機床數控化改造分析論文范文

　　摘要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，普通機床越來(lái)越不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，其勞動(dòng)強度大，危險性高，且不能滿(mǎn)足現代科學(xué)的批量生產(chǎn)需要，越來(lái)越多的企業(yè)將普通機床逐漸轉向數控化，因為數控機床可彌補普通機床的許多缺點(diǎn)，可實(shí)現加工精度高，多工序的集中化，自動(dòng)報警，自動(dòng)補償及自動(dòng)監控的功能。介紹了如何進(jìn)行機床數控化改造，并提出了數控改造中的問(wèn)題和建議。

　　關(guān)鍵詞：機床；數控化；改造

　　1機床進(jìn)行數控化改造的必要性

　　微觀(guān)上看，數控機床比傳統機床有以下突出的優(yōu)越性，而且些優(yōu)越性均來(lái)自數控系統所包含的計算機的威力。

　　由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時(shí)準確地計算出每個(gè)坐標軸瞬時(shí)應該運動(dòng)的運動(dòng)量，因此可以復合成復雜的曲線(xiàn)或曲面。

　　可以實(shí)現加工的自動(dòng)化，而且柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統機床提高3～7倍。

　　由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來(lái)，然后按程序規定的順序自動(dòng)去執行，從而實(shí)現自動(dòng)化。數控機床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現了“柔性自動(dòng)化”。

　　加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。

　　可實(shí)現多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動(dòng)報警、自動(dòng)監控、自動(dòng)補償等多種自律功能，因而可實(shí)現時(shí)間無(wú)看管加工。有以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強度，節省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場(chǎng)需求作出快速反應等等。

　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統）以及CIMS（計算機集成制造系統）等企業(yè)信息化改造的基礎。數控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎技術(shù)。

　　宏觀(guān)上看，工業(yè)發(fā)達家的軍、民機械工業(yè)，在20世紀70年代末、80年代初已開(kāi)始大規模應用數控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱(chēng)之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場(chǎng)上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重（數控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀(guān)上說(shuō)明了機床數控化改造的必要性。

　　2如何進(jìn)行機床數控化改造

　　2.1數控化改造的內容

　　機床與生產(chǎn)線(xiàn)的數控化改造主要內容有以下幾點(diǎn)：其一是恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線(xiàn)存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復；其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，改造成NC機床、CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對機械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的CNC系統以最新CNC進(jìn)行更新；其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng )新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎上進(jìn)行較大規模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng )新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。

　　2.2數控系統的選擇

　　數控系統主要有三種類(lèi)型，改造時(shí)應根據具體情況進(jìn)行選擇。

　　步進(jìn)電機拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統。該系統的伺服驅動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機、功率步進(jìn)電機、電液脈沖馬達等。由數控系統送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機轉動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠副驅動(dòng)執行部件。只要控制指令脈沖的數量、頻率以及通電順序，便可控制執行部件運動(dòng)的位移量、速度和運動(dòng)方向。這種系統不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱(chēng)之為開(kāi)環(huán)系統，該系統的位移精度主要決定于步進(jìn)電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節距精度，所以系統的位移精度較低。該系統結構簡(jiǎn)單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。

　　異步電動(dòng)機或直流電機拖動(dòng)，光柵測量反饋的閉環(huán)數控系統。該系統與開(kāi)環(huán)系統的區別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動(dòng)執行機構，以給定的速度向著(zhù)消除偏差的方向運動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統在結構上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統復雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設計和調試都比開(kāi)環(huán)系統難。但是可以獲得比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統更高的精度，更快的速度，驅動(dòng)功率更大的特性指標�？筛鶕�產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統。

　　交/直流伺服電機拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數控系統。半閉環(huán)系統檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執行部件的位置。它只能補償系統環(huán)路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統的精度低，但是它的結構與調試都較閉環(huán)系統簡(jiǎn)單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測裝置的安裝問(wèn)題。當前生產(chǎn)數控系統的公司廠(chǎng)家比較多，國外著(zhù)名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內公司如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司和沈陽(yáng)高檔數控國家工程研究中心。選擇數控系統時(shí)主要是根據數控改造后機床要達到的各種精度、驅動(dòng)電機的功率和用戶(hù)的要求。

　　3數控改造中主要機械部件改裝探討

　　一臺新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運動(dòng)副之間的摩擦系數小，傳動(dòng)無(wú)間隙；功率大；便于操作和維修。機床數控改造時(shí)應盡量達到上述要求。不能認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了數控機床的要求，還應對主要部件進(jìn)行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。

　　滑動(dòng)導軌副。對數控車(chē)床來(lái)說(shuō)，導軌除應具有普通車(chē)床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。

　　齒輪副。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機床主要齒輪必須滿(mǎn)足數控機床的要求，以保證機床加工精度。

　　滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應不低于6級，螺母間隙過(guò)大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿(mǎn)足精度較高的零件加工。

　　滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長(cháng)；啟動(dòng)力矩和運動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機啟動(dòng)力矩。因此可滿(mǎn)足較高精度零件加工要求。

　　安全防護。改造效果必須以安全為前提。在機床改造中要根據實(shí)際情況采取相應的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動(dòng)導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導軌。

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