孫 亮

（黑龍江齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161005）

機(jī)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(xiàng)目，在我國目前由于數(shù)控機(jī)床的加工能力和資金受限，對(duì)機(jī)床進(jìn)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(duì)C6132普通車床數(shù)控化改造進(jìn)行了深入研究，包括對(duì)機(jī)床改造進(jìn)行可行性分析、對(duì)機(jī)床關(guān)鍵部件參數(shù)的計(jì)算、對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、對(duì)機(jī)床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及在改造中應(yīng)注意的事項(xiàng)等進(jìn)行了詳細(xì)的論述。結(jié)果表明：經(jīng)改造后的機(jī)床已達(dá)到預(yù)期的功能和精度，完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控(Numerical Corltrol——NC)，是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computer Numerical Control——CNC)。

采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)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(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)效率。機(jī)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(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀、自動(dòng)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(dá)國家，他們的機(jī)床改造業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生氣盎然，正處在黃金時(shí)期。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造成了一個(gè)“永恒"的課題。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，這已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國,機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)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(jī)床公司、DeVlieg—BuUavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、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(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大限工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)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(jī)床總量約400萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有20萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率僅為5%左右，而國外發(fā)達(dá)國家的機(jī)床數(shù)控化率，多年前就達(dá)到20%以上。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；役齡10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)／半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC／FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)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(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)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(zhǎng)等現(xiàn)象，從而在國際、國內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。

目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床來替換根本不現(xiàn)實(shí)，而且替換下來的舊機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)，要解決這些問題，應(yīng)走普通機(jī)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(jìn)程看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)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(jī)床數(shù)控化改造服務(wù)。因此，普通機(jī)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(duì)一些中小型企業(yè)更是如此。

利用現(xiàn)有閑置的舊機(jī)床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)高效、多功能的數(shù)控機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的有效方法，也是在短期內(nèi)提高我國機(jī)床的數(shù)控化率的一條有效途徑。

另外對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造有許多積極的意義:

1）節(jié)省資金。機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。

2）性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。

3）提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍。對(duì)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(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。

4）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，提高了相關(guān)的加工精度,同時(shí)減少了零件在機(jī)床間的頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)。

5）可縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。機(jī)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(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機(jī)床的加工狀態(tài)。還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)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(jí)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(dòng)主電機(jī)的方式，本文對(duì)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(shí)，拆除原來的掛輪架部分，在機(jī)床Ⅹ軸伸出端安裝主軸脈沖編碼器，本文對(duì)脈沖編碼器的安裝方法作了簡(jiǎn)要論述；

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

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

6）在機(jī)械改造方面，對(duì)縱橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)，特別是滾珠絲杠螺母副作了詳細(xì)設(shè)計(jì)研究，并對(duì)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(jì)方面，對(duì)MCS-51單片機(jī)做了簡(jiǎn)要的介紹，并在8031單片機(jī)的基礎(chǔ)上編制了相應(yīng)的程序。