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機床的數(shù)控化改造方法研究
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摘要：本文將對機床的數(shù)控化改造進(jìn)行科學(xué)分析并從數(shù)控系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的改造等方面提供可行性方案和思路。
關(guān)鍵詞：普通機床;數(shù)控機床;系統(tǒng)改造
引言：隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控化機床率已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)是否發(fā)達(dá)的主要標(biāo)志。20世紀(jì)90年代我國有150多萬臺機床，目前我國家擁有機床約300萬臺，其中數(shù)控機床僅僅8萬臺左右，數(shù)控機床數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于那些制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家。我國普通機床設(shè)備陳舊老化、技術(shù)落后，嚴(yán)重影響生產(chǎn)力的發(fā)展。對普通機床進(jìn)行數(shù)控改造已經(jīng)成為既適合我國國情又使其具備先進(jìn)的數(shù)控機床特點的最好途徑。它將使企業(yè)走出困境，實現(xiàn)跨越式發(fā)展的必由之路。
1、 機床數(shù)控化改造分析
數(shù)控化改造是指對普通化機床的某些部位進(jìn)行改裝，再配上經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控裝置和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)。改造后的數(shù)控機床將在自動化程度上、專業(yè)性上、加工精度和生產(chǎn)率上大幅度提高。首先，要進(jìn)行性價比分析。購置一架新機床大約需要340萬元，從安裝到調(diào)試要半年到一年的時間。改造舊機床需要100萬元左右，改造時間約為3個月左右。其次，進(jìn)行技術(shù)評估。主要包括改造后機床的精確度和使用性能。
2、 數(shù)控機床的改造方案
一般情況下對數(shù)控機床的改造主要為兩部分。一部分是機械部分改造，第二部分是數(shù)控系統(tǒng)改造。
2.1 機械部分改造
機械系統(tǒng)改造是數(shù)控系統(tǒng)改造的關(guān)鍵技術(shù)。主要改造內(nèi)容為提高過去零部件的靈活性，減小轉(zhuǎn)動間隙和反向轉(zhuǎn)動間隙。要想達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，要對導(dǎo)軌、主軸變動機構(gòu)等進(jìn)行改造。
1)導(dǎo)軌改造。大多數(shù)普通機床均采用普通鑄鐵。數(shù)控機床要求采用淬硬的合金鋼材料，例如用G CR 15 軸承鋼淬硬到65～62H RC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通機床的滑動導(dǎo)軌需要換成滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，但是改造難度較大，主要是在導(dǎo)軌表面加裝輔助軟帶;
2)刀架改造。數(shù)控機床安裝的刀架為自動刀架，以便數(shù)控機床根據(jù)程序更換刀具。因此，必須將普通機床的刀架進(jìn)行改造或更換;
3)進(jìn)給機械改造。一般進(jìn)給系統(tǒng)可以保持原來的支架系統(tǒng)，但是要調(diào)整彈簧，加裝減速齒輪系統(tǒng)。
2.2 數(shù)控系統(tǒng)的確定
在機床數(shù)字化改造過程中，自動控制系統(tǒng)是非常重要的組成部分。因此，必須根據(jù)改造的實際需求選擇合適的數(shù)控產(chǎn)品。目前，數(shù)控機床控制系統(tǒng)逐漸成熟，市場上出現(xiàn)了各種各樣的品牌，大致可分為兩大類：一類是常規(guī)數(shù)控系統(tǒng);另一類是開放式數(shù)控系統(tǒng)。每一類控制系統(tǒng)都具有高、中、低不同檔次供用戶選擇。因此，用戶可以根據(jù)自己改造的控制精度、改造資金情況進(jìn)行選擇。
1)常規(guī)機床數(shù)控系統(tǒng)
常規(guī)機床數(shù)控系統(tǒng)比較著名的品牌主要有德國西門子的SINUMERIK，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸形成了產(chǎn)品系列，如SINUMERIK810、820，SINUMERIK840、850，SINUMERIK802等。日本的FANUC 系列以及MITSUBISHIM50系列。這些產(chǎn)品都是集成的、封閉體系結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)控裝置CNC、交直流驅(qū)動系統(tǒng)、可編程控制器、位置控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及輔助控制系統(tǒng)等。由于該類數(shù)控系統(tǒng)功能齊全、種類繁多、適用性較強以及信價比高，因而很多機床改造時首選這類控制裝置，我國就有很多這類產(chǎn)品的用戶。但是這類產(chǎn)品在開發(fā)過程中，由于硬件系統(tǒng)集成，用戶不能隨意更換，所以開發(fā)的靈活性不足。另外，系統(tǒng)的編程必須使用指定的軟件和編程語言，數(shù)控裝置程序開發(fā)采用NC，PLC開發(fā)采用梯形圖等，需要開發(fā)人員具有較高的軟件編程能力。因此，這類數(shù)控裝置已經(jīng)逐步退了市場，而另一類數(shù)控產(chǎn)品即開放式機床數(shù)控裝置成為了數(shù)控機床制造的主流。
2)開放式機床數(shù)控系統(tǒng)
開放式數(shù)控系統(tǒng)最大的優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)靈活、編程方便。用戶可以根據(jù)需要選擇硬件結(jié)構(gòu)，可以借助PC機強大的編程能力提高系統(tǒng)控制的性能。目前，市場常用的開放式機床數(shù)控產(chǎn)品主要有三種。每一種數(shù)控裝置都是以PC為控制核心。第一種CNC+PC機的開放式數(shù)控裝置。這類產(chǎn)品雖然提高開放程度，但是還是需要CNC作為機床的直接控制裝置，PC機將各種命令、數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。因此，這類產(chǎn)品價格昂貴，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。主要的代表是西門子的SINUMERIK840、850和日本的FANUC18I等產(chǎn)品。第二種是PC+運動卡式的開放式數(shù)控系統(tǒng)。這類產(chǎn)品完全采用PC機作為真正的控制核心，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計并利用windows操作系統(tǒng)和高級編程軟件進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)除了PC機外，比較重要的硬件是運動卡，它是對外控制伺服系統(tǒng)的控制接口。國內(nèi)主要產(chǎn)品為有華中數(shù)控、廣州數(shù)控等產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)如圖1所示。第三種是全軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以PC機為控制核心，主要采用軟件形式實現(xiàn)運動系統(tǒng)控制。因此，更大程度的調(diào)高了靈活性，是當(dāng)前機床數(shù)控系統(tǒng)的最新產(chǎn)品。
數(shù)控改造中還涉及伺服驅(qū)動系統(tǒng)的改造和設(shè)計。首先要選擇合適的、配套的伺服電機。現(xiàn)在的機床可以選擇直流電機，也可以選擇交流電機，甚至步進(jìn)電機。一般主軸電機選擇交流電機;Z軸、X軸以及U軸等坐標(biāo)軸電機選擇直流電機、交流電機皆可;工件拖動等輔助部分可采用直流電機。電機選擇時注意電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等指標(biāo)。最后，電機一般采用專用的驅(qū)動控制模塊或變頻器進(jìn)行控制，現(xiàn)在市場上都有比較成熟的產(chǎn)品可供選擇。
3、 結(jié)論
本文詳細(xì)介紹了有關(guān)數(shù)控機床改造的過程和方法，對目前國內(nèi)外有關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了比較分析。本文提出系統(tǒng)改造主要以機械部分和數(shù)控裝置的加裝為主，改造過程中一定循序漸進(jìn)，注意成本的控制，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和解決問題。
參考文獻(xiàn)：
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