進(jìn)步機(jī)床的數(shù)控化率和數(shù)控改造案例分析
發(fā)布時(shí)間：2015-11-28 新聞來源：刀具英才網(wǎng)
一、數(shù)控改造的內(nèi)容
機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控改造主要內(nèi)容有：（1）恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；（2）NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置或加數(shù)控系統(tǒng)；（3）翻新，為進(jìn)步精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不能滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；（4）技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為進(jìn)步性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。
二、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)
l.向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低本錢、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通訊等題目，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控任務(wù)PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。在遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程診斷和維修的應(yīng)用將更加普遍。
2.向高速化和高精度化發(fā)展
3.向智能化方向發(fā)展
（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中的重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
（2）引進(jìn)專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工。將熟練工人和專家經(jīng)驗(yàn)、加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存進(jìn)系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。
（3）引進(jìn)故障診斷專家系統(tǒng)
（4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置。可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載和自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。
三、數(shù)控系統(tǒng)的選擇
1.開環(huán)系統(tǒng)
該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。這種系統(tǒng)不需要位置和速度反饋，位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度和齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的精度，所以位移精度低。但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試維修方便、工作可靠、本錢低、易改裝成功。
2.閉環(huán)系統(tǒng)
該系統(tǒng)由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大并變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以消除偏差。此系統(tǒng)復(fù)雜、本錢高、對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)。但系統(tǒng)精度高、速度快、功率大。可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用。
3.半閉環(huán)系統(tǒng)
半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接丈量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)的部分元件的誤差，因此，其精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是其結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司及廠家比較多，國(guó)外的如德國(guó)西門子公司、日本發(fā)那科公司；國(guó)內(nèi)的如中國(guó)珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)團(tuán)體公司、華中數(shù)控公司和沈陽(yáng)高檔數(shù)控國(guó)家工程研究中心等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求來確定。
四、機(jī)床數(shù)控改造主要步驟
1.改造方案的確定
（1）機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合。一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍和內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求和內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。
（2）先易后難、先局部后全局。確定改造步驟時(shí)，應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完玉成系統(tǒng)工作。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，使人的留意力能集中到關(guān)鍵地方。
（3）根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)。針對(duì)改造對(duì)象確定它的環(huán)境和條件，這對(duì)選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)、抗干擾、自冷卻及空氣過濾等性能可提供正確的依據(jù)。電氣系統(tǒng)選擇時(shí)還必須考慮成熟產(chǎn)品，它們性能應(yīng)公道實(shí)用、有備件可提供維修支持、功能可滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。
（4）落實(shí)參與改造的職員和責(zé)任。
（5）改造范圍與周期的確定。
2.改造的技術(shù)預(yù)備
（1）機(jī)械部分預(yù)備。為配合電氣改造的機(jī)械大修工作應(yīng)先期完成。同時(shí)對(duì)需拆、改和加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃，要與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)。
（2）新系統(tǒng)電氣資料消化。
（3）新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。根據(jù)每臺(tái)設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操縱面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)、參數(shù)丈量點(diǎn)、維修位置等。要求操縱與維修方便公道、線路走向通順、中小連接點(diǎn)少、強(qiáng)弱電干擾最小、備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口。
（4）操縱和編程職員的技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括①新的操縱面板配置、功能、指示含義；②新系統(tǒng)的功能范圍、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別；③維護(hù)保養(yǎng)要求；④編程標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)化編程等。重點(diǎn)是弄懂、弄通操縱說明書和編程說明書。
（5）調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定。調(diào)試工作應(yīng)由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其他職員配合。調(diào)試步驟可從簡(jiǎn)到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的制定必須實(shí)事求是，過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。
3.改造的實(shí)施
（1）原機(jī)床的全面保養(yǎng)。原機(jī)床經(jīng)長(zhǎng)期使用后，需要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度丈量，并記錄在案。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用。
（2）保存的電氣部分最佳化調(diào)整。若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對(duì)保存電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整，如強(qiáng)電部分的零件更換、電機(jī)的保養(yǎng)、變壓器的烘干盡緣、污染的清潔、透風(fēng)冷卻裝置的清洗、伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整、老化電線電纜的更新、連接件的緊固等。只有對(duì)保存的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。
（3）原系統(tǒng)拆除。原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖紙仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆。在拆的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正。拆下的系統(tǒng)要妥善保管，以備萬一改造不成功時(shí)恢復(fù)使用。還有一定使用價(jià)值的，可作備件。
（4）公道安排新系統(tǒng)位置及布線。連線工作必須分工明確，有一人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。
（5）調(diào)試。調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身和設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)必須清理干凈；各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。
4.驗(yàn)收及后期工作
（1）機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收。機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
（2）電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收。電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常、靈敏可靠。控制精度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能（如步進(jìn)尺寸等）與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量用具（如激光干涉儀、坐標(biāo)丈量?jī)x等）對(duì)照檢查，達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對(duì)比，獲得量化的指標(biāo)差。
（3）試件切削驗(yàn)收。可以參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操縱工、編程職員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。
（4）圖紙、資料驗(yàn)收。機(jī)床改造完后，應(yīng)及時(shí)將圖紙、資料、改造檔案匯總、整理、移交進(jìn)檔。這對(duì)該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。
（5）總結(jié)、進(jìn)步。
五、數(shù)控改造實(shí)例
1.用西門子810M改造X53銑床
1998年，公司投進(jìn)20萬元，用德國(guó)西門子810M數(shù)控系統(tǒng)、611A交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)公司的一臺(tái)型號(hào)為X53的銑床進(jìn)行X、Y、Z三軸數(shù)控改造。保存了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。改造的三軸在機(jī)械上采用了滾珠絲杠及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、PLC程序的編制與調(diào)試、機(jī)床大修、整機(jī)的安裝和調(diào)試。銑床改造后，加工有效行程X、Y、Z軸分別為880mm、270mm、280mm；最大速度X、Y、Z軸分別為5000mm/min、1500mm/min、800mm/min；點(diǎn)動(dòng)速度X、Y、Z軸分別為3000mm/min、1000mm/min、500mm/min；機(jī)床加工精度達(dá)到士0.001mm。機(jī)床的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可完成各種復(fù)雜曲線或曲面的加工。
2.用GSK980T和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車工
1999年，公司投進(jìn)了8萬元，采用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)、DY3混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)公司的一臺(tái)加長(zhǎng)C6140車床的X、Z兩軸進(jìn)行改造。保存了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾珠絲杠及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試。車床改造后，加工有效行程X、Z軸分別為390mm、1400mm；最大速度X、Z軸分別為1200mm/min，3000mm/min；點(diǎn)動(dòng)速度為400mm/min；點(diǎn)動(dòng)快速X、Z軸分別為1200mm/min、3000mm/min；機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm。
六、數(shù)控改造中的題目和建議
1.數(shù)控改造中的題目
通過幾臺(tái)機(jī)床的數(shù)控改造工作后，發(fā)現(xiàn)工作中也存在很多題目，主要表現(xiàn)在：（1）各部分、開發(fā)職員職責(zé)不明朗、組織混亂，嚴(yán)重影響了改造進(jìn)度；（2）制定的工作進(jìn)程和計(jì)劃大多只是憑經(jīng)驗(yàn)制定，不太公道；（3）相關(guān)職員的培訓(xùn)工作沒有到位，導(dǎo)致機(jī)床改造后出現(xiàn)工藝職員不會(huì)編程、操縱職員對(duì)機(jī)床操縱不熟練等題目。
2.數(shù)控改造建議
（1）負(fù)責(zé)改造的員工職責(zé)明確，獎(jiǎng)罰分明，充分調(diào)動(dòng)員工的積極性；培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用和維護(hù)職員，選派職員外出進(jìn)修，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)；（2）要注重用戶使用、維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)，建立國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)資源庫(kù)。建立技術(shù)資料檔案，做好備品配件工作。
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