普通机床的数控化改造

杨明忠++陈先凤

摘 要：科学技术的迅速发展对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的重要手段之一。它不仅能够提高产品质量和生产效率，降低成本，还能极大的改善生产者的劳动条件。本文从数控机床的发展历程和数控加工的特点等方面阐述了机床数控化改造的必要，以及对主要改装部件和改装优势作了简单的探讨。

关键词：普通机床；数控化；改造分析

TG659

一、数控系统发展简史及趋势

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，为人类进入信息社会奠定了基础。到1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代发展。

（一）数控（NC）阶段（1952-1970）

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台专用机床作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称（NC）。随着元器件的发展，经历了三代，即电子管、晶体管和小规模集成电路时。

（二）计算机数控（CNC）阶段（1970—现在）

1970年通用小型计算机作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。到1971年，美国INTEL公司将运算器和控制器集成在一块芯片上，出现微处理器（MICROPROCESSOR），又称中央处理单元（CPU）。

（三）数控未来发展的趋势

1.继续向开放式、基于PC的第六代发展

基于PC 所具有的开发性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题。PC机所具有的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

2.向高速化和高精度化发展。这是适应机床向高速化和高精度化发展的需要。

3.向智能化方向发展。随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化将不断提高。

4.应用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改善系统运行状态的目的。

5.引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家经验，加工中的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。

6.引入故障诊断专家系统

7.智能化数字伺服驱动装置

可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳运行。

二、机床数控化改造的必要性

（一）微观看改造的必要性

1.可以加工出传统机床不便加工的曲线、曲面等复杂的零件。

2.可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3-7倍。

3.加工零件的精度高，尺寸分散度小，装配容易，不再需要修配。

4.可实现多工序的集中，减少零件在机床间的搬运。

5.可自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可以实现长时间无人看管加工。

6.降低了工人的劳动强度，节省劳动力，减少工装，缩短新产品的试制周期和生产周期，可对市场需要作出快速反应。

（二）宏观看改造的必要性

从宏观上看，工业发达国家的机械工业，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，还包括在开发产品中推行CAD、CAM虚拟制造等等。以及在其生产过程中增加信息技术，包括人工智能等。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造，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加。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，数控机床的比重到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达到20.8%，这也就说明了机床数控化改造的必要性。

三、数控化改造的内容及优点

（一）数控化改造的内容

机床数控化改造主要内容有以下几点：

1.恢复原功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复；

2.NC化，在普通机床加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床或CNC机床；

3.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，恢复原来精度；对其不满足生产要求的CNC系统进行更新。

（二）车床数控化改造措施

车床的数控化改造，必然涉及到对机床主要机械部件的改装，包括了滑动导轨副、齿轮副、滑动丝杠与滚珠丝杠、安全防护等方面。

对于数控车床来说，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、耐磨损特性，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。

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，数控车床上使用的齿轮精度等级都比普通车床高。在结构上要达到无间隙传动，因而改造时，车床主要齿轮必须满足数控车床的要求，以保证车床的加工精度。

丝杠传动直接影响到传动链精度，丝杠的选用主要取决于加工工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工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，如螺距误差和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，螺母间隙过大则要更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难满足精度较高的工件加工。滚珠丝杠摩擦损失小、效率高，其传动效率可达90﹪以上；精度高，寿命长，启动力矩和运动力矩相接近，因此可以满足精度要求较高的工件加工。

此外，在机床改造中要根据实际情况应采取相应的安全防护措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密的元件，工作时要严防灰尘特别是铁屑及硬沙粒进入滚道。在纵向丝杠上也可以整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端要密封好，禁止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。

（三）数控化改造后的优点

1.投资少，改造期间短

同购置新机床相比，一般可以节省60﹪-80﹪，改造费用低。特别是大型、特殊機床尤其明显。

2.机械性能稳定可靠

所利用的床身等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的车床性能高、质量好，可以作为新设备使用多年。

3.可以充分利用现有条件

可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样重新构筑地基

4.可以采用最新的控制技术

可根据技术革新的发展速度，及时的提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧车床改成当今水平的数控车床。

四、结束语

本文通过对数控机床的发展历史的回顾及发展趋势的展望，并结合我国数控机床的发展历程、现状以及数控加工的特点，详细阐述了机床数控化的必要性，同时对普通车床的数控化改造的优势进行了简单分析，对数控化改造内容和改造中需要改装的主要机械部件进行了简单的探讨。

参考文献：

[1]赵云龙主编.数控机床及应用.北京：机械工业出版社，2002.2

[2]唐应谦主编.数控加工工艺学.北京：中国劳动社会保障出版社，2000.5

[3]秦立高主编.机床维修手册.北京：国防工业出版社，1997.