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浅谈普通机床的数控化改造

本文主要分析机床的数控化改造的必要性及其一般机床数控改

造的几大关键点，从而分析数控改造机床的优缺点。

机床数控化改造的必要性

从微观上看，数控机床比传统机床有以下特别的优越性，而且

这些优越性均来自数控系统所包涵的计算机的威力：可以加工出

传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件；可以实现加工

的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提升3～7

倍；加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再必须

要修配；可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运；

拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实

现长时间无人看管加工。

从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、

80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采纳信息技术

对传统产业〔包括军、民机械工业〕进行技术改造。

数控化改造的内容

机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复

原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二

是NC化，在一般机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC

机床、CNC机床；其三是翻新，为提升精度、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系统以必威体育精装版CNC进行更新；其

四是技术更新或技术革新，为提升性能或档次，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革新，

较大幅度地提升水平和档次的更新改造。

数控化改造的优缺

其一是减少投资额、交货期短。同购置新机床相比，一般可以

节省60％～80％的费用，改造费用低。特别是大型、特别机床尤

其显然；其二是机械性能稳定可靠，结构受限。所利用的床身、

立柱等基础件都是重而牢固的铸造构件，而不是那种焊接构件，

改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备持续使用多年。

但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造；其三是熟

悉了解设备、便于操作修理。购买新设备时，不了解新设备是否

能满足其加工要求。改造则不然，可以准确地计算出机床的加工

能力；其四是可充分利用现有的条件。可以充分利用现有地基，

不必像购入新设备时那样必须重新构筑地基；其五是可以采纳最

新的控制技术。可依据技术革新的发展速度，及时地提升生产设

备的自动化水平和效率，提升设备质量和档次，将旧机床改成当

今水平的机床。

数控系统的选择

数控系统主要有三种类型，改造时，应依据具体状况进行选择。

4.1.步进电机拖动的开环系统

该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉

冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和

功率扩大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执

行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控

制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不必须要

将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统。

该系统结构简单，调试修理方便，工作可靠，成本低，易改装成

功。

4.2.异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系

统

该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装

置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的

差值扩大和变幻，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的

方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。

闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境

室温要求严。

4.3.交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统

半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的

位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精

度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。

数控改造中主要机械部件改装探讨

5.1.滑动导轨副

对数控车床来说，导轨除应具有一般车床导向精度和工艺性外，

还要有优良的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。

同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有

合理的导轨防护和润滑。

5.2.齿轮副

一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了确保传动精

度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比一般机床高。在结构上

要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控

机床的要求，以确保机床加工精度。

5.3.滑动丝杠与滚珠丝杠

丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工