产。用户可根据后面讨论的机床改造应具备的条件来慎重选择。

(二) 技术方案准备

1.机械及液压系统

作为机床的最终用户, 厂方必须首先要确认, 该机床机械及液压系统的状况。如:目前机床的精度, 机械传动链的状况, 丝杠、导轨的状况, 有无重大故障等, 以确定机床是大修、项修。如果是非数控机床要改为数控机床, 首先要考虑机械改装的可行性, 最重要的是导轨的形式及滚珠丝杠的安装。再有就是机械传动机构的传动间隙与传动刚度是否符合数控机床的要求。

2. 电气系统

在做数控机床改造方案时, 用户可以根据机床的状态及工艺要求来选择数控系统。其一, 是选择数控制造厂商, 目前世界上性能及信誉较好的有:西门子 (德国) 、发那科 (日本) 、三菱 (日本) 、NUM (法国) 、FAGOR (西班牙) 等。用户可在详细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标的基础上, 与实施改造的工程公司一道, 选择一个比较适合的数控系统。其二, 是根据机床的功能要求选择相应控制系统的类型, 做到既能满足机床全部功能要求又不提高标准。

我们建议, 在选择数控系统方面, 要特别注意:一要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢。这样既有利于维修和管理, 也利于备件的购买。千万不要把企业的数控系统搞成万国牌。二要清楚所选厂家在国内的维修服务状况, 以免将来后患无穷。

数控系统选定之后, 用户根据机床实际状况, 决定更换或不更换驱动系统。若不更换, 则必须确认老驱动系统与数控系统是否可以匹配。

对于机床测量系统, 目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入, 所以老机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。

对于外围电路, 改造可采取的方案有两种:“接口型改造”, 即保留外围继电器电路, 只对NC、PLC进行改造, 新PLC不参与外围电路控制, 只处理NC所需的指令信号。此方案改造设计、调试工作量较小。另一种是“彻底改造”, 在继电器逻辑较复杂, 故障率较高, 用户又能提供清楚逻辑图的情况下, 可用新NC所带的PLC将外围电路全部改造, 简化了外围电路, 又合理利用了PLC的控制能力。此方案可大大简化硬件电路, 大大提高可靠性, 但改造设计、调试工作量较大。

3. 各部分安装形式的确定

其一, 控制系统的安装常见的有悬挂式、柜式、台式等。安装方式的选定, 直接决定各种连接电缆的走线方式和电缆长度, 也关系到操作与维修的方便性。

其二, 驱动系统的安装, 原则上只能采取电气柜内安装这一种方式, 应考虑的因素有通风冷却, 电缆走线方式及长度, 对其他电器的干扰等。

其三, 电动机的安装, 根据机床的实际, 确定电动机的安装方式:1) 法兰式;2) 底座式;3) 带底座法兰式。再加上轴伸方向、电动机接线盒的位置等, 这些由电动机的订货辅助参数确定。其四, 测量系统的安装, 如选择电动机内装编码器的结构方式, 电动机安装一确定, 它也就确定了;外装式需要有弹性联轴节、安装卡子、电缆走线方向及长度等的考虑;对于光栅尺, 安装的问题则应重视, 除安装可行性外, 定尺、动尺的安装配合、安装精度、温度影响等均需考虑。

摘要：我国现有的、数以万计的陈旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行业产生的现实基础我国是一个发展中国家, 由于长期自身机制的不适应性, 经济实力过低、技术落后、设备陈旧, 极大地制约着国民经济的发展。为尽快改变我国机械制造业的落后状态, 近二十多年来, 我们在艰难地发展民族机床制造业的同时, 积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂合作, 不断生产出具有世界先进水平的各类机床;另一方面直接购进了大量的各类机床。同时也为老旧机床的改造升级提供一个契机。

机床数控改造浅谈（二） 第5篇

一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度;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。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，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。

6.1、滑动导轨副

对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，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。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。

6.2、齿轮副

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。

6.3、滑动丝杠与滚珠丝杠

丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。

滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上;精度高，寿命长;启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。

6.4、安全防护

效必须以安全为前提。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。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。

七、机床数控改造主要步骤

7.1、改造方案的确定

改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括：

7.1.1 机械修理与电气改造相结合

一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容;也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容;还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。

7.1.2 先易后难、先局部后全局

确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。

7.1.3 根据使用条件选择系统

针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。

7.1.4 落实参与改造人员和责任

改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。

7.1.5 改造范围与周期的确定

有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。

7.2、改造的技术准备

改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括：

7.2.1 机械部分准备

为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。

7.2.2 新系统电气资料消化

新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造前应熟悉技术资料，包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来对上述资料进行翻译(进口系统)、消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。

7.2.3 新旧系统接口的转换设计

根据每台设备改造范围不同，需事先设计接口部分转换，若全部改造的，应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等，要求操作与维修方便、合理，线路走向通顺、中小连接点少，强弱电干扰最小，备有适当裕量等。局部改造的，还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等，必要时需自行制作转换接口。

7.2.4 操作、编程人员的技术培训

机床电气系统改造后，必然对操作、编程人员带来新的要求。因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要，否则将影响改造后的机床迅速投入生产。培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义;新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的差别;维护保养要求;编程标准与自动化编程等等。重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。

7.2.5 调试步骤与验收标准的确定

新的电气系统改造完以后，怎样进行调试以及确定合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等，因此必须由项目负责人进行，其它人员配合。调试步骤可从简到繁，从小到大，从外到里进行，也可先局部后全局，先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核，制定时必须实事求是，过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来，不能轻易修改，因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。

7.3、改造的实施

准备工作就绪后，即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为：

7.3.1 原机床的全面保养

机床经长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。其次，应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用，又可在改造结束时作对比分析用。

7.3.2 保留的电气部分最佳化调整

若对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整，

如强电部分的零件更换，电机的保养，变压器的烘干绝缘，污染的清洁，通风冷却装置的清洗，伺服驱动装置的最佳化调整，老化电线电缆的更新，连接件的紧固等等。只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作，才能保证改造后的机床有较低的故障率。

7.3.3 原系统拆除

原系统的拆除必须对照原图纸，仔细进行，及时在图纸上作出标记，防止遗漏或过拆(局部改造情况下)。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处，应及时补充与修正，拆下的系统及零件应分门别类，妥善保管，以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。还有一定使用价值的，可作其他机床备件用。切忌大手大脚，乱扔乱放。

7.3.4 合理安排新系统位置及布线

根据新系统设计图纸，合理进行新系统配置，包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确，有人复查检验，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。

7.3.5 调试

调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净，无多余物品;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的，先空载后加载;能模拟试验的，先模拟后实动;能手动的，先手动后自动。

7.4、验收及后期工作

验收工作应聘请有关的人员共同参加，并按已制定的验收标准进行。改造的后期工作也很重要，它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。验收及后期工作包括：

7.4.1 机床机械性能验收

经过机械修理和改造以及全面保养，机床的各项机械性能应达到要求，几何精度应在规定的范围内。

7.4.2 电气控制功能和控制精度验收

电气控制的各项功能必须达到动作正常，灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能(如步进尺寸等)与标准计量器具(如激光干涉仪、坐标测量仪等)对照检查，达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比，获得量化的指标差。

7.4.3 试件切削验收

可以参照国内外有关数控机床切削试件标准，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等，一般不宜采用产品零件作试件使用。

7.4.4 图纸、资料验收

机床改造完后，应及时将图纸(包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)、资料(包括各类说明书)、改造档案包括改造前、后的各种记录)汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续，这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。

7.4.5 总结、提高

每次改造结束后应及时总结，既有利于提高技术人员的业务水平，也有利于整个企业的技术进步。

八、数控改造几个实例

1、用SIEMENS 810M改造X53铣床

1998年，公司投入20万元，用德国西门子810M数控系统、611A交流伺服驱动系统对公司的一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、PLC程序的编制与调试、机床大修，最后是整机的安装和调试。铣床改造后，加工有效行程X/Y/Z轴分别为880/270/280 mm;最大速度X/Y/Z轴分别为5000/1500/800 mm/min;手动速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/500 mm/min;机床加工精度达到±0.001mm。机床的三坐标联动可完成各种复杂曲线或曲面的加工。

2、用GSK980T和步进驱动系统改造C6140车床

1999年，公司投入了8万元，采用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DY3混合式步进驱动单元对公司的一台加长C6140车床的X、Z两轴进行改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后，加工有效行程X/Z轴分别为390/1400 mm;最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;手动速度为400mm/min;手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;机床最小移动单位为0.001mm。

3、用GSK980T和交流伺服驱动系统改造C6140车床

2000年，用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DA98交流伺服单元及4工位自动刀架对电机分厂的一台C6140车床X、Z两轴进行数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后，加工有效行程X/Z轴分别为390/730 mm;最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;手动速度为400mm/min;手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;机床最小移动单位为0.001mm。

4、用SIEMENS 802S改造X53铣床

2000年，公司投入12万元，用德国西门子802S数控系统、步进驱动系统对公司的另一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修，最后是整机的安装和调试。铣床改造后，加工有效行程X/Y/Z轴分别为630/240/280 mm;最大速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/600 mm/min;手动进给速度X/Y/Z轴分别为2000/800/500 mm/min;最小移动单位为0.001mm。

九、数控改造中的问题和建议

通过几台机床的数控改造工作后，发现工作中也存在许多问题，主要表现在：

一是各部门、开发人员职责不明朗，组织混乱，严重影响了改造进度;

二是制定的工作进程和计划大多只是凭经验制定，不太合理;

三是相关人员的培训工作没有到位，导致机床改造后工艺人员不会编程、操作人员对机床操作不熟练等问题。

综合以上问题，有几点建议：

一是负责改造的员工职责明确，奖罚分明，充分调动员工的积极性;

二是培养一批高素质的应用和维护人员，选派人员外出进修，学习先进技术;

PLC在机床数控化改造中的应用 第6篇

关键词：PLC　数控车床　控制

中图分类号：TG515　文献标识码：A　文章编号：1674-098X(2012)01(c)-0095-01

机床顺序控制：机床顺序控制用可编程逻辑控制器PLC(有称FMC)实现，PLC最好是独立型。数控机床的控制由数控装置和可编程控制器协调配合共同完成，其中可编程控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，PLC通过辅助控制装置完成机床相应的开关动作，如刀具的更换、工件的装夹、冷却液的开／关、自动润滑等一些辅助动作。它还接受机床操作面板的指令，一方而直接控制机床的动作，另一方面将一部分信息送往数控装置用于加工过程的控制。

在工业发达国家的军、民机械工业，在20世纪70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床，本质是采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC，FMS外，还包括在产品开发中推行CAD，CAE，CAM，虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外軍、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年，每年都有大量机电产品进口数控机床比传统机床有突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。

①可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3-7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。

③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

④可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

⑤拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可以实现长时间无人看管加工。

由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术己经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

机床顺序控制：机床顺序控制用可编程逻辑控制器PLC(有称FMC)实现，PLC最好是独立型。

可编程控制器PLC是一种数字运算电子系统，专为在工业环境下运用而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。

数控机床的控制由数控装置和可编程控制器协调配合共同完成，其中可编程控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，PLC通过辅助控制装置完成机床相应的开关动作，如刀具的更换、工件的装夹、冷却液的开／关、自动润滑等一些辅助动作。它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分信息送往数控装置用于加工过程的控制。

在讨论PLC，CNC和机床的辅助装置以及强电线路的关系时，常把数控机床分为“NC侧”和“MTR”两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件以及与CNC装置相连接的外围设备。“MT侧”包括机床机械各部分及其液压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床继电器线路和强电线路等。PLC处于NC和MT之间，对“NC侧”和“MT侧”的输入，输出信号进行处理。CNC装置和机床输入／输出信号的处理包括：

(1)CNC装置的输出信号向机床传递。CNC装置的输出数据经过PLC逻辑处理，通过输入、输出接口传送到机床侧。CNC给机床的信息主要是M，s，T等辅助功能代码。

S功能处理：主轴转速用S4位代码直接指定。CNC输出s4位代码进入PLC，经过一系列处理，实现对主轴转速的控制。

T功能处理：数控车床通过PLC管理刀架，包括选刀方式，刀架动作等。

M功能处理：M功能是辅助功能，根据不同的M代码，可控制主轴的正、反转和停止，切削液的开、关等动作。PLC向机床侧传递的信号主要是控制车床的执行元件执行信号，如电磁阀、继电器、接触器的动作信号及确保车床各运动部件状态的信号及故障指示。

(2)车床动作检测信号向CNC装置传递。从车床侧输入的开关量经过PLC逻辑处理传送到CNC装置中。PLC传送给CNC的信号，主要有车床各坐标基准点信号和M、s，T功能的应答信号等。车床传送给PLC的信息主要有车床操作面板上各开：关、按钮等信息，其中包括车床的起动、停止，工作方式选择，倍率值选择，主轴的正、反转和停止，切削液的开、关，各坐标轴的点动、换刀以及行程限位等开关信号。

浅谈普通机床的数控化改造 第7篇

当前市场竞争激烈, 需求多变。普通机床已不适应多品种、成批量生产的要求。而数控机床则结合了数控技术、PLC控制、检测技术等先进技术, 可满足批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件要求。只需要改变加工零件程序, 便可以满足不同的加工对象, 无需对机床做任何调整。经过多次大修的普通车床, 其零部件的尺寸改变较大, 主要传动部件经过多次的更换、调整, 仍然存在较高的故障率。传统的修理方案很难满足加工要求, 而且维修费用高。因此进行数控系统的改造是必要的。

在机械加工行业中, 数控机床的使用越来越广泛。数控机床的发展, 既要全功能、高性能, 又得简单实用, 而且还得具有自动加工, 操作和维修方便的基本功能。

2 数控化改造后的优越性

(1) 提高加工精度和生产效率。

(2) 提高机床的质量和性能, 满足复杂型面零件的加工要求。

(3) 实现机械加工的自动化, 效率可提高2-6倍。

(4) 可减少零件在机床间的频繁搬运时间, 降低定位误差, 实现工序的集中。

(5) 可实现自动报警、监控、补偿等多种自检功能, 可以监视机床运行状态。

(6) 采用数控机床, 不但可以降低了工人的劳动强度, 节约了劳动力, 大大减少了工装时间, 同时可以缩短新产品试生产周期和测试周期, 可对市场需求做出快速反应。

3 数控化改造主要解决的问题

(1) 查找出普通机床所存在的问题, 恢复其功能。

(2) 安装数显装置或数控系统。

(3) 恢复机械精度。

(4) 在改造工程中, 对工艺及技术要有所创新, 实现数控改造的最大化。

4 各控制系统的选择

4.1 伺服系统的选择

伺服系统分为三种类型:开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。改造时, 可根据实际情况选择。

4.2 驱动电机的选择

对于经济型数控化改造, 设计选用步进电机进行伺服控制。步进电机是将电脉冲信号转变为线位移或角位移的开环控制元件。在正常运行的情况下, 电机的转速、停止的位置是由脉冲信号的脉冲数和频率来决定的, 负载变化的对它没有影响, 当给电机接收到一个脉冲信号时, 电机则转过一个步距角。正因为存在这一线性关系, 同时步进电机也具有周期性的误差而无累积误差等特点。这样用步进电机来控制速度、位置等就变的非常的简单。

4.3 控制系统的选择

根据不同实际情况、每个人的使用习惯、改造费用等一系列的条件, 设计者对数控系统的选择、PLC的选择也是不同的。这需要设计者在现有的条件下, 来实现最大的优化选择。

4.4 主轴电机的选择

主轴电动机需配备相应的控制元件, 是它可以实现主轴的正、反转、点动控制和电机的热保护等功能, 旋转方向的命令需要写到PLC程序中, 由PLC输出端口控制正转继电器或反转继电器, 使接触器动作, 从而完成主轴的正反转切换。主轴电机功率大, 启动时会产生很大的电流, 所以设计中使用了三个接触器来完成电动机的星角切换。为适应螺纹加工的要求, 将编码器安装到主轴上, 将信号反馈到PCU单元。在螺纹加工中, 操作者须知道主轴转速, 根据主轴转速计算进给速度, 所以在主轴上安装了编码器是用来检测主轴的转速, 满足加工要求。

5 结束语

普通机床的数控化改造是一个繁琐和细致的工作, 需要设计者对机床的加工工艺和设计理念有所熟悉, 这都需要设计者在前期的准备工作做的充分, 将改造的每一步都想到位。普通机床的数控化改造不只是电控的改造, 需要机械专业的配合, 这样才能实现数控精度的精确, 也只有这样才能更好实现数控化改造的最大优化。

由于很多单位都存有很多老旧的机床设备, 将这样的设备改造翻新, 不仅可以增加工作效率, 保证加工精度和质量, 同时也可以为单位节省经济效益。

参考文献

[1]孙志孔, 张义民.数控机床性能分析及可靠设计技术[M].北京:机械工业出版社, 2011.

谈机床数控化改造方法 第8篇

微观上看, 数控机床比传统机床有以下突出的优越性, 而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。

由于计算机有高超的运算能力, 可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量, 因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

可以实现加工的自动化, 而且柔性自动化, 从而效率可比传统机床提高3~7倍。

由于计算机有记忆和存储能力, 可以将输入的程序记住和存储下来, 然后按程序规定的顺序自动去执行, 从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序, 就可实现另一工件加工的自动化, 从而使单件和小批生产得以自动化, 故被称为实现了“柔性自动化”。

加工零件的精度高, 尺寸分散度小, 使装配容易, 不再需要“修配”。

可实现多工序的集中, 减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能, 因而可实现时间无看管加工。由以上五条派生的好处。如:降低了工人的劳动强度, 节省了劳动力 (一个人可以看管多台机床) , 减少了工装, 缩短了新产品试制周期和生产周期, 可对市场需求作出快速反应等等。

以上这些优越性是前人想象不到的, 是一个极为重大的突破。此外, 机床数控化还是推行FMC (柔性制造单元) 、FMS (柔性制造系统) 以及CIMS (计算机集成制造系统) 等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

宏观上看, 工业发达家的军、民机械工业, 在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是, 采用信息技术对传统产业 (包括军、民机械工业) 进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外, 还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS (管理信息系统) 、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术, 包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造 (称之为信息化) , 最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中, 数控机床的比重 (数控化率) 到1995年只有1.9%, 而日本在1994年已达20.8%, 因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

2 如何进行机床数控化改造

2.1 数控化改造的内容。

机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点:其一是恢复原功能, 对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复;其二是NC化, 在普通机床上加数显装置, 或加数控系统, 改造成NC机床、CNC机床;其三是翻新, 为提高精度、效率和自动化程度, 对机械、电气部分进行翻新, 对机械部分重新装配加工, 恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新;其四是技术更新或技术创新, 为提高性能或档次, 或为了使用新工艺、新技术, 在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新, 较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

2.2 数控系统的选择

数控系统主要有三种类型, 改造时, 应根据具体情况进行选择。

步进电机拖动的开环系统。该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。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。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序, 便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端, 故称之为开环系统, 该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度, 齿轮丝杠等传动元件的节距精度, 所以系统的位移精度较低。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。

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。该系统与开环系统的区别是:由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号, 随时与给定值进行比较, 将两者的差值放大和变换, 驱动执行机构, 以给定的速度向着消除偏差的方向运动, 直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂, 成本也高, 对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度, 更快的速度, 驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求, 决定是否采用这种系统。

交/直流伺服电机拖动, 编码器反馈的半闭环数控系统。半闭环系统检测元件安装在中间传动件上, 间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差, 因此, 它的精度比闭环系统的精度低, 但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多, 国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司;国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。

3 数控改造中主要机械部件改装探讨。

一台新的数控机床, 在设计上要达到:有高的静动态刚度;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。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求, 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。

滑动导轨副。对数控车床来说, 导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外, 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。同时要有足够的刚度, 以减少导轨变形对加工精度的影响, 要有合理的导轨防护和润滑。

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。

滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠, 但应检查原丝杠磨损情况, 如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级, 螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低, 但难以满足精度较高的零件加工。

滚珠丝杠摩擦损失小, 效率高, 其传动效率可在90%以上;精度高, 寿命长;启动力矩和运动时力矩相接近, 可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。

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。滚珠丝杠副是精密元件, 工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好, 绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。

摘要：本文首先介绍了机床数控化改造的必要性, 而重点在于介绍如何进行机床数控化改造, 包括数控系统的选择、数控改造中对主要机械部件改装探讨和机床数控改造主要步骤, 并列举了几个数控改造的实例, 最后说明了数控改造中的问题并提出了建议。

普通机床数控化改造思路探讨 第9篇

目前,我国中小企业的机床多数还是普通机床,存在加工精度不高、加工的范围不大、工人劳动强度高等缺点,而采购新机床,特别是大批新数控机床投资大,不是一般企业能承受。因此,通过对普通机床数控化改造思路进行探讨,找出普遍适用的数控化改造思路,有助于一般企业提高普通机床的数控化改造技术,加快企业技改和产品换代升级,具有较大的实用性。

2 机床数控化改造单元[1,2,3,4]

2.1 数控系统

数控系统是数控机床的中枢,它接受输入装置送来的脉冲信息,进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种信息和指令,控制机床的各个部分,进行规定的有序动作。

2.2 进给伺服系统

在数控机床上通常按不同的要求选用反应式步进电动机、混合式步进电动机、直流伺服电动机或交流伺服电动机。

2.3 检测元件

检测元件检测位移和速度的实际值,并向数控装置或伺服装置发送反馈信号,从而构成闭环控制。如光电编码器、光栅尺等。

2.4 直线滚动导轨副

直线滚动导轨副可使机床的零部件(如床鞍)执行往复直线运动。

2.5 机械传动部件

将伺服电动机的旋转运动转变为执行部件的直线运动或回转运动等运动的部件。如电动刀架、滚珠丝杆副、齿轮传动部件、数控回转工作台、数控分度工作台等。

一台新的数控机床,在设计上要达到:有高的静动态刚度;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。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求,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。

(1)滑动导轨副

对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良好的耐摩擦、磨损特性,并避免因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度,以减少导轨变形对加工精度的影响,还要有合理的导轨防护和润滑。

(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。

(3)滑动丝杠与滚珠丝杠

丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠,但应检查原丝杠磨损情况,如螺距误差、螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况下滑动丝杠应不低于6级,螺母间隙过大则需更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低,但难以满足精度较高的零件加工。

滚珠丝杠摩擦损失小,效率高,其传动效率可在90%以上;精度高,寿命长;启动力矩和运动时力矩相接近,可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。

3 普通机床数控化改造思路及举例[9～12]

3.1 普通机床进给机构数控化改造

3.1.1 普通车床数控化改造思路分析

普通车床在加工时,刀具的进给运动要么是手动进给(大拖板、中拖板、小拖板或尾座),要么是自动走刀,但只能是大拖板或中拖板当中的一轴,不能两者同时自动走刀,刀架的转动也是手动。如果将普通车床的X、Z两轴分别加装步进电机和滚珠丝杆,在数控系统的控制下,就能使X、Z两轴联动,于是就实现了自动进刀,如果加装了电动刀架,那么刀架的转动也由数控系统控制。

3.1.2 普通车床数控化改造参数

选用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DA98交流伺服单元及4工位自动刀架对C6140车床X、Z两轴进行数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的两轴在机械上采用了滚珠丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后,加工有效行程X/Z轴分别为390mm/730mm;最大速度X/Z轴分别为1200mm/min/3000mm/min;手动速度为400mm/min;手动快速为X/Z轴分别为1200/3000mm/min;机床最小移动单位为0.001mm。

3.1.3 普通机床进给机构数控化改造应用

(1)车床X、Z两轴联动,能使机床在端面、内孔或外圆上车削任何半径的圆弧,不象普通车床只能加工直线,加工曲线需要靠模;

(2)车床改装添置电动刀架后,能提高生产效率,比手工转动刀架节约了时间,提高了加工精度;

(3)进给方式实现数控后,有利于提高加工性能,如在普通钻床或攻丝机上改装数控进刀后,能使进刀按“接触工件时慢加工时快加工即将完成时慢”的方式进行,特别适合加工小孔或攻丝;

(4)车床改造时添置编码器后,能使工件转动与刀架在Z轴(或X轴)方向上按所需要的任何比例运动,改变了普通车床加工螺纹时螺距受挂轮的传动比的限制。

3.2 普通机床工件转动机构数控化改造

3.2.1 普通铣床数控化改造思路分析

普通铣床在加工时,经常利用分度头将工件进行分度,由于是手工分度,效率低,精度低,易出错。如果用数控分度头代替普通分度头,并对铣床进行X、Y两轴(或X、Y、Z三轴)数控改造,就能实现自动进刀自动退刀自动分度自动进刀,大大提高效率,减少手工操作。

3.2.2 普通铣床数控化改造参数

选用数控分度头,用三坐标数控系统、步进驱动系统对X53铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修,最后是整机的安装和调试。铣床改造后,加工有效行程X/Y/Z轴分别为630mm/240mm/280mm;最大速度X/Y/Z轴分别为3000mm/min/1000mm/min/600mm/min;手动进给速度X/Y/Z轴分别为2000mm/min/800mm/min/500mm/min;最小移动单位为0.001mm。

3.2.3 普通机床工件转动机构数控化改造应用

(1)铣床X、Y、Z中两轴联动,能使机床加工曲线或曲面;

(2)铣床改造时添置数控分度头后,能提高生产效率,比手工分度节约了时间,提高了加工精度;

(3)进给方式实现数控后,有利于提高加工性能,如在铣加工时,能使进刀按“接触工件时慢加工时快加工即将完成时慢”的方式进行,并能实现自动分度和自动铣削进给;

(4)铣床改造时添置编码器后,能使工件转动(即分度头转动)与床鞍在Y轴(或X轴)方向上运动按所需要的任何比例运动,铣削任何螺距的螺旋槽。

3.3 普通机床传动链数控化改造

3.3.1 铣齿机数控化改造思路分析

奥利康铣齿机切齿加工时存在三个相关联的连续旋转运动:(1)铣刀盘旋转切削运动;(2)工件(轮坯)的旋转分齿运动;(3)机床摇台相对于工件的展成运动。

由于摇台转动(即进给运动)使平面产形齿轮在铣刀盘旋转切削运动的基础上产生附加运动,这样工件的旋转分齿运动必须在原来运动的基础上产生相应的附加运动(差动),通过这种滚切运动形成所需要的齿形。

当机床工作时,如果用编码器来跟踪机床中铣刀盘旋转切削运动,那么铣刀盘旋转切削运动、工件(轮坯)旋转分齿运动和摇台相对于工件的展成运动三者之间的关系与数控车床加工螺纹时相当,因此可以尝试用车床数控系统对铣齿机进行数控化改造。

机床中铣刀盘旋转切削运动、工作(轮坯)的旋转分齿运动和摇台相对于工作的展成运动三者之间的运动关系与螺纹切削相当,亦即数控铣齿机的切齿过程“就是”螺纹切削过程。

机床数控化改造原理示意图如图1所示。

机床数控化改造电气部分略。

3.3.2 铣齿机数控化改造主要零部件参数

铣齿机数控化改造主要零部件参数如表1所示。

1.工件电机2.摇台电机3.编码器4.刀盘电机5.摇台座6.摇台7.刀盘8.工件9.工件箱回转板

注:床位的移动方式不变

3.3.3 普通机床传动链数控化改造应用

(1)车床改造时添置编码器后,能使工件转动与刀架在Z轴(或X轴)方向上按所需要的任何比例运动,原机床内部结构简化,传动链缩短,改变了普通车床加工螺纹时螺距受挂轮的传动比的限制。

(2)数控化改造后的H1-003铣齿机,在加工直径110mm的齿轮(甚至加工直径达125mm的齿轮)时机床震动小,齿轮齿面粗糙度好、精度高,生产率高。

(3)滚齿机改造时添置编码器后,能使滚刀转动、工件转动与进给运动实现联动,原机床内部结构简化,传动链缩短,改变了普通滚齿机加工齿轮时受挂轮的传动比的限制,提高了机床精度。

4 结束语

由于经改造的机床中进刀、刀架转动、工件转动、联动、编码器等方式均由数控系统控制,提高了机床的加工性能和加工效率。

由于采用数控化改造,使之较普通机床内部结构简化,传动链缩短,增强了刚性,扩大了加工范围,提高了精度,降低了操作者的劳动强度,提高了生产率。

由于采用数控化改造,使之较普通机床内部结构简化,传动链缩短,使中小企业自行设计制造较高精度的专用机床成为可能。

本文的设计思路、方法和相关技术对机床制造厂和机械加工厂的机床数控化改造具有较大的参考价值。

参考文献

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[8]《机械设计实用手册》编委会.机械设计实用手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2009.

[9]《齿轮手册》编委会.齿轮手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2000.

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[11]董学朱.摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮设计和制造[M].北京:机械工业出版社,2002.

普通机床数控化改造技术浅谈 第10篇

关键词：机床,数控化,改造

一、我国数控机床的现状

机床工业是制造军用民用设备的技术和装备基础, 是与民生、军工建设紧密关联的基础工业, 备受全世界的关注。整体上说我国机床工业已进入了世界的前列, 这为我国国民经济发展和国防工业建设做出了重大贡献。但是我国的数控机床水品很低, 全国有420万总量的机床, 使用超过15年的机床近280万台, 其数控化率还不到3%。与发达国家相比我们的机床有很大的差距, 我国大部分数控机床依靠进口, 这不但妨碍了我国机床制造业的发展, 而且受到国外控制, 维修和保养费用很高, 使得大量资金外流。目前我国数控机床进口已处在了悬崖的边缘。

二、我国普通机床数控化改造的意义

相对数控机床而言, 普通机床普遍具有操作劳动强度大、效率低下、难以实现对复杂形状零件的加工以及对劳动人员技术水平要求高等弱点, 所以就我国现状普通机床数控化改造是刻不容缓的。数控机床能更完美的加工出普通机床不能加工的曲线、曲面等复杂的零件。同时, 数控机床还可以解脱劳动力实现自动化, 只要输入固定的程序就会自动生产出产品。如果需要改变加工方法, 只需更换机床程序就能实现不同零件的加工。

对普通机床进行数控化改造较购买新数控机床有很多优势, 可以大大地缩短所需时间, 减少投入。进行改造后的机械性能较普通机床也有很大的提高, 机械性能稳定、结构合理、机身都是普通机床的大型铸件, 重而且坚固, 提高了机床的抗震能力。对于新购置机床, 工人更熟悉现有机床, 他们已经对现有机床有全面系统的了解, 即便是经过了改造, 只要经过简单的培训就能上岗, 节省了很多培训的时间和费用。而且一旦改造完成就可以满负荷运转无需新机床的磨合时期, 可以最大限度地对现有资源进行利用, 如地基、固定装置、电力及原有外部设备。同时数控化能革新我国机床技术的发展速度, 提高生产效率和加工质量。

三、普通机床数控化改造的基本方法

普通机床的数控化, 就是在尽量保留利用原有机床的功能的基础上, 添加新的功能, 提高其机械性能以提高机械生产的效率。一般来说机床数控化改造主要有以下几方面的内容:对原有机床进行检修, 尽量恢复原有功能;在原有机床上加装控制系统, 实现数字化;对其机械部件进行改造和加工, 以提高其加工精度。

下面从以下几个方面对普通机床的数控改造进行阐述:

(一) 数控系统

我们可以根据车床的现状和使用要求选择控制系统。首先我们要认识到不同系统的不同功能和所产生的利弊。

(1) 开环控制系统:开环控制系统的特点是没有反馈装置, 所以不能及时的纠正偏差, 由此带来了控制精度差的缺点。不过系统简单, 工作可靠, 成本低廉。

(2) 闭环控制系统:闭环控制系统的特点是装有反馈装置, 通过偏差信号来调整输出。这样系统可以消除工作中的各种误差及产生干扰, 提高加工精度。但是相对成本有所提高, 环境要求较高, 这样就提高了系统的设计和调试成本。

(3) 复合控制系统:复合控制系统实质上是在闭环控制基础上, 附加一个输入信号的顺馈通路。复合控制对自身零件的要求很高, 因此提高了成本, 但是在保持闭环控制的加工精度的基础上, 也很好的保持着开环控制的稳定性。

进行选择时, 对于要求不是很高的经济型数控机床, 应选用开环控制;对于一些精度要求高的镗铣床、超精车床、超精铣床等, 应用闭环控制;对于一些既要就加工精度又要就系统稳定的机床, 应用复合控制系统。

其次在确定了控制系统的类型后适当的选择控制制造商, 世界上性能及信誉较好的有西门子 (德国) 、发那科 (日本) 、三菱 (日本) 、N U M (法国) 、F A G O R (西班牙) 等。详细了解上述厂商数控系统的特点及性能价格比等指标, 选择适用的产品。

(二) 机械传动系统

为了能使普通机床更好地在控制系统的控制下进行高精度加工, 应对其机械部件进行改动。例如, 导轨副要具有很好的精度, 要有良好的耐磨损性, 不应产生死区。齿轮副为了保证精度, 改动中应使用高精度等级齿轮, 安装上要达到无间隙的传递。滑动丝杆与滚珠丝杆要保证丝杆没有大范围磨损, 螺距误差和累积误差以及配合间隙都要在指定范围内。下面指出几点具体改动方法:

(1) 床身:为了保证机床的使用寿命和较高的精度等级, 应考虑零件和部件的耐磨性, 在改装导轨时, 如果不需要较高的精度等级可继续使用滑动导轨, 但是要检查原导轨的使用情况, 判断是否需要更换。如果机床要有较高的精度等级, 需要换为滚动导轨, 应使用高强度轴承钢制成的导轨。但改装工作量大, 费用高, 工作复杂。针对这些缺点, 我们可以采用贴塑导轨, 即在原来导轨上粘贴上聚四氟乙烯, 这能有效防止爬行, 同时具有良好的润滑作用, 且零部件不需要更换, 节省了改造时间, 性价比很高。

(2) 减速驱动装置:对于要求不高的机床不需要加装此装置, 但是对于要求高, 精度高的机床, 要在电动机与丝杆之间安装此装置, 借此得到所需的脉冲当量和驱动力矩。

(3) 拖板:拖板是控制系统直接控制的对象, 被加工零件的坐标精度受拖板精度的影响。为了提高拖板运动的精度, 可加装减速齿轮箱, 或是采用刚性调整法来消除配对齿轮之间的传递间隙。

(4) 自动换刀装置和刀架:为了满足一次加装工件就完成多了工序的要求, 应选择体积小, 重复定位精度高的换刀装置。刀架多采用四刀位刀架。

(5) 防护装置:应在丝杆上加装防护罩, 对轨道和拖板的接触断面进行密封, 防止异物划伤导轨, 对精密元件要安装防尘装置。

最后, 改装完成后要对所改装的机床进行测试, 通过生产能力和生产精度的检测来检验改装后的机床是否满足了改装的要求, 对机床进行批量检测时, 要确定各项指标都在指定范围内。测试人员必须按照确定好的步骤和准则来进行操作, 在测试过程中, 要进行随时记录, 在确认安全系统正常的情况下, 对各项指标一一进行测量。

结语

有效地进行普通机床数控化改装, 可以使我国市场上大批的普通机床再次得到有效的利用, 降低了更换机床的成本, 利用我国机床业的现有特长, 快速占有市场, 可以为我们国家节省亿万元的支出。同时, 对普通机床数控化改装促进了工业的进步, 使生产效率得到了提高, 有利于我国机床产业得到快速进步, 因此, 对普通机床进行有效的数控化改装势在必行。

作者简介

浅谈机床电气的数控化 第11篇

【关键词】机床；电气；数控化

前言

随着科技的进步与时代的发展，机床电气的数控化是现如今一门新兴的机电学科，由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关，发展非常迅速，已经成为高新技术产业的重要组成部分，又由于机床电气的数控化技术具有复杂性、多样性、多变性的特点，在我国的应用发展领域极其广泛。但是我国在此技术方面还没有完善的、成熟的理论体系，而当今此技术又非常重要，因此对此技术的研究具有非常重要的意义。

1.机床电气数控化的应用现状及意义

1.1机床电气数控化技术的应用意义

电气数控化是一门综合性的学科，由于其在机床的生产实践中的融合运用可以大幅度提高机床的作业效率，因此使得我国对机床电气数控化的需要也在逐渐增多。之前的旧机床电气系统由于元器件老化，故障不断，造成作业效率低下，不仅不能带动企业发展，反而增加了企业不必要的财务支出。而应用电气数控化技术的机床具有性能稳定、可靠性强等特点，有效地保证了产品质量和产量。当前，随着机床行业在各个领域中的广泛使用，如何提高机床的使用效率，成为机床制造商正在思考的问题。提高机床效率的途径主要有两种：一种是对旧机床进行数控化改造；另一种是对普通机床进行数控化改造。无论采取哪种方式，都能够降低采购数控机床的成本，为企业节约资金，提高企业生产作业的效率，为企业带来更广阔的收益。而且基于原机床每个基础件经长时间的时效，基本上不因产生应力变形而给精度带来影响，经数控改造后的机床其效率可提高3～5倍。

1.2国内机床电气数控化的发展行情

我国国内机床市场风向已开始发生改变，其主要一点就是电气数控化机床的增长率首次超过低端机床，市场由价格竞争开始走向更加激烈的品牌竞争。机床的发展是我国工业的一大短板，由于起步较晚，导致我国的机床产品大量处于低端水平，高端机床大量依靠进口。为此，我国十二五期间装备制造业发展规划中，专门提到了机床业的发展，列为重点目标。现如今，随着电气数控化技术的与之相融合，我国机床基本面总体向好，决定了机床行业深度下滑的可能性不大。而且当前国产数控机床的市场竞争力不高，是企业的核心竞争力不高。要提高国产数控机床的市场竞争力，就必须使我国的数控机床生产企业要在“量”上形成规模化生产。这种规模化生产是一种专业化生产，它不同于传统意义上的高度集中的大生产，而是一种专业性很强的社会化生产。近年来国内机床行业的市场需求逐渐转向中高端机床，在市场总量增长迟缓的情况下，高精度、智能化数控机床的市场份额上涨，数控机床向高速、精密、智能和绿色方向发展。但相对的，国内高端机床主要仍靠进口，国产品牌的市场占有率还很低，可以说高精的智能数控机床将是机床行业的发展趋势。

2.电气数控化技术在机床生产实践中的融合应用

电气数控化技术系统采用先进的技术控制，实现了对机床硬件操作与软件控制的有效结合，能够大大减少生产过程中的失误。随着数控化技术的快速发展，其在机电行业中也得到广泛应用，使机床在生产中实现数控化控制，提高了生产的产品质量和生产效率，并且一些数控化安全设备也提高了机床生产的安全性。节省开资，提高经济性，有力的促进了机床行业的快速发展。同时，该系统运用先进的控制系统，能够实现精确的操作控制，具有加工精度高的特点和稳定的加工质量。电气数控化技术的应用实现了全微机化设备代替了原来的机床常规电磁式设备；引进新技术，采取计算机光纤或电缆代替电力信号电缆，对机床运作的监控作为电气数控化是必不可少的重要组成部分。机床电气数控化系统的精度很高，可以根据实际加工需要选择有利的加工用量，生产率一般可以达到普通机床的3～6倍。目前常见的数控机床按工艺用途分类可分为普通数控机床、加工中心机床、数控特种加工机床。按运动方式分类分为点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。按伺服系统的控制方式分类分为开环、闭环、半闭环控制系统的数控机床。按数控系统的功能水平分类分为经济性数控机床、中档数控机床、高档数控机床。数控机床的高度自动化是由其高度发展的电气控制系统实现的。如果要全面分析了解数控机床，就必须要分析了解数控机床的电气控制系统。数控机床的电器控制系统主要由3个部分组成：机床用PLC、外围电压电气控制系统和执行机构。在工厂使用的数控机床，都带有一种资料专门阐述这三者之间的关系。这一份资料叫做机床电气手册或者电气说明书，在本书中，将会通过讲解电气手册，来阐述数控机床的电气控制系统。

3.数控化电气机床常见问题及解决对策

3.1数控化机床的改造问题

对需改造的机床进行现状调查，因为并不是所有的旧机床都适合进行数控改造，因此要对需改造的机床进行全面地了解。旧机床电气系统由于元器件老化，故障不断，因此要了解旧机床数控系统厂家型号，控制轴的数量，主轴、进给轴驱动配置，主轴电机的功率、进给轴电机的扭矩等。对机床进行改造需了解机床本身和机床市场的情况，考察机床是否适合改造及价格对比，这样不仅可以为企业降低成本，节约资金，更不会造成浪费，促进绿色环保市场的发展。普通机床数控化改造后，机床效率明显提高，原来一台机床需要一个人控制，改造后一人可以同时操控两台机床，机床经改造后加工精度大幅提高，由人为失误造成的废品率明显降低，同时也降低了工人的劳动强度，节省劳动力，缩短新产品试制周期和生产周期。

3.2数控化机床的维修问题

对维护人员来说，机床电气数控化系统采用的都是精密仪器，非常容易受到外界因素的影响，要想保证系统仪器的正常使用，维护人员就要对该系统进行必要的检查，常见的问题之一就是电气系统的故障，数控机床电气系统故障的排除过程大致可以分为调查、分析与诊断三个部分，对于数控立式车床查明损坏原因，故障基本就可以排除了。所以分析诊断故障方法就变得十分重要；其次，利用感官的检查也非常重要，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。在使用过程中如果出现向进给速度突然变慢，控制面板显示异常的故障，那么就表示因控制面板显示异常，所以在维护过程中首先应该检查主板。

结语

综上所述，本研究主要介绍了当前我国机床电气数控化的应用意义及发展趋势，对其融合应用以及常见的使用问题进行简要概述。总之，我国的机床数控化技术不能停留在当下阶段，我们要与时俱进，发展高精度、高性能、高效率的机床数控化技术，这样才能为我国带来更大的经济收益。

参考文献

[1]诸小丽.普通机床数控技术改造探讨[M].南宁：南宁职业技术学院学报，2003.4.

龙筋镗孔组合机床的数控化改造 第12篇

龙筋镗孔专机是加工棉纺细纱机零件 (龙筋) 的组合机床, 龙筋有长短件之分, 不同规格型号的零件其侧面需要加工孔的数量及零件孔间距离不同, 传统的镗孔专机是继电器和接触器控制系统, 只能实现固定的动作程序, 不能适应多品种的要求, 改用数控系统与PLC联合控制, 动作灵活性高, 孔间距随产品种类的不同可进行任意设定。

该专机属典型的组合机床, 基本机械结构由工件定位区、滑台移动区、动力切削头及床身等组成, 动力系统由液压系统和电机驱动组成。龙筋由人工吊装定位在机床的工件定位区后, 由液压系统对其进行压紧, 通过压力继电器保证龙筋与定位基准的可靠装夹。滑台移动区有6个滑台, 滑台在液压系统的控制下, 可单独实现前进和后退动作;滑台上装有一个切削动力头, 动力头上安装镗刀, 实现孔加工的功能。滑台均安装有滑台原位、快进转工进和工进到位3个行程开关。滑台的基本动作是接收到前进信号后, 先快速向前, 压下快进转工进行程开关后, 滑台工进, 同时主轴旋转, 进入加工区, 实现孔加工功能;滑台前进到位, 孔加工结束后压下工进到位行程开关, 滑台快速返回起始位置, 压下原位行程开关, 滑台后退结束, 主轴停止旋转, 完成一次孔的加工。滑台的运动方式包括手动、半自动及全自动三种。手动方式用于加工准备阶段的机床调整, 有滑台前进和后退两个动作。半自动方式用于6个滑台在系统控制下, 统一前进及后退动作的调整。实现半自动功能时, 由滑台原位行程开关发信号保证6个滑台都位于滑台原位、且工件处于压紧状态、满足半自动工作初始条件的情况下, 按下启动按钮, 滑台实现快进、工进及加工结束后快速返回的动作。全自动方式运行时, 先要保证机床具备初始工作条件, 包括数控系统准备就绪、PLC工作方式旋钮置于全自动工作位置、液压系统保持足够的压力、各滑台位于滑台原位及由工件夹紧信号保证工件可靠固定在工件定位区等, 机床满足工作条件并发出准备好信号后, 按下启动按钮, 6个滑台在数控系统的伺服电机驱动下, 先整体向左移动设定距离后, 在PLC系统的控制下, 完成第一组孔的加工后退回原位。6个滑台在数控系统的伺服电机驱动下, 整体再次向左移动设定距离后, 在PLC系统的控制下, 加工第二组孔, 同理, 可加工多组孔, 机床基本结构示意见图1。

二、电气控制基本原理

为满足专机功能要求, 电气控制采用KND-1SB单轴数控系统 (配伺服电机) 和三菱FX-80FR型可编程控制器 (带扩展单元) 联机工作。通过编程可以设定滑台向左移动的次数和每次移动的距离, 保证零件的孔间距离;PLC控制各个滑台的前进及后退, 液压系统的启停, 工件的夹紧放松及主轴启停等机床顺序动作。电气控制流程图如图2所示。

依据产品实际情况, PLC系统设计有18、19、23、25、29、31、35及36孔共8种零件的加工程序。加工孔的数量选择由波段开关实现, 每次只能选择一种孔数, 在PLC软件上用联锁控制进一步保证每次只能选择一种孔数。18孔 (36孔) 的程序设计, 控制6个滑台整体前进3次 (6次) 即可实现。19孔 (25孔或31孔) 的程序设计, 控制6个滑台整体前进3次 (4次或5次) 以后, 最后一次镗孔的滑台动作, 只控制第1个滑台前进, 其余滑台在原位保持不动, 以此实现所要求孔数的加工。23孔 (29孔或35孔) 的程序设计, 控制6个滑台整体前进3次 (4次或5次) 以后, 最后一次镗孔的滑台动作, 控制第6个滑台在原位保持不动, 其余5个滑台正常前进, 满足加工孔数的要求。

三、数控系统控制原理

1.数控系统连线图 (图3)

2.数控系统与PLC系统的通信

(1) 机床整体的动作以数控系统的控制为主, 当系统送电并自检正常后, 允许系统启动运行的指示灯发出信号, 才能按下数控系统的启动按钮, 开始执行程序。

(2) 数控系统控制滑台整体左移的动作执行完毕, 需要启动PLC系统开始镗孔动作时, 数控系统用宏程序控制, 使PLC启动的输出继电器线圈 (接于数控系统的输出口UO2) 得电动作, 通过该继电器的常开触点 (接于PLC的输入回路) 闭合起到按下PLC启动按钮的作用, 指令如下:

N20;

N30 G65 H01 P#1102 Q1;

N30语句执行后, 输出口UO2 (XS50的16脚) 有输出, 控制PLC启动继电器的线圈得电接通, 该继电器的常开触点作为输入信号接在PLC的输入回路中, 闭合时起到自动按下PLC启动按钮的作用。

PLC系统镗孔程序启动后, 用PLC的定时器定时3s到信号和滑台不在原位行程开关信号的共同作用, 控制PLC启动完成继电器线圈的接通 (PLC启动完成继电器的线圈在PLC的输出回路中占用一个输出点, 其常开触点接在数控系统输入口UI1) , 使其常开触点闭合发出PLC启动完成信号给数控系统, 数控系统接收PLC启动完成信号的宏程序指令如下:

N30;

N40 G65 H81 P40 Q#1001 Q0;

当输入口UI1 (XS50的18脚) 有输入信号时, PLC启动完成继电器常开触点闭合, 说明PLC系统已经启动, 可以撤消数控系统发给PLC的启动信号, 撤消PLC启动信号的程序如下:

N50 G65 H01 P#1102 Q0;

该程序使PLC启动继电器的线圈 (数控系统的UO2口) 断电, 为下一次启动PLC做好准备。

PLC运行一次镗孔程序结束后, 通过PLC运行结束继电器 (其线圈接在PLC的输出回路中占一个输出点, 其常开触点接在数控系统的输入口UI3) 发信号给数控系统, 数控系统检测PLC是否完成镗孔程序的指令如下:

N60 G65 H81 P60 Q#1003 Q0;

当输入口UI3 (XS50:19) 有输入信号时, PLC运行结束继电器的常开触点闭合, 数控系统继续执行其程序指令。

四、电气系统调试

(1) 检查电气系统接线, 确认无误后给系统通电试车, 检查系统各部分的电源电压, 保证其正确性。

(2) 将PLC输入信号X0 (功能选择旋钮) 置于手动状态, 启动液压电机, 确认电机转向正确、液压系统压力正常和无漏油后, 对6个滑台分别进行快进、工进及后退的手动调整, 注意调整行程开关及其撞块的安装位置, 既要合适又要安装牢固。对工件的夹紧放松, 主轴的启停等动作进行调整。

(3) PLC手动控制的各个动作正常后, 将PLC输入信号X0置于半自动状态, 对滑台的整体前进后退动作进行调整, 直到完全正常。

(4) 参照数控系统和伺服驱动器的说明书, 设置系统的相关参数;在数控系统的手动方式下, 确定工作台左右移动的极限位置和超限位保护行程开关的位置并固定, 根据零件要求, 编写数控系统的用户程序, 并调整直到系统稳定可靠地运行。

(5) 将数控系统与PLC系统联机调试, 加工出合格零件。

五、结束语