数控机床改造的优化方案研究

付建巍

摘 要：数控机床是综合应用了当代最新科技成果而发展起来的新型机械加工机床，40年来，数控机床在品种、 数量、 加工范围与加工精度等方面有了情人的发展同，大规模集成电路和重型计算机的发展和完善，使数控机床的逐年下降，而精度和可靠性却大提高。数控机床不仅表现为安生量迅速增长，而且在质量、性能和控制方式上也有明显改善。

关键词：数控机床;优化方案;性能控制

数控机床加工工件时，完全根据计算机发出的指令自动进行加工，不允许频繁测量和进行手动补偿，这就要求机床结构具有较高的静刚度与动刚度，同时要提高结构的热稳定性，提高机械进给系统的刚度并消除其中的间隙，消除爬行。这样可以避免振动、热变形、爬行和间隙等影响，从而搞被加工工件的精度。同时数控机床由普通数控机床向数控加工中心发展，加工中心可使多道工序集中在一台机床上完成，减少了机床，压缩了半成品库存存量，减少了工序的辅助时间，提高了生产率和加工质量。继数控加工中心出现之后，又出现了数控机床、工业机器人（或工件交换机）和工件台架组成的加工单元，工件的装卸、 加工实现全自支化控制。

一、数控机床数控的原理分析

数控机床数控的装置主要由单板机、控制程序、零件加工程序、驱动电源装置，收发信板、功率步进电机等部件组成。单板机在控制程序的控制下，可以使数控系统具有直线插补和圆弧插补加工工件轮廓的功能;具有进给速度控制和快速回零的功能;具有刀具补偿和反向间隙补偿的功能，以及其它多种功能。当零件加工程序给出具体的位移尺寸、位移方向和进给速度后，控制程序就会通过单板机按照所输入的零件加工程序发出一系列的脉冲信号。经隔离放大以后，分别驱动z 向和x向功率步进电机，使刀架按照要求的方向、速度和位移量实现纵向和横向运动。从而构成了一个经济型开环数控系统。

二、数控机床改造的注意事项

数控机床改造的前提是拆除原系统，在拆除时要对照原图纸，认真观察，及时在图纸上做出标记，尤其是局部改造的时候，标记可以防止遗漏或过拆，拆卸过程中能够补充与修正系统设计中的欠缺之处。根据改造后的设计图纸，对新的系统中的一些部件进行合理设置，如：固定箱体、安放面板、元器件位置的调整及密封、线路走向和固定、机床外观的装饰设计等。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。调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应时刻以发现和解决问题的指导思想，保持头脑冷静，随时做好记录，机床调试过程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。

三、数控机床改造优化方案

（一）控制系统的选择

数控系统JWK - 15T和JBK - 30M是用得较多的两种系统。JKW - 15T 系统的核心是MCS - 51 系列的8031单片计算机。它用三路驱动电路，分别控制X、Y 和向步进电动机，它进行机床的位移运动，并能实现任意二坐标联动或三坐标联动。8031 单片机是MCS -51 系列计算机的典型产品，其硬件功能远远高于TP -801 单板机，尤其适合实时控制、智能仪表、自动机床，是控制类型领域中最理想的八位微型计算机，在全世界都得到广泛应用。JBK - 30M 数控装置是三坐标数控系统，它用ISO 国际标准代码进行编程，除了能执行本身的编程指令外，还能执行二坐标机床数控系统的编程指令，而且三坐标系统的各种操作方法相同于二坐标系统。

（二）优化对象的确立

在选择适宜于进行改造的机床时，首先必须对各类机床的零件加工情况进行调查研究，分类统计，看零件有无批量，看各类批量主要在哪种机床上进行加工，以及在哪种型号的机床上进行加工，这样才能确定出改造对象。一般中小车床上的工件总是比较饱满，成批量的零件也比较多。因此，用计算机技术把中小车床改造成经济型数控车床比较适宜。对于一些中小型企业，为了充分发挥车床的作用，更需要经过改造的车床。这样既能用数控系统加工批量零件，又具有卧式车床的功能，以适于加工单件零件。对于一些形状复杂的零件，普通机床往往难于加工成形。如果采用机械仿形的方法进行加工，在不成批量的情况下很不合算。这时，用计算机技术改造机床，就可以使问题得到解决，明显提高企业加工能力。编程要比制作靠模容易得多，灵活得多。用数控机床加工形状复杂的零件是非常适宜的。

（三）辅助改造要合适

根据改造后车床的主要加工对象，确定刀架是否需要进行改造，可以使改造费用使用得更加合理，避免发生改造过剩现象。如果改造后的简易车床，主要用来加工比较复杂的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造。一般可采用安装有四把刀、由鼠牙盘定位、进行绝对刀位控制的自动回转刀架比较合适。重复定位误差可小于0. 005mm，精度持久性比较好。这种刀架出厂时，就规定了刀号位置。当需要几号刀在加工位置时，只需对该刀控制信号口发出信号，刀架就会自动转到需要的位置。改造后的简易数控车床需要加工螺纹时，可以在主轴后端同轴安装或异轴安装一个主轴脉冲发生器，作为主轴位置的信号反馈元件。目的是为了检测主轴转角的位置，并且将其变化情况输送给单板机，使单板机能按照所需加工的螺距进行处理。控制纵向步进电机运动，通过纵向滚珠丝杠带动刀架完成螺纹加工。

四、结束语

机床数控改造已经成为机械自动化的必然趋势，如何不断提高数控程度是企业不断追求的目标，如何将机床实现集成化、智能化、虚拟化，以达到不断提高产品质量，降低生产成本是企业实现可持续发展的前提，本文中的一些观点能够为同行提供参考。

参考文献：

[1]李英.车床数控化改造思路[J].武汉交通职业学院学报，2014.

[2]逄玲.数控机床主轴部件的结构及其维护[J].企业文化，2015.