PLC的普通机床数控化控制系统改造（通用10篇）由网友“让马休息一下OK”投稿提供，以下是小编精心整理的PLC的普通机床数控化控制系统改造，仅供参考，希望能够帮助到大家。
篇1：PLC的普通机床数控化控制系统改造
1 前言
在保证质量的前提下考虑如何提高生产效率，是企业提高竞争生存能力的条件之一，在机械加工企业中，有许多老式普通机床,为了能使这些老式机床适应目前复杂零件批量、多品种的加工，充分挖掘利用普通机床潜力，就需要对普通机床进行机电一体化改造。数控技术是先进制造技术的基础，它综合应用了计算机、控制技术、电气传动、传感检测、液压气动、网络通信、光电技术、自动化、柔性化、集成化为基础的精密机械制造和管理信息等发展起来的高新技术。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品，数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是提高制造能力和水平，适应市场需求和提高竞争能力的主要物质基础条件之一。
近几年随着微电子技术、计算机技术、集成技术以及自动控制技术的发展，PLC的功能越来越强大，功能模块越来越多，可以在小型PLC机上实现大型机的功能。本文提出了利用PLC控制步进电动机和机床主轴来实现机床的数控化改造。
2 车床改造前后的对比
金属切削加工是改变零件形状的方法之一，从毛坯到成品，使零件加工成符合生产需要的形状和尺寸。数控机床是以编程控制器(PLC)微处理器为核心的一种新型工业控制装置，具有体积小、功能强、编程简单、可靠性强等优点，将加工信号传递到机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，检测设置是由传感器和传动电机组成，根据闭锁系统反馈的信号来控制、修正运动部件的偏移量，保证了零件加工的精确度。由于数控机床是根据控制器输出的信号自动按工艺完成所需的加工工作，减少了由操作人员接在普通机床加工时为保证零件按图标定的诸如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间的工作，并且保证产品质量。以普通车床为例，将一根直径40、长500毫米的坯料加工至直径=36，精度要求不柱度为0.05毫米的轴。
普通车床车削时所需的机动时间T应该为：
由 n=1000×v/π×D=1000×100/3.14×40=796转/分
式中：v—车床主轴速度 D—工件坯料直径
因： L=l y △=500 2 2=504毫米
式中：L—车刀所移动的距离 y—吃刀距(毫米)
l—工件待加工长度 △—超出距(毫米)
T=L×h/s×n×t=504×2/0.8×796×2=0.79分钟
式中：T—机动时间 h—切削厚度
s—走刀量 n—工件每分钟转数
t—切削深度
除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时间外，其余的如为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前的刀尖与工件表面的对刀，然后以拖板的刻度为参考小心进刀，试车一定长度后，停机检测(最多为两次)，确信与图纸的要求相符后才进行车削，其中所需的时间只能按实际操作加上人为制定给出该项工作所耗费的工时，设定此所需的时间为0.5分钟时，则普通车床的实际用时T′应为：T′=T 0.5=0.79 0.5=1.29(分钟)
改装(PLC)后的车床，转由编程控制器(PLC)发出的信号完成所须的加工工序，由于车床的横向进给实现了自动化，程序应为：以车刀刀尖为基准点，控制车刀刀尖按指令给定的以主轴中心轴线为基准进到所需加工的轴的半径距离时，横向进给自锁，依照信号进行纵向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反复开停车及检测用时，因此，从以上的加工一根简单的φ40×500(毫米)的轴可以得出：如果改装后数控车床的转速、切削用量等和普通车床相同，则数控机床所需的实际用时为T″=0.79(分钟)。
普通车床与改装(PLC)可编程控制器后的车床的实际时间差为：T′-T″=1.29-0.79=0.5(分钟)
由此可见改装(PLC)控制后车床的机动时比普通车床的用时省却了0.5分钟，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产品，不仅节省了大量的时间，还提高了控制系统的可靠性和准确性，为企业提供了更可靠的自动化生产保障，提高了经济效益。
3 以CW6140型普通车床为例，把继电控制改造为PLC控制
3.1 改造分析
1)根据机床电气控制原理图的控制状态，选择合适的PLC机型;
2)列出PLC输入、输出I/O分配表;
3)画出PLC控制电路接线图;
4)画出PLC梯形图，并编制程序;
3.2 电气控制线路分析
CW6140型普通车床电气控制线路原理图如图1所示，
图中分主电路、控制电路和照明、信号电路。
3.2.1 电路分析
主电路中有两台电机，M1为主轴电机，带动主轴旋转和刀架作进给运动;M2为冷却泵。
三相交流电源通过转换开关QS1引入，主轴电机M1由接触器控制启动，热继电器FR1为主轴电机M1的过载保护。
冷却泵电机M2由组合开关QS2控制启动和停止，热继电器FR2为它的过载保护。
3.2.2 控制电路分析
(1)主轴电机的控制。当按SB2时，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1的常开触点闭合，KM3和KT得电，KM1和 KM3主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当KT延时约3~5S时，KT延时常闭触点断开使KM3失电，其星形接法主触点断开;KT延时常开触点闭合使KM2得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，电机M1反转(星形—三角形启动)。
(2)冷却泵电机的控制。旋合组合开关QS2使冷却泵电机M2启动运行。
(3)照明电路分析。控制变压器TC的二次侧输出36V电压，作为机床低压照灯电源，EL为机床的低压照明灯，由开关SA2控制。
3.3 PLC及其程序设计
3.3.1 PLC选型和I/O端口分配
根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量输入点5个，开关量输出点4个，考虑系统的经济性和技术指标，拟选用三菱公司的微型机FX2n—16MR机型，该机基本单元有8点输入，8点输出，完全能满足控制要求。输入/输出信号地址分配。
3.3.2 PLC控制电路接线图
为了保证安全,系统外部设置了急停控制电路，SB6为电源供给按钮，当系统出现故障时，按下SB5，KM线圈失电，KM常开启点断开，PLC失去电源，机床停止工作。
3.3.3 PLC程序设计：
当按SB2时， X000的常开触点闭合，Y000、Y003和T0得电，接触器KM1的线圈获得电动作，同时KM1和 KM4主触点闭合时电机M1星形正转降压启动，当T0延时约3~5S时，T0延时常闭触点断开使KM4失电，其星形接法主触点断开;T0延时常开触点闭合使KM3得电，其主触点闭合，电机M1从星形转换为三角形运行。同理，按SB1时，X001的常开触点闭合, 接触器KM2的线圈获得电动作,电机M1反转(星形—三角形启动)。根据以上要求编制PLC控制梯形图及由梯形图写出PLC控制指令程序。
编程如下:
LD X000
or Y000
ANI Y001
AND X002
AND X003
AND X004
OUT Y000
LD X001
or Y001
ANI Y000
AND X002
AND X003
AND X004
OUT Y001
LD Y000
or Y001
MPS
ANI Y002
OUT TO
K30
MRO
LD TO
or Y002
ANB
ANI Y003
OUT Y002
MPP
ANI TO
ANI Y002
OUT Y003
END
采用简易编程器或设置有三菱PLC开发软件的电脑，把编制的程序输入固化到可编程控制器的存储器内，并进行调试运行，直到完全达到要求的控制功能为止。
4 结束语
PLC具有很高的可靠性,所以PLC控制系统的大部分故障主要来自于PLC外部元件, 用可编程序控制器(PLC)将普通机床改造为经济性数控机床,简单易行,可靠性高,抗干扰能力强。经实践证明，普通车床数控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常稳定，加工效率大大提高，具有一定的经济性、实用性和稳定性，对中小型企业的技术改造非常有效。
篇2：普通车床数控化改造
普通车床数控化改造
摘要：这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，设计改造后的经济型数控机床具有定位、直线插补、顺逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，且加工质量稳定可靠。零件加工的适应性强，自动化程度高。
关键词：车床 ;数控 ;改造
一、引言
计算机技术与车床制造业的高速发展，特别是面向柔性制造技术的出现，使得数控车床得到了迅速普及。这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，由于定位精度高，所以纵、横向导轨均采用贴塑导轨，传动系统采用滚珠丝杠，同时，为提高传动刚度和消除间隙，对丝杠进行预拉伸，传动齿轮采用双片错齿消隙齿轮，驱动元件采用步进电机。为了保证加工螺纹时，主轴转一转，刀架移动一个被加工导程，主轴用脉冲发生器通过波纹管联接，并将纵向和横向进给系统用单片机控制，是其成为一个能独立运动的开环进给伺服系统。数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管，以显示加工数据及机床状态等信息。为了达到机床要求的脉冲当量，传动系统采用步进电机齿轮减速后，带动丝杠。
二、数控改造的优点和意义
数控机床是实现柔性制造、计算机系统、敏捷制造等先进制造技术的重要基础装备，它关系到一个国家发展的战略地位。数控系统可分为开环、半闭环、闭环等几种形式。开环具有稳定性好、环境是适应性强、造价底等特点;闭环定位精度和重复定位精度高，但造价高;而半闭环既有高档全闭环机床的加工精度，又有开环机床的稳定性和环境适应性，适合复杂零件的加工。随着科学技术的迅速发展，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统已成为机械制造业中不可缺少的组成部分。
我国在普及应用数控技术方面近几年来取得了很大的进展，从计算机数控(CNC)发展到直接数控(DNC)，并能独立设计和制造机械加工中心及柔性制造系统(FMS)。但鉴于我国机床拥有量大、工业规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益，而实现这一任务的有效的基本途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有机床进行数控改造。利用经济型数控技术改造普通车床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。
数控改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工的能力，其改造的目的有以下几点：
1.从提高资本效率出发，改造闲置旧设备。
2.为了提高生产效率进行数控改造。
3.为了适应多品种、小批量零件生产而进行数控改造。
4.为了使技术等级较底的工人也能加工出高质量的产品零件和提高生产效率而进行数控改造。
5.为了减小整个设备投资计划而进行数控改造。
三、数控改造中主要机械部件改装
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦因素小，传动无间隙;便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求，应对主要部件进行相应的改造，使其达到一定的.设计要求，这样才能获得预期的改造目的。不能认为将数控装置与普通机床联接在一起就达到了数控机床的要求。
1.滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除了具有普通车床的导向精度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、耐磨损性能，并能减少因摩擦阻力而致的死区。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装置。
2.齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。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，以保证加工精度。
3.滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动精度。丝杠的选用主要取决于加工工件的精度要求和拖动转矩要求。被加工工件精度不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损的情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相匹配螺母间隙。一般情况下，滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大时，则要更换螺母。滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较底，但采用滑动丝杠难以满足精度较高的零件加工。滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上;精度高，寿命长，启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电动机启动力矩。因此可满足较高精度零件的加工要求。
4.安全防护。普通机床改造必须以安全为前提。改造中根据实际情况采用相应的防护措施，如滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘，特别是切屑及硬砂粒进入滚道，在纵向丝杠上也加上整体铁板防护罩。在拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面而损伤导轨。
四、数控改造机械传动系统的要求
对现有的普通车床进行改造，主要应解决的问题是：如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。经济型数控车床，主要依靠两方面来保证和提高加工零件的精度：一是系统的控制精度;二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对车床进给的位移和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧式车床相比，应具有更好的精度，以保证机械传动系统的传动精度和工作平稳性。
数控改造对机械传动系统的要求为：
1.尽量采用底摩擦的传动副，如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。
2.尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。
3.尽量满足底振动和高可靠性方面的要求。为此，应选择精度高，运动平稳，效率高以及传递扭矩大的传动元件。
4.尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差，如采用消除间隙的联轴器和消除传动齿轮间隙的机构等。
从应用的方面考虑，结合目前国内大多数工矿企业的现状，普通卧式车床改造，可以采用更换滚珠丝杠来替换原机床上的T形丝杠，也可以对原有车床上的T形丝杠加以修复，但此时，必须相应修配与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提高其配合精度。
普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形势下将大批故障机床尤其是一大批进口的数控机床、精密机床和二手机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的问题。
五、总结
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作，很好地解决了现代机械制造中复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不但提高了机床的加工精度，扩大了机床的使用范围，提高了生产率，而且降低了工人的劳动强度，缩短了新产品的试制周期和生产周期，减少对工夹具的投资和数量，而且适合我国的国情。
参考文献：
[1] 余英良主编. 机床数控改造设计与实例. 北京：机械工业出版社，
[2] 郝中军，雷晓玲主编. 综合作业指导书. 1995
[3] 陈婵娟主编. 数控车床设计. 北京：化学工业出版社，
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[5] 王爱玲主编. 现代数控机床. 北京：国防工业出版社，
篇3：机床的数控化改造研究
机床的数控化改造研究
机床数控化改造是一门综合性很强的机电一体化技术.通过对机床数控化改造应考虑的问题进行了分析,同时对数控系统的选型与机电匹配计算作了较为详细的论述,对于从事机床数控化改造工作具有一定的指导意义.
摘 要：由于机床的数控化改造有较大的经济效益与社会效益，在日本、德国和美国等发达国家已经得到政府的大力扶持，而在中国这种改造才刚刚起步，机床的数控化改造是一项复杂的系统工程，只有抓好改造全过程的设计与管理，才能改造出高质量的数控机床。
关键词：数控化改造;数控系统;伺服系统
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。同时，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。
1、改造数控机床的因素分析
数控机床的使用提高了机床加工生产的效率。普通机床进行数控化技术改造后可以实现零件加工自动化;其次，零件加工性能更加稳定安全更加可靠。这是由于经数控技术改造的数控机床的各主要部件经过长期工作，几乎不会因刀刃变形而影响生产件的精度;再次，可以为零件生产厂家节约资金。与购买新的普通机床相比，普通机床的数控化改造一般可以节省一半以上的费用;最后，对于复杂的加工零件而言，改造难度越高，其功效提高的越显著：且可不用或少用工装，这样不但节约费用，还可以缩短零件生产的准备时间。由于所需加工产品的尺寸误差较小，精度要求高，不需要再进行修配。而数控机床由于实现了加工的自动化，计算机系统可以对刀具进行自动化管理，从而不会因为刀具的磨损而影响加工零件的精度与一致性;由于数控机床可以实现多种加工功能，因此可以加T出复杂的零件;由于实现了加工产品的自动化生产，数控机床的加工效率可以提高许多。计算机拥有强大的记忆和存储功能，因而可以把所需的程序存储下来，然后根据程序的规定自动去执行加工工序，实现加工的自动化;数控机床实现了多道工序集中完成，减少了频繁搬运被加工的零件，当零件装夹好后，可以实现多道工序的加工。
2、数控化改造的内容
2.1精度的恢复和机械传动部分的改进
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。
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。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。
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。
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。
篇4：机床数控化改造技术论文
【摘 要】本文针对我国现存大量传统机床、旧机床无法满足技术进步和产品革新要求的现状，结合笔者的学习与研究，详细探讨了机床数控化的技术改造，以供有关单位及人员参考。
【关健词】机床;数控化改造;改造方案;机械系统;选型和设计;参数设计;
1 引言
近年来，我国机械制造业得到了很快的发展，提高工业产品的质量及提高生产效率已经非常重要。
在各中、大型制造企业中也有相当数量的传统机床，且50%都是使用超过以上的旧机床，数控系统的使用寿命一般在5～10 年，而我国大多数机床都在超期服役。
由于使用时间长，无法满足技术的进步和产品革新的要求。
要解决以上问题，提高企业加工能力和产品竞争力，有两种根本途径: (1) 重新购置数控机床，淘汰旧设备;(2) 对旧设备进行数控改造。
后者与前者相比，更具优势，主要表现在:
(1)交货期短。
尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。
一般来讲，改造大型机床能在较短时间内使机床投入生产，而购买新机床周期都在半年到一年时间;
(2)性能更稳定。
各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度，各功能部件经长期磨合，功能稳定，可靠性好;
(3) 设计风险小。
新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在;
(4) 可以更充分地体现用户的意愿。
用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进(包括增、改)意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等;
(5) 更有利于使用与维护。
由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定，而且可以参与改造的全过程，直接获取各种技术信息，更深入地掌握机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力;
(6) 可以更快地获取最新的更实用的'备件;
(7) 节省大量投资;
(8) 降低投资风险。
篇5：机床数控化改造技术论文
(1) 确定改造方案
对改造对象进行全面检查，明确改造目标和改造后机床用途，确定改造方案。
普通机床数控化改造总体步骤如图1 所示。
对于旧数控机床的升级改造，机械系统改造较少，主要是电气控制系统的升级改造，以改变系统老化、备件匮乏带来的故障率高、维修周期长的问题。
(2) 机械系统的改造
普通机床机械系统改造项目多，如图2 所示。
如普通机床往往在铸铁床身上直接加工出导轨，长时间使用出现磨损，影响加工精度，为提高其耐磨性和动、静刚度，可以改造为采用轴承钢淬硬制成导轨，粘贴紧固到铸铁床身上，而后再对粘贴好的导轨进行磨削;改变普通机床繁琐的传动链，采用步进、DC或AC 伺服电动机结合滚珠丝杠副的传动形式，使传动链大大缩短;增加自动换刀装置; 增加分度工作台、回转工作台等辅助功能部件等。
对于旧数控机床的升级改造，如果机械部件性能良好，液压系统、冷却系统、润滑系统等辅助部件性能也都正常，除对机械部件做除锈和清洁保养外，无需做大的更换和修复。
(3) 数控系统的选型和设计
无论普通机床的数控化改造，或是旧数控机床的升级改造，数控系统的选型、设计和安装都是至关重要的核心步骤。
旧数控机床系统较多采用: SINUM ERIK7，3，8，850 /880，810; FANUC 7，6，3。
目前，多数早期型号的数控系统的电气备件已经停止供货，改造时，基本不考虑保留老系统，而是根据机床的现状、产品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档数控系统。
如图3 所示，如果追求品质优越、稳定的数控系统，可选择国外知名品牌的数控系统;国内数控系统也具有性价比高、维修使用成本低的优势，在选用时，建议根据企业所在地区选用。
旧数控系统大部分带有老型号的PLC 逻辑控制系统，在数控系统改造过程中，要考虑新老系统替换时的差别，对PLC 部分输入输出点的数量和性质作出比较精确的估算。
对于外围电路的改造，可采取的方案有两种: ①“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC 进行改造，新PLC 不参与外围电路控制，只处理NC 所需的指令信号。
此方案改造设计、调试工作量较小;② “彻底改造”，在继电器逻辑较复杂、故障率较高、用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC 所带的PLC 将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC 的控制能力。
此方案可大大简化硬件电路，提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。
对于数控系统的改造，还应注意:①要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，又利于备件的购买，千万不要把企业的数控系统搞成“万国牌”。
②要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。
(4) 伺服驱动系统的选型和设计
如图4 所示，伺服驱动系统的选型和设计主要包括: 主轴伺服系统和进给伺服系统电动机的选择以及配套电机驱动器和主轴变频器的选择。
对于电机驱动器，可选择与数控系统配套的驱动器，如FANUC 本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，也可选择市面上的其他品牌驱动器。
在改造过程中，对于状态良好、价值很高的老伺服系统，可采取保留驱动装置和电机的方案，也可采取只保留功率大、价格贵、安装麻烦、状况良好的电机，而更换为新型驱动装置，若保留，还要考虑老伺服系统是否与新数控系统匹配的问题。
(5) 机床测量系统的选型和设计
对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以旧机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。
具体方案是: 旋转变压器基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代; 感应同步器/尺的情况略微复杂，能改掉尽量改掉，用新型HEIDENHAIN光栅尺和圆光栅替代，但在某些场合，如精密转台，会遇到新的圆光栅不能安装的问题，西门子为此提供了感应同步器/尺信号到新系统的转换装置，但该装置价格昂贵，尽量不要选用。
(6) 电柜设计
电柜设计包括的内容如图5 所示。
此外，在旧数控机床的升级改造中，还应遵循以下原则：一是进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即使使用了若干年，状态仍会优于国内甚至合资品牌的元器件，所以，改造高档进口数控机床，不建议做大拆大改; 如果电气柜状态比较差，全套更换，在资金允许的情况下，要尽量选择知名品牌。
在改造方案确定初期，就要根据电气改造方案测定所需的电缆长度，凡与数控驱动测量系统直接相关的电缆，只选择原装电缆;但大型主轴电机的电力电缆价格过于昂贵，改造时不考虑原装电缆。
(7) 参数设计及设置
根据改造方案，查阅数控系统、变频器、伺服驱动器说明书，依据机床设计性能，设计、设置、匹配参数。
如图6 示。
(8) 机电联调和精度控制
这是改造能否成功的关键环节。
工程人员在这一阶段完成机电联调、数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收做准备。
验收主要包括两项内容：①按照国际标准，不同类型的机床相应的标准试切削程序，进行标准样件试切削; ②对机床精度进行检验，可采用激光干涉仪进行测量，机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。
3 总结
现代制造技术快速发展，高速电主轴、直线滚动导轨、直线电动机、大容量刀库、虚拟技术等广泛应用在数控机床上，机床功能越来越复杂，5 轴加工中心、复合加工设备( 如车、铣、磨集成) 、特种加工设备( 激光、真空电子束、喷涂) 等越来越多。
研究、探索这些数控设备性能特点，在其正常工作阶段充分利用，通过合理的数控改造进一步挖掘其价值，提高设备可靠性，减少维护费用，是随着国内制造业的升级而不断深入的研究课题。
参考文献:
[1]李猛.机床数控技术[M].北京: 北京航空航天大学出版社,.
[2]李猛.数控机床与编程[M].北京: 北京大学出版社,2009.
[3]陈吉红.数控机床电气控制[M].武汉:华中科技出版社,.
[4]李皓.17 m 龙门移动式镗铣加工中心技术改造[J].中国设备工程,( 9) : 56-57.
篇6：机床数控化改造分析论文
摘要：随着科学技术的发展，普通机床越来越不能满足市场的需求，其劳动强度大，危险性高，且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，因为数控机床可弥补普通机床的许多缺点，可实现加工精度高，多工序的集中化，自动报警，自动补偿及自动监控的功能。介绍了如何进行机床数控化改造，并提出了数控改造中的问题和建议。
关键词：机床；数控化；改造
1机床进行数控化改造的必要性
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
可以实现加工的自动化，而且柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“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，因而可实现时间无看管加工。有以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
宏观上看，工业发达家的军、民机械工业，在20世纪70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
2如何进行机床数控化改造
2.1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；其三是翻新，为提高精度、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；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，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，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
2.2数控系统的选择
数控系统主要有三种类型，改造时应根据具体情况进行选择。
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放大后，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。这种系统不需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，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
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，将两者的差值放大和变换，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。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
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。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。
3数控改造中主要机械部件改装探讨
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、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。
齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。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，以保证机床加工精度。
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件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。
滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。
安全防护。改造效果必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。
篇7：机床数控改造浅谈（二）
六、数控改造中主要机械部件改装探讨
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;功率大;便于操作和维修，机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
6.1、滑动导轨副
对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、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。
6.2、齿轮副
般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。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，以保证机床加工精度。
6.3、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件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。
滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上;精度高，寿命长;启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。
6.4、安全防护
效必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。
七、机床数控改造主要步骤
7.1、改造方案的确定
改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括：
7.1.1 机械修理与电气改造相结合
一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容;也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容;还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。
7.1.2 先易后难、先局部后全局
确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。
7.1.3 根据使用条件选择系统
针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。
7.1.4 落实参与改造人员和责任
改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。
7.1.5 改造范围与周期的确定
有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。
7.2、改造的技术准备
改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括：
7.2.1 机械部分准备
为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。
7.2.2 新系统电气资料消化
新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造前应熟悉技术资料，包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来对上述资料进行翻译(进口系统)、消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。
7.2.3 新旧系统接口的转换设计
根据每台设备改造范围不同，需事先设计接口部分转换，若全部改造的，应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等，要求操作与维修方便、合理，线路走向通顺、中小连接点少，强弱电干扰最小，备有适当裕量等。局部改造的，还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等，必要时需自行制作转换接口。
7.2.4 操作、编程人员的技术培训
机床电气系统改造后，必然对操作、编程人员带来新的要求。因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要，否则将影响改造后的机床迅速投入生产。培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义;新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的差别;维护保养要求;编程标准与自动化编程等等。重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。
7.2.5 调试步骤与验收标准的确定
新的电气系统改造完以后，怎样进行调试以及确定合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等，因此必须由项目负责人进行，其它人员配合。调试步骤可从简到繁，从小到大，从外到里进行，也可先局部后全局，先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核，制定时必须实事求是，过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来，不能轻易修改，因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。
7.3、改造的实施
准备工作就绪后，即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为：
7.3.1 原机床的全面保养
机床经长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。其次，应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用，又可在改造结束时作对比分析用。
7.3.2 保留的电气部分最佳化调整
若对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整，
如强电部分的零件更换，电机的保养，变压器的烘干绝缘，污染的清洁，通风冷却装置的清洗，伺服驱动装置的最佳化调整，老化电线电缆的更新，连接件的紧固等等。只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作，才能保证改造后的机床有较低的故障率。
7.3.3 原系统拆除
原系统的拆除必须对照原图纸，仔细进行，及时在图纸上作出标记，防止遗漏或过拆(局部改造情况下)。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处，应及时补充与修正，拆下的系统及零件应分门别类，妥善保管，以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。还有一定使用价值的，可作其他机床备件用。切忌大手大脚，乱扔乱放。
7.3.4 合理安排新系统位置及布线
根据新系统设计图纸，合理进行新系统配置，包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确，有人复查检验，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。
7.3.5 调试
调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净，无多余物品;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的，先空载后加载;能模拟试验的，先模拟后实动;能手动的，先手动后自动。
7.4、验收及后期工作
验收工作应聘请有关的人员共同参加，并按已制定的验收标准进行。改造的后期工作也很重要，它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。验收及后期工作包括：
7.4.1 机床机械性能验收
经过机械修理和改造以及全面保养，机床的各项机械性能应达到要求，几何精度应在规定的范围内。
7.4.2 电气控制功能和控制精度验收
电气控制的各项功能必须达到动作正常，灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能(如步进尺寸等)与标准计量器具(如激光干涉仪、坐标测量仪等)对照检查，达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比，获得量化的指标差。
7.4.3 试件切削验收
可以参照国内外有关数控机床切削试件标准，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等，一般不宜采用产品零件作试件使用。
7.4.4 图纸、资料验收
机床改造完后，应及时将图纸(包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)、资料(包括各类说明书)、改造档案包括改造前、后的各种记录)汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续，这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。
7.4.5 总结、提高
每次改造结束后应及时总结，既有利于提高技术人员的业务水平，也有利于整个企业的技术进步。
八、数控改造几个实例
1、用SIEMENS 810M改造X53铣床
，公司投入20万元，用德国西门子810M数控系统、611A交流伺服驱动系统对公司的一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、PLC程序的编制与调试、机床大修，最后是整机的安装和调试。铣床改造后，加工有效行程X/Y/Z轴分别为880/270/280 mm;最大速度X/Y/Z轴分别为5000/1500/800 mm/min;手动速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/500 mm/min;机床加工精度达到±0.001mm。机床的三坐标联动可完成各种复杂曲线或曲面的加工。
2、用GSK980T和步进驱动系统改造C6140车床
，公司投入了8万元，采用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DY3混合式步进驱动单元对公司的一台加长C6140车床的X、Z两轴进行改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后，加工有效行程X/Z轴分别为390/1400 mm;最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;手动速度为400mm/min;手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;机床最小移动单位为0.001mm。
3、用GSK980T和交流伺服驱动系统改造C6140车床
，用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DA98交流伺服单元及4工位自动刀架对电机分厂的一台C6140车床X、Z两轴进行数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后，加工有效行程X/Z轴分别为390/730 mm;最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;手动速度为400mm/min;手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;机床最小移动单位为0.001mm。
4、用SIEMENS 802S改造X53铣床
20，公司投入12万元，用德国西门子802S数控系统、步进驱动系统对公司的另一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修，最后是整机的安装和调试。铣床改造后，加工有效行程X/Y/Z轴分别为630/240/280 mm;最大速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/600 mm/min;手动进给速度X/Y/Z轴分别为/800/500 mm/min;最小移动单位为0.001mm。
九、数控改造中的问题和建议
通过几台机床的数控改造工作后，发现工作中也存在许多问题，主要表现在：
一是各部门、开发人员职责不明朗，组织混乱，严重影响了改造进度;
二是制定的工作进程和计划大多只是凭经验制定，不太合理;
三是相关人员的培训工作没有到位，导致机床改造后工艺人员不会编程、操作人员对机床操作不熟练等问题。
综合以上问题，有几点建议：
一是负责改造的员工职责明确，奖罚分明，充分调动员工的积极性;
二是培养一批高素质的应用和维护人员，选派人员外出进修，学习先进技术;
三是要注重用户使用、维护数控系统的技术培训，建立国内外数控技术资源库。
篇8：机床的数控化改造方法研究
机床的数控化改造方法研究
摘要：本文将对机床的数控化改造进行科学分析并从数控系统和机械系统的改造等方面提供可行性方案和思路。
关键词：普通机床;数控机床;系统改造
引言：随着制造业的不断发展，数控化机床率已经成为衡量一个国家制造业是否发达的主要标志。20世纪90年代我国有150多万台机床，目前我国家拥有机床约300万台，其中数控机床仅仅8万台左右，数控机床数量远远低于那些制造业发达的国家。我国普通机床设备陈旧老化、技术落后，严重影响生产力的发展。对普通机床进行数控改造已经成为既适合我国国情又使其具备先进的数控机床特点的最好途径。它将使企业走出困境，实现跨越式发展的必由之路。
1、机床数控化改造分析
数控化改造是指对普通化机床的某些部位进行改装，再配上经济型的数控装置和标准型数控系统。改造后的数控机床将在自动化程度上、专业性上、加工精度和生产率上大幅度提高。首先，要进行性价比分析。购置一架新机床大约需要340万元，从安装到调试要半年到一年的时间。改造旧机床需要100万元左右，改造时间约为3个月左右。其次，进行技术评估。主要包括改造后机床的精确度和使用性能。
2、数控机床的改造方案
一般情况下对数控机床的改造主要为两部分。一部分是机械部分改造，第二部分是数控系统改造。
2.1 机械部分改造
机械系统改造是数控系统改造的关键技术。主要改造内容为提高过去零部件的灵活性，减小转动间隙和反向转动间隙。要想达到技术指标，要对导轨、主轴变动机构等进行改造。
1)导轨改造。大多数普通机床均采用普通铸铁。数控机床要求采用淬硬的合金钢材料，例如用G CR 15 轴承钢淬硬到65～62H RC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通机床的滑动导轨需要换成滚动导轨和静压导轨，但是改造难度较大，主要是在导轨表面加装辅助软带;
2)刀架改造。数控机床安装的刀架为自动刀架，以便数控机床根据程序更换刀具。因此，必须将普通机床的刀架进行改造或更换;
3)进给机械改造。一般进给系统可以保持原来的支架系统，但是要调整弹簧，加装减速齿轮系统。
2.2 数控系统的确定
在机床数字化改造过程中，自动控制系统是非常重要的.组成部分。因此，必须根据改造的实际需求选择合适的数控产品。目前，数控机床控制系统逐渐成熟，市场上出现了各种各样的品牌，大致可分为两大类：一类是常规数控系统;另一类是开放式数控系统。每一类控制系统都具有高、中、低不同档次供用户选择。因此，用户可以根据自己改造的控制精度、改造资金情况进行选择。
1)常规机床数控系统
常规机床数控系统比较著名的品牌主要有德国西门子的SINUMERIK，现在已经逐渐形成了产品系列，如SINUMERIK810、820，SINUMERIK840、850，SINUMERIK802等。日本的FANUC 系列以及MITSUBISHIM50系列。这些产品都是集成的、封闭体系结构，主要包括数控装置CNC、交直流驱动系统、可编程控制器、位置控制系统、通信系统以及辅助控制系统等。由于该类数控系统功能齐全、种类繁多、适用性较强以及信价比高，因而很多机床改造时首选这类控制装置，我国就有很多这类产品的用户。但是这类产品在开发过程中，由于硬件系统集成，用户不能随意更换，所以开发的灵活性不足。另外，系统的编程必须使用指定的软件和编程语言，数控装置程序开发采用NC，PLC开发采用梯形图等，需要开发人员具有较高的软件编程能力。因此，这类数控装置已经逐步退了市场，而另一类数控产品即开放式机床数控装置成为了数控机床制造的主流。
2)开放式机床数控系统
开放式数控系统最大的优点就是结构灵活、编程方便。用户可以根据需要选择硬件结构，可以借助PC机强大的编程能力提高系统控制的性能。目前，市场常用的开放式机床数控产品主要有三种。每一种数控装置都是以PC为控制核心。第一种CNC+PC机的开放式数控装置。这类产品虽然提高开放程度，但是还是需要CNC作为机床的直接控制装置，PC机将各种命令、数据进行传输。因此，这类产品价格昂贵，结构也比较复杂。主要的代表是西门子的SINUMERIK840、850和日本的FANUC18I等产品。第二种是PC+运动卡式的开放式数控系统。这类产品完全采用PC机作为真正的控制核心，用户可以根据需要进行硬件结构设计并利用windows操作系统和高级编程软件进行开发。系统除了PC机外，比较重要的硬件是运动卡，它是对外控制伺服系统的控制接口。国内主要产品为有华中数控、广州数控等产品。结构如图1所示。第三种是全软件型开放式数控系统。这种系统以PC机为控制核心，主要采用软件形式实现运动系统控制。因此，更大程度的调高了灵活性，是当前机床数控系统的最新产品。
数控改造中还涉及伺服驱动系统的改造和设计。首先要选择合适的、配套的伺服电机。现在的机床可以选择直流电机，也可以选择交流电机，甚至步进电机。一般主轴电机选择交流电机;Z轴、X轴以及U轴等坐标轴电机选择直流电机、交流电机皆可;工件拖动等辅助部分可采用直流电机。电机选择时注意电机的转矩、转速等指标。最后，电机一般采用专用的驱动控制模块或变频器进行控制，现在市场上都有比较成熟的产品可供选择。
3、结论
本文详细介绍了有关数控机床改造的过程和方法，对目前国内外有关产品进行了比较分析。本文提出系统改造主要以机械部分和数控装置的加装为主，改造过程中一定循序渐进，注意成本的控制，在调试中发现和解决问题。
参考文献：
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[2]韩瑞宝.普通机床数控改造方法与设计探讨[J].科技创新与应用，(12).
篇9：如何对普通车床进行数控化改造
数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势，结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。
一、总体方案
总体框架说明：
1、PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
2、运动控制卡。我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
3、光电耦合电路是自己设计的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
4、机床本体是由C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
5、步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。驱动器的输入电压式45V，考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
6、各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
二、进给系统的设计
考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机+刚性联轴器+滚珠丝杆的传动方案，
拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驱动器的型号是 SH20806，输入电压是45V。
三、控制系统的软件部分
该车床控制系统的软件部分采用VC++6.0编写，其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工(包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。该软件的操作平台是Windows98。该软件的操作过程是首先读入*.NC或*.TXT的G代码文件;然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示;有错误可也立即修改;然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
四、主轴系统改造
拆除了原来的主轴变速箱，采用变频器+皮带+主轴+编码器。该系统的主轴速度也是有级调速，共7级，速度可以从40rpm到 1200rpm，不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。利用变频器的五个端子，可以用数字量控制电机的正，反转，停止及各档速度。本变频器是松下产品，其中七档频率在A20~A26中设置，端口应该由端口控制器(A1)控制。本系统没有采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S命令来控制。软件可以读取G代码，自动控制主轴电机转速。
五、刀架结构
由于本车床刀架改装以后，只能安装两把刀具，一把用于车削普通柱，锥面及端面，一把用于加工螺纹，故没有采用旋转式刀架，刀具是被安装在刀架的前后两端，采用X轴前后走刀以实现自动换刀。
篇10：普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文
普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文
摘 要：随着机械制造行业快速发展，为做大做强数控专业，提高师生在科研水平和技能操作水平，我们积极探究普通车床的数控化改造。主轴系统的数控化改造包括主轴机械部件改造、主轴电气系统改造和主轴参数设置三个方面。完成改造后基本可以满足数控机床主轴相应使用功能。
关键词：数控化改造;主传动系统;主轴电气系统
一、机械部件改造
(一)主传动系统
改造主传动系统的时候，应尽量保存原主轴箱齿轮换档机制，只有主轴的正转、反向和制动从原来的机械控制更改为电气数控系统控制。为了扩大速度范围，多速电机以取代原始的单速电动机，这样可以更好的机器性能。但由于多速电机的转速的变化带动功率变化，导致电机功率很大且改装相当麻烦。所以一般不打采用这种方法进行普通机床数控化改造。普通车床数控化改造可以降低转换成本，维持原机的精度，主传动系统本质上是相同的，并保留了原有的机床主轴手动变速功能。改造后，主轴与进给运动分离，数控系统控制主轴启动、停止、反向和冷却液的开、关。C616车床保留原有的主传动系统和变速操纵机构。一方面保留车床原有功能;另一方面减化了改造量。
(二)主轴编码器的安装
光电脉冲编码器是常用于数控车床走刀和螺纹加工系统。它与主轴相连，主轴每转发出的固定脉冲，零位标志输出用于记录的旋转，对输出脉冲数的'主轴转速，用于确定的零标记，进刀在固定位置的方向的相位，可以得到主轴每转所需的走刀量使该通量是等于被加工螺距，也就是螺纹加工。
本次改造机床的主轴直接联接驱动，以确保同步旋转的编码器和主轴，主轴的角位移转换的光电编码器的脉冲信号被发送到数控系统，数控系统控制交流伺服电机的进给速率，以确保速度的主轴进给量具有恒定值。主轴转动纵向进给运动一个螺纹导程。利用主轴手动脉冲发生器来准确对刀和手动调节精度。而主轴脉冲发生器的安装，通常采用良种方式：一是同轴安装;二是异轴安装。我们根据机床结构，在改造中采用同轴按的形式，传动连接为刚性连接方式。这样既能满足车床主轴和主轴光电脉冲编码器的传动比为1：l，也未破坏车床原来主轴结构。安装主轴光电脉冲编码器时要特别注意：小心轻放，不可以有较大的碰撞和振动，以免损坏玻璃光栅盘导致报废;车床主轴的转速必须小于主轴光电脉冲编码器最大允许速度，以免损坏编码器。
二、电气系统改造
(一)主回路设计
(1)强电主回路的控制。强电主回路的控制以QF1为电源总开关。QF2为主轴强电的空气开关，它的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用;KM3为主轴电机交流接触器，由它们的主触点控制相应电机。
(2)电源回路图的控制。电源回路图的控制主要是变压器控制。控制变压器原线圈为AC380V，副线圈为AC110V、AC220V、AC24V，其中AC110V给交流接触器线圈、强电柜风扇提供电源;AC24V给电柜门指示灯、工作灯提供电源;AC220V通过低通滤波器滤波给伺服模块、电源模块、
24V直流电源提供电源;VC1为24V直流电源，将AC220V转换为AD24V电源，给世纪星数控系统、PLC输入/输出、24V继电器线圈、伺服模块、电源模块等提供电源。
(二)控制电路设计
控制电路设计包括交流控制回路图和直流控制回路图。先将QF1、QF2空开合上，KM3主轴交流接触器线圈通电，接触器主触点吸合，主轴变频器加上AC380V电压，若有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时(手动或自动)，PLC输出主轴正转Y10或主轴反转Y11有效，主轴按指令值的转速正转或反转;当主轴速度到达指令值时，主轴变频器输出主轴速度到达信号给PLC输入X31，主轴转动指令完成。
三、主轴相关的参数设置
与主轴控制相关的输入/输出开关量与数控装置其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数。主轴控制接口(XS9)中包含两个部件：主轴速度控制输出(模拟电压)和主轴编码器输入。需要在硬件配置参数、PMC系统参数和通道参数中设定。
四、总结
通过数控化改造后的机床具有主轴功能有：控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴无级变速;利用主轴光电编码器加工螺纹，保证主轴转一转，工作台移动一个被加工螺纹的螺距或导程。为C616型普通车床数控化改造完成加工中小型轴类、盘类以及螺纹零件打下基础。
参考文献：
[1]刘战术，窦凯.数控机床及其维护[M].北京：人民邮电出版社，2005
[2]陈子银，屈海军.数控机床电气控制[M].北京理工大学出版社，2008
[3]陈子银，陈为华.数控机床结构原理与应用[M].北京理工大学出版社，2008
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