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。

   1. 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。
   2. 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。
   3. 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"。
   4. 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
   5. 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。
   6. 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。
   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
   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。
   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。
   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。
   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。
   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。
3. 机床数控化改造的主要形式有以下几点：
   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
   • 减少投资额、交货期短
     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。
   • 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。
   • 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。
   • 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，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。

二 传统机床怎样实现数控化改造

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：

   1. 机械修理与电气改造相结合
      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。
      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。
   2. 新旧系统接口的转换设计
      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
   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：

   1. 原机床的全面保养
      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。
   2. 原系统拆除
      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。
   3. 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
   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：

   1. 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。
   2. 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的各项功能和精度作出对比，获得量化的指标差。
   3. 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：

     • X、Y和Z轴进给轴的定位精度＜0.040mm/300mm。
     • 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。
     • 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)。
     • 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。
     • 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。
     • 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。

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