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機床數控化范文1
機械制造業是國民經濟的基礎產業和支柱產業，具有舉足輕重的作用，機床是發展機械制造業必不可少的生產工具。我國機械制造業與發達國家相比，總體水平較低，通過提升制造業的裝備水平，特別是機床數控化率，能夠有效的提高產品質量、降低產品成本，增強市場競爭力。以機電一體化技術為核心的數控機床集計算機技術、信息技術、自動化技術于一體，在零件加工精度、加工效率、加工表面的復雜性以及加工柔性的適應性等方面比傳統的普通機床具有明顯的優越性。
1 機床數控化改造的分類
機床的數控化改造可以分為以下幾種：
1.1 其一是恢復原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復；
1.2 其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，改造成NC機床、CNC機床；
1.3 其三是翻新，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；對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；
1.4 其四是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，較大幅度地進步水平和檔次的更新改造。
2 普通機床數控化改造前提
普通機床的數控化改造是建立在充分利用原有機床部件的基礎上，對基礎部件作一定的改裝，并配上經濟型數控裝置或標準型數控系統，使原機床具有數控加工功能。改造中主要應注意的是：一是增加相應的數控系統，二是對原機床部件的翻新。對普通機床進行數控化改造在技術上是成熟可行的，但并不是所有的機床都適合改裝成數控機床，是否適宜改裝應進行技術經濟分析和論證，視其是否滿足結構的剛度要求和技術經濟性要求而定。
2.1 機床基礎零部件要有足夠的剛度。
數控機床屬于高精度機床，工件定位精度和刀具重復定位精度要求很高，一般在0.001-0.01mm之內。較高的定位精度要求機床基礎部件應具有較高的靜剛度和運動剛度，基礎部件穩定性不好，受力后易變形的機床不適宜作數控化改造。
2.2 數控化改造要有合理的經濟性
機床數控化改造包含兩部分，一是維修和改造機械部分，二是用新的數控系統代替舊機床的控制系統，如果全部改造費用在同類規格數控新機床價格的40%以內，就具有較好的技術經濟性。一般說來，大中型機床，尤其是重型機床、專用機床最適宜于數控化改造。
3 普通機床數控化改造的總體方案
3.1 數控系統和伺服驅動系統的選擇
數控系統是機床數控化改造的核心。數控改造的目的是要求機床穩定可靠，運轉故障率低。數控系統的選擇應依據價格合理，技術先進、服務方便的原則，不應單純追求高性能指標。根據改造實際，可采用進口的數控系統如日本的FANUC系統，德國的Siemens系統，國產的主要有華中數控、廣州數控等，也可綜合機床實際自行設計研制數控系統，改造成本會更低。伺服驅動系統主要有閉環、半閉環、開環3種方式。前兩種控制方式為實現高精度的伺服控制提供了可能，但由于在系統中增加了位置控制，反饋及伺服放大等環節，安裝調試更復雜，同時要實現系統良好的動態性能難度較大，由于開環伺服系統不存在位置檢測與反饋控制等環節。故一般經濟型數控化改造多采用微機控制的步進電機開環伺服系統，具有較好的技術經濟性。
3.2 滾珠絲桿螺母副的改造
為保證進給伺服系統的傳動精度，運轉平穩性和機床的加工精度，取消原機床的滑動絲桿螺母副，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲桿螺母副，并應用預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙。
3.3 步進電機的選用
機床經濟型數控改造一般是拆除原機床的機械傳動機構，用步進電機經齒輪機構減速驅動滾珠絲桿，帶動刀架縱向或橫向運動。在步進電機轉矩足夠大，構件許可時，可以不用減速驅動機構，由步進電機直接與絲桿副相連。
3.4 自動轉位刀架設計
刀架改造是數控改造的重要內容，通過將原機床的手動轉位刀架替換成自動轉位刀架來實現換刀切削，自動轉位刀架最常見的形式是螺旋型四工位刀架。由數控系統直接控制，效率高，工藝性能可靠。
3.5 主軸脈沖編碼器
加工螺紋時為保證步進電機與主軸旋轉配合，切削出固定螺距，固定起點，多頭螺紋等量分度的螺紋，通常在主軸尾部安裝脈沖編碼器，它將主軸旋轉的角位移以電脈沖的形式輸入計算機，控制車刀的進給運動和工件的旋轉運動，確保正確的運動關系。
3.6 導軌和主軸變速機構
當機床加工精度要求不是很高，尤其是對于開環控制系統，一般不作導軌改造和主軸交流異步電機調整改造，可大為降低改造成本。
4 改造實例
本文以CA6140型普通車床數控化改造為例，介紹其總體方案設計，機械改造設計和數控系統設計，根據數控車床的性能要求，確定進給運動的快速定位速度：Z軸為3m/min：X軸為1m/min：脈沖當量z向為：0.01mm/脈沖：X向為0.005mm/脈沖。
4.1 總體方案設計
數控系統自行研制，基于8031單片機為控制核心，以步進電機為伺服驅動裝置，以工作臺和刀架為執行部件構成一個開環控制系統。總體方案設計結構如圖：
4.2 機械部分改造設計
根據CA6140車床的實際，本著對車床的改動盡可能少，改造成本低的原則，機械部分改造方案如下：
4.2.1 保留車床主軸旋轉主運動：
4.2.2 縱橫向運動的改造均是卸掉拖板上的手輪或手柄，通過一對齒輪副組成減速裝置，然后與相應的步進電機相連接：
4.2.3 設計一四工位電動轉位刀架，由一個三相異步電機帶動：
4.2.4 自行研制基于8031單片機的控制系統：
4.2.5 在刀架的縱橫向運動中，設置安全超程限位保護裝置。
4.3 微機數控系統設計
4.3.1 硬件設計
采用8031單片機數控系統硬件框圖如圖2所示，外接一片27256（32K×8）EPROM存儲系統軟件，一片62256（32K×8）靜態RAM存放加工程序和數據，采用擴展的8255和8155接口芯片處理鍵盤、顯示器和步進電機的驅動刀架控制及滿足插補要求。
4.3.2 軟件設計
根據硬件框圖，結合系統功能要求，可編制相應的數控系統軟件，軟件系統包括系統初始化程序、鍵處理及顯示程序、輸入數控處理程序、插補計算程序、步進電機輸出控制程序和管理程序等。其中插補程序的實時性強，根據G1，G2，G3等插補指令進行計算，分別向X，Z軸發出進給脈沖，步進電機輸出控制程序用來控制X、Z向步進電機的脈沖分配，管理程序負責對微機數控系統軟件的各個程序和任務進行調度管理，以及對操作鍵、編輯鍵等引起的中斷進行處理。
經改造后的CA6140車床，基于單片機控制系統，利用步進電機開環控制，具有直線和圓弧插補功能，提高了加工精度和擴大了機床的使用范圍，具有較好的技術經濟性。
5 結束語
普通車床經數控改造后，既可加工常見的軸類，盤類等簡單零件，更適合加工復雜形狀的零件，同時能用于批量生產，延長了普通機床的使用壽命，提升了產品性能。針對我校實習工廠有一定數量的CA6140車床的實際，可以擬定一套完整的數控化改造方案，與實踐教學結合，以科研立項的方式來組織實施數控設計與改造，既能夠充分發揮舊機床的功能，又能培養具有創新意識和較強實踐動手能力的應用型人才。
參考文獻
機床數控化范文2
關鍵詞:數控化改造；數控系統；伺服系統
中圖分類號：TG502文獻標識碼： A 文章編號：
1 前言
制造業是國民經濟的基礎產業和支柱產業,是推動國家技術進步的主要力量。我國制造業水平與發達國家相比,總體水平偏低,為改變這種落后狀況,必須提高制造業的裝備水平,特別是機床的數控化率。購置數控機床是提高數控化率的途徑,對舊機床進行數控化改造,也是提高機床數控化率的重要途徑之一。機床數控化改造,是在機床上增加數控裝置,使其具有一定的自動化能力,以實現預定的加工工藝目標。它是根據生產實際需要提出,并隨著機床行業以及技術的不斷進步而發展起來的,它的內容是應用成熟的數控技術和經驗,以適應生產的具體要求為目的,對現有機床的局部結構進行改造,并安裝新部件、新裝置、新附件,用計算機控制機床的工作,提高機床的技術性能指標,使之全部或局部達到新數控機床的水平。
2 數控化改造的內容
機床數控化改造是指以可使用的普通舊機床作為毛坯,通過改造手段將其改造為具有數控機床功能的、且與同類新數控機床性能相近的數控機床,其改造的主要內容如下:
2 . 1 精度的恢復和機械傳動部分的改進
隨著機床使用年數的增加,機床的機械傳動部件,如導軌、絲杠、軸承等都有不同程度的磨損。因此,機床改造過程中首要任務是對舊機床進行類似于通常的機床大修,以恢復機床精度,達到新機床的制造標準。但是機床數控化后對機床精度的要求與普通機床的大修是有區別的,即整個機床精度的恢復與機械傳動部分的改進,都要為滿足數控機床的結構特點和數控自動化加工的要求來進行。數控機床的主軸驅動系統和進給驅動系統分別采用交、直流主軸電動機和伺服電動機驅動。這兩類電動機調速范圍大,并可無極變速,因此使主軸箱、進給變速箱及其傳動系統大為簡化。由電動機直接連接主軸或滾珠絲杠。目前數控機床進給系統中常用的機械傳動裝置主要有滾珠絲杠副、靜壓蝸桿蝸母條和預加載荷雙齒輪齒條三種。機床采用的導軌是新材料低摩擦因數的導軌,如滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。另外,在機床上還要加一些輔助裝置,如冷卻系統、空氣過濾器、自動換刀裝置、排屑裝置等。
2. 2 選定數控系統
根據要進行數控化改造機床的控制要求,選擇合適的數控系統是至關重要的。選擇時,除了考慮各項功能滿足要求外,還一定要確保系統工作可靠性。一般以性能價格比來選取,并適當考慮售后服務和故障維修等有關情況。如選用企業內已有數控機床中相同型號的數控系統,對今后操作、編程、維修等都帶來較大的方便。伺服驅動系統的選取,也按改造數控機床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應的數控系統和伺服驅動系統,改造產品的質量和維修更容易得到保證。
當前生產數控系統的公司比較多,國外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、國內的公司如廣州數控GSK公司、華中數控系統有限公司等。一般,進口系統較國產系統性能穩定,但價格昂貴,將其用于機床改造,有些得不償失。國產系統在目前市場上有各種經濟型和標準型數控系統供應。其中,經濟型數控系統具有結構簡單,操作方便,技術易于掌握及制造成本低等優點,系統性能相對較差,可靠性不高;另外,隨著生產技術的不斷發展,標準型數控系統制造成本越來越低,售價也在不斷降低,所以在系統選擇上一般可以考慮國產標準型數控系統,例如廣州數控系統或華中數控系統。
在選擇數控系統時,應了解系統的控制軸數,特別是聯動軸數。因為這與數控系統的價格有直接關系。對只需點位控制的機床,就不要求控制聯動軸,有需要進行輪廓控制的場合,才需要選用有聯動功能的系統。例如,改造鉆床時,可選兩個控制軸的點位控制系統,不要求兩軸聯動;改裝車床時,則需要兩軸聯動;改裝要加工空間曲面的銑床時,則需要三軸聯動。
2. 3 伺服系統設計
伺服系統分為開環、半閉環和閉環系統三種。開環控制系統主要由驅動控制單元、執行元件和機床組成。閉環伺服驅動由執行元件、驅動控制單元、機床以及反饋檢測單元、比較控制環節組成。在普通機床的數控化改造中一般采用步進電動機和交流伺服電動機。交流伺服電動機調速方便,體積小,目前廣泛用于數控機床的傳動系統。與步進電動機相比, 其精度高、價格昂貴,考慮到改造本身是經濟型改造,因此一般選用步進電動機作為驅動裝置。檢測反饋單元一般用光柵、脈沖編碼器等。在選擇驅動裝置時,一定要考慮其運轉性能與電動機的匹配,同時也要考慮其接口數據與數控裝置接口數據的匹配。目前國內外的數控系統廠家,都開發了與自己系統配套的驅動器,如廣州數控適配DA98系列驅動器,華中適配HSV系列驅動器,FANUC(發那科)本身開發了集成程度很高的多軸驅動器,所以一般優先考慮配套的驅動器。
2 . 4 電氣系統的改造設計
在進行機床數控化改造時,原機床的電氣控制部分一般只能報廢,重新按數控化改造要求進行設計制作。數控機床的強電控制部分設計中要特別注意的是,數控系統各接口信號的特點和形式要相配,并且在設計過程中應盡量簡化強電控制線路。
在電氣控制系統的改造設計中,應該遵循:機床在滿足控制要求的前提下,設計方案力求簡單、經濟,不宜盲目追求自動化和高指標,力求控制系統操作簡單、車床使用與維修方便。機床中的主軸電動機、冷卻泵電動機、刀架電動機等均需系統自動控制。數控機床中電氣控制系統除了對機床輔助運動和輔助動作控制外,還包括對保護開關、各種行程、極限開關的控制, 以及在操作盤上所有按鍵、操作指示燈等的控制。改造后的電氣控制系統,不僅保留了機床傳統控制系統的優點,同時具有體積小、功能強、通用性和靈活性強、使用維護方便等特點。
2. 5 整機聯接調試
舊機床上述各個部件的改造過程完成后,就可對組裝后改造機床各個部件進行調試。一般先對電氣控制部分進行調試,看單個動作是否正常,然后再進機調試階段。
3 結語
由于機床數控化改造有多種方案,機床類型不同,改造的內容也不同,所以上述機床改造內容并非一成不變,而要根據實際情況選取合適的方式,以使普通機床數控化改造后的性能與新的同類數控機床相近或相同。另外,在機床數控化改造完成后,還應注意培訓數控機床的操作人員和編程人員,以使改造后的數控機床能夠盡快發揮作用。
參考文獻
[1] 羅永順.機床數控化改造技術[M].北京:機械工業出版社.
機床數控化范文3
關鍵詞：普通機床；數控化；數控機床；改造
Abstract:Onthebasisoftheconditionoftheequipmentinsmallenterprisesormiddleenterprises,intheprocessofrestructuringthegeneralmachinetoolintoNC,theproblemsthathowtoselecttheNCsystem,servosystemandhowtorestructurethestructuresofthemachinetoolandsoonareintroduced.
Keyword:Ordinaryenginebed;Numericalcontrol;Numerically-controlledmachinetool;Transformation
近年來，隨著各行業對機加工產品要求的不斷提高和數控技術的飛速發展，數控機床以其精度高、效率高和勞動強度低等諸多普通機床無法比擬的優勢，成為當今制造業的主流加工設備。目前，一個企業設備數控化程度的高低已經直接影響到了它的生存。那些擁有大量普通機床的工廠，正面臨著巨大的挑戰。這些廠家效益不好的主要原因，一方面是大量普通機床閑置造成浪費，另一方面是沒有足夠的資金購買新的數控設備。因此，投入較少的資金，把原有機床進行升級改造，使之變成數控機床，就成了解決這一問題的最好辦法?，F在，機床的改造，特別是把普通機床改造成經濟型數控機床，已經成為了我國廣大企業設備投資的重要組成部分?，F將機床改造中要考慮的主要問題介紹如下：
1伺服系統的選擇
伺服系統是數控機床的重要組成部分，它既是數控系統CNC系統與刀具、主軸間的信息傳遞環節，又是能量放大與傳遞的環節。它的性能在很大程度上決定了數控機床的性能。例如，數控機床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標均取決于伺服系統的動態和靜態性能。伺服系統按控制方式分為開環控制系統、半閉環控制系統和閉環控制系統三類。在普通機床的數控化改造中，一般選用價格較低的開環控制系統。該系統的執行元件——伺服電機，通常采用步進電機或永磁式交流伺服電機。
步進電機是采用脈沖數字信號進行控制的，每轉一轉步距誤差自動變為零，易于控制，價格最低。其選擇的關鍵是對參數進行確定。確定參數的具體方法是：先計算電機的步距角，其次確定其步距精度，然后再對它的轉矩進行選擇，最后選定步進電機驅動器。
永磁式交流伺服電機常用于進給驅動系統中，它容量大，結構簡單，運行可靠，效率高，但啟動特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機的額定轉速，其次選擇其負載慣量，然后再確定它的額定轉矩，進行電機預選，最后通過進一步的速度、加減速轉矩及連續工作轉矩的驗算確定預選電機是否符合要求。
2數控系統的選擇
數控系統是數控機床的中樞，是其中最關鍵的環節。目前，市場上數控系統的類型較多，選擇時要保證能購得最適合的系統，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
首先，要考慮被改造機床的功能要求。根據機床的功能要求選擇數控系統，以使數控系統所具有的功能要與準備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數控系統的高性能指標，而選擇了功能遠遠多于改造機床功能的系統，造成功能過剩、資金浪費，且在一定程度上還可能潛伏下由于數控系統復雜程度的增加而帶來故障率升高的隱患。又要保證所選數控系統能滿足機床全部功能要求，不要出現一些因必須的系統功能短缺，影響其它功能的使用，使機床的優良性能發揮不出來。
其次，要考慮數控系統的制造廠商。老牌著名跨國公司主要有德國的西門子、日本的發那科和三菱、法國的NVM等，國內公司主要有中華數控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統的性能尚優于國產系統，但價格也較高，因此適用于大型高精度機床。國產系統功能較簡單，性能較穩定，價格便宜，對一般車床、銑床已能可靠使用，且近幾年國產系統也有長足進步，與世界先進技術的差距越來越小。如中華數控公司，就憑借已其達到國際領先水平，且具有自主版權的數控技術和現代化的產業基地在中國大地迅速崛起。該公司的中華數控系統曾在2004年舉行的第一屆全國數控技能大賽上與西門子、發那科等著名系統同臺全方位競技，充分發揮了其強大功能優勢。使用此系統的參賽選手，有多人取得了很好的成績。可見，國內系統功能也會越來越完善。
第三，要考慮數控系統與其它配件的匹配。如果數控系統、電機及驅動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時，就可能會出現輸入與輸出信號的不匹配及在傳送中信號產生滯后等現象。因此，選擇時要優先考慮能提供進給伺服系統和主軸驅動的廠家的數控系統。
另外，在資金允許的條件下，盡量向著名廠家型號系列靠攏。一般著名廠商此類系統零件篩選更嚴格，制造工藝更規范可靠，性能穩定，能更好地預防電器元件的故障或提前失效引起的設備故障，也有利于維修。
3機床機械部件的改造
數控機床的機械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。因此，不能簡單地認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了機床數控改造的目的。而是應該從機床自身的價值考慮，分析改造要達到的目標和所需投入。從該機床在本單位產品制造中的地位和重要程度來分析改造價值。對被改造機床的結構、性能、精度等技術現狀作全面分析。其中包括機床原來的結構設計是否符合改造要求，部件結構是否仍然完好，各坐標軸的機械傳動結構及導軌副的形式等是否適用，各項精度是否滿足要求，機床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現過重大故障。從該機床的投入產出率估算，確定最終改造方案。
3.1主傳動系統的改造
在對主傳動系統進行改造時，一般應盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機構，只把主軸的正轉、反轉和停轉由原來的機械控制改變為由數控系統控制。當然，如果為了擴大變速范圍，實現加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機更換為多速電機，這樣可以使機床性能更好。但多速電機的功率是隨轉速的變化而變化的，所以電機功率要大，且還要增加一套電機變速系統，改裝比較麻煩。對普通機床進行簡易數控改造時，最好不要用這種方法。另外，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然的聯系，要在主軸箱內安裝一個與主軸同步旋轉的旋轉脈沖編碼器。如普通車床改裝為數控車床時，在主軸箱內裝主軸脈沖編碼器，以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。
3.2進給傳動系統的改造
在對進給傳動系統進行改造時，一般都應該把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構全部拆除。而每個方向的進給傳動都改由各自獨立的功率步進電機，經減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實現各坐標方向的運動，進行各坐標的控制。例如普通機床的簡易化數控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進給箱的傳動路線切斷，且將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進電機安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。
在對機床進給傳動系統改裝的同時，也要對此傳動系統中的傳動裝置元件進行相應的改造。具體如下：
（1）絲杠。絲杠是將回轉運動轉換為直線運動的傳動裝置。改造時，為了滿足數控機床上較高精度零件的加工要求，應該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變為了滾動摩擦，使摩擦損失減小，精度保持性、傳動平穩性、傳動效率等都得以提高。其傳動效率可達到92%～98%，是普通絲杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是數控系統直接控制的對象。不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結構。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調整法和柔性調整法兩種。剛性調整法傳動剛度較好，結構簡單，但調整起來很費時；柔性調整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側間隙，傳動剛度較低，傳動平穩性差，結構復雜。改造中，可根據機床加工目標選用。具體選用可參考有關資料。
（3）機床導軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應充分考慮機床導軌的耐磨性。當前國內普通機床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數較大。改造中，在對達不到預定要求的原機床導軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。
4刀架的改造
刀架是否需要進行改造，要根據改造后機床主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機床上的加工，就沒有必要對刀架進行改造。若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行改造。即拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅動，由數控裝置控制的自動刀架。
機床的數控化改造要考慮的因素很多。除了上面提到的主要內容外，由于機床控制方式的改變，還要對其進行電氣部分的重新設計，機械部分的大修和專項修理，解決調試、安裝等多方面存在的問題?？傊?，在改造過程中，一定要全面綜合地考慮問題。只有這樣才能改造出性能價格比最優的機床。
參考文獻：
[1]李鐵堯.金屬切削機床[M]．北京：機械工業出版社，1989.
[2]羅永順.普通機床數控化改造設計中關鍵問題的研究[J].機床與液壓，2005，（6）：193-195.
[3]吳孜越.C620普通車床的數控化改造[J].機床與液壓，2005，（8）：211-213.
機床數控化范文4
【關鍵詞】機床改造；電氣控制；PLC ；步進電機
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
一、前言
目前許多數控化改造的設計存在諸多問題：選擇電機參數時，使用的計算方法欠精確；數控系統類型和功能選擇不合理；電氣部分的改造不規范等等。因為數控機床電氣設計、應用與維修技術工作的復雜性、多樣性和多變性以及一些客觀環境因索的制約，在數控機床電氣控制方而還沒有形成一套成熟的、完整的理論體系。本文將對機床數控化改造進行歸納總結和分析，以求對該學科理論的發展及工程技術人員的實踐有所裨益，為普通機床數控化改造中的電氣設計提供依據。
二、普通機床改數控機床的優點
普通機床雖然有價格便宜、操作簡單的優點, 但它存在許多弊端：1）傳動鏈復雜從而導致傳動精度低，使產品的加工精度降低，產品的質量穩定性也不是很高；2) 加工工序簡單，因而不能加工較復雜的零件，加工零件的品種也比較少；3) 生產效率較低。一個零件一般需要多次裝夾和多道工序；4) 由于普通機床幾乎所有工作都靠工人手動操作，對工人的熟練程度要求高，因而工人勞動強度大，生產準備時間長。由于普通機床的這些缺點越來越使之在當今日益競爭的社會中處于劣勢。
1、普通機床數控化的優點
普通機床經過數控化改造后，可以大大地提高傳動進給精度，從而提高機床的加工精度；還可以拓寬普通機床的加工范圍，延長機床的役齡；普通機床的數控化改造將在很大程度上盤活企業的固定資產、提高勞動效率，用較少的資金， 將普通機床改造升級為數控機床，帶來可觀的經濟效益，為提高企業的競爭力做出貢獻。
2、普通機床數控化的方法
普通機床改造成數控機床的方法要有兩個步驟：第一步驟：技術可行性分析和經濟可行性分析；第二步驟：技術上的改進措施。分為兩方面：一方面是機械上的改進，另一方面是電氣系統的改進。
對普通機床進行數控化改造，關鍵技術在于對機床精度的恢復。舊機床一般在工作車間已經工作多年，其中導軌、溜板等都有不同程度的磨損。在有條件的時候，按常規機床大修的方法，對機床導軌進行磨削，磨削量以保持床面有一定的表面硬化層為宜。若舊機床磨損嚴重，磨削后，表面硬化層已去除，可采用電刷鍍的方法加工耐磨表層。與床身相匹配的溜板，一般可采用刮研的方法修配恢復精度。在導軌磨損量較大的情況下，也可采用貼塑工藝恢復機床導軌精度。主軸精度的修復是改造機床維修的另一個側重點?？刹捎酶鼡Q主軸軸承等傳統方法配合電刷鍍工藝完成。主軸箱通常需單獨修復，并調試驗收精度。有些磨損量小的機床也可以采用表面工程技術在現場操作，恢復機床精度。
三、電氣系統設計
1、 SIEMENS 802C 數控系統組成
控制系統是數控機床的“大腦”，由一種專用計算機，完成插補運算、數據處理、輸入輸出等控制任務。數控加工程序經數控系統運算處理后，輸出司服控制信號、主軸驅動控制信號及其開關狀態量信號等。從其功能和經濟性兩方面考慮。本設計選用 SIEMENS 802C 數控系統，其功能齊全，可構成全閉環后、半閉環的位置控制系統。數控系統分經濟性數控系統和標準型數控系統，經濟性數控系統是建立在單片機基礎上，一般是由步進電機驅動裝置和步進電機，構成位置開環的控制系統。標準型數控系統是建立在微機基礎上，功能齊全，可構成全閉環、后半閉環的位置控制系統。根據普通機床的實際功能要求，本設計采用的后一種數控系統。
SIEMENS 802C 數控系統控制 3 個步進電機進給軸和一個主軸，主軸采用交流司服電機或變頻電動機，特別適合機床的數控化改造。西門子數控系統組成系統如圖 1 所示。
2、驅動電路設計
驅動電路設計，采用對驅動器在三相六拍的基礎上進行 5 細分(30 拍)，10 細分（60 拍）。細分后電動機運行的步距角將要縮小相應的倍數（如步距角為 0.75 的電動機，10 細分后電動機運行的步距角為 0.075 ）。細分后消除了小步進電動機的低頻振蕩，提高了電動機的分辨率和運行特性，由于制造工藝的問題，實際上的分辨率會稍低于理論細分的精度。如圖 2 所示，三相混合式步進電機驅動器 SH-32206，80～220V 交流供電，可適應最惡劣電網環境。脈沖信號、方向信號和脫機信號接 CNC 裝置。雙極恒相流細分驅動，可以通過驅動器面板上的第 1、2、3、4 四個撥碼開關，可供選擇 16 種細分模式。輸入信號光電隔離。過壓、過流保護、脫機保持功能、單/雙脈沖模式可選。自動半流。最大輸出驅動電流 6A/相。
3、操作面板設計
操作面板由機床操作面板和數控系統操作面板指令部分組成如圖 3所示，其中，CRT 程序顯示、當前位置及其加工狀態等信息；程序編輯鍵（位于 CRT 右方）可進行程序的輸入、修改、調整?，F場操作鍵（位于面板的下方）可實現機床的手動，點動，自動等操作。
圖 3 操作面板
程序編輯部分主要由操作面板上各編輯鍵來實現不同程序的要求，面板各鍵的名稱和功能如表 1 所示。由于響應菜單控件只有一個單擊事件CLICK，所以要為不具有下級菜單項添加代碼，可以在設計窗口中設置代碼。本系統由于菜單項都是為了更快的進入系統的子窗口，所以菜單響應事件的代碼非常簡單，因為子窗口已經設置了大量的代碼，菜單只是調用這些窗口而已，另外，關于“文件”菜單中一些問文件處理可以結合 COMMDIALOG控件來完成。
四、普通機床數控化改造中的電氣設計需要注意的問題
1、加工精度的控制
對舊機床改造，除系統升級外，改造者面臨的另一關鍵問題就是機械精度問題。機械精度恢復的如何，直接關系到改造的整體效果。而一般機床經多年使用后，由于使用條件和環境的不同，會造成多方面的磨損或損傷，如軸承、絲桿、導軌等都會直接影響機床的整體精度。本次改造除更換受損的軸承、聯軸器等外還對導軌的鑲條、貼塑面等結合部件進行鏟刮重新裝配后，機床的主要幾何精度指標均達到相關標準要求。而在測量定位精度時，發現定位精度和重復定位精度指標嚴重超標，分別為0.035和0.025mm。于是決定啟用系統提供的螺距補償功能。使用激光干涉儀分別對三個軸進行定位檢測，檢測間距選擇 40mm，在整個行程范圍內，記錄下所有檢測點的誤差值，將這些誤差值輸入至系統提供的補償參數中，再進行測量，結果效果非常明顯。補償后的定位精度和重復定位精度分別為0.015和0.010mm（此精度指標雖不理想，但作為改造機床已能滿足一般的加工要求）。
2、數控機床運動坐標的電氣控制
電流環是為伺服電機提供轉矩的電路。一般情況下它與電動機的匹配調節已由制造者做好了或者指定了相應的匹配參數，其反饋信號也在伺服系統內聯接完成，因此不需接線與調整。
速度環的最佳調節是在位置環開環的條件下才能完成的，這對于水平運動的坐標軸和轉動坐標軸較容易進行，而對于垂向運動坐標軸則位置開環時會自動下落而發生危險，可以采取先摘下電動機空載調整，然后再裝好電動機與位置環一起調整或者直接帶位置環一起調整，這時需要有一定的經驗和細心。
五、結束語
綜上，機床數控化改造不僅是經濟又見效快的途徑，而且節約能源、實現廢品資源化和保護環境的目的。我們必須加快機床數控化的進度。但是機床的數控化改造不能停留在現有階段，應緊跟世界潮流，發展多軸聯動數控系統，開發高速、高精度、高效加工中心等關鍵技術，向智能化方高發展。
參考文獻
機床數控化范文5
Abstract： after the very large scale integrated circuit in the mechanical and electrical integration is the combination of mechanical technology and electronic technology products. With the rapid development of microelectronics computer and application of mechatronics technology as involving the multi-discipline knowledge system has been vigorously the development of the technology. This paper analyzes the current situation of the development of numerical control machine tool， for mechanical and electrical integration technology in the application of numerical control machine put forward concrete Suggestions， for reference.
關鍵詞：機電一體化;數控機床;應用
Keywords： mechanical and electrical integration; CNC machine tools; application
1.引言
機電一體化的概念于上世紀70年代由日本提出，是一門跨學科的系統級技術，而今機電一體化已經發展成為一門擁有自身基礎體系的新型學科。此技術要求產品擁有高質量、小體積、低功耗、高可靠的特點，是一項能夠實現系統最優化的技術。然而機電一體化技術在我國的起步比較晚，相應專業性人才缺口較大，而且我國的工業系統軟硬件設施較差，我國的機電一體化技術在數控機床上應用方面廣泛性和程度深入性與發達國家相比還存在一定的差距，因此我國需加大力度發展機電一體化技術在數控機床上的應用，提高我國工業系統的現代化程度。
2.我國數控機床發展中存在的問題
2.1數控化水平較低
一個國家的數控化水平，是看其機床的數控化比率的高低，而我國較先進發達國家的機床數控化比率還有些差距，目前我國的數控化比率在生產方面大約在30%，在消費方面大約在50%，與發達國家的70%相差甚遠。據統計，我國的經濟型數控機床占有國產機床品種的50%，最高的轉速僅在2000轉/秒，極個別的能夠達到8000轉/秒，而大型的、高性能、高精度機床僅占國產機床數量總數的1.5%～2.5%，達不到國外機械先進國家比如德國或者日本的二十分之一，在研發高端的數控機床時，由于我國的核心部件開發能力不高，而且開發周期比較長，因此其中的核心零部件不是和國外合作研發便是依靠國外進口，嚴重的制約了我國數控化水平的提高。
2.2嚴重缺乏核心技術
據統計在02年到08年之間我國的機床消費和出口排名世界第一，結果看似機床業比較發達，但相反的是我國的機床的利潤不高，最多的是依靠經濟型機床來出口，而高端的大型機床利潤相當低。造成這種局面的最主要原因是我國目前的核心技術缺乏，核心部件的研發能力不高，而且研發周期較長，技術無法實現產業化，在核心部件的研發成本控制和性能校對與國外發達過肩相比存在很大的差距。我國現在的中端、高端機床產業主要是進行部件的制造和組裝商，真正掌握核心技術的確實外資企業，中高端的機床的核心部件依靠進口來補充，而核心部件的價值就相當于機床成本的60%，這就嚴重的制約了我國數控機床的盈利和發展。
2.3產品性能不高
數控機床產品的性能的決定因素主要是由零部件的精度、轉速等等因素決定的。目前我國的數控機床的零部件精度普遍不高，很多的零部件加工企業在精度方面達不到客戶的要求，特別是在定位精度中的重復定位精度方面，僅有少數產品能夠達到歐洲所規定的標準的定位精度。其次在轉速方面，我國的產品在軸轉速、移動速度、換刀速度方面與國外的發展水平有較大的差異，比如在國外的加工中心的快速進給速度大部分都能夠達到40米/分鐘，甚至最高的能夠達到90米/分鐘，但是反觀國內的加工中心大多都在30米/分鐘，小部分能夠達到60米/分鐘，與國外相比數控機床產品無論是在進給速度、軸轉速、連續工作時間都有不小的差距。
3.機電一體化在數控機床中的應用
3.1自動控制在數控機床中的應用
數控機床與普通機床的最大區別是在于“數控”上，而數控的最大含義便是能夠減少人工的操作，具有一定的智能化。而自動控制技術是利用控制器控制機器能夠按照某種規則自動的運行，來完成某種控制任務，保證某個預定目標的實現。在數控機床中利用自動控制技術中的速度控制、高精度定位控制的技術來保證數控機床的正常工作，其中用信息處理技術來保證整個機床運行的準確性以及及時性，保證產品生產的質量和效率。自動控制技術的應用減少了人工操作干涉，有利于將人從復雜危險的環境中解放出來，而且由于人工干涉的減少更能夠提高產品的生產速度和精度以及效率。
3.2伺服驅動技術在數控機床中的應用
伺服驅動技術是機電一體化中相當重要的一種技術，其能夠使產品的位置以及狀態等輸出量根據輸入信號量的變化而得到自動控制的一種技術。該技術以執行元件和驅動為主要的研究目標，執行元件首先與數控裝置連接，能夠接收輸入的控制指令，其次由于機械的執行部件相連接，能夠控制一系列動作的實現。伺服驅動技術在數控機床上的應用能夠提高產品的動態性能，保證產品的精度標準，控制產品質量，提高產品的生產效率，提高數控機床的穩定性和高精度性。
3.3檢測與傳感技術在數控機床中的應用
檢測與傳感技術是指將諸如速度、位置、溫度、加速度、酸度以及其他形式的參考變量轉換成為統一標準的電信號，然后把這種經過處理后得到的電信號輸入到信息處理系統中，接著由信息系統產生相應的控制信號來控制機械執行部件的動作。正是由于檢測與傳感技術的應用，能夠保證數控機床在運行過程中的實時性和準確性，能夠快速的做到準確定位，保證數控機床的每一步操作能夠按照指令去執行，達到指令預期的效果，并能夠實時的監測數控機床的運行狀態，有效的保證數控機床的正常工作。
4.結論
機電一體化作為一項跨多門學科而興起的新興技術，正在飛速的發展和完善，已經逐漸的形成自己的體系基礎。隨著微電子技術的迅速發展和廣泛普及，計算機行業發生著翻天幅度的變化，機電一體化作為微電子技術的新型技術代表將對數控機床的發展做出巨大的推動作用，應用機電一體化的數控機床是一個發展趨勢，這會引發我國工業系統的巨大變革，將我國的工業生產引進到一個嶄新的時代。
參考文獻：
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[2]劉磊，涂萬陽.機電一體化在數控機床中的應用[J].經營管理者，2014（04）
機床數控化范文6
【關鍵詞】 數控一體化實訓 安全隱患 安全教育
隨著我國數控設備的普及，數控技術在制造業中的應用越來越廣泛，為此全國各類技工院校都開設了數控技術專業，以緩解數控程序員和數控操作員緊缺的局面。而數控機床加工是應用數字化信號對機器的運動進行控制的一種自動控制的機械加工技術。數控技術的應用是機械制造行業現代化的標志。通過數控車床加工，數控銑床加工教學實習達到提高學生從事“機——電——計”工程實踐工作的能力，拓展學生在機械制造工藝技術領域思維的目的。掌握機床坐標系與工作坐標系，掌握數控機床程序的結構，掌握數控機床的常用指令。我校針對企業單位的需求開設了數控技術專業，而數控機床操作實訓作為該專業的重要實訓課程，受到更多的重視和關注。通過數控實訓使學生了解數控機床及數控加工概念，掌握數控機床程序編制內容，使學生具備一定的數控加工基礎知識，可以編制較復雜的數控加工程序，初步掌握數控機床的操作與維護。使學生對所學專業也更深的理解，在掌握理論知識的前提下，提高了實際動手操作能力。
1 數控機床一體化實訓中存在的安全隱患
作為技工院校，我校的學生相對來說實際動手能力較強，但對操作實訓過程中安全知識了解不多，經常出現安全隱患。往往事故發生的主要原因是物體的不安全狀態和人的不安全行為。其中在機械使用過程中，人的不安全行為是引發事故的重要的直接原因。人的行為受到生理、心理等多種因素的影響，表現是多種多樣的。缺乏安全意識和安全技能差，即安全素質低下是認為引發事故的主要原因，例如不了解使用機械存在的危險、不按安全規范操作、缺乏自我保護和處理意外情況的能力等。指揮失誤（違章指揮）、操作失誤（操作差錯、在意外情況時的反射行為或違章作業）、監護失誤等不安全行為。
2 安全教育在數控實訓中的重要性
2.1 校級安全教育。學院對學生的實訓安全問題非常的重視，按照生產企業的標準制定了各項規章制度，并制成展板放置于實訓車間。把“安全第一，提高警惕”作為首要任務。根據要求由數控教研室組織編寫了安全教育讀本，發給參加數控實訓的學生閱讀學習，安排針對性較強的安全教育課，讓有生產一線工作經驗的老師講解所操作機床的結構和性能以及在實訓操作中可能存在的安全問題，使學生對所接觸的機床操作安全問題有基本的認識；其次通過觀看安全教育錄像和事故展板，面對活生生的安全事故讓學生有直觀的印象，提高安全防范意識。再針對所學工種，具體講解其操作規程。
2.2 車間級安全教育。在進入車間實訓時，有專人負責對所有學生進行本車間勞動衛生狀況和規章制度的講解，介紹實訓車間的概況，車間人員結構、安全實訓組織狀況及活動情況，車間危險區域，車間勞動保護方面的規章制度和對勞動保護用品的穿戴要求和注意事項，車間事故多發部位、原因、有什么特殊規定和安全要求，車間常見事故和對典型事故案例的剖析。介紹車間防火知識，防火的要害部位及防火的特殊需要，消防用品放置地點，滅火器的性能、使用方法，車間消防組織情況，遇到火險如何處理等。組織學生學習安全生產文件和安全操作規程制度，并應教育學生應尊敬老師，聽從指揮，安全實訓。通過一系列的講解和學習，取得了較好的成果。
2.3 班組級安全教育。班組級安全教育是最直接、最重要的安全教育，學生進入實訓車間后，參加實訓的就是所要操作的機床，由具體帶班的實訓老師講解其崗位安全操作規程，勞動防護用品的性能和正確使用方法等。實訓的第一節課組織學生學習安全技術操作規程并督促執行，教育學生遵章守紀，正確穿戴勞動防護用品，正確使用安全刀具，制止違章作業，切實做到“三不傷害”（不傷害自己，不傷害他人，不被他人傷害）。通過實訓現場老師的講解和動手示范，取得的效果很明顯，大大降低了學生在實訓過程中出現安全隱患的可能性。實訓老師安排學生按規定對環境因素和危險源進行檢查并記錄，定期對本班組內使用的設備、設施、器具、工作場所等進行檢查，發現隱患和不安全因素及時整改，對本班組無力解決的及時上報并采取有效的防范措施，做好記錄，避免發生人身事故及其它責任事故。
3 學生自我安全學習
通過以上三級安全教育，學生基本掌握其所學工種的安全生產知識和自我防護。但有些職責還必須了解，如熟悉并嚴格執行本崗位工藝紀律和安全技術操作規程，掌握本崗位設備儀器及其他相關設備，裝置的結構和性能，愛護和正確使用機具設備及附屬安全裝置，遇到異常情況能夠及時發現并排除，正確使用勞動防護用品，操作中堅持互相幫助，互相監督，不違章作業，抵制違章指揮，遇有危及安全的緊急情況時，應采取果斷措施，并及時報告老師，認真總結經驗教訓，貫徹實施好安全防護措施。
幾年的數控機床一體化實訓教學，使我深刻體會到安全教育的重要性，通過所有人的努力，取得了很好的效果，至今沒出現安全事故，做到了“安全第一，提高技能”的宗旨。還要繼續努力，做到如企業一樣的安全培訓五則：教育使其不為，培訓使其不惑，規范使其不亂，獎罰使其不敢，制度使其不怨。在實際生產中，僅僅有安全知識是不夠的，必須把學到的知識運用到實際中去，因而還要十分重視安全技能的教育和訓練。安全技能是從實際生產過程中總結提煉出來的，一般情況下，都以學習、掌握“操作規程”等來完成，有的通過教育指導者的言傳身教來實現。但無論用什么方法，受教育者都要經過自身的實踐，反復糾正錯誤動作，逐漸領會和掌握正確的操作要領，才能不斷提高安全技能的熟練程度。
參考文獻
1 謝超.數控機床操作與實訓.上海交通大學出版社，2007
