数字环境下的普通机床数控改造措施

0 引言

　　制造技术是衡量一个国家工业化水平的标志，随着我国经济飞速发展，我国制造业取得了长足的进步。

　　数控机床的拥有量和技术水平的高低是一个国家现代制造业实力的重要标志，当前我国正处于从机械制造大国向机械制造强国转变的关键时期，数控机床在汽车工业、航空航天工业、模具等行业已广泛应用。

　　它提高了零部件的性能水平、加工质量和生产效率，为数控机床的使用者创造了巨大的效益。

　　1 、国内外数控改造研究现状

　　日本、美欧等一些发达国家对数控改造非常重视，一些制造企业为提升企业核心竞争力想尽办法把普通机床改造成数控机床，甚至有些公司将普通机床数控化改造发展成一项产业，如德国的 Schioess公司、美国的 US 设备公司，这些公司都是世界知名普通机床数控化改造公司。

　　受到当时制造技术限制，我国机械制造业普通机床在机械制造加工业中有约 80%设备比例，数控化程度很低。由于当时数控化改造技术相对落后，我国数控化机床改造技术主要应用在国防军用机床设备，从 20 世纪 80 年代未起，一大批精通数控机床技术专家对普通机床数控化改造技术进行大量卓有成效的开发研究，取得了相当显著的成就。

　　2 、普通机床数控化改造的必要性

　　2.1 普通机床在数字环境下存在不足

　　普通机床受技术限制，在加工精度、加工质量稳定性、可靠性、生产效率、改善劳动条件、生产管理现代化方面与数控机床相比相差甚远。普通机床工艺简单、功能单一，只能进行单一工序操作，而对于较多工序零部件、复杂零部件生产要求无法完成。

　　加工时间以及辅助时间多影响效率，普通机床加工精度低、自动化程度低，很多操作工序依赖工人操作，劳动强度高，产品质量一致性差，常常无法保证加工零件高质量。

　　2.2 普通机床数控化改造后所具有的优点

　　柔性较好，数控机床不同普通机床在加工零部件时需制作许多夹具、模具并经常更换，零件在改造后的数控机床上加工，关键取决于程序的设计、输入、编辑，并不需要对机床经常调整；加工零件质量稳定、一致性好，在一台数控机床上加工一批零件使用同样的加工程序和刀具，加工条件完全一致，走刀轨迹完全相同；生产效率高，数控机床与普通机床相比，与加工中心的刀库配合零件的辅助时间和加工时间可有效地减少，数控机床允许机床进行较大切削量的强力切削，进给量的范围扩大。

　　另外，与加工中心的刀库配合使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，工序间周转时间大大减少，提高了生产率。

　　数控机床的加工精度一般可达 0.05mm——0.1mm，数控机床丝杆螺距平均误差与传动链的进给反向间隙可由数控装置进行曲补偿，数控机床是通过数字信号形式来实现控制其加工精度，机床每移动一个脉冲当量需由数控装置输出一脉冲信号，因此，数控机床定位精度比较高。

　　利用现代化生产管理，在数控机床进行零件加工时，可对所使用的夹具、刀具进行规范化，并精确估计该零件辅助时间、加工时间，实现现代化管理。数控机床与普通机床相比改善了劳动条件，加工前调整好数控机床，输入程序并启动，数控机床自动连续地对零件进行加工，直至零件加工完成。

　　3 、数字环境下数控化改造措施

　　3.1 充分了解被改造机床

　　数控机床一般是由测量系统、伺服系统和数控系统组成。普通机床数控化改造究竟是要局部改造还是全部改造则要由普通机床改造费用和原有的参数性能决定。在数控化改造过程中首先要明白现有需改造机床的功能、参数、机械传动精度、运行状况，再预先估计普通机床改造后的性能是否能满足要求，具体要明确如下事项：

　　（1）确定需改造普通机床的型号。

　　（2）对需改造的普通机床机构参数、性能参数要把握准确。

　　（3）普通机床数控化改造，应慎重选择控制轴数目，因为轴数目直接决定选择哪种数控系统与之匹配。

　　（4）普通机床数控化改造前必须清楚原机床核心功能部件如变速箱、刀架等，这样才能保证数控化改造后的机床能够生产加工复杂零件。

　　（5）为了保证普通机床数控化改造后达到精度要求以及功能预期，对数控化改造后的数控机床所具有参数性能及机械结构参数要有足够的估计。

　　（6）普通机床数控化改造前需了解机床的一些辅助安全性能参数，以保证机床数控改造后操作人员的人身安全。

　　（7）普通机床数控化改造过程中还要考虑现有的电气控制系统是否能够满足改造后数控机床的要求，如果不能都达到要求，就须通过可编程逻辑控制器来进行改造。

　　3.2 基于数字环境下数控系统选型

　　基于数字环境下普通机床数控化改造关键是数控系统选型。选型时依据需改造机床的机构参数、性能参数选择合适的数控系统与之匹配，才能保证普通机床在改造后按照事先默认计好的功能要求进行零件加工，否则无法达到功能预期。

　　市场上功能不一、类型不同的数控系统纷繁众多，因而在基于数字环境下选择数控系统时，应充分考虑改造前普通机床的功能及特性、数控化改造后所要达到的精度要求、功能预期以及预期改造费用；而且在选择数控系统时要特别注意改造时所选数控系统的厂家能提供的技术支持。

　　不同数控系统对需改造的机床的机械结构、驱动装置都有不同的具体要求，不是全部机床都能进行数控化改造，更不是任何需数控化改造机床与所有不同数控系统都匹配，必须选择合适的数控系统与之匹配，才能达到数控化改造目的。

　　3.3 基于数字环境下的机械结构设计和改造

　　普通机床数控化改造关键是数控系统选型，但是为了使数控化改造机床达到加工精度、功能参数、电气供给系统以及机床安全操作规程等要求，在改造过程中对机床机械结构部分不得不重新设计、改造。首先，基于数字环境下的机械结构设计要求。必须要对机床传动轴等机械部件进行受力分析，以确保数控机床能进行较大切削量的强力切削，进行受力分析时依据机床行业标准及国家标准执行。

　　根据受力分析、计算结果，确定为了保证数控化改造机床达到加工精度、功能参数、电气供给系统以及机床安全操作等要求所需要的主要受力机械零件的大小尺寸以及供给动力装置，数控化改造机床在对机械结构进行设计和改造时，可参照改造成功案例，查阅相关技术文件资料，到改造成功企业现场实地调研。

　　将 CA6140 型普通车床进行数控化改造，在整个设计过程中必须实现如下要求：原车床的主传动系统予以保留，横向进给系统由微机实现开环控制，两轴联动；刀架采用自动转位刀架，具有切削螺纹的功能；在 X 向上，进给脉冲当量为 0.005mm / 脉冲；在 3——1000mm/min 进给速度范围进行无级调速，在X 向、1000——3000mm/min 内任意设定快进速度。

　　其次，基于数字环境下的机床机械结构改造要求。尽可能在机械构件改造时尺寸不变或者变化不大，并采用理想的机械传动结构装置满足最大传动比，以提高生产加工效率；所需改造的机械零部件必须达到一定的精度要求，如表面粗糙度、形位公差、硬度、强度等以确保运动部件之间光滑，减少摩擦阻力；在不需增加动力的情况下，可保证数控化改造后

　　的机床能够生产加工更多复杂的零件。

　　将 CA6140 型普通车床改造成经济型数控车床，横向进给机构的改造：将小拖板和手动刀架改造成数控刀架；滚珠丝杠螺母副取代溜板箱、光杆进给箱和普通丝杆；调整操作的手动机构保留不变，同时保留支撑结构，齿轮箱体、步进电机安装在中拖板的后侧，齿轮箱采用一级齿轮减速。

　　4、结束语

　　本文已重点阐述将普通机床改造为数控机床的关键措施，并提出了数控化改造普通机床技术路线，以期对需要进行普通机床数控化改造的企业有所帮助。