淺談機床數控改造
為了企業(yè)的生存和發(fā)展，提高機床的數控化率是必要的。需要進(jìn)行數控改造的設備一般包括傳統機床及近期從國外引進(jìn)，因存在問(wèn)題而不能投產(chǎn)的機床設備和生產(chǎn)線(xiàn)。
一、數控改造的內容
機床與生產(chǎn)線(xiàn)的數控改造主要內容有：(1)恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線(xiàn)存在的故障部分進(jìn)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，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對機械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的CNC系統以最新CNC進(jìn)行更新；(4)技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng )新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎上進(jìn)行較大規模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng )新。
二、數控系統發(fā)展的趨勢
l．向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數控系統生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì )走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來(lái)處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統承擔數控任務(wù)PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統。在遠程通信、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(fā)展。
3．向智能化方向發(fā)展
(1)應用自適應控制技術(shù)。數控系統能檢測過(guò)程中的重要信息，并自動(dòng)調整系統參數，改進(jìn)系統運行狀態(tài)。
(2)引入專(zhuān)家系統指導加工。將熟練工人和專(zhuān)家經(jīng)驗、加工的一般規律和特殊規律存入系統中，以工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統。
(3)引入故障診斷專(zhuān)家系統
(4)智能化數字伺服驅動(dòng)裝置?？梢酝ㄟ^(guò)自動(dòng)識別負載和自動(dòng)調整參數，使驅動(dòng)系統獲得最佳的運行狀態(tài)。
三、數控系統的選擇
1．開(kāi)環(huán)系統
該系統的伺服驅動(dòng)裝置是步進(jìn)電機、功率步進(jìn)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(jìn)電機的角位移精度和齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的精度，所以位移精度低。但系統結構簡(jiǎn)單、調試維修方便、工作可靠、成本低、易改裝成功。
2．閉環(huán)系統
該系統由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置信號反饋給計算機，與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大并變換，驅動(dòng)執行機構，以消除偏差。此系統復雜、成本高、對環(huán)境溫度要求嚴。但系統精度高、速度快、功率大?？筛鶕a(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用。
3．半閉環(huán)系統
半閉環(huán)系統檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執行部件的位置。它只能補償系統環(huán)路內的部分元件的誤差，因此，其精度比閉環(huán)系統的精度低，但是其結構與調試都較閉環(huán)系統簡(jiǎn)單。
當前生產(chǎn)數控系統的公司及廠(chǎng)家比較多，國外的如德國西門(mén)子公司、日本發(fā)那科公司；國內的如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司和沈陽(yáng)高檔數控國家工程研究中心等。選擇數控系統時(shí)主要是根據數控改造后機床要達到的各種精度、驅動(dòng)電機的功率和用戶(hù)的要求來(lái)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(lái)說(shuō)，需進(jìn)行電氣改造的機床，都需進(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)，應把整個(gè)電氣部分改造分成若干個(gè)子系統進(jìn)行，待各系統基本成型后再互聯(lián)完成全系統工作。在每個(gè)子系統工作中，應先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細的工作，使人的注意力能集中到關(guān)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(huán)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(guò)濾等性能可提供正確的依據。電氣系統選擇時(shí)還必須考慮成熟產(chǎn)品，它們性能應合理實(shí)用、有備件可提供維修支持、功能可滿(mǎn)足當前和今后若干年內的發(fā)展要求等。
(4)落實(shí)參與改造的人員和責任。
(5)改造范圍與周期的確定。
2．改造的技術(shù)準備
(1)機械部分準備。為配合電氣改造的機械大修工作應先期完成。同時(shí)對需拆、改和加工的部分等應事先規劃，要與整個(gè)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、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)、參數測量點(diǎn)、維修位置等。要求操作與維修方便合理、線(xiàn)路走向通順、中小連接點(diǎn)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(shí)需自行制作轉換接口。
(4)操作和編程人員的技術(shù)培訓。培訓內容一般應包括①新的操作面板配置、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(dòng)化編程等。重點(diǎn)是弄懂、弄通操作說(shuō)明書(shū)和編程說(shuō)明書(shū)。
(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(jìn)行，其他人員配合。調試步驟可從簡(jiǎn)到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統后整系統進(jìn)行。驗收標準的制定必須實(shí)事求是，過(guò)高或過(guò)低的標準都會(huì )對改造工作產(chǎn)生負面影響。
3．改造的實(shí)施
(1)原機床的全面保養。原機床經(jīng)長(cháng)期使用后，需要進(jìn)行全面保養。其次，應對機床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，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(shí)作對比分析用。
(2)保留的電氣部分最佳化調整。若對電氣系統作局部改造，則應對保留電氣部分進(jìn)行保養和最佳化調整，如強電部分的零件更換、電機的保養、變壓器的烘干絕緣、污染的清潔、通風(fēng)冷卻裝置的清洗、伺服驅動(dòng)裝置的最佳化調整、老化電線(xiàn)電纜的更新、連接件的緊固等。只有對保留的電氣部分做好過(guò)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(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標記，防止遺漏或過(guò)拆。在拆的過(guò)程中也會(huì )發(fā)現一些新系統設計中的欠缺之處，應及時(shí)補充與修正。拆下的系統要妥善保管，以備萬(wàn)一改造不成功時(shí)恢復使用。還有一定使用價(jià)值的，可作備件。
(4)合理安排新系統位置及布線(xiàn)。連線(xiàn)工作必須分工明確，有一人復查檢驗，以確保連線(xiàn)工藝規范、線(xiàn)徑合適、正確無(wú)誤、可靠美觀(guān)。
(5)調試。調試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)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(fā)生。調試現場(chǎng)必須清理干凈；各運動(dòng)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(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。
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(dòng)作正常、靈敏可靠?？刂凭葢孟到y本身的功能（如步進(jìn)尺寸等）與標準計量器具（如激光干涉儀、坐標測量?jì)x等）對照檢查，達到精度范圍之內。同時(shí)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?？梢詤⒄諊鴥韧庥嘘P(guān)數控機床切削試件標準，在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗收機床剛度、切削力、噪聲、運動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。
(4)圖紙、資料驗收。機床改造完后，應及時(shí)將圖紙、資料、改造檔案匯總、整理、移交入檔。這對該設備的今后穩定運行十分重要。
(5)總結、提高。
