普通机床改造数控机床的技术要点

许宗琦（福州大学至诚学院　机械工程系，福州　350000）

普通机床改造数控机床的技术要点

许宗琦
（福州大学至诚学院机械工程系，福州350000）

机床顾名思义就是指制造机器的机器，在生产加工中习惯上称作机床。机床得种类多种多样，老式的普通机床从零件的装夹到加工，全部是由技术人员手动进行操作的。特别是在批量加工精密零件时，费时费力不说产品的精度还很难保证，而现代数控机床完美的弥补了传统机床的弊病，在加工时间和精度上都有了显著的提升。

普通机床；数控机床；加工精度；自动控制

1　数控机床

所谓数控机床就是一种由程序控制系统来完成机床自动化运行的机床。1951年世界第一台数控机床在美国麻省理工学院问世，这是一台由电子管数控系统控制的铣床，7年之后美国又首先研制出能自动更换刀具的数控机床。1968年世界上第一条数控机床生产线诞生，到70年代中后期，由于科学技术的飞速发展，出现了自动化加工车间，自动化工厂也应运而生。数控机床具有以下几个特点；

（1）由于数控化操作机床，极大的降低了人为造成的误差，并且批量加工时加工质量可以得到保证；

（2）可进行多点坐标的联动，适合加工形状复杂的零部件；

（3）在加工不同的零件时，只需输入不同的数控程序，其余步骤都有数控系统自行完成，极大的节省了生产时间，提高了生产效率；

（4）机床本身具有刚性大，精度高的特点，生产率是普通机床的数倍；

（5）由于机床本身的运行完全由数控系统来操作，极大的减轻了操作人员的劳动强度；

2　数控机床的改造要点

在我国，机械自动化数控技术虽然起步较晚，但已经迎头追赶世界先进水平，公认的世界机械制造业最发达的国家是德国和日本。拥有众多享誉世界的大公司，例如大家耳熟能详的戴勒姆·奔驰汽车公司，大众汽车公司，西门子公司，三菱重工，松下电气等。我国也有徐工、柳工、三一重工等知名机械类制造公司。而我国除了少数大型机械制造公司以外，许多机械行业单位使用的大部分还是老式普通机床，大批量更换投入资金又太大，所以普通机床改造数控机床就显得至关重要。我认为实现普通机床改造数控机床可以分为以下4个部分，首先恢复机床原有功能，对原有机床存在的故障部分进行排查，诊断和修复；其次在普通机床上加装电子显示器，或直接加数控系统；然后进行翻新，为了进一步增加机床的加工精度、效率和自动化，对机械、电气部分进行改造翻新，对于机械部分进行重新装配加工，使其加工精度得到提升，对不满足生产要求的数控系统予以更新。最后就是有重大技术创新是，才大批量大幅度的对原有机床进行整体改造。

3　重点改造的部位

对于数控机床数控系统的选择上，由于市场同类型数控系多种多样，在选择之前，应首先了解所改造机床的性能，再从价格，使用寿命，操作难易程度度等方面选择。当然在经济条件允许的情况下，大品牌的数控系统是首选。首先这类数控系统在电子元件的使用上经过严格筛选，制造工艺也极其考究，并且操作简易。在功能方面因为数控系统所具备的功能要满足所改造机床的功能，尽量减少过多的数控功能，以减轻操作难度。因为，如果数控系统功能太多的话一方面是改造资金的浪费，另一方面复杂的内部系统偶尔会造成程序故障。

对于机床械部分的改造，为了充分发挥数控系统的性能，保证改造后的数控机床能在数控系统的控制下完成重复定位精度，微机进给无爬行，并且增加机床的使用寿命，外形简洁美观，机械部分的改造有以下几个方面。

3.1床身部分

为了使改造后的机床生产效率得到提高，除了尽可能的减少系统故障外，也要考虑机床本身的耐磨性，尤其是导轨部分的耐磨性。

一般数控机床床身部分的选材为普通铸铁，而导轨部分采用高强度合金钢材料，其耐磨性是普通铸铁的数倍，因此在改造中，旧床身部分可以不变，导轨换成合金材质，并用螺钉或焊接或粘剂加以固定，在固定导轨前一定要进行磨削加工，以降低表面粗糙度，提高粘接强度。

3.2主轴变速箱

依照所选的数控系统的不同，此处以GWK/AT-II数控系统为例，主运动的方式和传统的普通机床一样，要求变速范围尽可能的大，来保证加工转速，使生产效率和质量得到提升。在改造时可以根据具体情况，有效的利用编码方式的不同来提高主轴变速功能，将两个齿轮合二为一，装配远程控制电磁离合器，使其在不停机的情况可以完成两种变速，而其他速度的调整可以采用手动机械变速来完成。

3.3拖板装置

无论点位的控制还是连续的控制，被加工零件的坐标精度，都受拖板运动的影响。对于步进电机而言。因为数控系统所发出的操作指令仅能使拖板运动，并没有位置检测和信号反馈的功能，所以系统所发出的指令值和实际托板移动值如果有差别的话，就会造成加工误差。因此，除了拖板和配件的精度要保证外，在灵敏度和传动精度的要求上还要采取一些措施，使其得到提高。①传动装置的布局采用减速齿轮箱来提高传动精度（分辨率为0.01mm）。传动比计算公式为：

公式中：α为步进电机的步距角（度）；p为丝杠螺距，mm；δ为脉冲当量。②在齿轮传动的时候，为了提高正传动和反传动的精度，必须要尽可能消除配对齿轮间的传动间隙，方法有两种，分别是柔性调整法和刚性调整法。一般情况下配对齿轮侧隙方法选择的是刚性调整法。③利用滚珠丝杠来代替原滑动丝杠，提机床的高传动灵敏性和降低机床功率和步进电机力矩的损失。

3.4自动换刀装置

自动换刀装置是数控机床的重组成部分，形式多种多样。自动化数控机床中，刀具的更换直接影响加工时间和精度，老式机床的使用中，人工装夹刀具不仅费时费力，而且如果没有夹紧生产加工时还会出现安全隐患，所以自动换刀系统应运而生，自动换刀装置的加入使换刀这一步骤更加迅速准确。

刀库和刀具交换机构组成了自动换刀系统。它是数控系统中不可缺少的组成部分，首先要把加工过程中所需要的所有刀具依次安装在标准的刀柄上，并进行预先调整，然后放入刀库当中。在需要换刀的时候先在刀库中完成选刀这一步骤，并且由刀具交换装置从刀库和主轴上分别取出刀具，将新刀具装入主轴，并把旧刀具放回刀库原有的

位置，完成换刀。存放刀具的刀库具应拥有极大的刀具容量，以满足加工的需求，在安装时它既可以安装在主轴箱的侧面或上方，也可以作为独立的一部件安装到机床外，并由搬运装置完成运送刀具的工序。与转塔主轴头相比较，拥有刀库的自动换刀数控机床只有一个主轴，只需设计部件就能充分满足它的刚度，并且能满足大部分精密零件的加工需求。另外，因为刀库中可以存放数量较大的刀具，所以能够进行一些复杂零件的多工序精密加工。这就明显提高了机床的使用范围和加工效率。所以带刀库的数控换刀装置适用于大部分数控机床。

4　结束语

本文简述了市场上大部分普通机床改造数控机床主要的几项技术要点。数控加工中心对21世纪我国机械发展至关重要，小到生活民用，大到军工航天，机械加工和国家整体实力紧密相关。最有说服力的就是日本能在二战后迅速恢复元气，与其大力发展扶持机械行业是分不开的，放眼世界，顶尖的机械加工技术和精密机械设备大多掌握在美国，德国，日本等国家的手中，虽然我们可以高价进口一些高精密机械仪器，但真正的核心技术是金钱所不能购买的，想要发展进步，唯有自强不息，独立研发制造并有所借鉴，才能发展壮大，建国以来，几代机械人的努力才有了我国现在机械行业的蓬勃发展，在此我由衷的希望，我国的机械行业能把握好科学技术和市场经济给我们带来的机遇，并且迎接来自国际化尖端机械加工技术所带来的严峻挑战，使我国数控加工技术和机械产业走向世界的巅峰。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.008

许宗琦（1992-），男，山东聊城人，本科。