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机械加工车间普通数控机床改造探讨：普通机床与数控机床的区别以及改造的注意事项

普通机床指的是需要有至少一个人工进行操作才能工作的机床设备。数控机床指的是可以由一个或者没有人工进行操作就能工作的机床设备。那么，两者的区别是什么，普通机床能改造成数控机床吗?带着这些问题，我们接着往下看吧。

中国作为机床大国，为了进步机床的数控化率，对通常机床进行数控改造不失为一种上策。一些发达国家如德国、美国、日本等就非常重视对机床的改造，而且已形成了一个完善的产学研联系的改造体系。因为技能的不断进步，机床改造已成为一个永久的课题。怎样将一台普通车床改造成数控车床？

在目前的环境及条件下，一般的普通机床需要由一个工人来操作机器设备才能工作，而且普通机床的操作工也是需要有一定技术才能上岗。就目前行情来看，一个普通机床熟练操作工需要对工件足够熟悉，以及对机床的操作足够熟练才可以，并且操作机床熟练工的工资成本偏高。

在如此高的用人成本面前，很多企业会首先考虑将普通机床改成数控机床，来达到单机自动化的水平，这样至少在技术层面能降低门槛，在人员替换调整的过程中，至少不会像普通机床一样需要那么高的技术要求。同样，技术门槛降低后，人员的选择就会增多，用人成本也会降低，这是目前发展的趋势。

中国应在这方面加大宣扬力度，走出一条合适中国国情的机床的数控改造之路。

一、机床数控改造的含义

1．节省资金。

机床的数控改造同置办新机床比较，通常可节省60%~80%的费用，大型及特别设备尤为显着。通常大型机床改造只需花新机床置办费的1/3。即便将原机床的构造进行完全改造晋级，也只需花费采购新机床60%的费用，并能够使用现有地基。

2．功用安稳牢靠。

因原机床各基础件通过长时间时效，简直不会发生应力变形而影响精度。

3．进步出产功率。

机床经数控改造后，即可完成加工的自动化，功率可比传统机床进步3~7倍。对杂乱零件而言，难度越高，成效进步得越多。且能够不必或少用工装，不只节省了费用，而且能够缩短出产准备周期。

二、数控机床与普通机床的区别：

数控机床是数字控制机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

普通车床是能对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。

用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压卡盘。制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。 使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。

三、普通机床改数控机床需要注意的地方：

随着机床工业的不断进步，机床改造逐渐成为一个热门的的话题。很多地区现在还是以普通机床居多，将这些普通机床改造为数控机床，提高产能和效能，成为新的经济增长点。那么，一台普通机床如何才能成功升级为数控机床呢?

1、数控化改造的内容

普通机床(生产线)进行数控化改造，施工过程主要分为几个方面：第一是恢复原机床的功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。第二是控制系统NC化，将普通机床改造成NC机床、CNC机床(即数控化机床)。第三是进行加工性能的翻新，以提高精度、效率和自动化程度。第四是技术更新或技术创新，将新技术应用在待改造机床上，提升其整体性能。

2、普通机床数控化改造中主要机械机构的改造

要求机床数控改造时要尽量达到较高的静动态刚性，运动副之间的摩擦系数小、传动无间隙、功率大，便于操作和维护。

3、机床数控改造主要步骤：

1).机械修理与电气改造相结合。

2).先易后难，先局部后全局。

3).根据使用条件选择系统。

4).落实参与改造人员和责任。

5).改造范围与周期的确定。

6).改造的技术准备。

总之，不能认为装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，才能获得预期的改造项目。

所以，在选择要将普通机床改数控机床的时候，还是需要找更专业的企业来完成技术层面的工作，通过更多案例和实地考察，以及更多的数据来确保在改造的过程中能够顺利完成，因为一台普通机床可能成本不高，但是改数控机床的成本却不低。不过，在选择数控改造的同时，可以更多的参考其他自动化升级方面，比如工业机械手改造，全自动送料系统等等，都是目前企业自动化改造提升的重点项目。

四、机床数控改造的方案

1．数控体系的挑选

数控体系是机床的中心，在挑选时，要对其功用、经济性及修理服务等进行归纳思考，尽量选用名牌产品。依据被改机床的构造、功用及被加工零件的精度来挑选数控体系。既要功用相匹配，又要尽量削减过剩的数控功用。这样一方面可防止资金浪费，另一方面也可防止因数控体系杂乱而增加的故障率。

当前数控体系主要有三种类型：步进电机拖动的开环体系;异步电机或直流电机拖动光栅丈量反应的闭环数控体系;交/直流伺服电机拖动编码器反应的半闭环数控体系。其间步进电机拖动的开环体系，其伺服驱动设备主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该体系位移精度较低，但构造简略、调试修理便利、质量安稳牢靠、成本低、抗干扰功用强、对环境室温需求不高，易改装成功。适用于精度需求通常的中小型机床的改造，也是当前数控改造中使用最为广泛的一种。异步电机或直流电机拖动光栅丈量反应的闭环数控体系控制精度高，但在构造上比开环进给体系杂乱，工作量大，成本也高，调试艰难，通常不选用。交/直流伺服电机拖动编码器反应的半闭环数控体系，其精度介于前二者之间，构造与调试都较闭环体系简略，适用于控制精度需求较高的大、中型机床的改造。

2．机械有些改造

机床数控改造后应到达较高的静动态刚度，为此需求运动副之间的摩擦系数小、传动无空隙、功率大，而且便于操作和修理等。

对数控车床来说，导轨除应具有原精度外，还要有杰出的耐摩性和小的摩擦阻力。当前多使用在原导轨上粘接聚四氟乙烯软带，能防爬，并具有自润滑性，可进步导轨寿数，工作量小、周期短、费用低。

传动链的精度受传动丝杠和齿轮副的影响。滑动丝杠报价低，但难以满意精度需求较高的零件加工;滚珠丝杠摩擦丢失小，传动功率可在90%以上，传动活络、精度高、寿数长，且能够下降电机发动力矩，可满意较高精度零件的加工需求。

为确保传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比通常机床高，要到达无隙传动。消除齿轮副的传动空隙有柔性调整法和刚性调整法两种。柔性调整法构造杂乱，传动刚度低;刚性调整法传动刚度高，构造简略。

五、机床数控改造实例分析

现以经济型数控车床为例说明改造要点。

1．挑选数字控制体系。

进口数控体系有日本Fanue、德国Siemens、美国MCS-8051体系等。国产数控体系主要有华中数控、广州数控体系等。这些体系均有直线插补、圆弧插补、车公/英制螺纹、刀具补偿、空隙补偿、刀具自动转位等功用，功用安稳，价钱适中，操作面板简略直观，有发动键、暂停键、单段/连续开关、连续进给键、急停键、键盘、显示屏等。不但控制弱电，而且对主轴变速、刀架转位、主轴启停与换向及其他一些辅助性动作也能通过指令控制。

2．滚珠丝杠副改造。

为了完成丝杠无隙传动，应将原机床的滑动丝杠改换成滚珠丝杠副。此项不属必改项，如对机床精度需求不高时，能够通过预紧原螺母的方法消除传动空隙。

3．步进电机选用。

车床进给传动有些改造时要拆除机械传动机构，代之以步进电机经齿轮或同步带、减速驱动丝杠，带动刀架移动。纵向步进电机固定在床身上，横向步进电机固定在床鞍上。如步进电机的转矩足够大及构造许可的情况下，也能够不必减速驱动机构，由步进电机直接与滚动丝杠相连。

4．自动刀架安装。

将原车床的刀架换成自动转位刀架。卧式车床自动转位刀架最常见的型式是螺旋型四转位刀架，拆除小拖板后将刀架调整好高度安装在中拖板上，由数控体系直接控制，功率高，工艺功用牢靠。

5．安装光电编码器

加工螺纹时为了确保步进电机进给与主轴的旋转相配合，切削出固定螺距、固定起点、多头螺纹等量分度的螺纹，通常在主轴尾部安装增量式光电编码器。切制螺纹时，编码器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，控制刀架纵向移动。

6．导轨改造。

为防进给部件爬行，影响运动平稳性和定位精度，可选用两种方法，一种是将原导轨贴软带;另一种是改为滚动导轨。当机床精度需求不高时，通常不做导轨改造。

7．主轴变速机构。

主轴变速改造通常选用交流异步电动机变频调速体系，由CNC控制变频器、变频器驱动交流异步电动机完成自动无级变速。在自动化程度需求不高的情况下，机床主轴变速有些可不做改动，这样可大大下降改造成本。

六、改造实例

本文以CA6140普型车床数控化改造为例，介绍总体方案设计，机械改造设计和数控系统设计，根据数控车床的性能要求，确定进给运动的快速定位速度：Z轴为3m/min;X轴为1m/min;脉冲当量：Z向为0.01mm/脉冲;X向为0.005/脉冲。

1、总体方案设计

数控系统自行研制，基于8301单片机为控制核心，以步进电机为伺服驱动装置，以工作台和刀架为执行部件构成一个开环控制系统。总体方案设计如图1所示：

2、机械部分改造设计

根据CA6140车床的实际，本着对车床的改动尽可能少，改造成本低的原则，机械部分改造方案如下：

1)、保留车床主轴旋转主运动;

2)、纵横向运动的改造均是卸掉托板上的手轮或手柄，通过对1对齿轮副组成减速装置，然后与相应的步进电机相连接。

3)、设计一四工位电动转位刀架，由1个三项异步电机带动。

4)、自行研制基于8301单片机的控制系统。

5)、在刀架的纵横向运动中，设置安全超程限位保护装置。

3、微机数控系统设计

1)、硬件系统

采用8301单片机数控系统，外接一片27256(32kx8)EPROM存储系统软件，一片62256(32kx8)静态RAM存放加工程序和数据，采用扩展的8255和8155接口芯片处理键盘、显示器和进步电机的驱动刀架控制及满足插补要求。

2)、软件设计

根据硬件框图，结合系统功能要求，可编制函数控制器数控系统软件，软件系统包括系统初始化程序、键处理及显示程序、输入数控处理程序、插补计算程序、步进电机输出控制程序和管理程序等，其中插补程序的实时性强，根据G1、G2、G3等插补指令进行计算，分别向X、Z轴发出进给脉冲，步进电机输出控制程序用来控制X、Z向步进电机的脉冲分配，管理程序负责对微机数控系统软件的各个程序和任务进行调查管理，以及对操作键、编辑器等引起的中断进行处理。

七、应注意的问题

1、施工队伍的挑选。

改造效果很大程度上依赖于施工队伍的素质，应重视。

2、现场调试。

此阶段应严把质量关，并为验收作准备。

3、验收。

验收通常有两个内容：(1)标准样件的试切削，按照标准制定切削程序。在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削，以此检验机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹和关联动作等是否合格。(2)机床精度的校验。改造后机床的控制精度应以体系本身的功用(如步进尺寸等)与标准计量器具(如激光干涉仪)对照检查，这样可用得到的数据补偿位置丈量体系，从而进步机床精度。同时还应与改造前机床的各项功用和精度作对比，获得量化的指标差。机床的各项机械功用指标都应到达标准需求，几何精度要在规定的范围之内。

4、改造资料的留存。

机床改造后还应从施工单位索取改造图纸、资料和改造记录等，将其汇总、整理、归档。保持资料的完整对设备今后的安稳运行十分重要。