進步機床的數控化率和數控改造案例分析
發布時間：2015-11-28 新聞來源：刀具英才網
一、數控改造的內容
機床與生產線的數控改造主要內容有：（1）恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復；（2）NC化，在普通機床上加數顯裝置或加數控系統；（3）翻新，為進步精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不能滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；（4）技術更新或技術創新，為進步性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新。
二、數控系統發展的趨勢
l.向開放式、基于PC的第六代方向發展
基于PC所具有的開放性、低本錢、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數控系統生產廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯網通訊等題目，由原有的系統承擔數控任務PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統。在遠程通訊、遠程診斷和維修的應用將更加普遍。
2.向高速化和高精度化發展
3.向智能化方向發展
（1）應用自適應控制技術。數控系統能檢測過程中的重要信息，并自動調整系統參數，改進系統運行狀態。
（2）引進專家系統指導加工。將熟練工人和專家經驗、加工的一般規律和特殊規律存進系統中，以工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統。
（3）引進故障診斷專家系統
（4）智能化數字伺服驅動裝置。可以通過自動識別負載和自動調整參數，使驅動系統獲得最佳的運行狀態。
三、數控系統的選擇
1.開環系統
該系統的伺服驅動裝置是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。這種系統不需要位置和速度反饋，位移精度主要決定于步進電機的角位移精度和齒輪絲杠等傳動元件的精度，所以位移精度低。但系統結構簡單、調試維修方便、工作可靠、本錢低、易改裝成功。
2.閉環系統
該系統由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置信號反饋給計算機，與給定值進行比較，將兩者的差值放大并變換，驅動執行機構，以消除偏差。此系統復雜、本錢高、對環境溫度要求嚴。但系統精度高、速度快、功率大。可根據產品技術要求，決定是否采用。
3.半閉環系統
半閉環系統檢測元件安裝在中間傳動件上，間接丈量執行部件的位置。它只能補償系統環路內的部分元件的誤差，因此，其精度比閉環系統的精度低，但是其結構與調試都較閉環系統簡單。
當前生產數控系統的公司及廠家比較多，國外的如德國西門子公司、日本發那科公司；國內的如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統團體公司、華中數控公司和沈陽高檔數控國家工程研究中心等。選擇數控系統時主要是根據數控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求來確定。
四、機床數控改造主要步驟
1.改造方案的確定
（1）機械修理與電氣改造相結合。一般來說，需進行電氣改造的機床，都需進行機械修理。要確定修理的要求、范圍和內容；也要確定因電氣改造而需進行機械結構改造的要求和內容；還要確定電氣改造與機械修理、改造之間的交錯時間要求。機械性能的完好是電氣改造成功的基礎。
（2）先易后難、先局部后全局。確定改造步驟時，應把整個電氣部分改造分成若干個子系統進行，待各系統基本成型后再互聯完玉成系統工作。在每個子系統工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，使人的留意力能集中到關鍵地方。
（3）根據使用條件選擇系統。針對改造對象確定它的環境和條件，這對選擇電氣系統的防護、抗干擾、自冷卻及空氣過濾等性能可提供正確的依據。電氣系統選擇時還必須考慮成熟產品，它們性能應公道實用、有備件可提供維修支持、功能可滿足當前和今后若干年內的發展要求等。
（4）落實參與改造的職員和責任。
（5）改造范圍與周期的確定。
2.改造的技術預備
（1）機械部分預備。為配合電氣改造的機械大修工作應先期完成。同時對需拆、改和加工的部分等應事先規劃，要與整個改造工作銜接得當。
（2）新系統電氣資料消化。
（3）新舊系統接口的轉換設計。根據每臺設備改造范圍不同，需事先設計接口部分轉換，若全部改造的，應設計機電轉換接口、操縱面板控制與配置、互聯部分接點、參數丈量點、維修位置等。要求操縱與維修方便公道、線路走向通順、中小連接點少、強弱電干擾最小、備有適當裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數模轉換等，必要時需自行制作轉換接口。
（4）操縱和編程職員的技術培訓。培訓內容一般應包括①新的操縱面板配置、功能、指示含義；②新系統的功能范圍、使用方法及與舊系統的差別；③維護保養要求；④編程標準與自動化編程等。重點是弄懂、弄通操縱說明書和編程說明書。
（5）調試步驟與驗收標準的確定。調試工作應由項目負責人進行，其他職員配合。調試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進行，也可先局部后全局，先子系統后整系統進行。驗收標準的制定必須實事求是，過高或過低的標準都會對改造工作產生負面影響。
3.改造的實施
（1）原機床的全面保養。原機床經長期使用后，需要進行全面保養。其次，應對機床作一次改前的幾何精度、尺寸精度丈量，并記錄在案。這樣既可對改造工作起指導參考作用，又可在改造結束時作對比分析用。
（2）保存的電氣部分最佳化調整。若對電氣系統作局部改造，則應對保存電氣部分進行保養和最佳化調整，如強電部分的零件更換、電機的保養、變壓器的烘干盡緣、污染的清潔、透風冷卻裝置的清洗、伺服驅動裝置的最佳化調整、老化電線電纜的更新、連接件的緊固等。只有對保存的電氣部分做好過細的最佳化調整，才能保證改造后的機床有較低的故障率。
（3）原系統拆除。原系統的拆除必須對照原圖紙仔細進行，及時在圖紙上作出標記，防止遺漏或過拆。在拆的過程中也會發現一些新系統設計中的欠缺之處，應及時補充與修正。拆下的系統要妥善保管，以備萬一改造不成功時恢復使用。還有一定使用價值的，可作備件。
（4）公道安排新系統位置及布線。連線工作必須分工明確，有一人復查檢驗，以確保連線工藝規范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。
（5）調試。調試必須按事先確定的步驟和要求進行。調試中首先試安全保護系統靈敏度，防止人身和設備事故發生。調試現場必須清理干凈；各運動坐標拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。
4.驗收及后期工作
（1）機床機械性能驗收。機床的各項機械性能應達到要求，幾何精度應在規定的范圍內。
（2）電氣控制功能和控制精度驗收。電氣控制的各項功能必須達到動作正常、靈敏可靠。控制精度應用系統本身的功能（如步進尺寸等）與標準計量用具（如激光干涉儀、坐標丈量儀等）對照檢查，達到精度范圍之內。同時還應與改造前機床的各項功能和精度作出對比，獲得量化的指標差。
（3）試件切削驗收。可以參照國內外有關數控機床切削試件標準，在有資格的操縱工、編程職員配合下進行試切削。試件切削可驗收機床剛度、切削力、噪聲、運動軌跡、關聯動作等，一般不宜采用產品零件作試件使用。
（4）圖紙、資料驗收。機床改造完后，應及時將圖紙、資料、改造檔案匯總、整理、移交進檔。這對該設備的今后穩定運行十分重要。
（5）總結、進步。
五、數控改造實例
1.用西門子810M改造X53銑床
1998年，公司投進20萬元，用德國西門子810M數控系統、611A交流伺服驅動系統對公司的一臺型號為X53的銑床進行X、Y、Z三軸數控改造。保存了原有的主軸系統和冷卻系統。改造的三軸在機械上采用了滾珠絲杠及齒輪傳動機構。整個改造工作包括機械設計、電氣設計、PLC程序的編制與調試、機床大修、整機的安裝和調試。銑床改造后，加工有效行程X、Y、Z軸分別為880mm、270mm、280mm；最大速度X、Y、Z軸分別為5000mm/min、1500mm/min、800mm/min；點動速度X、Y、Z軸分別為3000mm/min、1000mm/min、500mm/min；機床加工精度達到士0.001mm。機床的三坐標聯動可完成各種復雜曲線或曲面的加工。
2.用GSK980T和步進驅動系統改造C6140車工
1999年，公司投進了8萬元，采用廣州數控設備廠生產的GSK980T數控系統、DY3混合式步進驅動單元對公司的一臺加長C6140車床的X、Z兩軸進行改造。保存了原有的主軸系統和冷卻系統。改造的兩軸在機械上采用了滾珠絲杠及同步帶傳動機構。整個改造工作包括機械設計、電氣設計、機床大修及整機的安裝和調試。車床改造后，加工有效行程X、Z軸分別為390mm、1400mm；最大速度X、Z軸分別為1200mm/min，3000mm/min；點動速度為400mm/min；點動快速X、Z軸分別為1200mm/min、3000mm/min；機床最小移動單位為0.001mm。
六、數控改造中的題目和建議
1.數控改造中的題目
通過幾臺機床的數控改造工作后，發現工作中也存在很多題目，主要表現在：（1）各部分、開發職員職責不明朗、組織混亂，嚴重影響了改造進度；（2）制定的工作進程和計劃大多只是憑經驗制定，不太公道；（3）相關職員的培訓工作沒有到位，導致機床改造后出現工藝職員不會編程、操縱職員對機床操縱不熟練等題目。
2.數控改造建議
（1）負責改造的員工職責明確，獎罰分明，充分調動員工的積極性；培養一批高素質的應用和維護職員，選派職員外出進修，學習先進技術；（2）要注重用戶使用、維護數控系統的技術培訓，建立國內外數控技術資源庫。建立技術資料檔案，做好備品配件工作。
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