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机床数控化范文1
机械制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，具有举足轻重的作用，机床是发展机械制造业必不可少的生产工具。我国机械制造业与发达国家相比，总体水平较低，通过提升制造业的装备水平，特别是机床数控化率，能够有效的提高产品质量、降低产品成本，增强市场竞争力。以机电一体化技术为核心的数控机床集计算机技术、信息技术、自动化技术于一体，在零件加工精度、加工效率、加工表面的复杂性以及加工柔性的适应性等方面比传统的普通机床具有明显的优越性。
1 机床数控化改造的分类
机床的数控化改造可以分为以下几种：
1.1 其一是恢复原功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复；
1.2 其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；
1.3 其三是翻新，为进步精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；
1.4 其四是技术更新或技术创新，为进步性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地进步水平和档次的更新改造。
2 普通机床数控化改造前提
普通机床的数控化改造是建立在充分利用原有机床部件的基础上，对基础部件作一定的改装，并配上经济型数控装置或标准型数控系统，使原机床具有数控加工功能。改造中主要应注意的是：一是增加相应的数控系统，二是对原机床部件的翻新。对普通机床进行数控化改造在技术上是成熟可行的，但并不是所有的机床都适合改装成数控机床，是否适宜改装应进行技术经济分析和论证，视其是否满足结构的刚度要求和技术经济性要求而定。
2.1 机床基础零部件要有足够的刚度。
数控机床属于高精度机床，工件定位精度和刀具重复定位精度要求很高，一般在0.001-0.01mm之内。较高的定位精度要求机床基础部件应具有较高的静刚度和运动刚度，基础部件稳定性不好，受力后易变形的机床不适宜作数控化改造。
2.2 数控化改造要有合理的经济性
机床数控化改造包含两部分，一是维修和改造机械部分，二是用新的数控系统代替旧机床的控制系统，如果全部改造费用在同类规格数控新机床价格的40%以内，就具有较好的技术经济性。一般说来，大中型机床，尤其是重型机床、专用机床最适宜于数控化改造。
3 普通机床数控化改造的总体方案
3.1 数控系统和伺服驱动系统的选择
数控系统是机床数控化改造的核心。数控改造的目的是要求机床稳定可靠，运转故障率低。数控系统的选择应依据价格合理，技术先进、服务方便的原则，不应单纯追求高性能指标。根据改造实际，可采用进口的数控系统如日本的FANUC系统，德国的Siemens系统，国产的主要有华中数控、广州数控等，也可综合机床实际自行设计研制数控系统，改造成本会更低。伺服驱动系统主要有闭环、半闭环、开环3种方式。前两种控制方式为实现高精度的伺服控制提供了可能，但由于在系统中增加了位置控制，反馈及伺服放大等环节，安装调试更复杂，同时要实现系统良好的动态性能难度较大，由于开环伺服系统不存在位置检测与反馈控制等环节。故一般经济型数控化改造多采用微机控制的步进电机开环伺服系统，具有较好的技术经济性。
3.2 滚珠丝杆螺母副的改造
为保证进给伺服系统的传动精度，运转平稳性和机床的加工精度，取消原机床的滑动丝杆螺母副，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应用预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。
3.3 步进电机的选用
机床经济型数控改造一般是拆除原机床的机械传动机构，用步进电机经齿轮机构减速驱动滚珠丝杆，带动刀架纵向或横向运动。在步进电机转矩足够大，构件许可时，可以不用减速驱动机构，由步进电机直接与丝杆副相连。
3.4 自动转位刀架设计
刀架改造是数控改造的重要内容，通过将原机床的手动转位刀架替换成自动转位刀架来实现换刀切削，自动转位刀架最常见的形式是螺旋型四工位刀架。由数控系统直接控制，效率高，工艺性能可靠。
3.5 主轴脉冲编码器
加工螺纹时为保证步进电机与主轴旋转配合，切削出固定螺距，固定起点，多头螺纹等量分度的螺纹，通常在主轴尾部安装脉冲编码器，它将主轴旋转的角位移以电脉冲的形式输入计算机，控制车刀的进给运动和工件的旋转运动，确保正确的运动关系。
3.6 导轨和主轴变速机构
当机床加工精度要求不是很高，尤其是对于开环控制系统，一般不作导轨改造和主轴交流异步电机调整改造，可大为降低改造成本。
4 改造实例
本文以CA6140型普通车床数控化改造为例，介绍其总体方案设计，机械改造设计和数控系统设计，根据数控车床的性能要求，确定进给运动的快速定位速度：Z轴为3m/min：X轴为1m/min：脉冲当量z向为：0.01mm/脉冲：X向为0.005mm/脉冲。
4.1 总体方案设计
数控系统自行研制，基于8031单片机为控制核心，以步进电机为伺服驱动装置，以工作台和刀架为执行部件构成一个开环控制系统。总体方案设计结构如图：
4.2 机械部分改造设计
根据CA6140车床的实际，本着对车床的改动尽可能少，改造成本低的原则，机械部分改造方案如下：
4.2.1 保留车床主轴旋转主运动：
4.2.2 纵横向运动的改造均是卸掉拖板上的手轮或手柄，通过一对齿轮副组成减速装置，然后与相应的步进电机相连接：
4.2.3 设计一四工位电动转位刀架，由一个三相异步电机带动：
4.2.4 自行研制基于8031单片机的控制系统：
4.2.5 在刀架的纵横向运动中，设置安全超程限位保护装置。
4.3 微机数控系统设计
4.3.1 硬件设计
采用8031单片机数控系统硬件框图如图2所示，外接一片27256（32K×8）EPROM存储系统软件，一片62256（32K×8）静态RAM存放加工程序和数据，采用扩展的8255和8155接口芯片处理键盘、显示器和步进电机的驱动刀架控制及满足插补要求。
4.3.2 软件设计
根据硬件框图，结合系统功能要求，可编制相应的数控系统软件，软件系统包括系统初始化程序、键处理及显示程序、输入数控处理程序、插补计算程序、步进电机输出控制程序和管理程序等。其中插补程序的实时性强，根据G1，G2，G3等插补指令进行计算，分别向X，Z轴发出进给脉冲，步进电机输出控制程序用来控制X、Z向步进电机的脉冲分配，管理程序负责对微机数控系统软件的各个程序和任务进行调度管理，以及对操作键、编辑键等引起的中断进行处理。
经改造后的CA6140车床，基于单片机控制系统，利用步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，提高了加工精度和扩大了机床的使用范围，具有较好的技术经济性。
5 结束语
普通车床经数控改造后，既可加工常见的轴类，盘类等简单零件，更适合加工复杂形状的零件，同时能用于批量生产，延长了普通机床的使用寿命，提升了产品性能。针对我校实习工厂有一定数量的CA6140车床的实际，可以拟定一套完整的数控化改造方案，与实践教学结合，以科研立项的方式来组织实施数控设计与改造，既能够充分发挥旧机床的功能，又能培养具有创新意识和较强实践动手能力的应用型人才。
参考文献
机床数控化范文2
关键词:数控化改造；数控系统；伺服系统
中图分类号：TG502文献标识码： A 文章编号：
1 前言
制造业是国民经济的基础产业和支柱产业,是推动国家技术进步的主要力量。我国制造业水平与发达国家相比,总体水平偏低,为改变这种落后状况,必须提高制造业的装备水平,特别是机床的数控化率。购置数控机床是提高数控化率的途径,对旧机床进行数控化改造,也是提高机床数控化率的重要途径之一。机床数控化改造,是在机床上增加数控装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。它是根据生产实际需要提出,并随着机床行业以及技术的不断进步而发展起来的,它的内容是应用成熟的数控技术和经验,以适应生产的具体要求为目的,对现有机床的局部结构进行改造,并安装新部件、新装置、新附件,用计算机控制机床的工作,提高机床的技术性能指标,使之全部或局部达到新数控机床的水平。
2 数控化改造的内容
机床数控化改造是指以可使用的普通旧机床作为毛坯,通过改造手段将其改造为具有数控机床功能的、且与同类新数控机床性能相近的数控机床,其改造的主要内容如下:
2 . 1 精度的恢复和机械传动部分的改进
随着机床使用年数的增加,机床的机械传动部件,如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。因此,机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修,以恢复机床精度,达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的,即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进,都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大,并可无极变速,因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨,如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。另外,在机床上还要加一些辅助装置,如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。
2. 2 选定数控系统
根据要进行数控化改造机床的控制要求,选择合适的数控系统是至关重要的。选择时,除了考虑各项功能满足要求外,还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取,并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统,对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取,也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统,改造产品的质量和维修更容易得到保证。
当前生产数控系统的公司比较多,国外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、国内的公司如广州数控GSK公司、华中数控系统有限公司等。一般,进口系统较国产系统性能稳定,但价格昂贵,将其用于机床改造,有些得不偿失。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中,经济型数控系统具有结构简单,操作方便,技术易于掌握及制造成本低等优点,系统性能相对较差,可靠性不高;另外,随着生产技术的不断发展,标准型数控系统制造成本越来越低,售价也在不断降低,所以在系统选择上一般可以考虑国产标准型数控系统,例如广州数控系统或华中数控系统。
在选择数控系统时,应了解系统的控制轴数,特别是联动轴数。因为这与数控系统的价格有直接关系。对只需点位控制的机床,就不要求控制联动轴,有需要进行轮廓控制的场合,才需要选用有联动功能的系统。例如,改造钻床时,可选两个控制轴的点位控制系统,不要求两轴联动;改装车床时,则需要两轴联动;改装要加工空间曲面的铣床时,则需要三轴联动。
2. 3 伺服系统设计
伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便,体积小,目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比, 其精度高、价格昂贵,考虑到改造本身是经济型改造,因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时,一定要考虑其运转性能与电动机的匹配,同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家,都开发了与自己系统配套的驱动器,如广州数控适配DA98系列驱动器,华中适配HSV系列驱动器,FANUC(发那科)本身开发了集成程度很高的多轴驱动器,所以一般优先考虑配套的驱动器。
2 . 4 电气系统的改造设计
在进行机床数控化改造时,原机床的电气控制部分一般只能报废,重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是,数控系统各接口信号的特点和形式要相配,并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。
在电气控制系统的改造设计中,应该遵循:机床在满足控制要求的前提下,设计方案力求简单、经济,不宜盲目追求自动化和高指标,力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外,还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制, 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统,不仅保留了机床传统控制系统的优点,同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。
2. 5 整机联接调试
旧机床上述各个部件的改造过程完成后,就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试,看单个动作是否正常,然后再进机调试阶段。
3 结语
由于机床数控化改造有多种方案,机床类型不同,改造的内容也不同,所以上述机床改造内容并非一成不变,而要根据实际情况选取合适的方式,以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外,在机床数控化改造完成后,还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员,以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
参考文献
[1] 罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社.
机床数控化范文3
关键词：普通机床；数控化；数控机床；改造
Abstract:Onthebasisoftheconditionoftheequipmentinsmallenterprisesormiddleenterprises,intheprocessofrestructuringthegeneralmachinetoolintoNC,theproblemsthathowtoselecttheNCsystem,servosystemandhowtorestructurethestructuresofthemachinetoolandsoonareintroduced.
Keyword:Ordinaryenginebed;Numericalcontrol;Numerically-controlledmachinetool;Transformation
近年来，随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其精度高、效率高和劳动强度低等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备。目前，一个企业设备数控化程度的高低已经直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较少的资金，把原有机床进行升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。现在，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。现将机床改造中要考虑的主要问题介绍如下：
1伺服系统的选择
伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。该系统的执行元件——伺服电机，通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。
步进电机是采用脉冲数字信号进行控制的，每转一转步距误差自动变为零，易于控制，价格最低。其选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是：先计算电机的步距角，其次确定其步距精度，然后再对它的转矩进行选择，最后选定步进电机驱动器。
永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，它容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择其负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算确定预选电机是否符合要求。
2数控系统的选择
数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
首先，要考虑被改造机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能要与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因偏面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。
其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内公司主要有中华数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。如中华数控公司，就凭借已其达到国际领先水平，且具有自主版权的数控技术和现代化的产业基地在中国大地迅速崛起。该公司的中华数控系统曾在2004年举行的第一届全国数控技能大赛上与西门子、发那科等著名系统同台全方位竞技，充分发挥了其强大功能优势。使用此系统的参赛选手，有多人取得了很好的成绩。可见，国内系统功能也会越来越完善。
第三，要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。
另外，在资金允许的条件下，尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，也有利于维修。
3机床机械部件的改造
数控机床的机械部分在刚度、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。因此，不能简单地认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了机床数控改造的目的。而是应该从机床自身的价值考虑，分析改造要达到的目标和所需投入。从该机床在本单位产品制造中的地位和重要程度来分析改造价值。对被改造机床的结构、性能、精度等技术现状作全面分析。其中包括机床原来的结构设计是否符合改造要求，部件结构是否仍然完好，各坐标轴的机械传动结构及导轨副的形式等是否适用，各项精度是否满足要求，机床在加工中是否存在故障和历史上有无出现过重大故障。从该机床的投入产出率估算，确定最终改造方案。
3.1主传动系统的改造
在对主传动系统进行改造时，一般应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制改变为由数控系统控制。当然，如果为了扩大变速范围，实现加工过程中的自动变速，也可以将原来的单速电机更换为多速电机，这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的，所以电机功率要大，且还要增加一套电机变速系统，改装比较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时，最好不要用这种方法。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。
3.2进给传动系统的改造
在对进给传动系统进行改造时，一般都应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改由各自独立的功率步进电机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。例如普通机床的简易化数控改装，通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断，且将溜板箱拆除，直接把齿轮减速箱和功率步进电机安装在纵向丝杠的右端和横向丝杠的外端。
在对机床进给传动系统改装的同时，也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。具体如下：
（1）丝杠。丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置。改造时，为了满足数控机床上较高精度零件的加工要求，应该用滚珠丝杠螺母副替换原普通机床上的梯形丝杠螺母副。滚珠丝杠螺母副把传动丝杠与螺母之间的滑动摩擦变为了滚动摩擦，使摩擦损失减小，精度保持性、传动平稳性、传动效率等都得以提高。其传动效率可达到92%～98%，是普通丝杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是数控系统直接控制的对象。不论是点位控制、直线控制，还是轮廓控制，被加工零件的最终坐标精度都将受到拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。除拖板及相配件精度要高外，由驱动电机到丝杠间的传动齿轮也要采用间隙消除结构。以满足传动精度和灵敏度的要求。常用的消隙方法有刚度调整法和柔性调整法两种。刚性调整法传动刚度较好，结构简单，但调整起来很费时；柔性调整法，一般用弹簧弹力自动消除齿侧间隙，传动刚度较低，传动平稳性差，结构复杂。改造中，可根据机床加工目标选用。具体选用可参考有关资料。
（3）机床导轨。为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，应充分考虑机床导轨的耐磨性。当前国内普通机床床身等大件多采用普通铸铁，其摩擦系数较大。改造中，在对达不到预定要求的原机床导轨进行修磨、刮研后，要在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带。
4刀架的改造
刀架是否需要进行改造，要根据改造后机床主要加工对象来确定。若采用一把刀即可完成本机床上的加工，就没有必要对刀架进行改造。若需采用多把刀，如普通车床改装后需要三、四把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造。即拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。
机床的数控化改造要考虑的因素很多。除了上面提到的主要内容外，由于机床控制方式的改变，还要对其进行电气部分的重新设计，机械部分的大修和专项修理，解决调试、安装等多方面存在的问题。总之，在改造过程中，一定要全面综合地考虑问题。只有这样才能改造出性能价格比最优的机床。
参考文献：
[1]李铁尧.金属切削机床[M]．北京：机械工业出版社，1989.
[2]罗永顺.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压，2005，（6）：193-195.
[3]吴孜越.C620普通车床的数控化改造[J].机床与液压，2005，（8）：211-213.
机床数控化范文4
【关键词】机床改造；电气控制；PLC ；步进电机
中图分类号：F407文献标识码： A
一、前言
目前许多数控化改造的设计存在诸多问题：选择电机参数时，使用的计算方法欠精确；数控系统类型和功能选择不合理；电气部分的改造不规范等等。因为数控机床电气设计、应用与维修技术工作的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因索的制约，在数控机床电气控制方而还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。本文将对机床数控化改造进行归纳总结和分析，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益，为普通机床数控化改造中的电气设计提供依据。
二、普通机床改数控机床的优点
普通机床虽然有价格便宜、操作简单的优点, 但它存在许多弊端：1）传动链复杂从而导致传动精度低，使产品的加工精度降低，产品的质量稳定性也不是很高；2) 加工工序简单，因而不能加工较复杂的零件，加工零件的品种也比较少；3) 生产效率较低。一个零件一般需要多次装夹和多道工序；4) 由于普通机床几乎所有工作都靠工人手动操作，对工人的熟练程度要求高，因而工人劳动强度大，生产准备时间长。由于普通机床的这些缺点越来越使之在当今日益竞争的社会中处于劣势。
1、普通机床数控化的优点
普通机床经过数控化改造后，可以大大地提高传动进给精度，从而提高机床的加工精度；还可以拓宽普通机床的加工范围，延长机床的役龄；普通机床的数控化改造将在很大程度上盘活企业的固定资产、提高劳动效率，用较少的资金， 将普通机床改造升级为数控机床，带来可观的经济效益，为提高企业的竞争力做出贡献。
2、普通机床数控化的方法
普通机床改造成数控机床的方法要有两个步骤：第一步骤：技术可行性分析和经济可行性分析；第二步骤：技术上的改进措施。分为两方面：一方面是机械上的改进，另一方面是电气系统的改进。
对普通机床进行数控化改造，关键技术在于对机床精度的恢复。旧机床一般在工作车间已经工作多年，其中导轨、溜板等都有不同程度的磨损。在有条件的时候，按常规机床大修的方法，对机床导轨进行磨削，磨削量以保持床面有一定的表面硬化层为宜。若旧机床磨损严重，磨削后，表面硬化层已去除，可采用电刷镀的方法加工耐磨表层。与床身相匹配的溜板，一般可采用刮研的方法修配恢复精度。在导轨磨损量较大的情况下，也可采用贴塑工艺恢复机床导轨精度。主轴精度的修复是改造机床维修的另一个侧重点。可采用更换主轴轴承等传统方法配合电刷镀工艺完成。主轴箱通常需单独修复，并调试验收精度。有些磨损量小的机床也可以采用表面工程技术在现场操作，恢复机床精度。
三、电气系统设计
1、 SIEMENS 802C 数控系统组成
控制系统是数控机床的“大脑”，由一种专用计算机，完成插补运算、数据处理、输入输出等控制任务。数控加工程序经数控系统运算处理后，输出司服控制信号、主轴驱动控制信号及其开关状态量信号等。从其功能和经济性两方面考虑。本设计选用 SIEMENS 802C 数控系统，其功能齐全，可构成全闭环后、半闭环的位置控制系统。数控系统分经济性数控系统和标准型数控系统，经济性数控系统是建立在单片机基础上，一般是由步进电机驱动装置和步进电机，构成位置开环的控制系统。标准型数控系统是建立在微机基础上，功能齐全，可构成全闭环、后半闭环的位置控制系统。根据普通机床的实际功能要求，本设计采用的后一种数控系统。
SIEMENS 802C 数控系统控制 3 个步进电机进给轴和一个主轴，主轴采用交流司服电机或变频电动机，特别适合机床的数控化改造。西门子数控系统组成系统如图 1 所示。
2、驱动电路设计
驱动电路设计，采用对驱动器在三相六拍的基础上进行 5 细分(30 拍)，10 细分（60 拍）。细分后电动机运行的步距角将要缩小相应的倍数（如步距角为 0.75 的电动机，10 细分后电动机运行的步距角为 0.075 ）。细分后消除了小步进电动机的低频振荡，提高了电动机的分辨率和运行特性，由于制造工艺的问题，实际上的分辨率会稍低于理论细分的精度。如图 2 所示，三相混合式步进电机驱动器 SH-32206，80～220V 交流供电，可适应最恶劣电网环境。脉冲信号、方向信号和脱机信号接 CNC 装置。双极恒相流细分驱动，可以通过驱动器面板上的第 1、2、3、4 四个拨码开关，可供选择 16 种细分模式。输入信号光电隔离。过压、过流保护、脱机保持功能、单/双脉冲模式可选。自动半流。最大输出驱动电流 6A/相。
3、操作面板设计
操作面板由机床操作面板和数控系统操作面板指令部分组成如图 3所示，其中，CRT 程序显示、当前位置及其加工状态等信息；程序编辑键（位于 CRT 右方）可进行程序的输入、修改、调整。现场操作键（位于面板的下方）可实现机床的手动，点动，自动等操作。
图 3 操作面板
程序编辑部分主要由操作面板上各编辑键来实现不同程序的要求，面板各键的名称和功能如表 1 所示。由于响应菜单控件只有一个单击事件CLICK，所以要为不具有下级菜单项添加代码，可以在设计窗口中设置代码。本系统由于菜单项都是为了更快的进入系统的子窗口，所以菜单响应事件的代码非常简单，因为子窗口已经设置了大量的代码，菜单只是调用这些窗口而已，另外，关于“文件”菜单中一些问文件处理可以结合 COMMDIALOG控件来完成。
四、普通机床数控化改造中的电气设计需要注意的问题
1、加工精度的控制
对旧机床改造，除系统升级外，改造者面临的另一关键问题就是机械精度问题。机械精度恢复的如何，直接关系到改造的整体效果。而一般机床经多年使用后，由于使用条件和环境的不同，会造成多方面的磨损或损伤，如轴承、丝杆、导轨等都会直接影响机床的整体精度。本次改造除更换受损的轴承、联轴器等外还对导轨的镶条、贴塑面等结合部件进行铲刮重新装配后，机床的主要几何精度指标均达到相关标准要求。而在测量定位精度时，发现定位精度和重复定位精度指标严重超标，分别为0.035和0.025mm。于是决定启用系统提供的螺距补偿功能。使用激光干涉仪分别对三个轴进行定位检测，检测间距选择 40mm，在整个行程范围内，记录下所有检测点的误差值，将这些误差值输入至系统提供的补偿参数中，再进行测量，结果效果非常明显。补偿后的定位精度和重复定位精度分别为0.015和0.010mm（此精度指标虽不理想，但作为改造机床已能满足一般的加工要求）。
2、数控机床运动坐标的电气控制
电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者做好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。
速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。
五、结束语
综上，机床数控化改造不仅是经济又见效快的途径，而且节约能源、实现废品资源化和保护环境的目的。我们必须加快机床数控化的进度。但是机床的数控化改造不能停留在现有阶段，应紧跟世界潮流，发展多轴联动数控系统，开发高速、高精度、高效加工中心等关键技术，向智能化方高发展。
参考文献
机床数控化范文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.
关键词：机电一体化;数控机床;应用
Keywords： mechanical and electrical integration; CNC machine tools; application
1.引言
机电一体化的概念于上世纪70年代由日本提出，是一门跨学科的系统级技术，而今机电一体化已经发展成为一门拥有自身基础体系的新型学科。此技术要求产品拥有高质量、小体积、低功耗、高可靠的特点，是一项能够实现系统最优化的技术。然而机电一体化技术在我国的起步比较晚，相应专业性人才缺口较大，而且我国的工业系统软硬件设施较差，我国的机电一体化技术在数控机床上应用方面广泛性和程度深入性与发达国家相比还存在一定的差距，因此我国需加大力度发展机电一体化技术在数控机床上的应用，提高我国工业系统的现代化程度。
2.我国数控机床发展中存在的问题
2.1数控化水平较低
一个国家的数控化水平，是看其机床的数控化比率的高低，而我国较先进发达国家的机床数控化比率还有些差距，目前我国的数控化比率在生产方面大约在30%，在消费方面大约在50%，与发达国家的70%相差甚远。据统计，我国的经济型数控机床占有国产机床品种的50%，最高的转速仅在2000转/秒，极个别的能够达到8000转/秒，而大型的、高性能、高精度机床仅占国产机床数量总数的1.5%～2.5%，达不到国外机械先进国家比如德国或者日本的二十分之一，在研发高端的数控机床时，由于我国的核心部件开发能力不高，而且开发周期比较长，因此其中的核心零部件不是和国外合作研发便是依靠国外进口，严重的制约了我国数控化水平的提高。
2.2严重缺乏核心技术
据统计在02年到08年之间我国的机床消费和出口排名世界第一，结果看似机床业比较发达，但相反的是我国的机床的利润不高，最多的是依靠经济型机床来出口，而高端的大型机床利润相当低。造成这种局面的最主要原因是我国目前的核心技术缺乏，核心部件的研发能力不高，而且研发周期较长，技术无法实现产业化，在核心部件的研发成本控制和性能校对与国外发达过肩相比存在很大的差距。我国现在的中端、高端机床产业主要是进行部件的制造和组装商，真正掌握核心技术的确实外资企业，中高端的机床的核心部件依靠进口来补充，而核心部件的价值就相当于机床成本的60%，这就严重的制约了我国数控机床的盈利和发展。
2.3产品性能不高
数控机床产品的性能的决定因素主要是由零部件的精度、转速等等因素决定的。目前我国的数控机床的零部件精度普遍不高，很多的零部件加工企业在精度方面达不到客户的要求，特别是在定位精度中的重复定位精度方面，仅有少数产品能够达到欧洲所规定的标准的定位精度。其次在转速方面，我国的产品在轴转速、移动速度、换刀速度方面与国外的发展水平有较大的差异，比如在国外的加工中心的快速进给速度大部分都能够达到40米/分钟，甚至最高的能够达到90米/分钟，但是反观国内的加工中心大多都在30米/分钟，小部分能够达到60米/分钟，与国外相比数控机床产品无论是在进给速度、轴转速、连续工作时间都有不小的差距。
3.机电一体化在数控机床中的应用
3.1自动控制在数控机床中的应用
数控机床与普通机床的最大区别是在于“数控”上，而数控的最大含义便是能够减少人工的操作，具有一定的智能化。而自动控制技术是利用控制器控制机器能够按照某种规则自动的运行，来完成某种控制任务，保证某个预定目标的实现。在数控机床中利用自动控制技术中的速度控制、高精度定位控制的技术来保证数控机床的正常工作，其中用信息处理技术来保证整个机床运行的准确性以及及时性，保证产品生产的质量和效率。自动控制技术的应用减少了人工操作干涉，有利于将人从复杂危险的环境中解放出来，而且由于人工干涉的减少更能够提高产品的生产速度和精度以及效率。
3.2伺服驱动技术在数控机床中的应用
伺服驱动技术是机电一体化中相当重要的一种技术，其能够使产品的位置以及状态等输出量根据输入信号量的变化而得到自动控制的一种技术。该技术以执行元件和驱动为主要的研究目标，执行元件首先与数控装置连接，能够接收输入的控制指令，其次由于机械的执行部件相连接，能够控制一系列动作的实现。伺服驱动技术在数控机床上的应用能够提高产品的动态性能，保证产品的精度标准，控制产品质量，提高产品的生产效率，提高数控机床的稳定性和高精度性。
3.3检测与传感技术在数控机床中的应用
检测与传感技术是指将诸如速度、位置、温度、加速度、酸度以及其他形式的参考变量转换成为统一标准的电信号，然后把这种经过处理后得到的电信号输入到信息处理系统中，接着由信息系统产生相应的控制信号来控制机械执行部件的动作。正是由于检测与传感技术的应用，能够保证数控机床在运行过程中的实时性和准确性，能够快速的做到准确定位，保证数控机床的每一步操作能够按照指令去执行，达到指令预期的效果，并能够实时的监测数控机床的运行状态，有效的保证数控机床的正常工作。
4.结论
机电一体化作为一项跨多门学科而兴起的新兴技术，正在飞速的发展和完善，已经逐渐的形成自己的体系基础。随着微电子技术的迅速发展和广泛普及，计算机行业发生着翻天幅度的变化，机电一体化作为微电子技术的新型技术代表将对数控机床的发展做出巨大的推动作用，应用机电一体化的数控机床是一个发展趋势，这会引发我国工业系统的巨大变革，将我国的工业生产引进到一个崭新的时代。
参考文献：
[1]胡家华.机电一体化在数控机床中的应用[J].机电信息，2012（21）
[2]刘磊，涂万阳.机电一体化在数控机床中的应用[J].经营管理者，2014（04）
机床数控化范文6
【关键词】 数控一体化实训 安全隐患 安全教育
随着我国数控设备的普及，数控技术在制造业中的应用越来越广泛，为此全国各类技工院校都开设了数控技术专业，以缓解数控程序员和数控操作员紧缺的局面。而数控机床加工是应用数字化信号对机器的运动进行控制的一种自动控制的机械加工技术。数控技术的应用是机械制造行业现代化的标志。通过数控车床加工，数控铣床加工教学实习达到提高学生从事“机——电——计”工程实践工作的能力，拓展学生在机械制造工艺技术领域思维的目的。掌握机床坐标系与工作坐标系，掌握数控机床程序的结构，掌握数控机床的常用指令。我校针对企业单位的需求开设了数控技术专业，而数控机床操作实训作为该专业的重要实训课程，受到更多的重视和关注。通过数控实训使学生了解数控机床及数控加工概念，掌握数控机床程序编制内容，使学生具备一定的数控加工基础知识，可以编制较复杂的数控加工程序，初步掌握数控机床的操作与维护。使学生对所学专业也更深的理解，在掌握理论知识的前提下，提高了实际动手操作能力。
1 数控机床一体化实训中存在的安全隐患
作为技工院校，我校的学生相对来说实际动手能力较强，但对操作实训过程中安全知识了解不多，经常出现安全隐患。往往事故发生的主要原因是物体的不安全状态和人的不安全行为。其中在机械使用过程中，人的不安全行为是引发事故的重要的直接原因。人的行为受到生理、心理等多种因素的影响，表现是多种多样的。缺乏安全意识和安全技能差，即安全素质低下是认为引发事故的主要原因，例如不了解使用机械存在的危险、不按安全规范操作、缺乏自我保护和处理意外情况的能力等。指挥失误（违章指挥）、操作失误（操作差错、在意外情况时的反射行为或违章作业）、监护失误等不安全行为。
2 安全教育在数控实训中的重要性
2.1 校级安全教育。学院对学生的实训安全问题非常的重视，按照生产企业的标准制定了各项规章制度，并制成展板放置于实训车间。把“安全第一，提高警惕”作为首要任务。根据要求由数控教研室组织编写了安全教育读本，发给参加数控实训的学生阅读学习，安排针对性较强的安全教育课，让有生产一线工作经验的老师讲解所操作机床的结构和性能以及在实训操作中可能存在的安全问题，使学生对所接触的机床操作安全问题有基本的认识；其次通过观看安全教育录像和事故展板，面对活生生的安全事故让学生有直观的印象，提高安全防范意识。再针对所学工种，具体讲解其操作规程。
2.2 车间级安全教育。在进入车间实训时，有专人负责对所有学生进行本车间劳动卫生状况和规章制度的讲解，介绍实训车间的概况，车间人员结构、安全实训组织状况及活动情况，车间危险区域，车间劳动保护方面的规章制度和对劳动保护用品的穿戴要求和注意事项，车间事故多发部位、原因、有什么特殊规定和安全要求，车间常见事故和对典型事故案例的剖析。介绍车间防火知识，防火的要害部位及防火的特殊需要，消防用品放置地点，灭火器的性能、使用方法，车间消防组织情况，遇到火险如何处理等。组织学生学习安全生产文件和安全操作规程制度，并应教育学生应尊敬老师，听从指挥，安全实训。通过一系列的讲解和学习，取得了较好的成果。
2.3 班组级安全教育。班组级安全教育是最直接、最重要的安全教育，学生进入实训车间后，参加实训的就是所要操作的机床，由具体带班的实训老师讲解其岗位安全操作规程，劳动防护用品的性能和正确使用方法等。实训的第一节课组织学生学习安全技术操作规程并督促执行，教育学生遵章守纪，正确穿戴劳动防护用品，正确使用安全刀具，制止违章作业，切实做到“三不伤害”（不伤害自己，不伤害他人，不被他人伤害）。通过实训现场老师的讲解和动手示范，取得的效果很明显，大大降低了学生在实训过程中出现安全隐患的可能性。实训老师安排学生按规定对环境因素和危险源进行检查并记录，定期对本班组内使用的设备、设施、器具、工作场所等进行检查，发现隐患和不安全因素及时整改，对本班组无力解决的及时上报并采取有效的防范措施，做好记录，避免发生人身事故及其它责任事故。
3 学生自我安全学习
通过以上三级安全教育，学生基本掌握其所学工种的安全生产知识和自我防护。但有些职责还必须了解，如熟悉并严格执行本岗位工艺纪律和安全技术操作规程，掌握本岗位设备仪器及其他相关设备，装置的结构和性能，爱护和正确使用机具设备及附属安全装置，遇到异常情况能够及时发现并排除，正确使用劳动防护用品，操作中坚持互相帮助，互相监督，不违章作业，抵制违章指挥，遇有危及安全的紧急情况时，应采取果断措施，并及时报告老师，认真总结经验教训，贯彻实施好安全防护措施。
几年的数控机床一体化实训教学，使我深刻体会到安全教育的重要性，通过所有人的努力，取得了很好的效果，至今没出现安全事故，做到了“安全第一，提高技能”的宗旨。还要继续努力，做到如企业一样的安全培训五则：教育使其不为，培训使其不惑，规范使其不乱，奖罚使其不敢，制度使其不怨。在实际生产中，仅仅有安全知识是不够的，必须把学到的知识运用到实际中去，因而还要十分重视安全技能的教育和训练。安全技能是从实际生产过程中总结提炼出来的，一般情况下，都以学习、掌握“操作规程”等来完成，有的通过教育指导者的言传身教来实现。但无论用什么方法，受教育者都要经过自身的实践，反复纠正错误动作，逐渐领会和掌握正确的操作要领，才能不断提高安全技能的熟练程度。
参考文献
1 谢超.数控机床操作与实训.上海交通大学出版社，2007
