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【摘要】：随着现代工业的迅猛发展，普通机床已经越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求，数控机床已经成为衡量一个国家机械制造水平的最要标志。目前我国生产、加工使用的绝大多数是普通机床，机床数控化率远低于发达国家，使得資金投入量大、成本高。把普通机床改造为数控机床则是一条提高数控化率的有效途径。
本次主要是对X5040立式铣床的进给运动系统进行数控化改造设计的方案。首先将三相异步电动机改成步进电动机， X轴、Y轴、Z轴的丝杠改为滚珠丝杠副。其次步进电动机与丝杠之间的传动采用齿轮一级传动式，在设计步进电动机与丝杠的联接时，尽量减少传动间隙，满足精度要求。
【关键词】：数控铣床 改造设计 总体方案
一、机床数控化改造的意义
（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，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。
（2）力学性能稳定可靠。旧机床所利用的床身、立柱灯基础构件都是重而坚固的铸造构件，而不是焊接构件，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。
（3）熟悉设备，便于操作维修。购买新设备可能不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确计算出机床的加工能力；另外，由于使用多年，操作者对机床的性能已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快，改造的机床易安装好，可以实现全负荷运转。
（4）可充分利用现有的条件。例如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。
（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，提高设备档次和质量，将旧机床改成当今水平的机床。
二、铣床数控化改造的步骤
在改造之前，要先做好充分的技术准备，安排技术人员做好技术规划，电气原理图及各种转换接口的设计等。
（1）作好改造的前期准备工作。对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。
（2）进行电气改造的机床一般均需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容，也要确定因改造而需进行机械结构改动的要求和内容。为配合电气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。停机后需拆、改、加工的部分等也应事先规划完毕，提出明确要求。机械性能完好是电气改造成功的基础。
（3）改造前应熟悉技术资料，做到思路清晰，层次分明。
（4）原系统的拆除必须对照原图纸进行，并及时作出标记，防止遗漏或过拆。
（5）根据设计图纸合理配置新系统，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。
（6）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，防止发生人身及设备事故。
三、X5040型数控铣床的主要技术参数
机床设计的初使，首先需确定有关参数，它们是传动设计和就结构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求，因此，参数拟定是机床设计中的重要问题。
X5040 型数控铣床的主要技术参数如下：
工作台面积：1600x400mm；工作台纵向最大行程：900mm；工作台横向最大行程：375mm；工作台垂向最大行程：400mm；工作台T型槽数：3；工作台T型槽宽：18mm工作台；T型间距：100mm；主轴转速种数：18；主轴转速范围： 30～1500r/min；工作台纵向进给速度范围：10～1500mm/min；工作台横向进给速度范围：10～1500mm/min；工作台垂向进给速度范围：10～600mm/min；工作台横向及纵向快速移动速度：1500mm/min；工作台垂直快速移动速度：1500mm/min；
主传动电动机功：7.5KW；主传动电动机转速：1450r/min；脉冲当量：0.01mm；
外形尺寸：2495mmx2100mmx2170mm；质量：2700kg；工作台负载：500kg；
四、总体方案设计
（1）系统的运动方式与伺服系统的选择
在驱动执行装置中，直流伺服电动机的价格昂贵，在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。步进电动机采用脉冲数字信号进行控制，每转一转步距误差自动变为零，能方便地实现调速及定位，改变各组绕组的接通次序可实现正反转，在X5040铣床数控化改造中，采用步进电动机拖动的开环控制系统。
（2）机械部分的设计改造
在改造过程中，采用步进电动机与滚珠丝杠，并装有减速机构的传动方式，通过减速机构可得到所需的减速比并增大驱动力矩。原机床使用滑动丝杠，传动误差大，因此在数控化改造中将其更换为滚珠丝杠。滚珠丝杠的传动效率高、无爬行、预紧后可消除反向间隙、精度高。改造后X5040铣床的横向、纵向传动方式：步进电动机—消隙齿轮—滚珠丝杠螺母副—工作台的传动方式。X5040铣床垂直方向的传动方式为：步进电动机—圆锥齿轮—滚珠丝杠螺母副—工作台。
X5040铣床的导轨改造也应考虑其材料的摩擦因数，抗磨损，静、动摩擦因数差值小，定位准确，防振消声运行平稳，低能耗，耐老化和足够的力学性能等。
【参考文献】
【1】马雪峰，丁岩，刘长安. X5040铣床数控化改造的实施.黑龙江：科技信息，2007
【2】胡兴军，屈平.我国数控机床产业发展现状综述.广西：精密制造与自动化，2001
【3】宋德明，宋建武. XK5040机床的数控化改造.河北：张家口职业技术学院学报，2009
【4】国内外数控机床发展现状.
http：//wenku.baidu.com/view/f61c96c76137ee06eff91811.html2007
【5】贺小武.我国机床数控技术发展现状及发展途径探讨. 湖南：科技咨询导报，2007
作者简介：侯金辰（1987-），女，汉，辽宁沈阳，助教、建筑电气中级工程师，学历：本科，研究方向：机械工程与自动化
本次主要是对X5040立式铣床的进给运动系统进行数控化改造设计的方案。首先将三相异步电动机改成步进电动机， X轴、Y轴、Z轴的丝杠改为滚珠丝杠副。其次步进电动机与丝杠之间的传动采用齿轮一级传动式，在设计步进电动机与丝杠的联接时，尽量减少传动间隙，满足精度要求。
【关键词】：数控铣床 改造设计 总体方案
一、机床数控化改造的意义
（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，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。
（2）力学性能稳定可靠。旧机床所利用的床身、立柱灯基础构件都是重而坚固的铸造构件，而不是焊接构件，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。
（3）熟悉设备，便于操作维修。购买新设备可能不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确计算出机床的加工能力；另外，由于使用多年，操作者对机床的性能已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快，改造的机床易安装好，可以实现全负荷运转。
（4）可充分利用现有的条件。例如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。
（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，提高设备档次和质量，将旧机床改成当今水平的机床。
二、铣床数控化改造的步骤
在改造之前，要先做好充分的技术准备，安排技术人员做好技术规划，电气原理图及各种转换接口的设计等。
（1）作好改造的前期准备工作。对被改造机床进行结构、性能、精度等技术现状的全面分析。
（2）进行电气改造的机床一般均需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容，也要确定因改造而需进行机械结构改动的要求和内容。为配合电气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。停机后需拆、改、加工的部分等也应事先规划完毕，提出明确要求。机械性能完好是电气改造成功的基础。
（3）改造前应熟悉技术资料，做到思路清晰，层次分明。
（4）原系统的拆除必须对照原图纸进行，并及时作出标记，防止遗漏或过拆。
（5）根据设计图纸合理配置新系统，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。
（6）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，防止发生人身及设备事故。
三、X5040型数控铣床的主要技术参数
机床设计的初使，首先需确定有关参数，它们是传动设计和就结构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求，因此，参数拟定是机床设计中的重要问题。
X5040 型数控铣床的主要技术参数如下：
工作台面积：1600x400mm；工作台纵向最大行程：900mm；工作台横向最大行程：375mm；工作台垂向最大行程：400mm；工作台T型槽数：3；工作台T型槽宽：18mm工作台；T型间距：100mm；主轴转速种数：18；主轴转速范围： 30～1500r/min；工作台纵向进给速度范围：10～1500mm/min；工作台横向进给速度范围：10～1500mm/min；工作台垂向进给速度范围：10～600mm/min；工作台横向及纵向快速移动速度：1500mm/min；工作台垂直快速移动速度：1500mm/min；
主传动电动机功：7.5KW；主传动电动机转速：1450r/min；脉冲当量：0.01mm；
外形尺寸：2495mmx2100mmx2170mm；质量：2700kg；工作台负载：500kg；
四、总体方案设计
（1）系统的运动方式与伺服系统的选择
在驱动执行装置中，直流伺服电动机的价格昂贵，在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。步进电动机采用脉冲数字信号进行控制，每转一转步距误差自动变为零，能方便地实现调速及定位，改变各组绕组的接通次序可实现正反转，在X5040铣床数控化改造中，采用步进电动机拖动的开环控制系统。
（2）机械部分的设计改造
在改造过程中，采用步进电动机与滚珠丝杠，并装有减速机构的传动方式，通过减速机构可得到所需的减速比并增大驱动力矩。原机床使用滑动丝杠，传动误差大，因此在数控化改造中将其更换为滚珠丝杠。滚珠丝杠的传动效率高、无爬行、预紧后可消除反向间隙、精度高。改造后X5040铣床的横向、纵向传动方式：步进电动机—消隙齿轮—滚珠丝杠螺母副—工作台的传动方式。X5040铣床垂直方向的传动方式为：步进电动机—圆锥齿轮—滚珠丝杠螺母副—工作台。
X5040铣床的导轨改造也应考虑其材料的摩擦因数，抗磨损，静、动摩擦因数差值小，定位准确，防振消声运行平稳，低能耗，耐老化和足够的力学性能等。
【参考文献】
【1】马雪峰，丁岩，刘长安. X5040铣床数控化改造的实施.黑龙江：科技信息，2007
【2】胡兴军，屈平.我国数控机床产业发展现状综述.广西：精密制造与自动化，2001
【3】宋德明，宋建武. XK5040机床的数控化改造.河北：张家口职业技术学院学报，2009
【4】国内外数控机床发展现状.
http：//wenku.baidu.com/view/f61c96c76137ee06eff91811.html2007
【5】贺小武.我国机床数控技术发展现状及发展途径探讨. 湖南：科技咨询导报，2007
作者简介：侯金辰（1987-），女，汉，辽宁沈阳，助教、建筑电气中级工程师，学历：本科，研究方向：机械工程与自动化