计算机数控机床改造的应用研究

 

 摘要：将普通机床改造成为数控机床，是企业提高自身自动化程度的一种重要手段。就如
何实现改造进行分析并提供方法和思路，本文主要阐述数控化改造的研究内容和关键技术
和方法。

 

  关键词：计算机；机床；数控化；改造；方案

 

  数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的
技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控
(Computer Numerical Control)，简称 CNC。计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运
动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数
控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计
算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动
设备运行。

   1 数控机床概述 

  数控机床就是将加工过程中的各种操作（如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具
等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码或程序来表示，通过控
制介质（如穿孔纸带或磁带、磁盘等）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输
入的信息进行处理与运算，来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所
需要的工件。

 

  2 机床的数控化改造方案

   2.1 进行改造项目的可行性评估 

  2.1.1 对其价值做出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：

①系统及操作子系

统；

②伺服系统包括电动机；③机床电气；④机械本体床身、立柱、导轨和丝杠等；⑤刀库

机械手系统；

⑥自动工作台交换系统等。每一个子系统根据实际情况，都可以做出相应的价

值评估。

 

  2.1.2 评估改造后能达到的目标，即有什么样的机床准确度和使用性能。

 

  2.1.3 进行成本的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。
投人的改造费用主要由下列项目构成：

①数控系统及相关伺服系统；②机床电气及附件更

换；

③机床机械元部件准确度修复和维修保养；④机床辅助系统如液压系统、冷却系统等维

修保养；

⑤机床外观质量的修复；⑥机床改造后的调试检测；⑦机床改造所需的技术劳务

费。在受改造费用限制时，可以修改改造目标，降低一些要求以减少投入费用。

 

  2.1.4 对改造方案进行风险评估。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能
拿到机床现状准确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。因此必
须做出风险评估和制订相应对策。一般做法是在工程项目费中，设置不可预见费用。

   2.1.5 

性能价格比评估。为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价
格作为标准进行比较。

   2.2 数控系统的选择 

  数控系统是机床的核心，在选择时要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑。数控系
统主要有

3 种类型：步进电机拖动的开环系统；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；交

/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机

拖动的开环系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机等。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。该系统的位移准确度主要决定于步进电机的角位移准确度，齿轮丝杠等传动元
件的节距准确度，所以系统的位移准确度较低。但该系统结构简单，调试维修方便，工作可
靠，成本低，易改装成功。

   2.3 伺服系统的选择 

  伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统 CNC 系统与刀具、主轴间的信息传
递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，
数控机床的最高移动速度、跟踪度、定位度等重要指标均取决于伺服系统的动态。伺服系统按