数控机床改造的必要性

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　　一、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。

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　　1.1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。

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　　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。

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　　1.2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3～7倍。

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　　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"。

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　　1.3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"。

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　　1.4可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

　　1.5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。

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　　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。

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　　二、数控化改造的内容

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　　2.1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；

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　　2.2 CNC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；

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　　2.3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；

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　　2.4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，在原有基础上较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

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　　三、数控化改造的特点

　　3.1减少投资额、交货期短

　　同购置新机床相比，一般可以节省60%～80%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2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。

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　　3.2机械性能稳定可靠，结构受限

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　　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。

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　　3.3熟悉了解设备、便于操作维修

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　　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。

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　　3.4可充分利用现有的条件

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　　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。

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　　3.5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。

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　　四、数控系统的选择

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　　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。4.1、步进电机拖动的开环系统(满足大部分机床的改造需要，价格便宜。)

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　　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。

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　　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。

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　　4.2、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

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　　4.3、交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统

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　　当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如SIEMENS公司、FANUC公司；国内著名公司如仁和公司(经济实用型)和沈阳高档数控国家工程研究中心等。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。

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　　五、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。

　　5.1、滑动导轨副

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　　对数控车床来说，导轨除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，并要有合理的导轨防护和润滑。

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　　5.2、齿轮副

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　　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。

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　　5.3、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。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。

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　　5.4、安全防护

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　　高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。【MechNet】