关键词：数控化改造；数控系统；伺服系统
机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。同时，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
1、改造数控机床的因素分析
数控机床的使用提高了机床加工生产的效率。普通机床进行数控化技术改造后可以实现零件加工自动化；其次，零件加工性能更加稳定安全更加可靠。这是由于经数控技术改造的数控机床的各主要部件经过长期工作，几乎不会因刀刃变形而影响生产件的精度；再次，可以为零件生产厂家节约资金。与购买新的普通机床相比，普通机床的数控化改造一般可以节省一半以上的费用；最后，对于复杂的加工零件而言，改造难度越高，其功效提高的越显著：且可不用或少用工装，这样不但节约费用，还可以缩短零件生产的准备时间。由于所需加工产品的尺寸误差较小，精度要求高，不需要再进行修配。而数控机床由于实现了加工的自动化，计算机系统可以对刀具进行自动化管理，从而不会因为刀具的磨损而影响加工零件的精度与一致性；由于数控机床可以实现多种加工功能，因此可以加T出复杂的零件；由于实现了加工产品的自动化生产，数控机床的加工效率可以提高许多。计算机拥有强大的记忆和存储功能，因而可以把所需的程序存储下来，然后根据程序的规定自动去执行加工工序，实现加工的自动化；数控机床实现了多道工序集中完成，减少了频繁搬运被加工的零件，当零件装夹好后，可以实现多道工序的加工。
2、数控化改造的内容
2.1精度的恢复和机械传动部分的改进
机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的，即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进，都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大，并可无极变速，因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨，如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。
2.2选定数控系统
根据要进行数控化改造机床的控制要求，选择合适的数控系统是至关重要的。选择时，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取，并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统，对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统，改造产品的质量和维修更容易得到保证。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中，经济型数控系统具有结构简单，操作方便，技术易于掌握及制造成本低等优点，系统性能相对较差，可靠性不高。
2.3伺服系统设计
伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便，体积小，目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比， 其精度高、价格昂贵，考虑到改造本身是经济型改造，因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时，一定要考虑其运转性能与电动机的匹配，同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家，都开发了与自己系统配套的驱动器，如广州数控适配DA98 系列驱动器，华中适配HSV 系列动器，FANUC（发那科）本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，所以一般优先考虑配套的驱动器。
2.4电气系统的改造设计
在进行机床数控化改造时，原机床的电气控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。在电气控制系统的改造设计中，应该遵循：机床在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济，不宜盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外，还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制， 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统，不仅保留了机床传统控制系统的优点，同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。
3、结语
由于机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以上述机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
参考文献：
关键词：数控化改造；数控系统；伺服系统
机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。同时，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
1、改造数控机床的因素分析
数控机床的使用提高了机床加工生产的效率。普通机床进行数控化技术改造后可以实现零件加工自动化；其次，零件加工性能更加稳定安全更加可靠。这是由于经数控技术改造的数控机床的各主要部件经过长期工作，几乎不会因刀刃变形而影响生产件的精度；再次，可以为零件生产厂家节约资金。与购买新的普通机床相比，普通机床的数控化改造一般可以节省一半以上的费用；最后，对于复杂的加工零件而言，改造难度越高，其功效提高的越显著：且可不用或少用工装，这样不但节约费用，还可以缩短零件生产的准备时间。由于所需加工产品的尺寸误差较小，精度要求高，不需要再进行修配。而数控机床由于实现了加工的自动化，计算机系统可以对刀具进行自动化管理，从而不会因为刀具的磨损而影响加工零件的精度与一致性；由于数控机床可以实现多种加工功能，因此可以加t出复杂的零件；由于实现了加工产品的自动化生产，数控机床的加工效率可以提高许多。计算机拥有强大的记忆和存储功能，因而可以把所需的程序存储下来，然后根据程序的规定自动去执行加工工序，实现加工的自动化；数控机床实现了多道工序集中完成，减少了频繁搬运被加工的零件，当零件装夹好后，可以实现多道工序的加工。
2、数控化改造的内容
2.1精度的恢复和机械传动部分的改进
机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的，即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进，都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大，并可无极变速，因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨，如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。
2.2选定数控系统
根据要进行数控化改造机床的控制要求，选择合适的数控系统是至关重要的。选择时，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取，并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统，对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统，改造产品的质量和维修更容易得到保证。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中，经济型数控系统具有结构简单，操作方便，技术易于掌握及制造成本低等优点，系统性能相对较差，可靠性不高。
2.3伺服系统设计
伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便，体积小，目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比， 其精度高、价格昂贵，考虑到改造本身是经济型改造，因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时，一定要考虑其运转性能与电动机的匹配，同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。
前国内外的数控系统厂家，都开发了与自己系统配套的驱动器，如广州数控适配da98 系列驱动器，华中适配hsv 系列动器，fanuc（发那科）本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，所以一般优先考虑配套的驱动器。
2.4电气系统的改造设计
在进行机床数控化改造时，原机床的电气控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。在电气控制系统的改造设计中，应该遵循：机床在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济，不宜盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外，还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制， 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统，不仅保留了机床传统控制系统的优点，同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。
3、结语
由于机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以上述机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
参考文献：
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。
【关键词】普通机床；数控化改造；CA6410；设计引言
机械制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，具有举足轻重的作用，机床是发展机械制造业必不可少的生产工具。我国机械制造业与发达国家相比，总体水平较低，通过提升制造业的装备水平，特别是机床数控化率，能够有效的提高产品质量、降低产品成本，增强市场竞争力。以机电一体化技术为核心的数控机床集计算机技术、信息技术、自动化技术于一体，在零件加工精度、加工效率、加工表面的复杂性以及加工柔性的适应性等方面比传统的普通机床具有明显的优越性。
1 机床数控化改造的分类
机床的数控化改造可以分为以下几种：
1.1 其一是恢复原功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复；
1.2 其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；
1.3 其三是翻新，为进步精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；
1.4 其四是技术更新或技术创新，为进步性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地进步水平和档次的更新改造。
2 普通机床数控化改造前提
普通机床的数控化改造是建立在充分利用原有机床部件的基础上，对基础部件作一定的改装，并配上经济型数控装置或标准型数控系统，使原机床具有数控加工功能。改造中主要应注意的是：一是增加相应的数控系统，二是对原机床部件的翻新。对普通机床进行数控化改造在技术上是成熟可行的，但并不是所有的机床都适合改装成数控机床，是否适宜改装应进行技术经济分析和论证，视其是否满足结构的刚度要求和技术经济性要求而定。
2.1 机床基础零部件要有足够的刚度。
数控机床属于高精度机床，工件定位精度和刀具重复定位精度要求很高，一般在0.001-0.01mm之内。较高的定位精度要求机床基础部件应具有较高的静刚度和运动刚度，基础部件稳定性不好，受力后易变形的机床不适宜作数控化改造。
2.2 数控化改造要有合理的经济性
机床数控化改造包含两部分，一是维修和改造机械部分，二是用新的数控系统代替旧机床的控制系统，如果全部改造费用在同类规格数控新机床价格的40%以内，就具有较好的技术经济性。一般说来，大中型机床，尤其是重型机床、专用机床最适宜于数控化改造。
3 普通机床数控化改造的总体方案
3.1 数控系统和伺服驱动系统的选择
数控系统是机床数控化改造的核心。数控改造的目的是要求机床稳定可靠，运转故障率低。数控系统的选择应依据价格合理，技术先进、服务方便的原则，不应单纯追求高性能指标。根据改造实际，可采用进口的数控系统如日本的FANUC系统，德国的Siemens系统，国产的主要有华中数控、广州数控等，也可综合机床实际自行设计研制数控系统，改造成本会更低。伺服驱动系统主要有闭环、半闭环、开环3种方式。前两种控制方式为实现高精度的伺服控制提供了可能，但由于在系统中增加了位置控制，反馈及伺服放大等环节，安装调试更复杂，同时要实现系统良好的动态性能难度较大，由于开环伺服系统不存在位置检测与反馈控制等环节。故一般经济型数控化改造多采用微机控制的步进电机开环伺服系统，具有较好的技术经济性。
3.2 滚珠丝杆螺母副的改造
为保证进给伺服系统的传动精度，运转平稳性和机床的加工精度，取消原机床的滑动丝杆螺母副，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应用预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。
3.3 步进电机的选用
机床经济型数控改造一般是拆除原机床的机械传动机构，用步进电机经齿轮机构减速驱动滚珠丝杆，带动刀架纵向或横向运动。在步进电机转矩足够大，构件许可时，可以不用减速驱动机构，由步进电机直接与丝杆副相连。
3.4 自动转位刀架设计
刀架改造是数控改造的重要内容，通过将原机床的手动转位刀架替换成自动转位刀架来实现换刀切削，自动转位刀架最常见的形式是螺旋型四工位刀架。由数控系统直接控制，效率高，工艺性能可靠。
3.5 主轴脉冲编码器
加工螺纹时为保证步进电机与主轴旋转配合，切削出固定螺距，固定起点，多头螺纹等量分度的螺纹，通常在主轴尾部安装脉冲编码器，它将主轴旋转的角位移以电脉冲的形式输入计算机，控制车刀的进给运动和工件的旋转运动，确保正确的运动关系。
3.6 导轨和主轴变速机构
当机床加工精度要求不是很高，尤其是对于开环控制系统，一般不作导轨改造和主轴交流异步电机调整改造，可大为降低改造成本。
4 改造实例
本文以CA6140型普通车床数控化改造为例，介绍其总体方案设计，机械改造设计和数控系统设计，根据数控车床的性能要求，确定进给运动的快速定位速度：Z轴为3m/min：X轴为1m/min：脉冲当量z向为：0.01mm/脉冲：X向为0.005mm/脉冲。
4.1 总体方案设计
数控系统自行研制，基于8031单片机为控制核心，以步进电机为伺服驱动装置，以工作台和刀架为执行部件构成一个开环控制系统。总体方案设计结构如图：
4.2 机械部分改造设计
根据CA6140车床的实际，本着对车床的改动尽可能少，改造成本低的原则，机械部分改造方案如下：
4.2.1 保留车床主轴旋转主运动：
4.2.2 纵横向运动的改造均是卸掉拖板上的手轮或手柄，通过一对齿轮副组成减速装置，然后与相应的步进电机相连接：
4.2.3 设计一四工位电动转位刀架，由一个三相异步电机带动：
4.2.4 自行研制基于8031单片机的控制系统：
4.2.5 在刀架的纵横向运动中，设置安全超程限位保护装置。
4.3 微机数控系统设计
4.3.1 硬件设计
采用8031单片机数控系统硬件框图如图2所示，外接一片27256（32K×8）EPROM存储系统软件，一片62256（32K×8）静态RAM存放加工程序和数据，采用扩展的8255和8155接口芯片处理键盘、显示器和步进电机的驱动刀架控制及满足插补要求。
4.3.2 软件设计
根据硬件框图，结合系统功能要求，可编制相应的数控系统软件，软件系统包括系统初始化程序、键处理及显示程序、输入数控处理程序、插补计算程序、步进电机输出控制程序和管理程序等。其中插补程序的实时性强，根据G1，G2，G3等插补指令进行计算，分别向X，Z轴发出进给脉冲，步进电机输出控制程序用来控制X、Z向步进电机的脉冲分配，管理程序负责对微机数控系统软件的各个程序和任务进行调度管理，以及对操作键、编辑键等引起的中断进行处理。
经改造后的CA6140车床，基于单片机控制系统，利用步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，提高了加工精度和扩大了机床的使用范围，具有较好的技术经济性。
5 结束语
普通车床经数控改造后，既可加工常见的轴类，盘类等简单零件，更适合加工复杂形状的零件，同时能用于批量生产，延长了普通机床的使用寿命，提升了产品性能。针对我校实习工厂有一定数量的CA6140车床的实际，可以拟定一套完整的数控化改造方案，与实践教学结合，以科研立项的方式来组织实施数控设计与改造，既能够充分发挥旧机床的功能，又能培养具有创新意识和较强实践动手能力的应用型人才。
参考文献
论文摘要：本文首先介绍了机床数控化改造的必要性，而重点在于介绍如何进行机床数控化改造，包括数控系统的选择、数控改造中对主要机械部件改装探讨和机床数控改造主要步骤，并列举了几个数控改造的实例，最后说明了数控改造中的问题并提出了建议。
1机床进行数控化改造的必要性
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且 些优越性均来自数控系统所包含的 计算 机的威力。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
可以实现加工的自动化，而且 柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现 时间无 看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行fmc（柔性制造单元）、fms（柔性制造系统）以及cims（计算机集成制造系统）等 企业 信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
宏观上看， 工业 发达 家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis（管理信息系统）、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
2如何进行机床数控化改造
2．1 数控化改造的内容。机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是nc化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成nc机床、cnc机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的cnc系统以最新cnc进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
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。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决定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，所以系统的位移精度较低。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。
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。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。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。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作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国siemens公司、日本fanuc公司；国内公司如
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润滑。
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。
论文摘要：本文首先介绍了机床数控化改造的必要性，而重点在于介绍如何进行机床数控化改造，包括数控系统的选择、数控改造中对主要机械部件改装探讨和机床数控改造主要步骤，并列举了几个数控改造的实例，最后说明了数控改造中的问题并提出了建议。
1机床进行数控化改造的必要性
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且 些优越性均来自数控系统所包含的 计算 机的威力。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
可以实现加工的自动化，而且 柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现 时间无 看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行fmc（柔性制造单元）、fms（柔性制造系统）以及cims（计算机集成制造系统）等 企业 信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
宏观上看， 工业 发达 家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis（管理信息系统）、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
2如何进行机床数控化改造
2．1 数控化改造的内容。机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是nc化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成nc机床、cnc机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的cnc系统以最新cnc进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
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。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决定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，所以系统的位移精度较低。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。
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。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。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。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作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国siemens公司、日本fanuc公司；国内公司如
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。
【关键词】数控；机床；数控化改造；特点和方法
1 机床数控化改造分析
一台旧设备使用到一定年头后，必然会故障频繁发生、维修困难、生产效率降低、加工精度不稳定、甚至完全停机。对这样的设备是采取彻底报废、还是经过中大修数控改造？做出这种决定之前，首先要对现有设备的剩余使用价值作出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①CNC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(APC)等。每一个子系统根据实际情况，都可以作出相应剩余使用价值评估。例如根据伺服系统的磨损程度，如果继续留用，应考虑整修后还有50％以上剩余价值；但考虑到新更换数控系统的匹配及追求好的伺服特性，即使旧的伺服系统没有完全损坏，或预计继续使用寿命不会太长，也可考虑彻底更换。机械部件的剩余价值一般都占较高比例，多项工程实践表明，一台高质量机床的机械大件磨损是有限的。例如改造过的70年代美国卧式加工中心，X方向行程1台为1.5m、1台为2.5m，导轨的直线度和扭曲都能调整到0.008mm/1000mm，导轨本身没有进一步修磨。机械手刀库部件易损件集中在几个零件上(如手爪、插销等)，即使重新更换花费也不多，因此机械部件都占有较高剩余价值。
2 数控机床改造的特点
2.1 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 。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。另外可以根据实际情况进行针对性的改造，交货期缩短。
2.2 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。
2.3 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的加工能力,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。
2.4 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。
3 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：
3.1 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:
3.1.1 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。
3.1.2 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。
3.2 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。
3.3 修复或更换滚珠丝杠
丝杠传动直接关系到传动链精度，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。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。
3.4 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,并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。
3.5 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。
