时间：2023-02-16 15:31:37
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇数控机床改造，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
（一）有利于推动数控机床的现代化水平
我国企业对数控机床的认识和应用还存在极大的局限性。只有实现机床数控化的改造，才能真正的发挥它在企业现代化生产制造中的作用，真正提高企业的生产效率，提高我国的工业化水平。
（二）数控机床具有极大的市场需求
数控机床改造的成本与它带来的企业生产的极大经济效益相比，改造成本低。机床改造主要就是对原有的机床的结构进行改造和设计，使它能够提高工作的效率，达到理想状态。随着企业对机床在生产制造中的认识不断加深，对数控机床的需求不断增加，使得数控机床的改造具有很大的市场需求和发展空间。
（三）数控机床改造的优势分析
1.节约企业成本。数控机床的改造与购置新的机床设备相比，至少可以节约50%的成本，特别是对于大型的现代化设备而言，这种成本的差距会更加明显，旧机床的升级改造只需要购置新成本的1／4。即使要对旧机床进行彻底的升级改造，其成本也不会超过购置新机器费用的70%，而且可以节省运费等附加成本。2.机器性能稳定。旧机器经过长期的磨合，不会因为不适应而影响零件制造的精度。而且购置新的机器，需要占用一定的地基，也需要雇佣专业的人员进行操作，企业内部员工在机器的操作使用上需要一段时间适应，大大降低了企业生产效率，影响了企业生产的成本。3.极大发挥机床的工作效率。机床经过数控改造后，可以在原有基础上实现加工零件的自动化和精准化，而且工作效率是原来的4—6倍。在零件制造上，可以充分实现现代信息技术和机械制造的紧密结合，提高零件的精密度，减少人工费用。更重要的是升级后的数控机床可以智能识别机器故障，提高了工作的安全性，减少了工人检修的费用和时间。特别是对于难度系数大的零件而言，效率会更高。同时还减少了组装费用，缩短了企业生产的周期。
二、数控机床的改造措施
当前，在我国企业当中，数控机床的运用十分广泛，它能够大大提高工作效率。随着人们对机床认识的不断加深，数控机床的改造有了广泛的市场需求。前文已经对数控机床的改造进行了现实意义的分析，通过对数控机床的升级改造既可以节约企业成本，同时也能够为企业带来可观的经济效益。为此，必须进行数控机床改造的实践探索。
（一）考虑数控改造投的资费用。在数控改造之前，必须对数控改造的费用进行严格预算，同时要对改造后的工作性能进行评估。对于改造后，它能够加工的零件的种类和数量进行综合考量，还要对它加工零件的光滑程度和质量进行实验，这些都会影响到数控机床的水平。根据我们掌握的机床的技术状况进行科学分析，在此基础上才能够保证数控机床的改造能够产生经济效益。
（二）注重数控系统和驱动单元的选择。数控机床的核心就在于数控系统，而机床加工的精密程度则取决于驱动单元的功能发挥状况如何。数控机床的系统和启动单元的水平直接决定了数控机床性能的高低。旧的机床控制部分采用的是三行数码管显示，驱动是步行电动机控制，系统分辨率低。这种落后的配置系统使得机床的整体功能下降，机床的精准度、可靠性都受到了影响。所以在旧机床的改造上必须考虑数控系统和驱动单元。从技术层面来讲，日本的高档数控机床产品性能好，但费用高达8万，成本太高，所以应该采用国产的KND数控系统和日本松下的驱动系统。既保证了性能，又节约了成本。
（三）注重对旧机床的创新设计虽然国产的KND数控系统比较完善，但系统功能以外的其他控制系统，需要进行人工设计和改造，实现机械制造和数据管理的融合，最大限度地提高数据机床的运作效率和水平。例如，在机床上的Z轴中，增加了刹车功能，这样可以避免机床断电后，主轴箱滑落对机床和工件造成的损失。还有就是需要重新设计系统，系统作为机床的必备功能，可以用智能的油路代替原有的手动，并且在机床内油过少时有智能提示系统。设置特有的刀具拆卸系统，当前，很多大型机床采用的是气动方式装置刀具，虽然拆卸方便，但制作成本高，而且还对气压有严格要求。而电动式的装卸刀具，不仅可以通过电动机提供动力，降低成本，还可以通过感应开关来确保主轴上刀具的松紧状况。使刀具更换更加安全可靠。
（四）普通机床刀架改造普通机床的刀架的滑动由两部分组成，包括平行方向和垂直方向的移动，这两个方向的滑动就保证了刀架课一随意移动，但是刀架的移动的有效范围比较小，所以应该确保刀具的移动空间。1、导轨方向的改造：导轨方向的驱动由丝杆完成，当传统车床上的溜板箱的手柄到达自动走刀的位置时，驱动位置开始运行，引起齿轮的转动，最后经过丝杠驱动完成了这一方向的走刀过程。在动力的提供上，可以选择由步进电机—电机转抽——以及齿轮——二级齿轮——丝杠——溜板箱，通过此程序完成导轨方向的供给。2.水平和垂直方向的改造。原有的手柄设置不合理，影响了车床的工作效率，在零件加工上动力不足，所以在保留原有位置的基础上，再添加一个步进电机，把电机轴与传统的丝杆进行连接。
（五）对步进电机的控制的选择。从导轨的垂直方向和平行方向进行综合改造，这样既确保了刀具工作的有效范围，同时在选择方向的也要确保对两个方向的动力进行控制。对步进电机的控制，有很多的选择方案。例如单片机、微机、工业PC机等等。但综合考虑体积、耗能和成本，应该选为单片机。单片机的控制可以减少干扰，能够提高数据传递的速度。但随着和数控机床改造的能力不断加强，当前的单片机种类多，功能丰富，所以在选择上要慎重。
三、小结
数控系统已成为我国机械制造工业和国民经济的重要装备，其非标准化设计是目前数控化改造工作中普遍存在的问题。我国很多企业中普通机床的占有量巨大，机床的数控化改造电气控制设计的方案也存在诸多问题。许多机床已经使用20年以上，还会出现应用与维修技术工作的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因索的制约。因此对普通机床进行数控改造成为一个很好的出路，对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。其发展也直接关系到我国的多个领域，使之在当今日益竞争的社会中处于优势。普通机床的数控化改造在很大程度上盘活企业的固定资产，还可以节约能源、实现废品资源化和保护环境。将普通机床改造升级为数控机床，开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术。提高劳动效率并用较少的资金为提高企业的竞争力做出贡献，紧跟世界潮流，向智能化方向发展。
数控机床改造概述
数控系统分经济性数控系统和标准型数控系统，和经济性数控系统比较，标准型数控系统是建立在微机基础上，因此得到越来越广泛的应用。其功能齐全并可构成全闭环、后半闭环的位置控制系统，使交流伺服电机的工作性能得到充分发挥。1.数控系统运动方式按运动轨迹可分为点位控制系统与连续控制系统，对机床电气系统进行改造设计离不开对数控系统运动方式的分析。选择电机参数时，当工件相对于刀具移动过程中不进行切削则选用点位控制系统。通过对机床数控化改造进行归纳总结和分析，这类控制系统要求刀具从一点快速移动到另一点的准确位置。数控系统类型和功能选择不合理，会无法保证其定位精度。这为普通机床数控化改造中的电气设计提供依据，从而减少了误差的可能性。2.由于普通机床的这些缺点越来越使之在当今日益竞争的社会中处于劣势，体积大、启动特性欠佳直接影响了机床的加工精度。普通机床经过数控化改造后，控制电路和强电路的设计也随之变得重要。大大地提高传动进给精度，使系统工作变得稳定。设计电路的时候应该抛开原先机床的电路按照标准重新绘制电路图，也可在一定程度上提高机床的加工精度。注意各个元器件额定电流及额定电压要满足要求，拓宽普通机床的加工范围。适当拉开与强电线的距离，延长机床的役龄。3.普通机床传动链复杂从而导致传动精度低，因此在普通机床的数控化改造中一般采用步进电机和交流伺服电机。避免产品的加工精度降低与产品的质量稳定性不是很高的现象发生，且结构简单、运行可靠、效率高。改善一个零件需要多道工序，在选择电机时要根据实际情况选择合适的电机。普通机床对工人的熟练程度要求高且加工工序简单，数控机床改造可大大提高表面精度及机床的快速反应性。因此可以加工较复杂的零件，易于控制。改善生产效率较低、工人劳动强度大、生产准备时间长等问题，带来可观的经济效益。
数控机床改造中的电气设计分析
普通机床改造成数控机床的方法要有技术可行性分析和经济可行性分析，电路图的设计并不是一次确定的。需要技术上的改进措施，在实际的接线过程中根据临时的需要不断地修改、更正。一方面是机械上的改进，保证整个电器柜内元器件的归类整齐。另一方面是电气系统的改进，保证实际的电路和电路图保持一致。1.对普通机床进行数控化改造，一定要用热缩管将其包住。加强对机床精度的恢复，否则会给以后数控机床的维修带来很大的不便。旧机床一般在工作车间已经工作多年，走线的时候有部分线路要暴露在机床外面。导轨、溜板等都有不同程度的磨损，因此控制电路和强电路的设计需要科学合理。定期按常规机床大修的方法对机床导轨进行磨削，以免长期被机床油浸泡腐蚀线路。磨削可采用电刷镀的方法加工耐磨表层，保持信号线不扰。采用刮研与贴塑工艺的方法修配恢复精度，加快机床数控化的进度。2.电气设计中电路图主要包括主电路图、电气原理图、CNC接线图和元器件的位置图，其修复与完善是改造机床维修的另一个侧重点。关系到系统工作是否稳定，可采用更换主轴轴承等传统方法配合电刷镀工艺完成。各个部件和电源的连接关系一定要表达清楚，并调试验收精度。按正确的步骤运算、准确地使用公式及精确地选择参数，有些磨损量小的机床也可以采用表面工程技术在现场操作，以及系统和机床的接地。3.控制系统是数控机床的“大脑”，由一般的机床数控化改造而成的数控机床都是开环控制系统。可以完成插补运算、数据处理、输入输出等控制任务，影响在实际运转中转子的最终运动质量。数控加工程序经数控系统运算处理后，在步进电机产品样本中给出的步距精度。输出司服控制信号、主轴驱动控制信号及其开关状态量信号，减小在频率发生突变及低频和高频振荡过程中存在的实际位置与理论位置之差。选用SIEMENS802C数控系统，可在在空载情况下转子离开准确位置的最大偏移量。
作者：张琳
摘 要：随着我国经济水平的日益发展，我国各行各业都得到了蓬勃的发展。我国科学技术的不断完善下，逐渐涌出了各种各样的技术。尤其是在制造行业中，由于数控机床所具有的全部功能都与PLC技术的使用有着密切的联系。因此，本文主要从以下多个方面对PLC机械加工数控机床改造技术进行深入探讨，笔者依据多年经验提出合理化建议，提供给相关人士，旨在可以为企业带来丰厚的经济效益，从而为我国的社会主义现代化建设做出贡献。
关键词：PLC；机械加工；数控机床
和以往数据操控技术相比较，PLC技术大部分依赖于逻辑推理及其相关运算的方式可以对数控机床进行控制的，从而将机床的工作质量加以提升，为企业带来丰厚的经济效益。由于该技术对工业生产的发展有着重要意义，将生产设计领域的范围不断拓宽，投入较小的资金而谋取最大的利益，值得相关领域大力推广。基于此，本文主要从PLC技术概述、PLC机械加工数控机床改造技术的具体应用几个方面进行深入研究，笔者依据自身多年积累的经验提出了合理化建议，提供给相关人士，供以借鉴，旨在可以为我国机械制造行业提供重要的参考依据，从而为我国社会主义经济建设做出重要的贡献。
1 PLC技术概述
1.1 概念
PLC又被称之为“可编程逻辑控制器”，它主要通过一种可编程的存储器，用来在内部存储程序里执行一些面向用户的指令，诸如，定时、逻辑运算、算术操作与计数等等，并通过模拟式或者数字输出/输入用以控制生产的过程或者类型多样的机械，它主要应用于工业现场中的生产实践里面。PLC自动控制系统近些年已经越来越普遍地应用于工业领域，不少企业在发展生产的同时不断提高工业自动化的控制水平，努力实现企业发展的自动化，尤其是在数控机床改造领域，PLC技术得到了广泛的应用。
1.2 工作原理
可编程逻辑控制器采用一种不同于微型计算机的运行方式以及扫描方式。详细来说主要包括三个阶段，即输入采样阶段、用户的程序执行、输出刷新。首先，在第一阶段里面，PLC通过扫描，依次读入输入数据和状态并存储，在结束后转入新的阶段。其中，在这一过程里，即便数据和状态发生变化也不会对原有存储单元的数据发生影响。其次，在第二个阶段就是用户的执行了，PLC会以梯形图的方式以先左后右、先上后下的顺序来进行对控制线路的逻辑运算，并根据扫描结果来进行相应位置的刷新。最后进入第三个阶段，在结束了一个扫描的周期之后，可编程逻辑控制器就开始了下一阶段的工作，这时候中央处理器根据映像区相对应的数据和状态来刷新和输出，这时候才是PLC的真正输出。
2 PLC机械加工数控机床改造技术的具体应用
2.1 注意事项
要实现对数控机床的灵活控制必须要对PLC机械加工数控机床改造技术有详细的了解，只有全面认识了该技术的优势和不足，才能更好地开展控制工作。我们知道，PLC的工作原理决定了它通常情况下只是单纯地受到动作顺序的控制，因此在PLC实现对数控机床的控制工作过程中必须要注意以下几点：首先，定位的速度以及精度的协调工作。数控机床中的电机频率与转速有着紧密的联系，脉冲控制频率的高低决定着电机转速的快慢。因此，做好定位速度与精度的控制就十分重要了。通过PLC技术的运用，在提高精度的前提下保证定位的速度，对于实现PLC机械加工数控机床的改造工作有重要的作用。其次，减少工作过程中出现误差的频率。PLC驱动步进电机提高了系统的可靠性，实现了数字化执行元件的优化工作。步进电机的开环控制受到了PLC产生的脉冲所控制，必须降低电机的频率减慢电机的转速才能够避免不必要的误差和失误。最后，实现对可变控制参数的在线修改。PLC机械加工数控车床技术的应用提高了工作效率，有的客户为了获取更高的利润提高工作效率，有的时候会在线修改可变控制参数。我们知道，PLC是没有显示数码的，即使做到了修改也难以保证用户的实际需求。因此，需要开发简便有效的方式来实现对PLC可变控制参数的在线修改工作。
2.2 做好对系统的科学定位
通常情况下，定位过程主要由以下两个阶段组成：第一阶段是粗定位阶段；另一个是精定位A段。即使两个阶段存在一定的差异性，然而都需要相同的电机加以完成的。对于粗定位阶段来说，相关人员可以利用适量的脉冲来提升机床的工作水平，继而更好的促使数控机床得到恰当的改造。就精定位阶段而言，相关人员需要依据从大到小的顺序完成。在刚刚开始的时候可以利用较大的脉冲当量完成相应的改造标准，在完成基本任务以后就可以使用较小的脉冲当量了，并且逐渐过渡到精定位阶段里。在这个过渡的环节，相关人员一定要确保转速处于稳定的状态，只有这样才可以满足相关要求。因为数控机床在实际改造的时候有两个阶段存在差异性，所以相关人员在实际加工的时候，一定要对系统的转速做好更换作业，并且要依据两个阶段的具体情况而配置恰当的变速装置，从而确保系统能够实现正常运行的目的。
不仅仅如此，相关人员还应当对元件的检查引起必要的重视。倘若PLC控制系统在控制的过程中发生问题，那么就需要在第一时间对产生的不确定因素做好相应的排查作业，在最短的时间内发现故障并做好相应的检测工作。就经常出现的问题来说，相关人员需要自己做好检测工作，在第一时间发生问题亦或是将报警装置开启，从而为人员可以及时发现问题得到尽快处理提供方便。
2.3 数控机床的控制工作
由于PLC是利用相关输入端将数控机床进行连接的，这样就可以对其操作面板加以控制。依赖于相关面板及其有关操作面板就可以对整个系统做好严格的控制，从而确保数控机床能够顺利的运作。由于PLC使用到数控机床改造中最主要的是依赖于相关输入信号及其输出信号的科学控制，通过恰当的控制手段确保系统能够依据相关命令合理的运作，最大程度提升工作质量。
结束语
通过以上内容的论述，可以清楚的看到：数控机床的使用在提升工作质量的基础上，还能够为企业带来丰厚的经济效益。但是，数控机床在实际操作的过程中具有一定的繁琐性，这样就会在某种程度上对数控机床的工作水平带来不利影响。而随着PLC技术使用到数控机床中，能够较好的解决这种情况，相信在未来的发展中会得到大力的推广。
参考文献
[1]刘庭辉，刘浩然.基于PLC的机器人自动缝焊工作站系统设计[J].科学中国人，2015（33）.
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[3]闫存富.PLC在数控机床故障诊断中的应用[J].煤矿机械，2011（12）.
关键词:数控;机床;精度
中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1672-3198(2009)16-0281-01
0 前言
前几年,我国很多单位从国外引进了很多中高档数控机床,有的服役期满,有的不能正常工作,处于闲置,造成巨大资源浪费。这些机床共同之处在于机械部分基本完好,精度较高,主要是由于数控系统出现问题而又难以购置配件,不能满足正常生产的需要和现代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。如果利用进口数控系统对现有数控设备进行数控化改造,只需几十万元就能发挥现有设备的作用,而购置一台新的同性能的数控机床则需要几百万甚至上千万的资金,因此,对我国来说数控机床的数控化改造具有明显的经济效益与社会效益,非常迫切。文章基于此在论述了数控机床改造特点的基础上对于常见的提高数控机床改造精度的措施进行了较详细的阐述。
1 数控机床改造的特点
数控改造技术在机械加工行业中的应用越来越广泛,这主要是由于数控改造有以下几方面突出特点和优点:
(1)投资额少、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,特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只是新机床购置费用的1/3,交货期短。即使有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制造与安装过于费工、费钱,改造成本也高2-3倍,但与购置新机床相比,也能节省投资50%左右。
(2)机械性能稳定可靠所利用的床身、立柱等基础件都是重而兼顾的铸造构件,而不是那种焊接构件,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。
(3)熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时,不了解新设备是否满足其加工要求。改造则不然,可以精确地计算出机床地加工能力,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)可采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备地自动化水平和效率,提高设备和档次,将旧设备改成当今水平的机床。充分利用现有的条件可以充分利用现有地基,不必像购置新设备时那样需要重新构筑地基。因此可节约费用,降低改造成本,同时也可缩短生产准备周期。
(5)提高产品质量和工效可以解决复杂零件的加工精度控制,加工的产品尺寸一致性好、合格率高、废品率的、生产效率高。如经济型数控机床,一般可提高工效3-7倍。对复杂零件而言,难度越高,提高的工效越明显。此外还可以减轻工人的劳动强度,提高工人素质促进科技成果的普及和应用,为“体力型”向“智能”转变创造条件。
2 提高数控机床改造精度的常见方法
数控机床在设计上要达到高的静动态刚度,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,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,常见的机床改造方法如下。
2.1 修复机床导轨精度
导轨的作用是导向与承载。导轨在空载和在切削条件下运动时,都应具有足够的导向精度。是机床几何精度的基础,所以,机床在改造时,为了达到预期的精度要求,往往必须修复导轨精度。对不同形式导轨,大概修理方法如下:
(1)使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度:工作台导轨的涂层,就是床身导轨的拓印,它的配合精度必然很高,简化了工艺,缩短了制造周期。应用于机床改造更为便利,效果显著。
(2)铸铁导轨:铸铁导轨的精加工是用刮削的方法得到的,刮研显点为18―25点/平方厘米,同时,必须保证的可靠性。这样才能尽可能的减小摩擦,以及对位置控制精度的影响。
2.2 恢复主轴精度
主轴是主轴组的重要组成部分。机床工作时,由主轴夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动,对加工质量和生产率,有重要影响。所以,改造时必须修复主轴的精度。
对于精度超差的主轴拆卸以后应对其进行全面检查,以便确定修理方案。但大多需要更换主轴轴承、重新调整轴承的间隙调整和预紧。调整后应进行温升实验,温升超过规定值,应减少预紧量。
当主轴轴承重新装配好后,用千分表和标准检验棒,检查主轴锥孔中心线是否和主轴的回转中心重合,如果相差较大,则必须用专用的磨头,重新磨削主轴锥孔,使其回转中心同主轴的回转中心完全重合。
2.3 修复或更换滚珠丝杠
随着现代科技的发展,机械制造业正不断面临着高速度、高精度等新的挑战。滚珠丝杠作为当代数控机床进给的主要传动机构,以其长寿命、高刚度、高效率、高灵敏度、无间隙等显著特点而得以广泛应用,成为各类数控机床的重要配套部件,并己实现了标准化、通用化和商品化。基本上现代的数控机床都采用了滚珠丝杠,但在改造时,一定要恢复其传动精度,或干脆更换新的或更高精度的滚珠丝杠,只有这样才能保证改造后的定位精度,尤其是在半闭环系统中,丝杠不仅要起到传动作用,还要起到标尺的作用,编码器只是测量丝杠的转数,至于工作台实际行走的距离,相当于开环,只能靠滚珠丝杠本身的精度保证。
2.4 利用精密仪器检测机床精度
可以结合具体的机床改造过程,利用先进的激光干涉仪测量系统,对机床的定位精度进行测量,并利用球杆仪快速检查机床精度,诊断误差来源,自动分析机床精度状态,检查出反向间隙、垂直度、直线度、周期误差、伺服不匹配、传动链磨损等,根据检测结果,进行必要的分析,再结合资金投入、新技术应用等因素确定必要的改造、修理方案。在调整机床参数时,尤其是伺服驱动参数,可根据球杆仪的检测结果,进行系统优化,使机床参数更合理,系统更稳定。
在改造完成后,利用激光干涉仪对定位精度进行测量,然后,根据情况进行适当的补偿,可以大大提高机床的定位精度和加工精度。
2.5 减少传动环节的间隙
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。
如果进给传动系统中有蜗轮蜗杆传动,一定要注意,调整好反向间隙,否则,很可能直接影响机床性能。另外,如果进给传动系统中有同步齿形带,也必须进行适当的调整或更换,尤其是在采用半闭环系统中,若此部分不在控制环内,将直接影响机床的定位精度。
3 结论
为了能够大幅度提高数控机床改造后的性能,升级为最顶级的高端机床,有时需要使用高性能和高可靠的新型功能部件。但往往价格非常昂贵,使用时一定要根据实际情况,慎重选择。本文对数控机床改造中提高改造精度的方法进行了较全面的论述,对数控机床改造具有一定的指导意义。
参考文献
[1]沈军.数控机床改造方案的选择[J].数控设备网,2005,(4):25-26.
[2]毕芍.数控机床改造的几点建议[J].机床应用,2003,(6):13-14.
关键词：数控化改造 教学设计 任务驱动
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0125-01
1 课程定位与设计思路
1.1 课程定位
本课程是数控设备应用与维护专业选修课程，主要完成普通机床的数控改造和数控机床原有数控系统的升级换代改造。采取工作过程导向、任务驱动的教学模式，提升学生职业岗位能力，同时拓展学生数控机床安装调试能力，使学生能够进一步强化数控机床机维修的能力，从而增强学生从事数控设备应用与维护的职业能力，提升数控设备维修人才的技术水平。
前修课程为：《数控机床机械装调与检测》、《数控机床电气安装与调试A》、《数控机床电气装调实训》、《数控机床故障诊断与维修A》、《数控机床维修实训》。
1.2 设计思路
通过对数控设备应用与维护专业数控机床装调工、数控机床维修员等就业岗位的工作内容与工作过程的分析，要求从业人员不仅具备数控机床装调、维修技能，还要能够对普通机床进行数控化改造以及数控机床升级改造。在进行机床数控化改造时要完成以下任务。
了解用户提供的机械零件加工要求及其生产组织情况以及用户对机床的改造设想，通过与用户沟通协商，制定机床的数控改造方案，对关键部件进行选型，确定验收标准，然后向用户提出报价方案。
根据企业与用户签订的技术改造协议和关键零部件清单，设计机床改造的主轴系统、进给系统、导轨与滚珠丝杠及其驱动电机的联接结构、电动刀架安装结构的机械装配图及其相关的零部件、电气控制系统图及其电气安装图，编制机械零部件清单和电气元器件清单。
根据机械装配图及其相关的零件图（含机械零部件清单），联系协作企业完成相关的机械加工任务和电气柜的制作任务。联系相关的供应商购置机械零部件和电气元器件（包供应部门）。
根据机械装配图安装主轴系统、进给系统（导轨与丝杠）、电动刀架、硬限位与回零装置。根据电气原理图和电气安装图，安装数控控制系统的两个电气柜。
分别进行数控机床机械系统、电气控制系统的功能调试，继而进行数控机床的精度检测与调试，使其达到国家规定的数控机床检验标准。
根据相关的标准制定检验报告。
2 课程目标
学生以独立或小组合作的形式，通过教师指导或者借助数控系统技术手册等资料，制定普通机床的数控改造和数控机床原有数控系统的升级换代改造作业计划，在规定时间内完成上述计划、实施、检查并进行评价反馈。在实施计划的过程中，使用工具、设备和材料等要符合劳动安全和环境保护规定，对已完成的任务进行记录、存档和评价反馈。
学习完本课程后，学生应当能够进行普通机床的数控改造和数控机床原有数控系统的升级换代改造，包括：①电动刀架的安装与调试；②主轴系统的设计、安装与调试；③进给系统（含伺服系统与导轨丝杠系统）的设计、安装与调试；④PMC控制（含机床操作面板）的软硬件设计；⑤机床的功能调试；⑥机床的精度检验。
3 教学内容
按照数控设备应用与维护专业人才培养目标的要求，本课程采用工作过程导向、任务驱动的教学模式，融“教、学、做”为一体，“知识、技能、素质”培养为一体。
具体学习内容如下。
数控系统的组成，数控机床电气原理图，普通机床数控化改造的主要电机的选择方法，机床数控化改造的机械结构改造，改造的机床PLC程序、数控机床系统参数，普通机床数控化改造的刀架及系统的改造，本课程内容包括两个学习项目，学习项目描述如表1所示。
4 教学方法与手段
《普通机床数控化改造》是一门实践性很强的课程，为突出课程的实践性和职业性，本课程倡导教学方法的多样化。本课程主要采用项目导向、任务驱动法方法，辅助采用案例教学、学生互评、学生实操等方法。
项目导向、任务驱动：在课程中根据数控机床维修人员的需求，选定机床数控化改造过程为项目，以此为导向，让学生完成机床数控化改造的整个过程，以培养学生机床升级改造的技能。结合学院和专业的现有教学和实训条件，以机床数控化改造的工作过程为载体，通过了解机械零件加工要求确认机床改造后需要实现的功能（资讯）、制定机床的数控改造方案（计划）、设计机床改造部分的机械装配图以及电气控制原理图（实施）、小组互评、学生自评教师点评（评价）的工作过程设计教学。
学生互评：每完成一个改造设计任务，各组同学进行互评，相互查缺补漏，以达到知识互补，培养团队协作能力。
关键词: 数控技术 普通机床 数控改造
国民经济的快速发展,对装备工业提出了越来越高的要求。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国名经济的发展水平和速度。数控技术是当今先进制造技术和装备最核心的技术。机床数控技术综合了微电子与计算机技术,自动测量与控制技术,以及先进的机床制造技术,它已经而且还在继续改变人们传统的机械制造技术的概念。我们必须快速提高机床的数控化率,以提高制造能力和水平。
目前我国机床数控化率不到3%。而用普通机床进行加工,普遍存在着各种问题:工人劳动强度大,生产周期长,生产的产品在市场上缺乏竞争力。影响企业的效益、生存和发展,所以必须大力提高机床的数控化率。提高机床数控化率有两个途径,一是购买新的数控机床;二是把普通机床改装成为数控机床,既普通机床的数控化改造。普通机床的数控改造既经济又快捷,是符合我国国情的提高机床数控化率的一个主要途径。
1.普通机床数控改造的意义和必要性
1.1提高企业核心竞争力。
数控机床的精度更高,柔性更大,生产效率更高,更好地满足了市场竞争和工艺发展的需要。可以说,机床数字控制技术的应用是机械制造行业现代化的标志,它在很大程度上决定企业在市场竞争中的成败。
1.2节省更新设备费用。
目前我国机床数控化率不到3%。数控化改造普通机床的同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需新机床购置费用的1/3。即使对原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用。
1.3节省培训工人费用。
在原有机床基础上进行改造,和新的数控机床相比较,工人更容易上手。培训时间短,培训费用少。
2.普通机床数控改造的内容
机床的数控改造,主要是在原有机床的基础上进行重新设计,最终使机床具有或部分具有数控加工能力。如提高机床的自动化程度、加工精度和生产效率。下面以用微机数控技术改造普通车床CA6140为例作介绍。
普通车床CA6140是工厂常用的一种普通车床,存在着一些弱点,如刚性不足,抗振性差,热变形大,滑动面的摩擦阻力大,以及传动元件之间存在间隙,等等,不具有数控加工能力。
2.1CA6140数控改造方案
2.1.1系统的运动方式与伺服系统的选择
改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺、逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能,故应该选择连续控制系统。考虑到属于经济型的数控机床加工精度要求不很高,为了简化结构、降低成本,所以驱动元件采用步进电机,并采用开环控制系统。
2.1.2数控系统
根据机床要求,采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高,可靠性好,功能强,速度快,抗干扰能力强,具有很高的性价比等特点,决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、环形分配器、步进电机功率放大电路等组成,系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
2.1.3机械传动方式
为了机床达到更高的分辨率,采用步进电机经齿轮减速再驱动丝杠,为了保证更高的传动精度和平稳性,尽量减小摩擦力,选用滚珠丝杠螺母副。同时,为了提高传动刚度和消除间隙,采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。
2.2CA6140数控改造成果
2.2.1用滚珠丝杆螺母副替换普通车床上的丝杆及光杆,提高了机床的加工精度和加工效率。
2.2.2用步进电机作为伺服机构,驱动机械部分工作。
2.2.3用自动换刀刀架实现了自动换刀。
2.2.4采用8031单片机,加上一些扩展芯片控制系统工作。具有一定的数控加工功能。
3.结语
普通机床数控化改造具有重大的现实意义,也是必要的。我国有大量的普通机床,这是问题,同时也是巨大的资源。普通机床数控化改造涉及多个学科领域,是一项非常复杂的系统工程。数控化改造要注意与实际情况相结合,因地制宜,以达到最好的效果。
参考文献:
[1]梁景凯.机电一体化技术与系统[M].北京:机械工业出版,1999.
[2]王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京:兵器工业出版社,1999.
一车床的数控改造
（一）、数控机床工作原理及组成
1.数控机床工作原理：
数控机床加工零件时，首先应编制零件的加工程序，这是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变化、起停，进给运动的方向、速度和位移量以及其它如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却的开、关等动作，使刀具与工件及其它辅助装置严格的按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。
2.数控机床的组成：
数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成（二）、设计内容及任务
普通车床（C618）的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。。
本设计任务是对C618卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01/脉冲，横向最小运动单位0.005/脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。
（三）、数控部分的设计改造
1、数控系统运动方式的确定
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C618车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。
2、伺服进给系统的设计改造
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。
闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。
半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。
开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。
经过上序比较，由于所改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
3、数控系统的硬件电路设计
数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。
数控装置的设计方案通常有：
可以全部自己设计制作
可以采用单板机或STD模块或工控机改制
可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动
在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以不课程设计将采取第三钟方案。
（四）、机械改造部分的设计
1、主传动部分的改造设计
将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。
2、进给机构的改造
将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。
3、其它部件的改造
关键词：数控机床 电气改造数控线切割机床
中图分类号： TG502 文献标识码： A 文章编号：
1数控机床电气改造概述
1．1电气改造的必要性
作为实现工业生产自动化、集成化的重要基础，现代数控技术已经渗透到了制造业的各个领域，数控设备的数量和先进水平也成为了衡量企业生产能力、行业现代化程度、甚至是国家综合国力水平的重要标准。随着设备多年的使用和机床技术的不断提高，目前我国很多数控机床设备都存在着电气元件损坏或精度下降的问题，如电气连接件的氧化腐蚀造成其接触可靠性下降，电机整流子磨损，光电器件性能降低，以及漏电等造成的信号畸变和参数偏移等，都使数控设备难以维持正常的工作。而电子技术发展的速度也让很多在技术、理论、工艺方面无法跟上时代的生产厂家遭到淘汰，使原有设备的配套服务失去了保障。与此同时，市场竞争对制造业提出了越来越严苛的要求，企业必须将产品精度高、形态功能复杂、加工时间短、能耗低作为其根本优势，以求得在激烈竞争中胜出的机会，而这一目标的实现必须得到先进、精确的数控机床及其技术的支持。考虑到数控设备本身仍具有很高的资产价值，直接淘汰会造成巨大的成本浪费，因此机床关键部件和关键工艺的改造就成为了摆在企业技术工作者面前，亟待解决的问题。
1．2数控机床电气改造的主要内容
目前数控机床的电气改造主要包括以下内容：对机床故障部分的诊断和修复，即功能复原；翻新其电气系统以提高设备的生产效率和精度，并对无法满足生产需要的电气系统进行更新；此外，电气改造还包括对数控技术进行科技革新，大幅提高数控系统的性能与档次等。
2 数控线切割机床电气改造
数控线切割机床是直接利用电能、热能对金属进行加工，可加工各种特殊性能的材料和各种复杂形状及微细、微精、薄壁、低刚性等零件，其工作原理：放电间隙工作液检测变频计算机环行分配器功率放大步进电机走丝系统程序图纸输入机,数控线切割机床原理：改造数控线切割机床是上世纪85年的产品，其控制方式为开环控制系统：计算机根据输入数据，经过运算给出控制量(输出脉冲量)，通过步进电机驱动工作台移动，移动的距离由指令值确定.工作台纵横向移动采用滚珠导轨——步进电机——消间隙齿轮——精密滚珠丝杠副传动。该机的电气控制系统较为复杂，电子控制技术较为落后，编程复杂，烦琐，需按格式编程，且需用纸带穿孔，用光电机或人工输入、修改、编辑、检验困难，同时电子元件老化，设备故障频繁且不易修复，电气升级改造势在必行，我们应用计算机自动编程控制进行了控制及电气改造。
2.1 控制原理
数控线切割机床运用计算机数字控制系统，电气改造主要是更新控制系统，变原先的分离元件为大规模集成块，控制技术更为先进,其控制原理大同小异，分述如下:功能控制：自动读入控制信息，使计算机数控系统确立相应的工作状态，而控制线切割机床生产相应的动作坐标控制：即位置控制，控制钼丝与工件相对运动的位置与轨迹，计算机控制中，计算机实时计算各点的坐标数据，把脉冲当量折合成脉冲数来表示，计算机发出一定数量的脉冲，步进电机丝杠即转变为相应的位移，位置信息处理：计算机进行插补运算，采用直线或圆弧逐段逼近给定曲线，从而引导钼丝跟踪设计图形所规定的运动轨迹，该系统输入信息的存储、数据加工处理、插补运算以及硬盘驱动器、多功能板。
高频电源控制板机床电器：自动编程卡、步进电机控制板、变频控制板、步进驱动板等机能通过计算机软件完成，而机床的控制则通过计算机与机床的驱动装置，强电系统之间的接口装置实现。
2.2 硬件改造
原数控系统采用北京数据处理技术研究所微型机数控系统，原高频脉冲电源采用上海通用公司2000年产高效型脉冲电源，改造后的控制系统采用专门设计的数字控制硬件插卡，配备INTEL486/PENTIUM 586电脑，15寸彩显，硬件插卡带有接口电路、变频、和高频控制开关，具有元件少，接插件少，可靠性高等特点。控制器系统软件全中文提示；可一边加工, 一边进行程序编辑或模拟加工；可同时控制多达四部机床做不同的工作；采用大规模CMOS存储器（62256/628128）来实现停电保护；系统接入客户的网络系统，在网络系统中进行数据交换和监视各加工进程。高频电源采用DK3D高效脉冲电源。
2.3 控制卡的主要功能
(1)开机操作简化：系统参数设置可永久保留，操作简单易学；
(2) 永久保留内存数据：系统附有可自动充电之镍隔电池供存储器停电状态所需，完善的断电保护功能，如加工过程中突然断电，复电后即可继续加工；
(3)图形显示加工进程，并显示相对坐标X、Y，J和绝对坐标X、Y、U、V等变化数值；
(4)锥度加工应用了四轴/五轴联动的技术，上下异形和简单输入角度两种锥度加工方式，使锥度加工变得快捷、容易。
(5)导轮切点补偿，包括了U轴和V轴，使大锥度切割的精度大大优于同类软件。
(6)可对基准面和丝架距作精确的校正计算，使锥度加工的精度得到保证，并且容易操作。
(7)可将AUTOCAD的DXF格式及ISO G格式作数据转换。
(8)可在一台电脑上同时控制多达四部机床做不同的工作，并可脱机一边加工，一边编程。
(9)加工参数设置包括：3B补偿，加工比例，坐标变换，循环加工和步进速度调节等，坐标变换有旋转、镜象等八种；
(10)可由任意段开始加工，和到任意段结束，以及正/逆向加工；
(11)模拟加工可快速检查程序的终点坐标结果，及预先检查加工过程；
(12)暂停、结束、短路自动回退和长时间短路（1分钟）报警；
3 结语
数控机床的电气改造是一项复杂的系统工程，针对不同企业不同的生产、技术、成本条件，某一设备的最佳改造方案通常具有唯一性。这就更需要技术工作者在了解原有设备的基础上，根据实际环境对其进行优化设计，并在实际改造中确保每一个工艺环节都能正确、流畅地进行，充分发挥设备的价值，最终令企业取得良好的经济效果。
参考文献
[1]沈军.数控机床改造方案的选择[J].数控设备网,2005,(4):25-26.
此次改造与研究中，熟悉机床数控化改造的基本过程，并把各个相关学科的知识融会贯通形成一个有机的整体，为以后的改造工作打下了良好的基础，同时也积累了很多经验，在今后的工作中不断学习，不断实践。
关键词：传统机床； 数控； 改造
一、数控机床改造的意义
数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01mm至0.02mm，已能满足改造后加工零件的精度要求。
企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。另外数控机床改造节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。改造后性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。改造后还能提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
二、机床数控化改造的必要性
数控技术是先进制造技术的核心技术，它的整体水平标志着一个国家工业现代化的水平和综合国力的强弱，具有超越其经济价值的战略物资地位。目前我国企业机械制造整体水平与发达国家相比还有很大的差距。由于我国企业大部分数控机床和数控系统依赖进口，企业承受不了巨额购置费，且易受国外的控制，另外数控机械设备维修力量薄弱，进口的备件维修成本高，设备完好率低，大部分进口机床数控系统已经崩溃，有的甚至在进口后还没使用就已因为各方面原因不能使用等等。因此目前我国企业机床数控化比例极低，不到5%，各企业使用的绝大部分为传统老式机床，很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率。为节约成本，进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值，将大批传统老式机床改造为数控机床是一种必然性和趋势。
我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。但废弃传统机床大量引进数控机床对企业来说是一笔巨大的负担，利用现有设备，提升传统制造业的科技含量，是适合我国国情的一条道路，它不仅完成企业设备的更新换代，而且也有良好的经济价值。
在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大畏工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
三、数控化改造的步骤
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：
机械修理与电气改造相结合。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，根据使用条件选择系统。
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：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。电气部分准备，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。
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
②保留的电气部分最佳化调整
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。
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各部件的验收。
四、结束语
目前我国企业机床数控化比例极低，各企业使用的绝大部分为传统老式机床，很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率。为节约成本，进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值，将大批传统老式机床改造为数控机床是一种必然性和趋势。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。
参考文献
[1] 王仁德主编.机械装配设计基础.东北大学出版社.1995
[2] 王仁德、赵春雨、张耀满主编.机床数控技术.沈阳：东北大学出社，2002
[3] 荣西林.电工与电子技术.北京：冶金工业出版社，2001
[关键字]变频器 数控机床 伺服系统
[中图分类号] TG502
[文献码] B
[文章编号] 1000-405X（2012）-10-76-1
1 前言
机床行业是国际公认的基础装备制造业，是战略性产业，是国民经济的脊柱产业。但随着制造业市场需求的变化、产品升级需求的释放、"振兴规划"和"重大专项"政策的出台，产品结构在不断优化，机床行业将出现结构性复苏机会。目前中国机床产业仅仅在规模方面具有相对比较优势，与机床制造强国相比，在结构、水平、研发和服务能力等方面都还存在明显的差距。机床市场的独特结构加快了变化速度，普通、低档数控机床需求大幅度萎缩，大重型和高档数控机床仍保持稳定。同时也带动了机床行业上的自动化产品的需求增大。变频器、伺服、编码器等自动化产品在机床行业中应用了很多年。由于变频器的高性价比，所以变频器在经济型数控机床和普通机床的数控化改造中使用非常普遍。随着新技术的不断引进，传统的普通机床业在面临的淘汰和技术革新的境地，采用新技术，降低成本，提高产品稳定性是机床生产的关键。下面就以机床拖动方面采用变频调速得改造来阐述变频器在机床行业改造方面的研究和应用。
2 机床改造的现状
传统机床变频器的技术改造，经过近几年的实践运行，整个机床的电气控制系统得到了最大程度的优化：系统操作更简单、方便；通过转矩补偿、防止失速和再启动等功能，实现不跳闸运行，使生产的产品质量稳定、效率提高；具有较高的稳速精度和快速动态响应，能满足高性能场合的传动控制要求；最重要就是帮助客户大幅度降低了维护成本。变频器技术越来越深入的应用，让我们看到其巨大的节能潜能和良好的效益。国内在近几年也涌现出了一大批领先的工业自动化解决方案供应商，为纺织、机床、印刷包装、食品医疗、煤矿等行业中提供先进、适用的解决方案应用已经相当广泛，得到了国内用户的认可。通过对机床进行变频器技术的改造为广大生产厂商带来到技术上的突破的同时也创造出了相应的价值。
3 改造机床的传动特点
通常的情况下老旧机床的拖动系统是由电机来带动齿轮箱进行传动和调速的，这种系统具有以下特点：
1） 负载具有恒功率的性质，在机床的 齿轮箱变速时，其转矩的变化与转速的变化始终成反比。若忽略了齿轮箱的损耗，这样在全功率的范围内机床负载都始终处在恒功率的特点。
2）转速按照档次来进行调速，通常机床的调速箱有8档转速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。速度固定需要哪个速度就调整到相应的档位。
3）调速的控制方式主要由手柄组合的8个位置来进行控制，主要控制四个离合器的分与合，得到齿轮的8种组合，从而得到8档转速。低速时的过载能力强 低速时，拖动系统经齿轮箱降速后的额定转矩将远大于负载的最大工作转矩，有很强的过载能力。
4）变频器具有集成高精度转子磁场定向矢量控制算法，具有250％瞬时转矩控制能力，并且通用型变频器能够兼容多品牌模式PLC运行功能，特别适合机床制造设备应用。其内部具有丰富的扩展选件：编码器接口板、I/O扩展板、可参数复制的操作面板等，适合未来机床的进一步更新和改进。
4 变频器在机床改造中的具体应方案
以笔者曾经工作过的（某某机械加工厂）为例，该厂主要应用的是经济型简易数控机床，由于这种机床的调速电磁离合器的损坏率十分的频繁，经工作人员对变频调速系统具有的优点进行论证，最终决定改用变频器实现机床的变频调速。具体情况如下：
在利用变频器技术改造该系统中，变频器采用外部端子控制，数控系统所发出的是支流 0V到10V的电压信号通过变频器的相关固定功能的端子送入到变频器，从而实现数字量来设定电机转速再通过模拟量变频输出的对电机进行控制。电机转速的快慢主要由变频控制系统输出的电压值信号的大小来控制。数控机床电机的正转和反转运行主要由操作通过变频器的FWD，REV7与DCM端子来实现控制。机床的各种保护信号通过变频器的常开、常闭触点来进行控制，能够实现系统的过流过压，设备的过载，以及过热、负压、缺相等故障的保护。在实际的机床改造中，在正常工况下经过工作人员的反复试验，利用变频器改造的机床完全符合设计的要求，并且取得了令人满意的运行效果。
5 应用变频器进行改造的优势
1）变频器的速度调节范围十分的广泛，一般的通用型变频器都能够实现0到400HZ范围内的变频调速，所以在对机床进行变频改造的时候应该选择符合机床情况的品牌型号。
2）由于机床要求具有较硬的机械特性。这一点非常符合变频器+普通电机（或变频电机）传动具有机械特性硬的特点。通常情况下，变频器一般在低频工作下都具有提供150%负载转矩的能力。
3）在机床工作的过程中，当机床需要在低速运行时，其需要具有强大过载能力。应用变频器进行改造能够提供150%的过载保护（60S），这一点可以充分的满足机床设备的要求。
4）在对机床进行变频调速的改造以后，能够简化机床齿轮变速箱等原来比较复杂的机械拖动组织，使系统的自动化程度大幅提高，操作也变得简单和人性化，并且由于变频器的集成度较高也使得系统的维修更加的方便。
5）目前市面上的变频器大多具有电压直流零到十伏，以及电流模拟输入接口，这一点能够与机床的数控系统的控制信号有较好的兼容性，系统控制信号也十分的匹配。
6 总结
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大。作为数控机床的执行机构，电机伺服系统经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。而数控机床中的伺服系统中变频器的应用也获得了越来越广泛的推广，变频器的种类和型号繁多，适用面非常的广泛，可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等高精加工机床的发展，具有网络接口的全数字变频系统等将成为数控机床行业的关注的热点。
参考文献
[1]宗鸣摘；刘旭东；李湘媛 产品模块化设计中模块划分的多角度、分级特性讨论 2003（01）
[2]齐尔麦；徐燕申；谢艳 模块化数控机床概念设计的研究 2003（01）
高档数控系统改造企业进口设备
成果介绍：该项目是针对我国国有大中型企业现状和中科院沈阳计算所高档数控技术的特点，进行的一项企业改造的系统工程。该项目投入少，产出大，符合我国国情，对促进传统产业的技术改造，加速企业的技术进步，提高生产力具有积极的意义。该项目在执行过程中，不但完成了鞍山高压容器厂的用于生产高压气瓶进口生产线的技术改造，而且完成了沈阳黎明航空发动机集团公司从日本东芝公司引进的BMC-10B(5)五坐标加工中心数控系统的改造、鞍山钢铁集团公司无缝钢管厂的进口车丝生产线的改造。
该项目控制技术，采用全新的先进的控制系统和方法，即用高档数控系统控制全液压式传动系统，其技术难度在于把传统的液压传动系统用数控系统来控制，并保证其稳定性和精度。这是一新的课题，经过努力探索出一套参数匹配与修调的规律，满足了高精度钢瓶生产的需求。这是本项目的关键技术所在。沈阳黎明航空发动机集团公司的BMC－10B(5)日本东芝五坐标加工中心数控系统更新改造，是在蓝天数控系统的基础上，针对机床工艺特点进行技术创新，解决大行程反馈控制、二轴的同步轴控制等关键技术，改造后的机床精度明显提高。该项目为黎明公司盘活企业资产，取得了明显的经济效益。因为改造的加工中心是二手设备，一台50万美元，改造费40多万元人民币，只相当数控机床现价的10％，投入生产飞机发动机的关键部件加工，每件部件就价值几十万元人民币。
NC数控系统
成果介绍：：我国制造业正面临着“挡不住，出不去”的十分严峻的形势。国外企业正在瞄准中国这个巨大市场，大量高质量、高附加值的产品严重冲击着中国市场，我国制造业正承受着国际市场竞争的巨大压力。数控系统和机床，作为国民经济制造业的重要基础装备和基础设施，在国内和国际贸易中，是个高附加值和高利润的重要高新技术产品，它是关系到国家综合国力和国家战略地位的基础产业。沈阳计算所等单位，在多年研发的基础上，在数控系统、伺服/主轴系统等方面，已具有一定的产业化规模，并出口俄罗斯，通过进一步的攻关，使国产数控系统占领国内的主要份额，并使传统的机床行业发展成高新技术的数控机床产业。
该项目是利用各自的优势进行技术合作，合作开发面向俄罗斯市场的数控产品和用于中国市场尤其是数控化改造的系列数控产品，开发NC100―6轴高档数控系统、NC110―16轴高档数控系统和NC200―4＋1轴中高档数控系统及SFC数控滑台。采用新一代开放式体系结构。
硬件平台建立在486IPC工业标准上，采用总线转换技术，实现系统主要模板、接口的标准化；软件平台建立在实时多任务操作系统上，集成PC技术、NC成熟技术以及用户扩展功能。
近年来，俄罗斯的经济开始复苏，机械行业对数控系统的需求逐年增加。世界各国的知名数控生产厂商都纷纷瞄向俄罗斯市场，计算所NC系列数控系统由于具有较好的性能价格比，在俄罗斯市场备受欢迎。同时，在国内市场，尤其是在机床数控化改造方面，NC系列数控系统已大显身手，国内需求量急剧增加。
应用范围：广泛应用于制造业。
蓝天系列高档数控系统
成果介绍：：该系统可与有关机床生产企业的高级机床配套成高档数控机床，也可直接装备有关机械加工制造业最终用户的加工中心、车削中心、数控车/铣/磨床、FMC、FMS和CIM及激光加工等，以进行高精尖产品加工，还可用于国有大中型企业的国产或进口生产设备控制装置的技术改造。
合作方式：可提品和技术，可进行技术支持与服务。
产品性能：蓝天系列高档数控系统，主要包括LT-7500、LT-8500、LT-9500和LT-3200四个系列十几个型号，其中LT-8500和LT-3200系列是在国家“八五”重点科技攻关和中科院重大项目中取得的重大科技成果。该系统是数控机床的控制系统，是高精度、高效率、高柔性的控制器，可自动实时地控制各种高级机床进行各类复杂零件的加工。该系统解决了先进的缩小化系统设计、软件自主版权和高可靠性等长期困扰我国数控机床的关键技术，不但使我国的高档数控技术从无到有，而且达到国际先进水平。系统的兼容性指标符合国家有关部门验收条例的要求，并且达到国际IEC1000-4标准。
该系统可根据需要自动生成，多过程（≤5）、多轴控制（≤17）、多轴联动（≤8）、多种工艺（T、M、G）、多CPU（主、轴、网络）配置，PMC和网络软件。具有多种先进的插补算法、丰富的编程手段和很强的网络功能。
以LT-8520/8530高档数控系统为例，其主要性能和技术指标是：1.多CPU功能分布。可多至4个（系统总线主设备），一个SYS CPU，3个 NC CPU，80286/80287芯片；2.多过程。可多至5个同时性独立加工过程，过程间可同步；3.多轴控制：按目前13槽机箱，每一过程可控制多至15个轴（8个坐标轴、6个点到点轴、1个主轴）；4.多轴联动：每一过程可多至8个联动轴（8个坐标轴）；5.最大编程尺寸：±99999.9999mm；6.最小编程分辨率：±0.0001mm；7.最大编程快速进给率：100m/min；8.最大切削进给率：48/min（当1μm时），4.8/min(当0.1μm时）。
进口机床的数控化技术改造
成果介绍：：针对引进的大型进口立式车床多年使用情况和机床本身的机械、电气、液压特点，实现数控化更新改造，用先进的CNC控制技术提高机床的质量和档次，用CNC集成编程技术开发ATC等软件提高机床的自动化程度，针对机床不同的工艺特点进行技术创新。
国内数控机床数控化市场潜力很大。机床数控化改造，能够达到少投资，见效快的目的，是一项新兴起的行业，具有极大的市场前景。
合作方式：提品与技术服务。
产品性能：主要包括：基于原机床X、Z轴机械部分采用齿轮齿条传动，采用感应同步尺作为全闭环位置反馈元件，接口方式选用鉴相式动尺激励定尺反馈，脉冲当量0•25μm；手动操作和数控操作相互独立、可以任选一种方式，即手动操作可以不依赖于数控系统；开发机床刀库运动及换刀等辅助动作的软件逻辑程序，实施一次装卡多次换刀切削。改造后机床的整体技术性能改进很大，达到同类进口新机床水平。
主要技术指标：控制系统蓝天7501数控系统；CNC控制X、Z轴，控制精度0.1μm，脉冲当量0.25μm ；X轴定位精度：在全行程2100mm为0.01mm，Z轴全行程为0•01mm；12位刀库的随机交换，重复换刀精度小于0.01mm；GTL 、G代码、参数编程。
SFC系列数控滑台
成果介绍：SFC系列数控滑台，通过省部级技术成果和新产品鉴定，获国家专利授权，被列入2001年度国家级重点新产品。被誉为是“填补了国内空白，处于国内领先水平”的高新技术产品。
可广泛应用于各种普通机床、钻床、六角车床和管子车床的数控化改造。普通机床安装数控滑台后，可加工圆锥表面、圆弧曲线表面、高精度锥螺纹等各种形状复杂的零部件。
产品性能：SFC系列数控滑台，是根据国内大批普通机床设备数控化更新改造的需要而开发出的新产品。该产品是一种独立的机电一体化控制装置，是用于普通机床进行数控化改造的配套设备。该产品采用模块化设计，具有淬火的钢导轨和由滚珠丝杠传动的X轴、Z轴滑板等功能，精度高，刚性好，寿命长。安装、调试和使用简便。一台普通机床安装该装置后，既是手动的普通机床，又是简易的自动数控机床，不但实现了“一机两用”，而且性能高、成本低、无风险。是机床数控改造中的一种创新设计。
SS-9501T经济型数控机床控制系统
成果介绍:SS-9501T经济型数控机床控制系统，用于控制经济型数控机床。系统处理速度快、控制精度高，具有快速定位、两轴直线/圆弧插补，公英制单头、多头螺纹加工，机械原点、相对原点/坐标变换，绝对、增量或混合编程方式，手动、自动加工方式和空运行方式，刀具补偿、丝杠间隙补偿等功能；同时具有实时倍率修调、坐标位置保持、柔性齿轮比、标准RS-232通讯和系统I/O状态显示等功能。系统硬件上的信号传递全部实现硬连接，首次采用4个CPU，设计合理可靠性高，机械结构简单，可维护性好。软件采用模块化设计，流程清晰，便于增加或裁减系统功能，以满于不同的控制需要。系统的电磁兼容性指标符合国家有关部门验收条例的要求，并且达到国际IEC1000-4标准。该系统可与经济型数控机床配套，也可直接装备工业企业的经济型数控机床。
该系统性能价格比和工程化及商品化程度较高，控制功能完全可以满足经济型数控机床的实际需要，在国内市场具有竞争力。
统及数控加工中心开发
该成果包括：(1)开放式数控系统硬件平台的系列化研究。由于国内高中档数控机床绝大部分依赖进口控制器，其中95%来自国外，这一现状限制了国内高档数控系统的发展。本开发团队数控系统的工作虽取得成效，但是产品的系列化程度远未满足市场需求，因此，我们将其列为首要的研究内容。
(2)开放式数控系统软件平台的系列化研究。软件平台的研究最重要的就是保证控制系统体系结构的平台无关性，并且要满足网络化、智能化要求。
(3）高度开放式控制器体系结构研究。追踪和研究美国开放式模块化结构控制器(OMAC)标准规范,同时参考美、日、欧的流行标准，如SOSAS和OSACA等，提出我国的开放式数控系统体系结构和标准规范，并用面向对象（OO）的理论、方法及特定领域的软件体系结构（DSSA）开发方法建立其软件参考模型。
(4)加工过程的智能控制理论与方法。采用先进的实时自适应自动调节控制技术（A3ART），实时地控制机床的进给速度与主轴速度，在最佳状态满足高速与高精度要求，防止进给率变化引起的机械振动，发挥机床的最大生产率。采用模糊控制、专家系统、神经网络、遗传算法等人工智能技术（AI）技术，在人机界面、加工过程、诊断过程等方面提高CNC系统的智能化程度，提高生产率。例如，自动生成最佳的CNC系统配置、工艺参数配置与PLC配置的关键参数；实时补偿加工过程，因机床运动、周围环境条件和各类其它因素变化引起的误差；减少机床空转，发挥最大生产效率，减少生产成本；增加自学习功能等。该成果在多家企业应用。
高速高精镗铣加工中心用数控系统及设备开发
1.开放式控制器体系结构研究
追踪和研究美国开放式模块化结构控制器(OMAC)标准规范,同时参考美、日、欧的流行标准（如SOSAS和OSACA等）以及我国正在制定的相关标准，提出开放式数控系统体系结构和标准规范，并用面向对象（OO）的理论、方法及特定领域的软件体系结构（DSSA）开发方法建立其软件参考模型。
2.开放式数控系统软硬件平台的研究开发
工业标准总线和现场总线技术研究
工业标准模板开发与配置：标准工控 CPU模板，SOC技术及基于SOC的控制模板，数控接口设备板等。
数控软件系统的模块化、组件化设计与实现方法
应用程序接口（API）及人机界面生成软件等
典型加工工艺应用软件：如M（铣），T（车）加工工艺软件，镗铣（加工中心）工艺软件，TC（车削中心）工艺软件等。
3.嵌入式实时控制系统开发环境的研究开发。基于嵌入式实时操作系统及开发环境来开发嵌入式的工业控制系统已经成为当前数控和其他工控系统的主流开发模式。
4.构建高速高精度运动控制算法库。核心算法构件化，实现算法软件的组件化，通过构件库的建立，减少传统控制器设计中的重复开发，实现软件复用，缩短新产品的开发周期，降低开发成本，探索一种新型控制器软件的生产模式。
关键词：机床；电气设备；维修技术
引言
数控机床电气设备质量的好坏以及工作效率的高低将在很大程度上决定我国生产力发展水平的高低。因此，如何有效保证机床电气设备的顺利运行已经成为实际应用中亟待解决的问题。保证机床电气设备维修技术应用的高效性，对于整个国家生产力的发展都有着至关重要的作用。
1机床电气设备故障问题的原因
（1）机床中部分设备的质量下降。机床是由各种不同类型的器件共同组成的，机床质量的好坏与机床各元件质量的好坏有着密不可分的联系。机床在工作过程中，会由于工作需求的不同产生不同程度的震动。如果机床的生产质量不过关的话，就会对机床的工作效率产生不利影响，使机床出现电气故障。
（2）电源问题引起的电气故障。电源是保证数控机床高效工作的核心。因此，在工业生产过程中一定要注重对电源的检查，防止由于电源故障引发整个机床工作系统的瘫痪，造成不可估计的损失。
（3）数控系统的设置出现问题。数控机床主要是指机床通过执行计算机程序所下达的指令，来有序的进行生产工作。如果数控系统在进行设置时不够精确，就会很容易使机床出现无法准确定位零点方向坐标、位置报错等问题，从而影响机床的正常工作，引发电气故障。
2机床电气设备故障诊断措施
（1）直接检查排除故障。在数控机床电气设备故障排除工作中，直接检查法是最为直接、有效的方法。它主要是通过工作人员的视觉感官、触觉感官来实现的，但很难准确的查找出引发数控机床出现电气故障问题的根本原因。
（2）接口检查法。数控技g在机床生产中的应用，主要是依靠可编程逻辑控制器来实现的。因此，保证数据信号传输的准确性和及时性，对于整个机床的高效运行都十分重要。一旦数据传输信号的接口出现问题，就会造成数据传输错误、数据丢失等问题，使数控机床的控制系统紊乱。所以，相关技术人员一定要时刻监控接口显示灯的工作状态是否存在异常，及时排除安全隐患。
（3）使用检测仪器进行检查。在对数控机床进行检查时，会应用到各种类型的仪器，所以在检查前可以先用以上两种方法进行故障排除，然后针对问题进行仪器选择。比如，在检查电源时，就可以使用电工仪表测量电压值，然后再与正常数据进行对比，检查设备是否存在故障。
（4）调整工作参数法。与传统机床相比，数控机床的生产方式更加多样化，能够满足不同产品的生产需求，这也就对操作人员的专业技术水平提出了更高的要求，需要他们能够根据生产需要及时的对相关机器参数进行调整，防止在生产过程中由于数据参数与生产需求不匹配，引发机床出现电气故障的问题。
（5）完善报警系统。数控机床在使用过程中，一些配件会由于长时间的使用而出现磨损，如果更换不及时，就会出现电气故障，增大维修人员的工作难度。因此，完善机床报警系统，无论是对机床的使用安全来说，还是对保证机床工作效率而言，都有着不可忽视的作用。常见的报警装置有，信号灯闪烁以及声音提示两种，它们在数控机床中的应用，能够极大地简化机床维修的工作流程，提高机床电气维修技术应用的有效性。
（6）保证配件置换的及时性。在机床生产过程中，配件很容易出现磨损，而一部分机床配件中又包含着较为复杂的电路，从而很难在短时间内检测出发生故障的位置。所以，保证配件更换的及时性，不仅能够减少机床发生电气故障的可能，而且还能够最大程度的保证机床的工作效率。工作人员在更换完配件之后，不应该将配件直接丢弃，而应该检查配件是否出现问题，及时进行维修，在保证生产安全的同时减少成本支出。
3机床电气设备维修优化措施
3.1加强调试和验收
机床电气设备故障问题，可能是由多方面因素共同影响而产生的。如果维修人员没有进行全面的检测，只针对其中的某一部件进行维修，则不能彻底解决数控机床的故障问题。为了避免故障返修所造成的损失，要求在机床电气设备维修改造后，必须进行调试和验收。首先，应当安排专人对机床的机械动力装置、传感设备、液压系统进行调试，调试期间按照由外到内、由易到难的原则，逐步完成调试工作。其次，调试工作完成后，进行整机验收。启动数控机床，在机床运行过程中观察其各项工作参数，并对照相应的标准。确保各项参数符合标准范围后，进行验收。
3.2建立高素质的维修队伍
数控机床作为一种集合了计算机技术、信息技术和工程加工技术的综合性高科技产品，要想确保其应有功能的最优化发挥，必须培养一支综合能力强、专业素质高的现代化技术队伍。一方面能够确保机床电气设备基础维修改造工作的高质量开展，另一方面也能够定期做好机床电气设备的维护，避免大的故障问题的发生。从企业角度来说，应当加强对人才队伍建设的重视程度，并积极创造充分的人才培养机会。例如，可以聘请该行业领域的专家，定期来单位进行专业知识讲座，教授操作人员基本的维修和改造技巧；还可以挑选部分优秀员工，外出学习和深造，实现理论、操作水平的协同进步。
3.3做好设备的检修管理
对机床电气设备的检修管理工作也是十分有重要的。一是合理的维修方式。在维修的过程中，应该按合理的维修流程进行，选择科学合理的维修方式，不能只是为了解决这次的问题而投机取巧，更为重要的是对机械设备的另一种保护。二是状态检测维修。在日常工作中，应该对每个零件进行维护工作，确保所有零件都是正常的，从而保证设备的正常工作。三是设备日常维护。有些设备可能在一段时间内并没有工作，但是在日常的工作中还是需要进行维护的。
