淺談機(jī)床數(shù)控改造

　　一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢

　　1946年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。

　　6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。

　　1.1、數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）

　　早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。

　　1.2、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）

　　到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件--運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。

　　到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。

　　到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。

　　總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國外稱為PC-BASED）。

　　還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。

　　1.3、數(shù)控未來發(fā)展的趨勢

　　1.3.1 繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展

　　基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。

　　1.3.2 向高速化和高精度化發(fā)展

　　這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。

　　1.3.3 向智能化方向發(fā)展

　　隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。

　　（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)

　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。

　�。�2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工

　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。

　　（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)

　�。�4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置

　　可以通過自動(dòng)識別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。

　　二、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性

　　2.1、微觀看改造的必要性

　　從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。

　　2.1.1 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。

　　由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。

　　2.1.2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。

　　由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。

　　2.1.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。

　　2.1.4 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。

　　2.1.5 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。

　　2.1.6 由以上五條派生的好處。

　　如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。

　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

　　2.2、宏觀看改造的必要性

　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達(dá)20.8％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。

　　三、機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場

　　3.1、機(jī)床數(shù)控化改造的市場

　　我國目前機(jī)床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機(jī)床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60％以上）�？梢娢覀兊拇蠖鄶�(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。

　　3.2、進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場

　　我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1979～1988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。

　　這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母�、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。

　　這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。

　　四、數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺

　　4.1、國外改造業(yè)的興起

　　在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。

　　4.2、數(shù)控化改造的內(nèi)容

　　機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

　　其一是恢復(fù)原功能，對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；

　　其二是NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床；

　　其三是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；

　　其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に�、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。

　　4.3、數(shù)控化改造的優(yōu)缺

　　4.3.1 減少投資額、交貨期短

　　同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50％左右。

　　4.3.2 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限

　　所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。

　　4.3.3 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修

　　購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　4.3.4 可充分利用現(xiàn)有的條件

　　可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。

　　4.3.5 可以采用最新的控制技術(shù)

　　可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。

　　五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇

　　數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

　　5.1、步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。

　　該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。

　　5.2、異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)�？筛鶕�(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。

　　5.3、交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

　　半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。

　　當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。

　　選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求。

　　六、數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝探討

　　一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。

　　6.1、滑動(dòng)導(dǎo)軌副

　　對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。

　　6.2、齒輪副

　　一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。

　　6.3、滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠

　　絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。

　　滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。

　　6.4、安全防護(hù)

　　效必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。

　　七、機(jī)床數(shù)控改造主要步驟

　　7.1、改造方案的確定

　　改造的可行性分析通過以后，就可以針對某臺或某幾臺機(jī)床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括：

　　7.1.1 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合

　　一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。

　　7.1.2 先易后難、先局部后全局

　　確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中，應(yīng)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(xì)的工作，使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。

　　7.1.3 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)

　　針對某臺或某幾臺機(jī)床，確定它的環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。當(dāng)然，電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品，性能合理、實(shí)用，有備件及維修支持，功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。

　　7.1.4 落實(shí)參與改造人員和責(zé)任

　　改造是一個(gè)系統(tǒng)工程，人員配備十分重要。除了人員的素質(zhì)條件外，根據(jù)項(xiàng)目的大小，合理地確定人數(shù)與分工是關(guān)鍵。人員太少不利于開展工作，人員太多也容易引起混亂。根據(jù)各個(gè)劃分開的子系統(tǒng)，確定人員職責(zé)，有主有次，便于組織與協(xié)調(diào)。如果項(xiàng)目采用對外合作形式，更需在目標(biāo)明確的前提下，界定分工，確定技術(shù)協(xié)調(diào)人。

　　7.1.5 改造范圍與周期的確定

　　有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測定和分析決定其改造范圍。停機(jī)改造的周期，根據(jù)各企業(yè)的實(shí)際情況確定，考慮因素有生產(chǎn)緊張程度、人員技術(shù)水平、準(zhǔn)備工作充分程度、新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度，甚至還包括天氣情況等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上陣，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。

　　7.2、改造的技術(shù)準(zhǔn)備

　　改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括：

　　7.2.1 機(jī)械部分準(zhǔn)備

　　為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量、計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、零件制作等應(yīng)先期完成。同時(shí)對停機(jī)后需拆、改、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢，提出明確要求，與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)。

　　7.2.2 新系統(tǒng)電氣資料消化

　　新系統(tǒng)有許多新功能、新要求、新技術(shù)，因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調(diào)試說明、使用手冊、編程手冊等。要有充裕的時(shí)間來對上述資料進(jìn)行翻譯(進(jìn)口系統(tǒng))、消化、整理、核對，做到思路清晰，層次分明。

　　7.2.3 新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

　　根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)、參數(shù)測量點(diǎn)、維修位置等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、中小連接點(diǎn)少，強(qiáng)弱電干擾最小，備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口。

　　7.2.4 操作、編程人員的技術(shù)培訓(xùn)

　　機(jī)床電氣系統(tǒng)改造后，必然對操作、編程人員帶來新的要求。因此提前對操作人員和編程人員進(jìn)行新系統(tǒng)知識培訓(xùn)十分重要，否則將影響改造后的機(jī)床迅速投入生產(chǎn)。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括新的操作面板配置、功能、指示含義；新系統(tǒng)的功能范圍、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別；維護(hù)保養(yǎng)要求；編程標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)化編程等等。重點(diǎn)是弄懂、弄通操作說明書和編程說明書。

　　7.2.5 調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定

　　新的電氣系統(tǒng)改造完以后，怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、傳感等，因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其它人員配合。調(diào)試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對新系統(tǒng)的考核，制定時(shí)必須實(shí)事求是，過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來，不能輕易修改，因?yàn)樗鼱可娴秸麄�(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。

　　7.3、改造的實(shí)施

　　準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段內(nèi)容按時(shí)間順序分為：

　　7.3.1 原機(jī)床的全面保養(yǎng)

　　機(jī)床經(jīng)長期使用后，會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對比分析用。

　　7.3.2 保留的電氣部分最佳化調(diào)整

　　若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電機(jī)的保養(yǎng)，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(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。只有對保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。

　　7.3.3 原系統(tǒng)拆除

　　原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用。還有一定使用價(jià)值的，可作其他機(jī)床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。

　　7.3.4 合理安排新系統(tǒng)位置及布線

　　根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。

　　7.3.5 調(diào)試

　　調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈，無多余物品；各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。

　　7.4、驗(yàn)收及后期工作

　　驗(yàn)收工作應(yīng)聘請有關(guān)的人員共同參加，并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造的后期工作也很重要，它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)。驗(yàn)收及后期工作包括：

　　7.4.1 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收

　　經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。

　　7.4.2 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收

　　電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常，靈敏可靠�？刂凭�度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能(如步進(jìn)尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具(如激光干涉儀、坐標(biāo)測量儀等)對照檢查，達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對比，獲得量化的指標(biāo)差。

　　7.4.3 試件切削驗(yàn)收

　　可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、運(yùn)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。

　　7.4.4 圖紙、資料驗(yàn)收

　　機(jī)床改造完后，應(yīng)及時(shí)將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、移交入檔。保持資料的完整、有效、連續(xù)，這對該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。

　　7.4.5 總結(jié)、提高

　　每次改造結(jié)束后應(yīng)及時(shí)總結(jié)，既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，也有利于整個(gè)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

　　八、數(shù)控改造幾個(gè)實(shí)例

　　1、用SIEMENS 810M改造X53銑床

　　1998年，公司投入20萬元，用德國西門子810M數(shù)控系統(tǒng)、611A交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對公司的一臺型號為X53的銑床進(jìn)行X、Y、Z三軸數(shù)控改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、PLC程序的編制與調(diào)試、機(jī)床大修，最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試。銑床改造后，加工有效行程X/Y/Z軸分別為880/270/280 mm；最大速度X/Y/Z軸分別為5000/1500/800 mm/min；手動(dòng)速度X/Y/Z軸分別為3000/1000/500 mm/min；機(jī)床加工精度達(dá)到±0.001mm。機(jī)床的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可完成各種復(fù)雜曲線或曲面的加工。

　　2、用GSK980T和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床

　　1999年，公司投入了8萬元，采用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)、DY3混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元對公司的一臺加長C6140車床的X、Z兩軸進(jìn)行改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試。車床改造后，加工有效行程X/Z軸分別為390/1400 mm；最大速度X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；手動(dòng)速度為400mm/min；手動(dòng)快速為X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm。

　　3、用GSK980T和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床

　　2000年，用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)、DA98交流伺服單元及4工位自動(dòng)刀架對電機(jī)分廠的一臺C6140車床X、Z兩軸進(jìn)行數(shù)控改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試。車床改造后，加工有效行程X/Z軸分別為390/730 mm；最大速度X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；手動(dòng)速度為400mm/min；手動(dòng)快速為X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm。

　　4、用SIEMENS 802S改造X53銑床

　　2000年，公司投入12萬元，用德國西門子802S數(shù)控系統(tǒng)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對公司的另一臺型號為X53的銑床進(jìn)行X、Y、Z三軸數(shù)控改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修，最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試。銑床改造后，加工有效行程X/Y/Z軸分別為630/240/280 mm；最大速度X/Y/Z軸分別為3000/1000/600 mm/min；手動(dòng)進(jìn)給速度X/Y/Z軸分別為2000/800/500 mm/min；最小移動(dòng)單位為0.001mm。

　　九、數(shù)控改造中的問題和建議

　　通過幾臺機(jī)床的數(shù)控改造工作后，發(fā)現(xiàn)工作中也存在許多問題，主要表現(xiàn)在：

　　一是各部門、開發(fā)人員職責(zé)不明朗，組織混亂，嚴(yán)重影響了改造進(jìn)度；

　　二是制定的工作進(jìn)程和計(jì)劃大多只是憑經(jīng)驗(yàn)制定，不太合理；

　　三是相關(guān)人員的培訓(xùn)工作沒有到位，導(dǎo)致機(jī)床改造后工藝人員不會(huì)編程、操作人員對機(jī)床操作不熟練等問題。

　　綜合以上問題，有幾點(diǎn)建議：

　　一是負(fù)責(zé)改造的員工職責(zé)明確，獎(jiǎng)罰分明，充分調(diào)動(dòng)員工的積極性；

　　二是培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用和維護(hù)人員，選派人員外出進(jìn)修，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)；

　　三是要注重用戶使用、維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)，建立國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)資源庫。

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