論機數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床的興起及意義

孫 亮

（黑龍江齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

機床數(shù)控化改造的研究是提高我國技術(shù)裝備水平的重要項目，在我國目前由于數(shù)控機床的加工能力和資金受限，對機床進行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速有效的途徑。本文對C6132普通車床數(shù)控化改造進行了深入研究，包括對機床改造進行可行性分析、對機床關(guān)鍵部件參數(shù)的計算、對機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計、對機床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機床伺服系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)，以及在改造中應(yīng)注意的事項等進行了詳細的論述。結(jié)果表明：經(jīng)改造后的機床已達到預(yù)期的功能和精度，完全能實現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動控制，提高了原機床的生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。

數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控(Numerical Corltrol——NC)，是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制，因此，也可以稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control——CNC)。

采用了數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。它是一種綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設(shè)計等先進技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它很好地解決了形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高及小批量零件的加工問題且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低工人勞動強度，大幅度提高生產(chǎn)效率。機床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機床的水平代表了當前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機床相比，數(shù)控機床能夠自動換刀、自動變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。

在美國、日本和德國等發(fā)達國家，他們的機床改造業(yè)作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生氣盎然，正處在黃金時期。由于機床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進步，機床改造成了一個“永恒"的課題。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，這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—BuUavd(得寶)服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大限工程集團、崗三機械公司、千代田工機械公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。

我國目前機床總量約400萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)只有20萬臺，即我國機床數(shù)控化率僅為5%左右，而國外發(fā)達國家的機床數(shù)控化率，多年前就達到20%以上。我國機床役齡10年以上的占60%以上；役齡10年以下的機床中，自動／半自動機床不到20%，F(xiàn)MC／FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機床占60%以上)?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(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、供貨期長等現(xiàn)象，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。

目前各企業(yè)都有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床來替換根本不現(xiàn)實，而且替換下來的舊機床閑置起來又會造成浪費，要解決這些問題，應(yīng)走普通機床的數(shù)控化改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)現(xiàn)代化進程看，機床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機床經(jīng)過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是74%，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機床數(shù)控化改造服務(wù)。因此，普通機床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。

利用現(xiàn)有閑置的舊機床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺高效、多功能的數(shù)控機床，投資少、見效快，是一種盤活存量資產(chǎn)的有效方法，也是低成本實現(xiàn)自動化的有效方法，也是在短期內(nèi)提高我國機床的數(shù)控化率的一條有效途徑。

另外對普通機床進行數(shù)控化改造有許多積極的意義:

1）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(shè)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(jié)構(gòu)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。

2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。

3）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至5倍。對復(fù)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。

4）可實現(xiàn)多工序的集中，提高了相關(guān)的加工精度,同時減少了零件在機床間的頻繁運轉(zhuǎn)。

5）可縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，對市場需求做出快速反應(yīng)。機床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。

6）擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機床的加工狀態(tài)。還可以提示操作者機床故障或編程錯誤等機床運行中出現(xiàn)的問題。

1）根據(jù)數(shù)控化改造后車床所具備的功能，制訂了車床總體改造方案，并繪制了改造后車床總體布置圖；

2）為使改造后的車床主軸能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止等功能，本次改造采用了變頻器驅(qū)動主電機的方式，本文對主軸變頻器的選用做了相應(yīng)的說明；

3）為使改造后的車床能夠加工螺紋，改造時，拆除原來的掛輪架部分，在機床Ⅹ軸伸出端安裝主軸脈沖編碼器，本文對脈沖編碼器的安裝方法作了簡要論述；

4）在利用聚四氟乙烯軟帶對原車床導軌貼塑的工作中，粘接工藝的好壞將直接影響改造后導軌的性能。本文對粘接工藝的控制作了簡要論述；

5）在電氣改造方面，設(shè)計了車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路圖，縱、橫向步進電機的計算和選型也作了詳細闡述；

6）在機械改造方面，對縱橫向伺服進給機構(gòu)，特別是滾珠絲杠螺母副作了詳細設(shè)計研究，并對數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架的安裝和選用作了介紹；

7）在軟件設(shè)計方面，對MCS-51單片機做了簡要的介紹，并在8031單片機的基礎(chǔ)上編制了相應(yīng)的程序。