關于機床數(shù)控化改造的研究

司元峰

（1. 沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110000；2. 營口技師學院，遼寧 營口 115000）

目前，我國企業(yè)機床數(shù)控化比例極低，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機床，很難滿足企業(yè)高技術產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機床的功效和潛在價值，將大批傳統(tǒng)老式機床改造為數(shù)控機床是一種必然性和趨勢。本課題的目的是針對老式機床的數(shù)控改造方法與研究。采用滾珠絲杠作為傳動裝置。驅動元件為步進電機。微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴展電路和I/O接口電路、伺服電機驅動電路等幾部分組成。數(shù)控系統(tǒng)的核心是微機，其它裝置均在微機的控制下進行工作。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機直接相關。使其可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），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。

1 數(shù)控機床改造的意義

數(shù)控機床在機械加工行業(yè)中的應用越來越廣泛。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅動元件，無檢測反饋機構，系統(tǒng)的定位精度一般可達±0.01～0.02 mm，已能滿足改造后加工零件的精度要求。

企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床綜合了數(shù)控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。另外數(shù)控機床改造節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省 60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。改造后性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。改造后還能提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3～5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。

2 機床數(shù)控化改造的必要性

數(shù)控技術是先進制造技術的核心技術，它的整體水平標志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強弱，具有超越其經(jīng)濟價值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國企業(yè)機械制造整體水平與發(fā)達國家相比還有很大的差距。由于我國企業(yè)大部分數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進口，企業(yè)承受不了巨額購置費，且易受國外的控制，另外數(shù)控機械設備維修力量薄弱，進口的備件維修成本高，設備完好率低，大部分進口機床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進口后還沒使用就已因為各方面原因不能使用等等。因此目前我國企業(yè)機床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機床，很難滿足企業(yè)高技術產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機床的功效和潛在價值，將大批傳統(tǒng)老式機床改造為數(shù)控機床是一種必然性和趨勢。

我們的大多數(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)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。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床的數(shù)控化率。但廢棄傳統(tǒng)機床大量引進數(shù)控機床對企業(yè)來說是一筆巨大的負擔，利用現(xiàn)有設備，提升傳統(tǒng)制造業(yè)的科技含量，是適合我國國情的一條道路，它不僅完成企業(yè)設備的更新?lián)Q代，而且也有良好的經(jīng)濟價值。

在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg－Bullavd（得寶）服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大畏工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。

3 數(shù)控化改造的步驟

3.1 改造方案的確定

改造的可行性分析通過以后，就可以針對工藝和機床現(xiàn)況確定改造方案，一般包括：機械修理與電氣改造相結合。確定改造步驟時，應把整個電氣部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作，根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)。

3.2 改造的技術準備

改造前的技術準備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術準備包括：機械部分準備，為配合電氣改造而需進行的機械大修改造的測量、計算、設計、繪圖、零件制作等應先期完成。電氣部分準備，新舊系統(tǒng)接口的轉換設計全局改造的，應設計機電轉換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、連接點少，強弱電干擾小，備有適當裕量等。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)模轉換等。

3.3 改造的實施

準備工作就緒后，即可進入改造的實施階段。實施階段內(nèi)容按時間順序分為：①原機床的全面保養(yǎng)；②保留的電氣部分最佳化調(diào)整。對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應對保留電氣部分進行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強電部分的零件更換，電機的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風冷卻裝置的清洗，伺服驅動裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等；③原系統(tǒng)拆除。原系統(tǒng)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（局部改造情況下）。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設計中的欠缺之處，應及時補充與修正；④合理安排新系統(tǒng)位置及布線。根據(jù)新系統(tǒng)設計圖紙，合理進行新系統(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。應確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀；⑤調(diào)試。調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進行。調(diào)試人員隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設備事故發(fā)生；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。

3.4 驗收工作及培訓

驗收工作應聘請有關的人員共同參加，并按已制定的驗收標準進行各部件的驗收。

4 結束語

目前，我國企業(yè)機床數(shù)控化比例極低，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機床，很難滿足企業(yè)高技術產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機床的功效和潛在價值，將大批傳統(tǒng)老式機床改造為數(shù)控機床是一種必然性和趨勢。通過改裝機床或是提高了機床的生產(chǎn)效率和自動化程度、減輕了操作者的勞動強度，或是提高了機床的加工精度和表面質(zhì)量，或是擴大了機床的加工能力和工藝范圍，均給生產(chǎn)企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]王仁德主編.機械裝配設計基礎[M].沈陽：東北大學出版社，1995.

[2]王仁德、趙春雨、張耀滿主編.機床數(shù)控技術[M].沈陽：東北大學出版社，2002.