数控机床改造
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数控机床改造范文第1篇
关键词：电动刀架 数字化改造
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）07-0102-02
数控车床电动刀架是数控车床的重要功能部件，主要完成零件加工过程中的自动换刀。使机床在一次装夹中完成多工序的加工，有效的减少刀具多次装夹带来的加工误差，刀架用于夹持切削用的刀具，其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。因此数控车床的刀架选择的好与坏、效率高与低将直接影响到产品的加工时间和质量，随着制造业的不断发展，对自动刀架的功能及性能要求也越来越高，原有的四工位刀架常常不能满足盘式零件加工要求。本篇主要介绍如何用卧式六工位电动刀架取代立式四工位刀架，以提高数控机床使用性能。
图 1-1 所示为数控车床自动回转刀架机电系统，其中包括控制元件、动力源、传动装置、刀架体与检测装置。PMC作为控制装置，通过程序控制电机的起停与正反转，电机作为动力源，通过传动装置控制上刀体的抬起、下降与转动，霍尔元件作为检测元件，检测上刀体是否到位，到位信号反馈给PMC，共同控制电机的运转。
下面从机械与电气两方面做一说明。
二、刀架选择及安装
1.刀架选择
数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的自动回转刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。
电动刀架已经形成了系列产品，国内许多厂家已有定型产品，如：立式四工位刀架、卧式六工位刀架、八工位刀架、十工位、十二工位刀架等，我们在改造时只需要根据产品加工的工艺要求，选用卧式六工位刀架，如下图（b）。
2.刀架安装
与原刀架高度及尺寸相近视，刀架电控系统与原刀架电控系统电平一致，机械参数可以参考同类机床进行类比，中心高不能过高，低了可以用垫板垫；安装尺寸也要合适，可以采用过渡件安装。
3.电气改造及调试
电气控制部分改造分两步，线路改造和刀架控制梯形图的编写。
3.1电气部分改造
电气部分，刀架电机主电路不变，原刀架四个刀位输入信号地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三个可作为六工位刀位信号使用，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测和控制，信号是BCD码，X2.4可作为刀架加紧信号输入，需增加X2.6、X2.5两个输入点作为刀位选通信号及刀架电机过载保护输入端，系统其它电气控制部分不再改动，下图为改装后的原理接线图。
3.2刀架结构及动作分析
经济型数控车床刀架式在普通车床六方位刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通六方位刀架一样：有6个刀位，能夹持六把不同功能的刀具，方刀架回转60°时，刀架交换一个刀位，但方刀架回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架为例来说明其结构与原理，如下图3.2所示。
3.3刀位信号
3.4自动刀架控制涉及到的I/O信号
PLC输入信号： X2.1～X2.3：1～6号刀到位信号输入；X2.4：热继电器信号输入；
X2.5：行程到达信号输入； X2.6：角度编码器位置选通信号输入；
X2.7：电源空开信号输入； PLC输出信号： Y2.4：刀架正转继电器控制输出；
Y2.5：刀架反转继电器控制输出。
电动机的正反转由接触器KM6、KM7控制，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关SQ1进行检测，地址为X2.5。刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测和控制，信号是BCD码，分别是X2.1、X2.2、X2.3。刀具位置选通脉冲信号为X2.6。电动刀塔过载保护输入信号为X2.4。选通信号X2.6为1时表示刀架已经旋转到某个刀位位置，这时的具体刀位号由X2.1、X2.2、X2.3来确定。
3.5电气设计要求
机床接收到换刀指令（程序的T码指令）后，刀架电动机正转进行松开并分度控制，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为10s，每次分度时间超过10s系统就发出分度故障报警。刀架分度并到位后，通过电动机反转进行锁紧和定位控制，为了防止反转时间过长导致电动机过热，要求电动机反转控制时间不得超过0.7s。电动机正反转控制过程中，还要求有正转停止延时时间控制和反转开始的延时时间控制。自动换刀指令执行后，要进行刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成T代码功能。自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T代码错误（T=0或T>7）时相应有报警信息显示。
3.6控制软件的设计
电动刀架控制系统软件执行过程为：换刀系统接收到换刀指令后，系统首先读取刀号存储单元中存储的当前刀位号码，并将该存储单元中的刀位号与换刀指令给出的刀位号比较，如果相同，则不需换刀，系统继续向下执行程序；如果当前刀位号码与换刀指令给出的刀位号不相同，则PMC的Y2.4脚输出高电平控制刀架电机正转，并不断检测刀位到位信号，当检测到刀位到位信号后，PMC的Y2.4脚输出低电平，停止刀架运转，同时在Y2.5脚输出高电平，电机反转，同时启动定时器（电机反转的时间必须严格控制，时间过短，刀架无法锁紧，时间过长，会导致电机过载而烧毁），延时时间一到， Y2.5脚输出低电平，电机停止旋转，完成换刀过程。
接下来就要完成FANUC系统PMC刀架控制梯形图的编制，根据刀架换刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形图的编写。
对一台特定的数控机床，只要能满足控制要求，对梯形图的结构、规模并没有硬性的规定，我们可以按思路和逻辑方案进行编程。但理想的梯形图程序除能满足机床的控制要求外，还应具有最少的步数、最短的处理时间和易于理解的逻辑关系。
3.7调试
3.7.1顺序程序的输入、调试
数控机床改造范文第2篇
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
第二章总体方案的设计
2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：
第三章微机数控系统硬件电路设计
3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。
VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。
参考文献：
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数控机床改造范文第3篇
关键词：计算机；机床；数控化；改造；方案
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(computer numerical control)，简称cnc。计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。
1 数控机床概述
数控机床就是将加工过程中的各种操作（如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码或程序来表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带、磁盘等）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
2 机床的数控化改造方案
2.1进行改造项目的可行性评估
2.1.1 对其价值做出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①系统及操作子系统；②伺服系统包括电动机；③机床电气；④机械本体床身、立柱、导轨和丝杠等；⑤刀库机械手系统；⑥自动工作台交换系统等。每一个子系统根据实际情况，都可以做出相应的价值评估。
2.1.2 评估改造后能达到的目标，即有什么样的机床准确度和使用性能。
2.1.3 进行成本的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。投人的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统；②机床电气及附件更换；③机床机械元部件准确度修复和维修保养；④机床辅助系统如液压系统、冷却系统等维修保养；⑤机床外观质量的修复；⑥机床改造后的调试检测；⑦机床改造所需的技术劳务费。在受改造费用限制时，可以修改改造目标，降低一些要求以减少投入费用。
2.1.4 对改造方案进行风险评估。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状准确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。因此必须做出风险评估和制订相应对策。一般做法是在工程项目费中，设置不可预见费用。
2.1.5 性能价格比评估。为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价格作为标准进行比较。
2.2 数控系统的选择
数控系统是机床的核心，在选择时要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑。数控系统主要有3种类型：步进电机拖动的开环系统；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；交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机等。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。该系统的位移准确度主要决定于步进电机的角位移准确度，齿轮丝杠等传动元件的节距准确度，所以系统的位移准确度较低。但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
2.3 伺服系统的选择
伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统cnc系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪度、定位度等重要指标均取决于伺服系统的动态。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。
2.4 机床机械部件的改造
一台新的数控机床，在设计上要达到很高的动态刚度；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此要求，并注意下述几方面。
2.4.1 导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向度和工艺外，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。
2.4.2 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准确度等级都比普通机床高。
2.4.3 滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链准确度。丝杠的选用主要取决于加工件的准确度要求和拖动扭矩要求。
2.4.4 联轴器。为了消除传动系统中的反向间隙,提高重复定位度，伺服驱动元件所用的联轴器多数采用无键连接，如锥销刚性联轴器,锥环联轴器等。
2.4.5 回转刀架。一般改装的车床多数采用四工位自动回转刀架。
2.4.6 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。
3 数控系统开发方法
3.1 基于单片机的数控系统
基于单片机的经济型数控系统一般采用步进电机作为驱动元件，步进电机采用脉冲方式工作，基本原理是：系统中的键盘用于向计算机输入和编辑零件加工程序；采用数码管显示加工数据及机床状态等信息；存储器用来存放监控程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等；功率放大器用来对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电机带动负载运行。需要完成的具体任务有：
3.1.1 硬件系统的结构设计。一般采用51系统单片机作为主控制器，在此基础上扩展一些必要的器件如rom、键盘等。
3.1.2 软件设计。包括：监控与操作软件,用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等，包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的编辑修改等；步进电机控制软件，包括：通电状态代码和电动机正、反转的实现；步进电机转速的控制。
3.2 基于arm与运动控制器的数控系统
3.2.1 系统硬件结构。系统硬件采用主从式双cpu结构模式。主cpu为arm处理器，用于键盘、显示，网络通讯等管理工作,而从cpu即为运动控制芯片，专门负责运动控制的处理工作。arm处理器通过总线操作，把命令写入运动控制芯片，使运动控制芯片来完成运动控制。
3.2.2 操作系统及编程语言。为了最大地利用系统硬件资源，并且还要保证实时性，所以使用了μc/os多任务实时操作系统。使用到μc/os操作系统,通过它实现多任务实时控制。程序的编程语言为c语言以及arm汇编语言。
3.3 基于pc机的数控系统
近年来，以工业pc机为核心的控制系统已广泛地被工业控制领域所接受。采用工业pc机在win-dows操作系统下通用的数控系统，已成为数控系统发展的潮流。基于工业pc机的数控系统采用的是标准的pc硬件和操作系统，因此易于进行模块化和开放式的设计。开放式数控系统是目前新型数控系统研发的主流。系统采用工业pc机+运动控制器结构组成,主要包括工业计算机、运动控制卡以及伺服系统等。
4 结论
进行机床数控化改造要将改造的重点放在电气、控制系统的改造上，机械部分只对影响准确度的重点部件进行改造。这样可缩短改造周期，降低改造成本，并利于对系统进行再次升级。随着社会的不断发展以及技术的不断进步，数控技术的发展，必将带动数控机床改造技术的进步与发展。
参考文献
[1]赵中敏.机床数控化改造的研究［j］.煤矿机电，2005.
[2]杨有君.数控技术［m］.北京：机械工业出版社，2005.
数控机床改造范文第4篇
关键词：微机数控；改造原则；改造原理
1 微机数控机床的改造原理
传统机床的生产制造是通过电机设备的带动来实现机床的加工运转，在此期间，要经由人工操作模式对生产流程加以操控，以达到零部件加工的目的。微机数控机床改造是在上述基础上对必要的部件进行改造，使其适用于微机控制系统，同时，要在机床设备中安装微机控制系统，以其代替人工操作来控制电机，进而带动车床的运转。微机数控机床改造部件主要由单板机、控制程序、零件加工程序、驱动电源装置，收发信板、功率步进电机等组成。图1表示了经济型数控车床的系统装置框图。
在图1所示的系统装置中，单板机在控制程序的控制下，可以使数控系统具有直线插补和圆弧插补加工工件轮廓的功能；具有进给速度控制和快速回零的功能；具有刀具补偿和反向间隙补偿的功能，以及其它多种功能。当零件加工程序给出具体的位移尺寸、位移方向和进给速度后，控制程序就会通过单板机按照所输入的零件加工程序发出一系列的脉冲信号。经隔离放大以后，分别驱动z向和X向功率步进电机，使刀架按照要求的方向、速度和位移量实现纵向和横向运动。从而构成了一个经济型开环数控系统。
2 数控机床改造时的技术选择和遵循原则
2.1 如何科学的选择控制系统
在机床改造环节中，对于数控系统的选择至关重要。不同的部件参数对于改造后的机床成本，性能和各项操作指标都具有不同影响，因此，在选择控制系统时，要兼顾适用性和经济型原则。首先，企业对于要改造的机床设备的性能要进行事先备案，以便在选择控制系统时可以更具针对性；其次，在满足效能目标的基础上，要对改造资金的预算进行严格控制，保证改造的经济性。由于一些新型机床控制系统具备花样繁多的控制功能，在选择时应该挑选适用于企业自身生产需要的系统，对于不必要的控制程序可以相应的删减。目前在我国企业进行数控机床改造时可以选择国内生产的系统装置，例如广州数控，华中数控系统等等，同时，也可以使用西门子或者一些国外品牌，对于中小型机床改造来说，选择一些低档的控制系统就可以满足其生产需要。另外在选择时还要注意数控系统的编码程序，要尽量选择一些灵活性高，编程速度快的系统编码程序。
科学的进行数控系统选择要遵循以下原则：其一，要选择信誉好的系统生产厂家。在选择之前，企业要对相关市场状况进行分析，综合企业需求和综合性价比来实施决策。其二，要统一机床的购进厂家，避免在机床改造中使用不同厂家的产品，这样不利于日后的维修与系统调试。其三，要选择最适用于企业机床条件的控制设备，不要一味追求价格高昂的产品，忽视了其实用性。
2.2 不同机床条件要选用不同的改造方法
机床数控化改造系统的种类较为丰富，其编码程序也有很大差别，因此，在选择时要注意控制系统与机床的匹配度。对于进行批量生产的中小型机床而言，由于其使用较为频繁，生产量大，在选择控制系统时要以实用性和性能稳定性为主要选择依据。在一些生产不见多样的企业，对于机床改造要注重控制系统功能的兼备性，使其能够在不同操作要求下进行功能的转换。微机改造方法主要可以应用于对于不常用的单独进行零部件生产的机床设备中，这杨可以大大节省改造费用，提高系统的灵活性。
2.3 有针对性的进行机床改造
机床改造范围的大小，应根据机床自身精度及性能来决定。以卧式车床为例加以说明。对于旧车床的改造范围，一般都是把原来的机床进给传动系统，由主轴箱通过挂轮箱带动进给变速箱，将运动传给光杠或丝杠。然后再驱动溜板运动的传动过程，改造为由功率步进电机通过消隙减速齿轮，直接带动滚珠丝杠，使刀架分别实现纵向运动和横向运动，进行两个坐标的控制。
对于精度符合要求的车床，为了实现简易数控改造，一般都是对车床的部件基本不动，只是把床鞍的纵向滑动丝杠副改造为纵向滚珠丝杠副。在纵向滚珠丝杠的右端安装一套消隙减速箱和功率步进电机。同时也把中滑板的横向滑动丝杠副改造为横向滚珠丝杠副，在横向滚珠丝杠的外端安装一套消隙减速箱和功率步进电机，从而使车床的纵向和横向运动既能用微机系统进行控制，又能由操作者进行普通操作。在机床改造过程中，只要把溜板箱中的开合螺母及中滑板上的滑动螺母拆除，在合适的位置上安装好滚珠螺母座即可。
2.4 重视机床改造中的辅助设备改造
如果在改造后的简易数控车床上，采用一把刀可以完成全部车工工序，就没有必要对刀架进行改造。但有时会出现一个工件需要两把刀或几把刀来分别完成两个或几个工序的情况，这时可根据每把刀的使用情况，分别进行编程，通过一个程序，使用一把刀，来完成一个工序。使原来普通操作使用的刀架在数控操作时也可以使用。这样，根据改造后车床的主要加工对象，确定刀架是否需要进行改造，可以使改造费用使用得更加合理，避免发生改造过剩现象。
如果改造后的简易车床，主要用来加工比较复杂的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造。一般可采用安装有四把刀、由鼠牙盘定位、进行绝对刀位控制的自动回转刀架比较合适。重复定位误差可小于0.005mm，精度持久性比较好。这种刀架出厂时，就规定了刀号位置。当需要几号刀在加工位置时，只需对该刀控制信号口发出信号，刀架就会自动转到需要的位置。
改造后的简易数控车床需要加工螺纹时，可以在主轴后端同轴安装或异轴安装一个主轴脉冲发生器，作为主轴位置的信号反馈元件。目的是为了检测主轴转角的位置，并且将其变化情况输送给单板机，使单板机能按照所需加工的螺距进行处理。控制纵向步进电机运动，通过纵向滚珠丝杠带动刀架完成螺纹加工。
3 结束语
对传统机床进行数控化改造是改变落后机床效能，保证企业经济效益最大化的有效途径，在对机床实行正式改造前，企业要对适宜改造的对象做出分类和判断，并根据实际操作需要进行合理化改造，以保证达到预期改造目标。机床数控改造的总体投资少，改造流程相对简单，改造时间短，且改造效果能够依据企业需要而定，改造后的机床能够在短时间之内投入生产，最大限度降低企业的损失，是企业应该重点加以借鉴的新型技术。
参考文献
[1]余英良.机床数控改造设计与实例[M].机械工业出版社，l998.4.
[2]何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[3]刘文波，段志敏，陈白宁.机床数控技术[M].东北大学出版社，2000.5.
数控机床改造范文第5篇
关键词：数控机床；改造；意见
中图分类号：TG659 文献标识码：A
1 对机床数控化的改造及其必要性
在发达国家，工业的发展已经从上世纪的七八十年代就进入了数控工业的发展阶段，数控机床的使用也是在那个时候开始发展起来的。本质上就是建立在信息技术发展上的军、民机械工业的信息化改造。信息化的生产以其独有的不可超越的优势占领了工业生产，而信息技术对工业发达的国家的机械工业的改造即信息化的深入，使得其工业技术产生了质的飞跃，因此他们的产品在国际市场上的综合竞争力大大加强，无论是军用品还是民用品领域。而对于我国，由于种种原因，在信息化技术的发展上相对落后于国际发达国家，因而，在机械工业的信息化技术改造上也落后了近乎二十年。例如，我国在数控机床的使用上，在1995年的时候才只占到了整体机床数量比重的1.9%，而同时期的日本，则已经达到了20.8%是我国的十倍。这就是为什么我国每年都会大量的进口机电产品的最主要的原因，机床的数控化改造势在必行。
2 如何改造
2.1 改造内容
对于机床的数控化改造包括了对机床的改造以及对生产线的改造，主要内容有：首先是恢复原有功能。即首先对机床以及生产线存在的故障进行维修诊断；其次是NC化。即将数显装置安装到普通的机床上，或者是增加数控系统。是机床成为NC机床或者是CNC机床；再者，是翻新。因为老旧的机床对于工件的加工的精度以及效率还有自动化的程度都会产生不良影响，因此对机械部分老旧部件应当重新翻新或装配，恢复精度和更新；最后，是在技术上进行更新和创新。机械性能的提升以及机床新工艺的应用，新技术的推广都要在原有的工艺和设备基础上进行，因此在改造的过程中可以进行大规模的革新，以此提高整体的技术水平以及生产档次。
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，如图1所示，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取决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。
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，如图2所示。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。
交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统，图3所示。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做成一个整体时，则无需考虑位置检测装置的安装问题。
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。
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。
参考文献
