1、武汉华中数控股份有限公司,机床数控化改造,一、 机床数控改造概述 机床的数控化改造，就是在普通机床上增加CNC控制装置，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，并安装上新部件、新装置、新附件，用CNC控制机床工作，提高机床的技术性能指标，使之全部或局部达到数控机床的水平。 然而， 机床的数控化改造不是简单地将传统机床配备上数控系统即可， 现代的数控技术， 特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具
2、系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控化改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。,使用经验表明：数控机床中，一套数控系统的有效使用寿命在68年。由于电子技术迅速发展，世界上名牌的数控系统制造公司基本上都在35年内更换一代产品，所以数控系统使用到67年后，即使想修理也很难找到零备件。随着电子技术制造水平发展，数控系统及配套附件(伺服单元及电机等)的价格在整台机床中越来越低，例如在70年代时达到50%，80年代后逐步降至1/3到1/4以下，一些大型机床只占1
3、/10左右，因此，只要化少量投入，就可使许多关键设备重新恢复“青春”。,1、微观看改造的必要性 微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 （1）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。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。 （2）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高 37 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
4、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”。 （3）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”。 （4）可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。,（5）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。 由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 CIM
5、S（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。 2、宏观看改造的必要性 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
6、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 20年。如我国机床拥有量， 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。 3、国外机床改造业的发展 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒“的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产
7、线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton机床公司、Devlieg-,Bullavd（得宝）服务集团、US 设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 4、国内机床数控改造市场现状 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 11.34 万台，数控化率不到 3%。近 10年来，数控机床年产量为 0.6
8、0.8万台，年产值约为 18亿元。机床的年产量数控化率为 6%。我国机床役龄 10年以上的占 60以上；10 年以下的机床中，自动/自动机床不到 20%，FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上） 。可见大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化,率。 自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、机床设备和生产线
9、进行技术改造。据不完全统计，从1979-1988 年，全国引进技术改造项目就有 18446 项，大约 165.8 亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，不仅没有创造财富，反而消耗着财富，有的设备或生产线不能正常运转，使企业的效益受到影响，陷入困境。这些不能使用的机床设备、生产线是 一批很大的存量资产，修好了就是财富，只要找出主要的技术难点，通过数控化改造提高技术性能和装备水平，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。 5、数控化改造的优点 （1）减少投资额、交货期短。同购置新机床相比，
10、一般可以节省 6080的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的 1/3，交货期短。但有些特殊情,况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高 23倍，与购置新机床相比，只能节省投资 50左右。 （2）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坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。 （3）熟悉了解设备、便于操作维修。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，可以精确地计算出机床的
11、加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。 （4）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需重新构筑地基。 （5）可以采用最新的控制技术。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改,成当今水平的机床。数控化改造项目的可行性评估对一台具体设备是否需要进行数控改造、改造目的、希望能达到什么样应用指标、需要投入多少财力和人力、改造项目中有多少风险因素、最后能得到什么性能价格比？这些都是可行性评估时的重要内容。一台旧设备使用到一
12、定年头后，必然会故障频繁发生、维修困难、生产效率降低、加工精度不稳定、甚至完全停机。对这样的设备是采取彻底报废、还是经过中大修数控改造？做出这种决定之前，首先要对现有设备的剩余使用价值作出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：CNC系统及操作子系统；伺服系统(包括电动机)；机床电气；机械本体(床身、立柱、导轨和丝杠等)；刀库机械手系统；自动工作台交换系统(APC)等。每一个子系统根据实际情况，都可以作出相应剩余使用价值评估。例如对20年以前的数控系统，现在不可能在找不到零备件的前题下去重新整修它，那它的剩余价值是零。,根据伺服系统的磨损程度，如果继续留用，应考虑整修后还有50%以上剩余
13、价值；但考虑到新更换数控系统的匹配及追求好的伺服特性，即使旧的伺服系统没有完全损坏，或预计继续使用寿命不会太长，也可考虑彻底更换。这样，伺服系统的剩余价值也就决定了。机械部件的剩余价值一般都占较高比例，多项工程实践表明，一台高质量机床的机械大件磨损是有限的。改造过两台美国卧式加工中心，都是70年代末的产品，X方向行程1台为1.5m、1台为2.5m，导轨的直线度和扭曲都能调整到0.008mm/1000mm，导轨本身没有进一步修磨。我所8年以前出品的两台立式加工中心，在用户厂经过6年以上两班制到三班24h的不停加工使用，最近拉回我所整修中实测：一米导轨直线性磨凹0.003mm。机械手刀库部件易损件
14、集中在几个零件上(如手爪、插销等)，即使重新更换花费也不,多，因此机械部件都占有较高剩余价值。通常对一台设备来说，机械部分有60%以上剩余价值，电气部分有20%50%以上剩余价值，这些都是值得改造的可考虑因素。第二步就是对改造设备提出希望改造后能达到的目标期待值，即有什么样的机床精度和使用性能。有一些人认为，提出的改造指标应和同类新机床检验合格指标联系起来，甚至外观质量要求等，这里有合理的一面。但必须考虑它的基础是一台旧设备，是有缺陷的，要求提得太高投入的费用必然会大大增加。数控化改造和设备的中修、大修计划安排结合起来是比较合理的，可以达到较理想的使用效果。因此不从机、电、液以至外观质量整体上
15、考虑改造后的目标值，而把它看成只要简单的换一个电气系统，改造后必然会留下一堆问题。,在确定改造目标值后，要进行投入财力和人力的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。投入的改造费用主要由下列项目构成：数控系统及相关伺服系统；机床电气及附件更换；机床机械元部件精度修复和维修保养；机床辅助系统(如液压系统、冷却系统等)维修保养；机床外观质量的修复；机床改造后的调试检测；机床改造所需的技术劳务费。在受改造费用限制时，常去修改改造目标值，降低一些次要要求以减少投入费用。经过上述工作，一台设备的改造方案基本已定，但必须对这方案进行风险评估。一台旧机床即使有再齐全的技术档案也不排斥
16、存在隐患，存在一些不可预见因素影响，尤其技术含量高的设备。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状精确测试数据，因此在以,后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。对这类问题，就要求承包工程部门根据自己的技术经验，在现场调研的基础上，做出风险评估和制订相应对策。另一种做法是委托方和承包方双方都意识到风险客观存在，在工程项目费中，设置不可预见费用来共同承担风险。总之，多项改造工程经验表明：预先正视项目的风险因素，尽管在工程实施中有许多问题，但是可以化险为夷的。事先重视，一旦出现问题有对策，是工程成功的基本要素之一。在评估中要注意：剩余价值过低的设备是不值得花大力气改造的；剩余
17、价值偏低、投入价值太高的改造方案也是不可取的。因此旧设备数控化改造中，首要的对象是剩余价值较高的旧数控机床。这些设备机械结构和功能与新的电控系统容易实现匹配，综合效果较好。其次是普通,中重、大型设备，这些设备原值都较高，至今还往往都是部门关键设备，值得花大力气为它改造。对一些原价值不高的设备，觉得马上报废又可惜！还想改造后再利用一阶段的设备，在确定改造应用指标时就应慎重。即从实用出发提出投入不要太大的应用指标。电控部分尽量采用廉价的简易系统，改造工作量压缩在一定范围内，用减少投入来争取实用的经济效果。,二、机床数控改造的内容和步骤 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
18、点： （1）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； （2）数控化，在普通机床上加数控系统，改造成 CNC 机床； （3）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；其次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、机床数控改造主要步骤 （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： 机械修理与电气改造
19、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。 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。, 根据使用条件选择系统 针对某
20、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。 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
21、明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。 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。 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： a. 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
22、事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。 b. 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。 c. 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、中间连接点少，强弱电干扰最小，备有适当裕量等。局部改造的，还需要考
23、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。 d. 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。 e. 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、
24、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。 （2）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： a. 原机床的全面保养和精度恢复。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
25、考作用，又可在改造结束时作对比分析用。 b. 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。 c. 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
26、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。 d. 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。 e. 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，
27、先模拟后实动；能手动的，先手动后自动。 （3）验收及后期工作 验收条件是每个改造项目必须考虑的，这往往在执行改造项目时，委托方和承接方最容易出现分歧的地方。这反映在委托方对设备有较高希望值、承接方对原设备估计不足出现漏洞、而验收条件又没有统一标准可依等情况下，到项目后期验收时最容易出现各说各的理的局面。所以在制订验收条件时，可以参考同类新机床的行业标准和该机床的出厂合格单原始记录，分析该机床目前精度保持情况，必要时做机床实际精度测试，依据这些原始数据双方针对改造部分提出合理的验收技术条件。例如一台机床改造只更换了数控系统，那在验收条件中对功能和工作可靠性应有详细规定，但对机床几何精度提要求就欠
28、缺考虑。总之旧设备改造工作是综合性的高技术工作，不可预见的因素较多，所以在验收时,总会出现一些反复，这时双方能够以合作伙伴的精神来友好协商，绝大部分问题都是能妥善解决的。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： a. 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。 b. 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)
29、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。,c. 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。 d. 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。 e. 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
30、务水平，也有利于整个企业的技术进步。 三、机床数控改造流程总结,机床数控化改造车床实例,1、进给轴的改造普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱，获得不同的工件螺距即Z轴运动；走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱，获得不同的进刀量即X轴运动。普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替， 具体体现为： Z轴：纵向电机减速箱（或联轴器）纵向滚珠丝杠大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。 X轴：横向电机减速箱（或联轴器）横向滚珠丝杠横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。,改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下，与滚
31、珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。 1）滚珠丝杠副的选择和布置结构形式 普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低，不能适应于高速运动。另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等等，在进行普通机床数控化改造时往往都将其更换为滚珠丝杠副。滚珠丝杠副有以下一些特点：摩擦损失小，传动效率高，可达0.900.96；若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性好。但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，即能
32、将旋转运动转换为直线,运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构。改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近，对有特殊要求的机床还
33、应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝,杠的直径。丝杠导程在满足机床改造后性能的前提下越小，对机床的传动精度越有利。机床的传动精度在保证机床刚性的情况下，与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系，一般在普通机床改造中丝杠副选P4级即可满足要求，特殊精密机床选P3级甚至更高。丝杠副轴承常见的布置形式根据不同的需要可以分为以下几种，如图1。,图1 丝杠副轴承的布置形式,(1).图1a中为一端固定，一端悬空的布置方式。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。 (2).图1b中为一端固定，一端支承的布置方式。这种安装方式多
34、在丝杠较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承得数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 (3).图1c和1d中为两端固定的布置方式。这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴承的预紧力预拉伸丝杠，以减少丝杠热变形的影响。这种方式多用在丝杠长度不大得情况，但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、支承刚度以及丝杠装配时的预拉伸量，否则会影响轴承寿命，同时也会因为预加负载得不易控制而增加电机的附加扭矩。,2）、机床导轨 普通车床导轨大多采用的是滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时间后都会有不同程度的磨损，对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。因此在对其进行数控化
35、改造的同时必须针对机床导轨状况进行必要的检修处理，对于磨损较严重的更要进行大修，即进行磨削、淬火、贴塑、配刮等处理，同时采用合理的润滑，充分保证其精度。 3）、电机与丝杠的联接 在满足机床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，我们多将电机与丝杠副通过联轴器直接联接，这要根据改造中实际情况来定。一般对于小型车床如C6116型，由于空间尺寸有限，特别是X轴，电机与丝杠副不能直联，多采用齿轮副或同步带论来传动；对于大型车床如C6150,床身长5米的车床，由于丝杠较长，直径较大，除了要考虑传动力的问题，还要考虑其低速性能及加减速惯量匹配的问题，往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同
36、步带论来传动，其传动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等，同步带论传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。 2、主轴部分的改造车床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动，消耗机床大部分动力。普通车床由主电动机经皮带传动，经主轴变速箱带动主轴旋转，主轴箱经手动或自动变速获得（924）级转速，通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转；而数控车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电机和变频器组成。普通车床在数控化改造时大部,分情况下保留原主轴箱，不做改动或少做改动。如需改动则要注意以下几点：如原主轴含液压操纵主轴的变速、正反转和润滑功能，则需对其增装
37、单独普通电机加以驱动，避免液压系统受到主电机正反转或转速变换而失灵。如不需要原有机械变速换挡时，则需将主轴箱内齿轮组固定在一恒定的速度链上，摩擦片也应焊死以免因为误操作出现事故。机床能否进行螺纹加工是主轴部分数控化改造的另一重要部分，传统车床加工螺纹时往往是通过挂轮组来完成，加工不同的螺纹则需不同的挂轮组，操作起来十分麻烦。改造时如图2，我们通常在主轴末端或挂轮架处增装一光电编码器，其转速与主轴转速一致，主轴转一周，光电码盘转,一转，通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性，从而加工出理想螺距的螺纹。根据其编码方式的不同，光电码盘可分为增量式光电码盘和绝对式光电码盘，目前国内常用的为增量式光电码
38、盘。根据光电码盘上刻线条数可分为1024线、2048线等，我们常用的为1024线即可满足要求。,图2 主轴编码器安装图,3、刀架部分的改造目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根据需要对其加以更换。电动刀架可分为卧式转塔刀架（一般安装812把刀）和立式电动刀架，立式电动刀架有四工位（或六工位），其中每一种刀架又有抬刀刀架（两端齿盘）和免抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用立式四工位电动刀架。 4、润滑部分的改造老式传统车床除主轴箱外，导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和油脂润滑，这对
39、机床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利，在,同等驱动下机床运动的稳定性、灵活性也差一些。,图3 机床的润滑,在对这些机床改造时一般都要对其润滑部分进行相应的改动，采用稀油集中定量、定时供油润滑的方式，可分为手控润滑和编程自动润化两种，在机床导轨、丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。丝杠支承轴承一般采用油脂润滑，如特殊需要和供油充分的条件下也可采用稀油润滑。 5、机床防护机床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础上增加切削的保护，即增加挡屑装置。全防护即在局部防护的基础上对整个机床加以封闭，此种防护最难处理，考虑的因素
40、也很多如安装位、防水、美观等。实际操作起来以前两种最多，也最易操作。,机床数控化改造的联调机床安装、系统各参数按要求设置完成之后，在机电联调时还需完成各种动作试验、功能试验、空运转、负荷试验，检验机床数控化改造后是否满足要求。 1、空运转前的检查通电前机床外观检查（检查机床各部位的装配质量，使他们能在通电后正常工作）。 （1）重要固定结合面应紧密贴合，用0.03塞尺检查时应该插不进，滑动导轨面的端部用0.03塞尺检查深度小于20mm。重要固定结合面为床头箱与床身的结合面，转塔刀架底座与滑板的结合面，尾座体与尾座底板的结合面，床身与床身（拼结床身）的结合面，镶钢导轨与基础件的结合面等。,（2）仔
41、细检查各个箱体及各个运动部件是否按要求加油，箱体中的油平面不得低于油标线以下。冷却箱中是否有足够的冷却液，液压站、自动间歇润滑装置的油是否到油位指示器规定的油位，电器控制箱中的各开关及元器件是否正常，各插装集成电路板是否到位，通电启动集中润滑装置使各润滑部位及润滑油路充满润滑油。 2、各种动作试验 （1）手动操作试验如车床依靠手动使刀架沿X、Z正负方向运动和单向进给运动。主要是试验手动操作的准确性，此功能多在加工对刀时要用。 （2）点动试验在点动状态下使刀架先慢后快运动，并进行倍率变换。,（3）主轴变档试验 主轴变挡试验可按说明书中规定的变档指令进行。 （4）超程试验 各轴做正负两个方向的超程
42、试验。机床超程保护有两种，一是软件存储极限保护，另一种硬件保护。超程状态表现为控制机报警和屏幕上有显示，另外液压站电源切断。如果超程保护不起作用，将造成机械部件损坏。 3、功能试验 （1）功能试验用按键、开关、人工操纵对机床进行功能试验。试验其动作的灵活性、平稳性以及功能的可靠性。,（2）任选一种主轴转速做主轴启动、正转、反转、停止（包括制动）的连续试验，连续操作不少于七次。 （3）主轴高、中、低转速变换试验。转速的指令值与显示值允差为5%。 （4）任选一种进给量，将启动、进给和停止动作连续操作，在X、Z轴的全部行程上，连续做工作进给和快速进给试验。快速行程应大于1/2全行程，正反方向连续操作
43、不少于七次。 （5）在X、Z轴的全行程上，做低、中、高进给量变换试验。 （6）转塔刀架进行正反方向转位和各种转位夹紧试验。 （7）液压、润滑、冷却系统做密封、润滑、冷却性能试验，做到不渗漏。 （8）卡盘做夹紧、松开、灵活性及可靠性试验。 （9）主轴做正转、反转、停止及变换主轴转速试验。,（10）进给机构做低、中、高进给量及快速进给的变换试验。 （11）用数字控制指令进行机床的功能试验，试验动作的灵活性和功能的可靠性。 （12）试验进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、回基准点，程序序号显示和检索、程序暂停、程序删除、直线插补、直线切削循环、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、刀具位置补偿
44、、螺距补偿、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等。 4、空运转试验 （1）主运动机构运转试验 在不切削状态下，试验主轴运转时间的温度变化和空载功率。机床主运动机械由低、中、高三档转速，有级变速为全部转速运转时间不少于2,分钟，在最高转速段不得少于1小时，使主轴轴承达到稳定温度。检查主轴轴承的温度不超过70。 （2）连续空运转试验用数控程序指令全部功能做（不切削）连续运动和回转试验。其运动时间不大于15分钟。每个循环终了停车，并模拟松卡工作，停车不超过一分钟，根据客户不同的要求连续运转48h72h。 5、试切在机床各项几何精度和运动精度满足要求后，应按相应标准和自定标准加工工件，以检测机床数控化改造后的加工性能。有的除了要进行必要的精加工外，还要进行一定的负荷试验，以检查其精度的稳定性。,
