（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 對機床數(shù)控化的改造及其必要性

在發(fā)達國家，工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)從上世紀的七八十年代就進入了數(shù)控工業(yè)的發(fā)展階段，數(shù)控機床的使用也是在那個時候開始發(fā)展起來的。本質(zhì)上就是建立在信息技術(shù)發(fā)展上的軍、民機械工業(yè)的信息化改造。信息化的生產(chǎn)以其獨有的不可超越的優(yōu)勢占領(lǐng)了工業(yè)生產(chǎn)，而信息技術(shù)對工業(yè)發(fā)達的國家的機械工業(yè)的改造即信息化的深入，使得其工業(yè)技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，因此他們的產(chǎn)品在國際市場上的綜合競爭力大大加強，無論是軍用品還是民用品領(lǐng)域。而對于我國，由于種種原因，在信息化技術(shù)的發(fā)展上相對落后于國際發(fā)達國家，因而，在機械工業(yè)的信息化技術(shù)改造上也落后了近乎二十年。例如，我國在數(shù)控機床的使用上，在1995 年的時候才只占到了整體機床數(shù)量比重的1.9%，而同時期的日本，則已經(jīng)達到了20.8%是我國的十倍。這就是為什么我國每年都會大量的進口機電產(chǎn)品的最主要的原因，機床的數(shù)控化改造勢在必行。

2 如何改造

2.1 改造內(nèi)容

對于機床的數(shù)控化改造包括了對機床的改造以及對生產(chǎn)線的改造，主要內(nèi)容有：首先是恢復(fù)原有功能。即首先對機床以及生產(chǎn)線存在的故障進行維修診斷；其次是NC化。即將數(shù)顯裝置安裝到普通的機床上，或者是增加數(shù)控系統(tǒng)。是機床成為NC 機床或者是CNC 機床；再者，是翻新。因為老舊的機床對于工件的加工的精度以及效率還有自動化的程度都會產(chǎn)生不良影響，因此對機械部分老舊部件應(yīng)當(dāng)重新翻新或裝配，恢復(fù)精度和更新；最后，是在技術(shù)上進行更新和創(chuàng)新。機械性能的提升以及機床新工藝的應(yīng)用，新技術(shù)的推廣都要在原有的工藝和設(shè)備基礎(chǔ)上進行，因此在改造的過程中可以進行大規(guī)模的革新，以此提高整體的技術(shù)水平以及生產(chǎn)檔次。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

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

步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)，如圖1 所示，該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送 出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(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)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實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)的位移精度主要取決于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度。

異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，如圖2 所示。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際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)。

交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，圖3 所示。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(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做成一個整體時，則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。

3 數(shù)控改造中主要機械部件改裝探討

一臺新的數(shù)控機床，在設(shè)計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達到上述要求。不能認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了數(shù)控機床的要求，還應(yīng)對主要部件進行相應(yīng)的改造使其達到一定的設(shè)計要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。

滑動導(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)軌防護和潤滑。

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

滑動絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6 級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，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，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。

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

[1]進口機床的數(shù)控化技術(shù)改造.中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所，2003.

[2]數(shù)控系統(tǒng)及機床數(shù)控化改造.杭州電子科技大學(xué)，2007.