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【摘 要】 经济型数控机床，在我国机床市场需要量最大、销售量也最高。如果能够利用我国现有的大量闲置旧机床，对其进行数控化改造，研制出一种新型高效、多功能的经济型数控机床，对企业盘活存量资金的和降低生产成本非常有利。而且，随着科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品质量和生产率也提出了越来越高的要求，企业机械加工自动化成程度也越来越受重视，不仅能够提高产品质量、提高年生产率、降低生产率、降低成本，还能够极大地改善生产者的劳动条件。
【关键词】 脉冲发生器；滚珠丝杠；自动刀架；塑料导轨软带
普通机床的数控化改造事在我国属于朝阳产业，目前许多企业都存有大批闲置的普通机床，如果能对这些普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些闲置机床在经济发展中发挥作用、创造效益，对企业的发展起到了一定推进作用。
1、普通机床数控化改造后的优点
（1）性能稳定可靠，可以实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3～7倍；
（2）加工零件的精度高，可实现多工序的集中加工，减少零件在机床间的频繁搬运；
（3）投资额少，交货期短；
2、普通机床数控化改造后的机床组成
一般分为五部分：机床主机、数字控制系统、驱动装置、辅助装置、其它附属设备。
3、普通车床数控化改造方案
由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原則是满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。以CA6140车床改造为例，改造总体方案为：
（1）主传动系统和进给系统的改造
CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开，分别由各自的步进电机来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。
（2）丝杠改造——采用滚珠丝杠螺母副
为了提高机床的精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件它可将旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转变为旋转运动。因此，滚珠丝杠副既是传动元件，也是直线运动与旋转运动相互转换的元件。
滚珠丝杠副的优点：磨擦损失小、传动效率高，高达0.92～0.96（滑动丝杠为0.2～0.40）；螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高、刚性好；磨擦阻力小，且几乎与运动速度无关，动静磨擦力之差极小，不易产生低速爬行现象，保证了运动的平稳性
国产的标准滚珠丝杠副分为两类：定位滚珠丝杠副（P类），即通过旋转角度和导程控制轴向位移量的滚珠丝杠副；传动滚珠丝杠副（T类），即与旋转角度无关，用于传递动力的滚珠丝杠副。
（3）刀架改造
普通车床的刀架不能满足数改后的车床的性能和精度的要求。所以，必须要换成数控自动刀架。自动换刀装置具有换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具存储量大、刀库占地面积小及安全可靠等优点。CA6140普通车床在加工螺纹时，为了得到符合加工要求的螺距，就必须保证主轴和进给之间的联系。由于主轴的运动与进给运动之间没有机构上的直接联系，为了变成这些功能，就设置了主轴脉冲发生器，发出脉冲以使步进电机准确地配合主轴的旋转而产生进给运动，这样既可以解决了主轴转一转，车刀进给一个螺距的动作的问题，进而在单片机系统的控制下，保证这种联系的顺利完成。
自动换刀装置已广泛用于各种多工序数控机床，台镗床、铣床、车床及组合机床等。使用这种装置，不仅提高了机床的生产效率，扩大了单功能数控机床的使用范围，而且由于零件在一次安装中完成多工序加工，大大减少了零件安装定位次数，从而提高了生产效率。
（4）步进电机的改造
步进电机的工作方式和一般电机不同，是采用脉冲控制方式工作的，必须按一定的规律对各相绕组轮流通电，步进电机才能实现转动。合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统的实际工作情况选择。数控机床中采用的功率步进电机有3相、4相、5相、和6相等。由步距角计算可知，循环拍数越多，步距角越小，因此定位精度越高。另外，通电循环拍数和每拍通电相数对步进电机的矩频特性、稳定性等都有很大的影响。步进电机的相数也对步进电机的运行性能有很大影响。一般电机的相数越多，工作方式越多，为提高步进电机输出转矩、工作频率和稳定性，可选用多相步进电机。经济型数控改造的横向进给比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。
（5）导轨改造
导轨的作用主要是对运动部件起导向和支撑作用，也就是支撑运动部件（如刀架、工作台等），并保证运动部件在外力作用下能准确沿着规定方向运动。因此，导轨的制造精度及性能对机床加工精度、承载能力等有着重要影响。因此，导轨改造也很重要，一般采用价格较便宜的塑料导轨软带。塑料导轨软带在耐磨性、减振性、工艺性能等方面有明显优势。
目前比较常见的导轨软带有国外的Turcite-B导轨软带以及国产TSF塑料软带。塑料导轨软带的粘结方法简单，通常采用黏结材料将其贴在所需处，作为导轨表面；用汽油或金属清洗或丙酮清洗导轨粘贴面后，用胶黏剂粘合导轨软带，加压初固化1～2h后再合拢到配对的固定导轨或专用夹具上施以一定的压力，并在室温固化24h，取下清除余胶，即可开油槽和加工。
（6）数控系统硬件电路改造
任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。机床数控系统的硬件电路概括起来由以下4部分组成。 1）中央处理单元CPU
2）总线。包括数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。
3）存贮器。包括只读可编程存贮器和随机读写存贮器。
4）I/O输入/输出接口电路。
其中CPU是数控系统的核心，作用是进行数据运算处理和控制各部分电路直协调工作。存贮器用于存放系统软件，应用程序和运行中所需要的各种数据。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。
由于MCS—51系列单片机在我国机床数控改造方面应用较普遍，其配套芯片价廉，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能够满足经濟型数控车床改造的需要。C6140数控改造以8031CPU组成的单板机为数控控制系统。也可直接购买国内较好的数控系统系列产品做为数控装置，如南京大方数控设备公司生产的JWK系列数控产品。
4、金属切削机床数控化改造成本分析
金属切削机床数控化改造后，保留了原有的床头箱，也就是主传动系统未变，把车床的进给传动系统和刀架改成了数控机床形式的，其中原来的纵向和横向进给系统改成了由滚珠丝杠副代替光杠的传动，这样原有的刀架改成了数控六方刀架，另外床鞍也有一些小的改动。
这种数控改造成本不会一般在1万元左右，以CA6140车床改造为例，CA6140车床出厂价一般不到4万，也就是说改造之后的车床成本比原有成本只是增加了20%左右，但是机床数控改造后，大幅提高了生产效率，在同样的时间内，工人生产的产品能达到原来的2-5倍，甚至更高，所以，经过不了多长时间，改造成本就回来了而工厂的竞争力和盈利空间增强了许多。
5、结论
由上述可知，企业对闲置金属切削机床进行数控化改造，其过程并不复杂，成本也不高，改造后，不仅其性价比大幅提高，而且设备自身对产品更新换代所需要的应变能力也提高了；也减轻了工人的劳动强度，增强了企业竞争能力，因此，对金属切削机床进行数控化改造这种技术确实值得大力推广。
参考文献：
1、谭浩强.微型计算机原理及应用.北京：清华大学出版社.2002：77-8
2、龚仲华.数控技术.北京：机械工业出版社.2003：32-47
3、宋天麟.数控机床及其使用与维修.南京：东南大学出版社.2003：85-88
4、胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：华中科技大学出版社.2003：25-77
5、严爱珍.机床数控原理与系统.北京：机械工业出版社.1999：48-95
6、董献坤.数控机床结构与编程.北京：机械工业出版社.2001：62-99
【关键词】 脉冲发生器；滚珠丝杠；自动刀架；塑料导轨软带
普通机床的数控化改造事在我国属于朝阳产业，目前许多企业都存有大批闲置的普通机床，如果能对这些普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些闲置机床在经济发展中发挥作用、创造效益，对企业的发展起到了一定推进作用。
1、普通机床数控化改造后的优点
（1）性能稳定可靠，可以实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3～7倍；
（2）加工零件的精度高，可实现多工序的集中加工，减少零件在机床间的频繁搬运；
（3）投资额少，交货期短；
2、普通机床数控化改造后的机床组成
一般分为五部分：机床主机、数字控制系统、驱动装置、辅助装置、其它附属设备。
3、普通车床数控化改造方案
由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原則是满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。以CA6140车床改造为例，改造总体方案为：
（1）主传动系统和进给系统的改造
CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开，分别由各自的步进电机来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。
（2）丝杠改造——采用滚珠丝杠螺母副
为了提高机床的精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。
滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件它可将旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转变为旋转运动。因此，滚珠丝杠副既是传动元件，也是直线运动与旋转运动相互转换的元件。
滚珠丝杠副的优点：磨擦损失小、传动效率高，高达0.92～0.96（滑动丝杠为0.2～0.40）；螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高、刚性好；磨擦阻力小，且几乎与运动速度无关，动静磨擦力之差极小，不易产生低速爬行现象，保证了运动的平稳性
国产的标准滚珠丝杠副分为两类：定位滚珠丝杠副（P类），即通过旋转角度和导程控制轴向位移量的滚珠丝杠副；传动滚珠丝杠副（T类），即与旋转角度无关，用于传递动力的滚珠丝杠副。
（3）刀架改造
普通车床的刀架不能满足数改后的车床的性能和精度的要求。所以，必须要换成数控自动刀架。自动换刀装置具有换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具存储量大、刀库占地面积小及安全可靠等优点。CA6140普通车床在加工螺纹时，为了得到符合加工要求的螺距，就必须保证主轴和进给之间的联系。由于主轴的运动与进给运动之间没有机构上的直接联系，为了变成这些功能，就设置了主轴脉冲发生器，发出脉冲以使步进电机准确地配合主轴的旋转而产生进给运动，这样既可以解决了主轴转一转，车刀进给一个螺距的动作的问题，进而在单片机系统的控制下，保证这种联系的顺利完成。
自动换刀装置已广泛用于各种多工序数控机床，台镗床、铣床、车床及组合机床等。使用这种装置，不仅提高了机床的生产效率，扩大了单功能数控机床的使用范围，而且由于零件在一次安装中完成多工序加工，大大减少了零件安装定位次数，从而提高了生产效率。
（4）步进电机的改造
步进电机的工作方式和一般电机不同，是采用脉冲控制方式工作的，必须按一定的规律对各相绕组轮流通电，步进电机才能实现转动。合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统的实际工作情况选择。数控机床中采用的功率步进电机有3相、4相、5相、和6相等。由步距角计算可知，循环拍数越多，步距角越小，因此定位精度越高。另外，通电循环拍数和每拍通电相数对步进电机的矩频特性、稳定性等都有很大的影响。步进电机的相数也对步进电机的运行性能有很大影响。一般电机的相数越多，工作方式越多，为提高步进电机输出转矩、工作频率和稳定性，可选用多相步进电机。经济型数控改造的横向进给比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。
（5）导轨改造
导轨的作用主要是对运动部件起导向和支撑作用，也就是支撑运动部件（如刀架、工作台等），并保证运动部件在外力作用下能准确沿着规定方向运动。因此，导轨的制造精度及性能对机床加工精度、承载能力等有着重要影响。因此，导轨改造也很重要，一般采用价格较便宜的塑料导轨软带。塑料导轨软带在耐磨性、减振性、工艺性能等方面有明显优势。
目前比较常见的导轨软带有国外的Turcite-B导轨软带以及国产TSF塑料软带。塑料导轨软带的粘结方法简单，通常采用黏结材料将其贴在所需处，作为导轨表面；用汽油或金属清洗或丙酮清洗导轨粘贴面后，用胶黏剂粘合导轨软带，加压初固化1～2h后再合拢到配对的固定导轨或专用夹具上施以一定的压力，并在室温固化24h，取下清除余胶，即可开油槽和加工。
（6）数控系统硬件电路改造
任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。机床数控系统的硬件电路概括起来由以下4部分组成。 1）中央处理单元CPU
2）总线。包括数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。
3）存贮器。包括只读可编程存贮器和随机读写存贮器。
4）I/O输入/输出接口电路。
其中CPU是数控系统的核心，作用是进行数据运算处理和控制各部分电路直协调工作。存贮器用于存放系统软件，应用程序和运行中所需要的各种数据。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。
由于MCS—51系列单片机在我国机床数控改造方面应用较普遍，其配套芯片价廉，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能够满足经濟型数控车床改造的需要。C6140数控改造以8031CPU组成的单板机为数控控制系统。也可直接购买国内较好的数控系统系列产品做为数控装置，如南京大方数控设备公司生产的JWK系列数控产品。
4、金属切削机床数控化改造成本分析
金属切削机床数控化改造后，保留了原有的床头箱，也就是主传动系统未变，把车床的进给传动系统和刀架改成了数控机床形式的，其中原来的纵向和横向进给系统改成了由滚珠丝杠副代替光杠的传动，这样原有的刀架改成了数控六方刀架，另外床鞍也有一些小的改动。
这种数控改造成本不会一般在1万元左右，以CA6140车床改造为例，CA6140车床出厂价一般不到4万，也就是说改造之后的车床成本比原有成本只是增加了20%左右，但是机床数控改造后，大幅提高了生产效率，在同样的时间内，工人生产的产品能达到原来的2-5倍，甚至更高，所以，经过不了多长时间，改造成本就回来了而工厂的竞争力和盈利空间增强了许多。
5、结论
由上述可知，企业对闲置金属切削机床进行数控化改造，其过程并不复杂，成本也不高，改造后，不仅其性价比大幅提高，而且设备自身对产品更新换代所需要的应变能力也提高了；也减轻了工人的劳动强度，增强了企业竞争能力，因此，对金属切削机床进行数控化改造这种技术确实值得大力推广。
参考文献：
1、谭浩强.微型计算机原理及应用.北京：清华大学出版社.2002：77-8
2、龚仲华.数控技术.北京：机械工业出版社.2003：32-47
3、宋天麟.数控机床及其使用与维修.南京：东南大学出版社.2003：85-88
4、胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：华中科技大学出版社.2003：25-77
5、严爱珍.机床数控原理与系统.北京：机械工业出版社.1999：48-95
6、董献坤.数控机床结构与编程.北京：机械工业出版社.2001：62-99