机床数控化改造的目的及实现方法

邵圆圆

　　机床数控化改造的目的和实现方法摘要：上海工具厂技术攻关活动有成效用户宏功能变量FANUC-0MC数控铣床编程基础CAD/CAE在航天领域中的应用概述中国工会努力帮助下岗工人再就业AutoCAD二次开发程序的自动安装处理德国西格芒三维组合工作台激光加工技术在机械制造业中的应用PKD刀具的电火花加工国产数控系统生存与发展急需突破哪些障碍基于随形技术的快速制模工艺优化软件研究高压绿色变频器应运而生刀具服务：改变纯低价采购的误区基于绿色制造的设备维修技术数控技术应用与实践机床工具业“中国机械工业科学技术奖”分析哈尔滨电站设备集团公司造出国内首批重型燃气轮机计算机模拟设计的新型镗杆——阻尼镗杆线切割加工带锥度的正方形棱锥体工件在中望CAD中调整存图时间和路径切割加工一个整圆编程源程序[标签:tag]一传统机床为什么要数控化改造1、机床数控化改造的意义一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性。a.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。b.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。c.加工零件的.
　　一传统机床为什么要数控化改造
: G! ]. s! r# I0 |! c　　1、机床数控化改造的意义
1 X+ ?8 h/ a" U% ^  x* p0 d( O　　一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性。
% ^# e8 p8 g/ o- G* G. P　　a.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。
! s* }8 v2 W8 k　　b.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。
　　c.加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要工人"修配"。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运；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；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。
4 x( z& p/ Q, \$ ?3 S# G  a2 W　　数控技术现已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
　　2、机床数控化改造的市场
; j9 O4 f. J' f7 T. M　　由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产品市场需求年均增长30%%，带动了机床市场需求30%以上的增长。从2002年开始，我国就成为世界第一机床消费大国。2004年国产金属切削机床年产量达到38.94万台、数控机床产量5.19万台；2005年前三季度，我国金属切削机床和数控机床产量分别达到34.08万台和4.33万台。
/ e1 \, p' F* F2 Y( N! |8 A0 J　　我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备大多数是传统的机床，而且多数是役龄在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，直接影响到企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
　　由于近几年国内外数控系统的高速发展，使原来进口的高档数控系统已不再满足日新月异的产品需求，迫切需要更换最新的数控系统及软件。
! u# V* ]) j5 P  I2 ~  P2 K* x　　我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。在这些项目中，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，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。
( z; c/ a: P& N4 ~- n- U' ]8 ?　　这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也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，解决关键技术问题，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。
( |! [( W3 P) H; Q　　由于机床数控技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也已进入到以数控技术为主的新的行业。
# e# e1 |7 Y4 X+ G' F4 r3 Y0 j　　3、机床数控化改造的主要形式有以下几点：
9 H- ^$ k. u) i0 ?　　其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；
　　其二是NC化，在普通机床上加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；
　　其三是翻新，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；
　　其四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。
　　4、机床改造的优缺点
& D1 I) |3 R$ u' _& u3 F' i: l8 Q( y　　a.减少投资额、交货期短
6 z8 z9 z. v4 `* t# q　　同购置新机床相比，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。
　　b.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。
　　c.用户熟悉了解设备、便于操作维修
　　购买新设备时，不了解新设备是否能满足其工艺要求。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。
　　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。
　　d.可以采用最新的控制技术
! l' Q4 ^* j9 z. c0 f　　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。
  X) W, \( J! Y2 `　　二传统机床怎样实现数控化改造
3 M9 K/ C$ l. E8 d) Z8 ?" f　　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：
# q/ u$ W4 B4 F　　a.机械修理与电气改造相结合
; P4 @6 z+ V7 M0 ?7 q  U　　一般来说，需进行数控改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因数控改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定数控改造与机械修理。机械性能的完好是数控改造成功的基础。
6 x; H6 ]0 x: |; }) Q　　为配合数控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.新旧系统接口的转换设计
1 Y* A' `0 H" b/ F0 {+ z9 i& |　　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、中小连接点少，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。合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。改造工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等，因为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、改造方案的实施
+ M3 R+ K  F  W. P+ K4 d/ @: T" d" v　　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
! j% g& l1 ?& U$ G　　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考作用，又可在改造结束时作对比分析用。
　　b.原系统拆除
. |: s/ B6 [5 U# e1 K# r5 i/ U( W　　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。还有一定使用价值的，可作其他机床备件用。
　　c.改造的实施与调试
　　机床改造应按预先制定好的方案按先后顺序进行。
　　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，先模拟后实动；能手动的，先手动后自动。
　　3、改造成果验收
7 o; U: x: w) Q$ w6 O　　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。验收工作包括：
　　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。
' e$ `! c+ F+ ^  G( A( I　　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)对照检查，达到精度范围之内。同时还应与改造前机床　　c.的各项功能和精度作出对比，获得量化的指标差。
　　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。
　　4、数控化改造实例
　　我公司采用华中数控系统已经成功地为常柴股份有限公司、东方电机股份有限公司、南昌飞机制造公司、航天部三院、、长江动力集团、武汉汽轮机厂、兰州石化、北京第一机床厂、东风汽车集团、郑州长城铝业集团、上海路桥、常州柴油机厂、贵州云马飞机制造厂等企业改造了数量约500多台机床，改造的机床种类包括车床、铣床、加工中心、镗床、齿轮加工机床、仿形机床、磨床、组合机床、刨床、锻压和冲压机床、玻璃加工机床等，改造的范围包括二轴、三轴、四轴、五轴联动的机床，积累了丰富的经验，为国家节省了近亿元的设备投资。完成改造的技术成熟性好，把握大。被中国机电装备维修与改造技术协会评为“中国数控装备维修与改造A级资质企业”。
　　实例1，采用华中数控系统改造西安标准工业股份有限公司XK754卧式加工中心，更换原机床的所有电气控制系统，包括数控系统，PLC控制单元，X、Y和Z轴进给交流伺服系统，主轴控制单元及主轴电机，电气控制柜，操作按钮站等。
　　由于采用华中世纪星HNC-21M铣削数控系统，具有7.7英寸彩色液晶显示器，显示机床的工作状态，并具有实时图形显示功能。具有性能/价格比高，操做简便等特点。改造后的数控机床自动化程度高，操作方便。改造后的数控机床精度：
( T5 i0 z) x9 \! R: Z4 }　　X、Y和Z轴进给轴的定位精度＜0.040mm/300mm。
: R, [! i+ H4 b8 ~7 g3 B　　X、Y和Z轴进给轴的重复定位精度＜0.025mm/300mm
　　实例2，采用华中数控系统对苏州工业园区东风汽车传动轴有限公司一台YK5612/5齿扇插齿机的数控系统进行更新，采用全新的华中数控生产的世纪星HNC-22MD数控系统取代原有的数控系统，系统改造中含控制系统、伺服单元及执行机构，系统软件和应用软件随系统一起全部更新。
　　a.控制系统应具备插齿专用的成熟的操作软件，采用中文菜单、人机对话式工艺卡编程。加工区零件程序容量不小于14MB；具备图形显示和仿真功能、故障自动诊断功能、三轴三联动功能。采用10.4＂彩色液晶显示器；控制主机具备RS232串行通信口和3.5＂软盘通信口两种，以便和外部计算机通信(外部计算机由用户自备)。
　　b.采用华中数控生产的HSV-20型全数字交流伺服和登奇电机厂生产的GK7伺服电机，取代原机床伺服和电机。伺服驱动与电机完全匹配，各电机的扭矩、功率、转速不能低于原电机铭牌标定值,并保证所选用的替代电机等与原机床的各项参数相匹配。
　　c.采用富士G11数字式交流变频器和先马变频调速电机取代原来的主轴单元。变频器与电机正确匹配，电机的扭矩、功率、转速不能低于原电机铭牌标定值。
　　d.机床整体电气线路重新设计，必须保证原机床的机械、液压、电气动作准确。布线合理美观,并有利于设备搬迁时拆卸。为方便起见可重新制造电柜。保留原液压系统、冷却系统、润滑系统。【MechNet】
文章关键词： 机床数控化