機床的數控化改造方法研究

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　　摘要：本文將對機床的數控化改造進(jìn)行科學(xué)分析并從數控系統和機械系統的改造等方面提供可行性方案和思路。

　　關(guān)鍵詞：普通機床;數控機床;系統改造

　　引言：隨著(zhù)制造業(yè)的不斷發(fā)展，數控化機床率已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)是否發(fā)達的主要標志。20世紀90年代我國有150多萬(wàn)臺機床，目前我國家擁有機床約300萬(wàn)臺，其中數控機床僅僅8萬(wàn)臺左右，數控機床數量遠遠低于那些制造業(yè)發(fā)達的國家。我國普通機床設備陳舊老化、技術(shù)落后，嚴重影響生產(chǎn)力的發(fā)展。對普通機床進(jìn)行數控改造已經(jīng)成為既適合我國國情又使其具備先進(jìn)的數控機床特點(diǎn)的最好途徑。它將使企業(yè)走出困境，實(shí)現跨越式發(fā)展的必由之路。

　　1、 機床數控化改造分析

　　數控化改造是指對普通化機床的某些部位進(jìn)行改裝，再配上經(jīng)濟型的數控裝置和標準型數控系統。改造后的數控機床將在自動(dòng)化程度上、專(zhuān)業(yè)性上、加工精度和生產(chǎn)率上大幅度提高。首先，要進(jìn)行性?xún)r(jià)比分析。購置一架新機床大約需要340萬(wàn)元，從安裝到調試要半年到一年的時(shí)間。改造舊機床需要100萬(wàn)元左右，改造時(shí)間約為3個(gè)月左右。其次，進(jìn)行技術(shù)評估。主要包括改造后機床的精確度和使用性能。

　　2、 數控機床的改造方案

　　一般情況下對數控機床的改造主要為兩部分。一部分是機械部分改造，第二部分是數控系統改造。

　　2.1 機械部分改造

　　機械系統改造是數控系統改造的關(guān)鍵技術(shù)。主要改造內容為提高過(guò)去零部件的靈活性，減小轉動(dòng)間隙和反向轉動(dòng)間隙。要想達到技術(shù)指標，要對導軌、主軸變動(dòng)機構等進(jìn)行改造。

　　1)導軌改造。大多數普通機床均采用普通鑄鐵。數控機床要求采用淬硬的合金鋼材料，例如用G CR 15 軸承鋼淬硬到65～62H RC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通機床的滑動(dòng)導軌需要換成滾動(dòng)導軌和靜壓導軌，但是改造難度較大，主要是在導軌表面加裝輔助軟帶;

　　2)刀架改造。數控機床安裝的刀架為自動(dòng)刀架，以便數控機床根據程序更換刀具。因此，必須將普通機床的刀架進(jìn)行改造或更換;

　　3)進(jìn)給機械改造。一般進(jìn)給系統可以保持原來(lái)的支架系統，但是要調整彈簧，加裝減速齒輪系統。

　　2.2 數控系統的確定

　　在機床數字化改造過(guò)程中，自動(dòng)控制系統是非常重要的組成部分。因此，必須根據改造的實(shí)際需求選擇合適的數控產(chǎn)品。目前，數控機床控制系統逐漸成熟，市場(chǎng)上出現了各種各樣的品牌，大致可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是常規數控系統;另一類(lèi)是開(kāi)放式數控系統。每一類(lèi)控制系統都具有高、中、低不同檔次供用戶(hù)選擇。因此，用戶(hù)可以根據自己改造的控制精度、改造資金情況進(jìn)行選擇。

　　1)常規機床數控系統

　　常規機床數控系統比較著(zhù)名的品牌主要有德國西門(mén)子的SINUMERIK，現在已經(jīng)逐漸形成了產(chǎn)品系列，如SINUMERIK810、820，SINUMERIK840、850，SINUMERIK802等。日本的FANUC 系列以及MITSUBISHIM50系列。這些產(chǎn)品都是集成的、封閉體系結構，主要包括數控裝置CNC、交直流驅動(dòng)系統、可編程控制器、位置控制系統、通信系統以及輔助控制系統等。由于該類(lèi)數控系統功能齊全、種類(lèi)繁多、適用性較強以及信價(jià)比高，因而很多機床改造時(shí)首選這類(lèi)控制裝置，我國就有很多這類(lèi)產(chǎn)品的用戶(hù)。但是這類(lèi)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于硬件系統集成，用戶(hù)不能隨意更換，所以開(kāi)發(fā)的靈活性不足。另外，系統的編程必須使用指定的軟件和編程語(yǔ)言，數控裝置程序開(kāi)發(fā)采用NC，PLC開(kāi)發(fā)采用梯形圖等，需要開(kāi)發(fā)人員具有較高的軟件編程能力。因此，這類(lèi)數控裝置已經(jīng)逐步退了市場(chǎng)，而另一類(lèi)數控產(chǎn)品即開(kāi)放式機床數控裝置成為了數控機床制造的主流。

　　2)開(kāi)放式機床數控系統

　　開(kāi)放式數控系統最大的優(yōu)點(diǎn)就是結構靈活、編程方便。用戶(hù)可以根據需要選擇硬件結構，可以借助PC機強大的編程能力提高系統控制的性能。目前，市場(chǎng)常用的開(kāi)放式機床數控產(chǎn)品主要有三種。每一種數控裝置都是以PC為控制核心。第一種CNC+PC機的開(kāi)放式數控裝置。這類(lèi)產(chǎn)品雖然提高開(kāi)放程度，但是還是需要CNC作為機床的直接控制裝置，PC機將各種命令、數據進(jìn)行傳輸。因此，這類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，結構也比較復雜。主要的代表是西門(mén)子的SINUMERIK840、850和日本的FANUC18I等產(chǎn)品。第二種是PC+運動(dòng)卡式的開(kāi)放式數控系統。這類(lèi)產(chǎn)品完全采用PC機作為真正的控制核心，用戶(hù)可以根據需要進(jìn)行硬件結構設計并利用windows操作系統和高級編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。系統除了PC機外，比較重要的硬件是運動(dòng)卡，它是對外控制伺服系統的控制接口。國內主要產(chǎn)品為有華中數控、廣州數控等產(chǎn)品。結構如圖1所示。第三種是全軟件型開(kāi)放式數控系統。這種系統以PC機為控制核心，主要采用軟件形式實(shí)現運動(dòng)系統控制。因此，更大程度的調高了靈活性，是當前機床數控系統的最新產(chǎn)品。

　　數控改造中還涉及伺服驅動(dòng)系統的改造和設計。首先要選擇合適的、配套的伺服電機�，F在的機床可以選擇直流電機，也可以選擇交流電機，甚至步進(jìn)電機。一般主軸電機選擇交流電機;Z軸、X軸以及U軸等坐標軸電機選擇直流電機、交流電機皆可;工件拖動(dòng)等輔助部分可采用直流電機。電機選擇時(shí)注意電機的轉矩、轉速等指標。最后，電機一般采用專(zhuān)用的驅動(dòng)控制模塊或變頻器進(jìn)行控制，現在市場(chǎng)上都有比較成熟的產(chǎn)品可供選擇。

　　3、 結論

　　本文詳細介紹了有關(guān)數控機床改造的過(guò)程和方法，對目前國內外有關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了比較分析。本文提出系統改造主要以機械部分和數控裝置的加裝為主，改造過(guò)程中一定循序漸進(jìn)，注意成本的控制，在調試中發(fā)現和解決問(wèn)題。

　　參考文獻：

　　[1]紀晶，高鴻雁，姜元志等.普通機床數字化改造研究[J].現代制造技術(shù)與裝備，2007(1).

　　[2]韓瑞寶.普通機床數控改造方法與設計探討[J].科技創(chuàng )新與應用，2012(12).

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