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车床机械结构数控化改造探索论文
[摘要]机床的数控化改造主要是将现代化技术应用到车床机械中，让传统形式下的机床操作转变为自动化的操作系统，实现预期的工艺目标。在我国逐步开展的机床数控化范围内，近些年，由于先进技术的出现，使得大批老式传统化机床的效率和潜在能力开始被逐渐地开发出来，在保证节约成本和降低资金的情况下，将现代传统式的机床结构，转变为数字化的结构改造是必须要实施的内容。
[关键词]车床机械结构；数字化技术；数控化改造
现阶段的车床在进行机械结构的数控化改造过程中，将一些传统的优势功能进行保留，在一些能够影响精度和进度的方面进行细致的改造，将机床机械的几何精度和运动精度方面的内容加入数字化技术，实现操作中的数控化，既能在成本上实现节约，又能够保证车床机械的改造，实现双赢的局面[1]。
1主传动系统的改造
在实际的改造过程中，需要保留原有的主传动系统以及变速操纵机构，将主运动、进给运动部分这两个系统采用分离的方式，从而使主电动机的作用变为主轴旋转。另外，将双速或者四速的电动机代替原车床中的主电动机，保证能够最大限度地提升车床的自动化程度，、批量较为集中的一些加工程序变成自动的切削速度转变。让原本传统机械中的大量无法精准操作的内容通过数控化的技术实现。在进行螺纹或者丝杠的加工程序时，需要将主轴和刀具之间的配合实现精准化，保证主轴一周运转之后，刀具能随之移动一个导程。一般实现这样的操作需要在主轴之上安装一个脉冲编码器，采用同轴安装或者异轴安装的方式，将脉冲编码器安装到主轴后方，或者箱内和箱后上方。一般异轴安装的方式需要设置成1：1的传动比[2]，将齿轮和同步齿轮与主轴相联系，保证同步的运转。而在连接的选材上一般是选用尼龙齿轮、波纹管、橡胶管等几种材料，这样既能够满足连接中的刚性条件，又能够保证柔性条件的辅助作用，使得角位移信号在传递的过程中，能够有效的将车床机械主轴部分的震荡吸收，使机械整体的运转能够保持平稳的状态，实现信号的准确传递。另外，在进行主轴脉冲编码器的安装时，需要注意不能够产生较大的冲击或震动，要保证光栅盘的完整性，且在主轴转速的设置中，要小于脉冲编码器所在主轴的最高允许转速以内，这样，才能够最大限度地保证脉冲编码器的使用寿命。
2纵横向进给系统的安装内容
纵向的进给系统中，传统机床中的走刀箱上方的丝杠轴承以及轴承座，还有双螺母的.位置都能够成为滚珠丝杠中的支承部分，将滚珠丝杠中的两端部分与床身尾部的进电动机相连，使支承、接杆、接套部分协调完善，同时采用减速箱的辅助实现速度的控制[3]。而在进行横向的进给系统安装时，需要将横向的进电动机步距设置在0.45°，并且保留传统机械中的手动装置，在支承的部分将滚珠丝杠螺母安装之后，再进行步进电动机的安装。另外，根据操作范围的距离还需要采取不同的方式进行布置，在靠近操作范围的地方，将一端设置一个支承短轴，与滚珠丝杠之间仅需要一个联轴套连接即可，而在远离操作范围之外的区域，则需要将滚珠丝杠和减速箱输出轴连接起来，选用的连接内容会在一个联轴套之上，添加一根连接短轴，这样，会将丝母座固定在中滑板中，实现横向的进给运动[4]。
3改造自动回转刀架
原有的刀架在进行改造之后，一般会出现多种自动刀架类型，现代在经济型的数控车床机械中一般会出现四方、五方、六方这三种自动转位刀架，在实际运行的过程中，通常采用的运转方式是根据不同的工作内容进行统一的分类设计。但目前使用的最广泛的一种方式是螺旋转位刀架，这种刀架在进行改造时会将原本的刀架拆下，重新设计一种自动电动的刀架作为主要的运转工具，通常情况下，刀架的运转需要依靠电动机的带动，而经济型车床机械的电动机一般会选用三相异步电动机。原本的卧式车床刀架被拆除之后，会直接安装微控的四工位电动刀架，根据不同车床中的主轴中心高度，以及车床的型号内容，将电动刀架的安装进行详细的分析之后，才能够选用，同时，安装时需要将原有的小溜板撤除，将电动机的风罩去除，逆时针转动电动机，将刀架的角度位置固定在45°之后[5]，即可进行运转。
4滚珠丝杠副的防护内容
在进行滚珠丝杠副的防护时，可以采用毛毡圈将螺母部分进行密封设置，在内孔位置做成螺纹的形状，实现两者之间的紧密包裹，一般毛毡圈的厚度会控制在螺距的2-3倍之间，并且会将其安装在内部的槽孔中，而外部的丝杠则直接可以用折叠式的塑料防护罩进行防护即可，有效地防止了磨粒和尘埃的粘附。
5结语
根据以上内容，对车床机械结构方面的数控化改造内容进行了系统性的分析，在现代车床机械的实际应用中，一般会根据不同生产内容进行特殊化改造，这样的改造方式不仅能够促进经济发展的有效进行，更能够让相关的技术人员进一步实现经济型的改造创新，在不断的技术发展和创新中，实现现代车床机械的进步发展。从而为我国整体经济的发挥在那做出宝贵的贡献。
参考文献
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[5]胡会娟,张华.普通车床机械结构的数控化改造[J].科技与创新,2016,14(8):70,72.
普通车床数控化改造
摘要：这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，设计改造后的经济型数控机床具有定位、直线插补、顺逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，且加工质量稳定可靠。零件加工的适应性强，自动化程度高。
关键词：车床 ;数控 ;改造
一、引言
计算机技术与车床制造业的高速发展，特别是面向柔性制造技术的出现，使得数控车床得到了迅速普及。这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，由于定位精度高，所以纵、横向导轨均采用贴塑导轨，传动系统采用滚珠丝杠，同时，为提高传动刚度和消除间隙，对丝杠进行预拉伸，传动齿轮采用双片错齿消隙齿轮，驱动元件采用步进电机。为了保证加工螺纹时，主轴转一转，刀架移动一个被加工导程，主轴用脉冲发生器通过波纹管联接，并将纵向和横向进给系统用单片机控制，是其成为一个能独立运动的开环进给伺服系统。数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管，以显示加工数据及机床状态等信息。为了达到机床要求的脉冲当量，传动系统采用步进电机齿轮减速后，带动丝杠。
二、数控改造的优点和意义
数控机床是实现柔性制造、计算机系统、敏捷制造等先进制造技术的重要基础装备，它关系到一个国家发展的战略地位。数控系统可分为开环、半闭环、闭环等几种形式。开环具有稳定性好、环境是适应性强、造价底等特点;闭环定位精度和重复定位精度高，但造价高;而半闭环既有高档全闭环机床的加工精度，又有开环机床的稳定性和环境适应性，适合复杂零件的加工。随着科学技术的迅速发展，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统已成为机械制造业中不可缺少的组成部分。
我国在普及应用数控技术方面近几年来取得了很大的进展，从计算机数控(CNC)发展到直接数控(DNC)，并能独立设计和制造机械加工中心及柔性制造系统(FMS)。但鉴于我国机床拥有量大、工业规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益，而实现这一任务的有效的基本途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有机床进行数控改造。利用经济型数控技术改造普通车床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。
数控改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工的能力，其改造的目的有以下几点：
1.从提高资本效率出发，改造闲置旧设备。
2.为了提高生产效率进行数控改造。
3.为了适应多品种、小批量零件生产而进行数控改造。
4.为了使技术等级较底的工人也能加工出高质量的产品零件和提高生产效率而进行数控改造。
5.为了减小整个设备投资计划而进行数控改造。
三、数控改造中主要机械部件改装
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦因素小，传动无间隙;便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求，应对主要部件进行相应的改造，使其达到一定的.设计要求，这样才能获得预期的改造目的。不能认为将数控装置与普通机床联接在一起就达到了数控机床的要求。
1.滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除了具有普通车床的导向精度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、耐磨损性能，并能减少因摩擦阻力而致的死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑装置。
2.齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上，要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证加工精度。
3.滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动精度。丝杠的选用主要取决于加工工件的精度要求和拖动转矩要求。被加工工件精度不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损的情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相匹配螺母间隙。一般情况下，滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大时，则要更换螺母。滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较底，但采用滑动丝杠难以满足精度较高的零件加工。滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上;精度高，寿命长，启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电动机启动力矩。因此可满足较高精度零件的加工要求。
4.安全防护。普通机床改造必须以安全为前提。改造中根据实际情况采用相应的防护措施，如滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘，特别是切屑及硬砂粒进入滚道，在纵向丝杠上也加上整体铁板防护罩。在拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面而损伤导轨。
四、数控改造机械传动系统的要求
对现有的普通车床进行改造，主要应解决的问题是：如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。经济型数控车床，主要依靠两方面来保证和提高加工零件的精度：一是系统的控制精度;二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对车床进给的位移和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧式车床相比，应具有更好的精度，以保证机械传动系统的传动精度和工作平稳性。
数控改造对机械传动系统的要求为：
1.尽量采用底摩擦的传动副，如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。
2.尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。
3.尽量满足底振动和高可靠性方面的要求。为此，应选择精度高，运动平稳，效率高以及传递扭矩大的传动元件。
4.尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差，如采用消除间隙的联轴器和消除传动齿轮间隙的机构等。
从应用的方面考虑，结合目前国内大多数工矿企业的现状，普通卧式车床改造，可以采用更换滚珠丝杠来替换原机床上的T形丝杠，也可以对原有车床上的T形丝杠加以修复，但此时，必须相应修配与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提高其配合精度。
普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形势下将大批故障机床尤其是一大批进口的数控机床、精密机床和二手机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的问题。
五、总结
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作，很好地解决了现代机械制造中复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不但提高了机床的加工精度，扩大了机床的使用范围，提高了生产率，而且降低了工人的劳动强度，缩短了新产品的试制周期和生产周期，减少对工夹具的投资和数量，而且适合我国的国情。
参考文献：
[1] 余英良主编. 机床数控改造设计与实例. 北京：机械工业出版社，
[2] 郝中军，雷晓玲主编. 综合作业指导书. 1995
[3] 陈婵娟主编. 数控车床设计. 北京：化学工业出版社，
[4] 周开勤主编. 机械零件手册. 北京：高等教育出版社，
[5] 王爱玲主编. 现代数控机床. 北京：国防工业出版社，
车床数控化改造项目化课程设计探讨论文
摘要：车床的数控化改造这门课程，以普通车床数控化改造和废旧数控车床升级改造过程中的典型项目任务为载体，通过理实一体化教学实践，探索“车床数控化改造”课程教学设计及实践研究。课程改革后，学生课堂学习氛围及积极性有了较大提高。
关键词：数控化改造;理实一体化教;项目任务
车床的数控化改造课程是机床再制造专业的核心专业课程，它综合了本专业机床电气控制与PLC、数控系统连接与调试、数控机床PLC控制与调试、数控机床机械部件装配与调整和数控机床液压与气压传动等课程内容，是前期这些课程知识和能力的综合应用，对于提高本专业学生从事机床数控化改造或机床再制造方面所需核心技能具有重要意义。
1课程的基本信息
车床的数控化改造课程是“机床再制造专业”专业综合应用性课程，开设于二年级学生第四学期后半学期，实行理实一体化项目教学，集中上课，边做边学；整合课改前72学时理论授课，4周机床数控化改造实训（实训结束后进行数控机床装调与维修工技能鉴定），变成目前课改后的理实一体项目化授课120学时，数控机床装调与维修工技能鉴定前1周集中培训。
2课程的目标与定位
（1）专业人才培养目标。培养从事机床数控化改造或再制造方面的改造前评估、设计、装配调试和测试检验等工作，具有职业岗位（群）所需的基础知识及专业技能、具有较强综合职业能力的高端技术技能型专门人才。（2）专业典型工作岗位。本专业典型工作岗位包括：机床改造工程师、设计员、工艺员和一线操作工，本课程基于机床再制造专业人才培养目标，能够满足这些典型工作岗位所需专业知识和技能。（3）课程定位。“车床的数控化改造”课程在专业课程体系中属于专业综合应用性课程。它具有较少的新知识和新能力要求，更多侧重于前期课程知识和能力的综合应用，是学生顶岗实习前夕重要的一门综合类课程。（4）课程教学目标。①能根据给定的废旧车床（包括废旧的数控车床），考虑多方面因素，如改造成本、废旧车床目前状况，综合评判是否适合车床的数控化改造-废旧车床性能检测与再制造性评估；②按照国家标准（GJB5481-机床数控化改造通用技术要求；GB/T28615-绿色制造金属切削机床再制造技术导则），能够拟定或设计废旧车床整体改造方案（重点：系统选型），并进行详细设计，包括电气原理图绘制、机械结构改造设计等（20%）；③按照给定车床数控化改造要求，如改造用电气原理图和接线图，装配图及装配工艺，整机改造工艺流程，相关系统用连接、调试说明书等，初步具有完成局部或整机改造的能力-拆洗修换装调（机电）；④能够对改造后的车床，按照相关国家标准，借助相关工量具，完成精度检验和试切加工；⑤综合运用先修课程学到的知识和掌握的技能，解决车床改造过程中出现的实际问题。
3课程整体设计
3.1项目设计
由于学院车床的数控化改造过程目前做不到重复性改造，故把改造过程涉及到的主干知识学习和核心技能训练，拆解成18个相关性项目进行训练，具体项目设计详见表1，这18个项目基本覆盖车床改造过程的典型工作过程和任务，同时侧重于车床安装、装配、系统连接与调试、精度检验和试切加工等，同时兼顾改造设计。
3.2课程教学条件
校内实训基地：两台普车改造完成的数控车床，两台废旧数控车床经系统升级改造的数控车床，四台数控车床CAK6150Di（配置fanuc0imateTC系统），可用于本门课程的理实一体项目化教学。校外实训基地：学院与山西智创科技有限公司、苏州勤美达精密机械有限公司进行深入校企合作，在数控机床装调维修、数控机床升级改造或普通机床数控化改造方面对顶岗实习的学生实施联合培养机制，巩固所学专业知识，强化机床改造方面的实践技能。课程参考资料：本门授课所用资料是机床厂家和数控系统厂家提供的全套技术资料，如：机床电气原理图、数控车床使用说明书（机械与电气）、fanuc系统系列说明书，数控车床典型部件装配图纸和装配工艺等；四台改造完成的数控车床改造前及改造过程中整理完成的全套技术资料。
3.3教学模式
课程设计理念：在整个教学过程始终贯彻边做边学教学理念，突出专业能力培养，将相关专业知识和实践技能融入到每一次课程当中，实现“理论知识与实践技能结合、教室与实训室结合、学习与工作结合”的三结合。教学过程：每一次课都通过案例或示范任务直观引入，学生模仿并通过思考，逐步完成类似或难度等级渐增任务，在做任务、做项目过程不断提高理论水平和实践技能，同时在一些重要的项目中增加考核任务。教学方法与教学手段：在教学实施过程中，以学生为主体，以学生是否掌握相关知识和技能来评价教学方法的科学性和合理性，善于采用引导法、分组讨论法、情境法等教学方法，充分利用教学课件、技术资料、实训设备、课程资源库等教学资源，激发学生的学习积极性和主动性。
3.4课程评价
过程考核、期末考核和技能鉴定考核三者相结合。过程考核侧重学生平时学习态度、课堂上任务完成情况，考核项目或任务得分情况，过程考核占到总成绩的50%；期末考试侧重于理论考核，占到总成绩的25%；数控机床装调与维修工技能鉴定考核占到总成绩的25%。
4课程单元设计
下面以fanuc系统选型为例，阐述教学实施过程：（1）任务引入（15min）。学院有两台废旧数控车床，1987年左右购置，系统为DJK-BS03A,该机床自购置后主要用以数控车削实训，机械精度保持较好，现需对其数控系统升级改造。鉴于学院数控实训中心大部分系统为HNC-210系统和FANUC系统，①为了便于维护管理；②同时近几年在数控机床装调维修与升级改造比赛项目中，使用fanuc系统较多；③改造完成后也主要用于机床改造课程实训和技能竞赛培训用，所以经申请领导同意升级为fanuc系统，现需确定系统配置清单和价格。（2）逆向任务实施（容易着手）（45min）。学院有四台数控车床，配置的系统为fanuc0imateTC系统，请根据课前提供的相关技术资料（选型手册、部件速查手册、维修说明书、连接功能说明书等）和设备，确定机床的系统配置清单。学生可以通过现场查看各部件铭牌、系统开机查看系统软硬件配置，翻阅相关说明书，以小组分工、讨论、协作方式最终完成配置清单的填写（表2）。必要的`情况下，教师根据学生完成任务情况或遇到的典型问题进行讲解。最终每小组向老师汇报工作。（3）教师点评总结（30min）。展示学生的成果并点评，之后集中讲解学生在做任务中遇到的难题或疑问。（4）正向任务实施（上课时引入的问题）（45min）。在完成逆向任务的基础上，已知主轴电机的功率和调速范围要求，各进给轴电机的功率和扭矩，以及其他改造要求，确定fanuc系统配置清单。（5）考核（15min）。任务考核分两个阶段，第一段在任务实施的过程中进行部分考核，另外一个阶段为上交配置清单后进行考核（表3）。
5结论
“车床数控化改造”课程改革以项目任务为载体，较大程度地提高了学生学习的主动性和积极性，使学生真正参与到课堂活动中。学生在完成各项目任务的同时，不仅掌握了机床改造过程中涉及的典型工作技能，进一步提高其理论知识水平，并且培养学生团结协作，与人沟通的能力。
摘 要：数控化加工是机械行业向着高质量、高精度和高效率发展的必然趋势，对现有CA6140车床进行数控化改造能够在满足生产需要的基础上降低新设备的购置成本，提高企业的经济效益。本文就其改造过程进行了论述。
关键词：CA6140 车床 改造
数控机床是典型的机电一体化产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，解决了机械制造过程中对精密件和复杂结构件的加工。就我们企业目前面临的现状来说，大部分工厂在其生产过程中使用的还是CA6140等普通车床，如果一次性购备数控机床所需要的资金较多，企业心有余而力不足。为此对普通车床进行数控化改造解决企业生产过程中遇到的技术和经济问题，为技术人员提供参考依据是非常必要的。
1 数控机床改造的必要性
数控机床是利用数字化信息对机床的运动和加工过程进行控制的一种设备，主要由机床主机、驱动装置、辅助装置、CNC装置和编程装置等部分组成。按照加工工艺的不同，可以分为金属切削类数控机床、特种加工类数控机床以及板材加工各类数控机床;按照控制运动轨迹的不同可以分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床;按照驱动装置的不同分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床和混合控制数控机床。随着科学技术的不断进步，数控机床越来越受到企业的青睐，跟普通车床相比，数控机床的优点主要有：
(1)加工精度高，质量稳定。数控机床的定位精度为±0.01 mm，重复定位精度为±0.005 mm，特别适用于加工精度较高的产品。
(2)数控机床的主传动和进给传动采用了独立的电机，二者能够单独运动，也可以多坐标联动，在加工复杂曲面和形状复杂的零件过程中具有较高的精度。
(3)数控车床采用了自动回转刀架，在加工过程中能够实现自动换刀，和一次换刀完成多道工序的加工。
(4)数据机床在加工过程中预先将程序输入机床，其加工过程无需人工操作，大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。
(5)数控机床上设置了自动监控和补偿装置，机床的安全系数较高。
但是数控机床的价格比较昂贵，一般在几万到几十万，对于普通中小型企业来全部购置是不可能实现的。而将普通车床进行数控化改造不仅能够实现上述优点，还能够为企业节省60%～80%的费用，特别是在大型机床改造中的优势更加明显。
目前我国机床的总量大概在400余万台，其中数控机床的'数量仅为20余万台，机床的数控化率为5%左右。就普通机床来说在以上役龄的占到了60%，对普通车床进行数控化改造具有非常重要的现实意义。
2.1 保留普通车床所有功能部件
该类型的车床改造完成后由数控系统、伺服驱动、伺服电机、原有普通车床各功能部件以及电动刀架等几部分组成。横向和纵向采用伺服电机驱动，其中横向的伺服电机固定在床鞍的后端面上，通过一对同步带轮将运动传送到普通车床原有的横向丝杆副，实现横向的快进和快移;纵向伺服电机则固定在进给箱的左端，通过联轴器将运动传递到普通车床的进给箱，在纵向丝杆的带动下实现纵向快移和进给。该类型的车床数控化改造保留了普车大部分的功能部件，改造后车床的精度不受影响，适用于零件的粗加工过程中。
2.2 保留普通车床功能部件
该类型车床在改造过程中要拆除原有车床的挂轮、进给箱、溜板箱、三杆、托架以及横向丝杆副，安装相应的纵向和横向滚珠丝杆组件、数控系统、驱动装置以及驱动电机。该类型的车床数控化改造后能够保证其加工精度，但是改造设计过程中的工作量较大，周期较长，适用于距离较近，能够长时间停机的用户。
2.3 采用相关系列数控滑台机构
该类型车床改造过程中只借助原有车床的导轨，安装新的数控系统、驱动装置以及电机即可。改造后的机床克服了原来机床的精度低、可靠性差以及改造周期长的缺点，实现了对车床快速、大规模的改造，适用于对盘、套类零件的加工。
3 对CA6140改造的总体方案
CA6140车床(图1所示为其结构简图)主要用来完成对小型轴类、盘类以及螺纹类零件的加工，要求机床能够控制其主轴的正反转，以适应零件对切削速度的要求;刀架要能够在横向和纵向完成进给运动，并且在换刀点能够完成四个到位的自动改变;加工螺纹时还要保证刀架移动一个逻辑或导程时主轴能够转一圈。在对CA6140进行改造的过程中首先要解决的问题就是要实现对机械传动进给和手动控制转位刀架的数控化改造，使其能够实现自动转位刀架和自动进给。
根据CA6140车床的主要性能指标和工作状况，其改造方案如图2所示。
(1)拆除原有车床的横向和纵向丝杠光杠、溜板箱以及挂轮箱中的齿轮，增加滚珠丝杠。其中滚珠丝杠采用分体方式，用套筒联轴器连接在一起，横向滚珠丝杠的两端采用原有的固定和支承方式，纵向滚珠丝杠通过托架安装在原来溜板箱跟床鞍连接的部位上。
(2)横向驱动电机及齿轮减速器相对于操作者来说安装在床鞍的后部，纵向驱动电机及齿轮减速器安装在机床右端靠近尾座的位置。
(3)拆除原有手动刀架，在小托板上安装数控转位刀架。
(4)在挂轮箱内加装主轴脉冲编码器，实现对主轴转速的同步检测来完成对螺纹类零件的加工。
(5)在纵向和横向安装行程限位开关，保证加工过程中不超程。
(6)在横向安装接近开关，保证零件在加工过程中能够返回参考点。
(7)纵向和横向齿轮箱和丝杠要加装防护罩，防止油污和切屑等赃物的进入。
(8)根据机床的使用要求和改造成本，加装合适的数控系统。
4 结论
随着数控技术的发展，CA6140车床已经不能满足对零件加工的要求，数控机床作为机电一体化产品在机械制造业中发挥着非常重要的作用，解决了目前零件形状结构复杂，精度要求高以及小批量生产的问题。在改造过程中拆除了原有车床上的挂轮、进给箱、溜板箱等部件实现了其数控化改造，确定了其数控化改造的基本方案，其中传动系统采用了滚珠丝杠副，刀架采用的自动转位刀架，采用伺服电机对其进行驱动，实现了机床主轴的快进和快移。
参考文献
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数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势，结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。
一、总体方案
总体框架说明：
1、 PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
2、运动控制卡。我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
3、光电耦合电路是自己设计的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
4、机床本体是由C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
5、步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。驱动器的输入电压式45V，考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
6、各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
二、进给系统的设计
考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机+刚性联轴器+滚珠丝杆的传动方案，
拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驱动器的型号是 SH20806，输入电压是45V。
三、控制系统的软件部分
该车床控制系统的软件部分采用VC++6.0编写，其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工(包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。该软件的操作平台是Windows98。该软件的操作过程是首先读入*.NC或*.TXT的G代码文件;然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示;有错误可也立即修改;然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
四、主轴系统改造
拆除了原来的主轴变速箱，采用变频器+皮带+主轴+编码器。该系统的主轴速度也是有级调速，共7级，速度可以从40rpm到 1200rpm，不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。利用变频器的五个端子，可以用数字量控制电机的正，反转，停止及各档速度。本变频器是松下产品，其中七档频率在A20~A26中设置，端口应该由端口控制器(A1)控制。本系统没有采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S命令来控制。软件可以读取G代码，自动控制主轴电机转速。
五、刀架结构
由于本车床刀架改装以后，只能安装两把刀具，一把用于车削普通柱，锥面及端面，一把用于加工螺纹，故没有采用旋转式刀架，刀具是被安装在刀架的前后两端，采用X轴前后走刀以实现自动换刀。
普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文
摘 要：随着机械制造行业快速发展，为做大做强数控专业，提高师生在科研水平和技能操作水平，我们积极探究普通车床的数控化改造。主轴系统的数控化改造包括主轴机械部件改造、主轴电气系统改造和主轴参数设置三个方面。完成改造后基本可以满足数控机床主轴相应使用功能。
关键词：数控化改造;主传动系统;主轴电气系统
一、机械部件改造
(一)主传动系统
改造主传动系统的时候，应尽量保存原主轴箱齿轮换档机制，只有主轴的正转、反向和制动从原来的机械控制更改为电气数控系统控制。为了扩大速度范围，多速电机以取代原始的单速电动机，这样可以更好的机器性能。但由于多速电机的转速的变化带动功率变化，导致电机功率很大且改装相当麻烦。所以一般不打采用这种方法进行普通机床数控化改造。普通车床数控化改造可以降低转换成本，维持原机的精度，主传动系统本质上是相同的，并保留了原有的机床主轴手动变速功能。改造后，主轴与进给运动分离，数控系统控制主轴启动、停止、反向和冷却液的开、关。C616车床保留原有的主传动系统和变速操纵机构。一方面保留车床原有功能;另一方面减化了改造量。
(二)主轴编码器的安装
光电脉冲编码器是常用于数控车床走刀和螺纹加工系统。它与主轴相连，主轴每转发出的固定脉冲，零位标志输出用于记录的旋转，对输出脉冲数的'主轴转速，用于确定的零标记，进刀在固定位置的方向的相位，可以得到主轴每转所需的走刀量使该通量是等于被加工螺距，也就是螺纹加工。
本次改造机床的主轴直接联接驱动，以确保同步旋转的编码器和主轴，主轴的角位移转换的光电编码器的脉冲信号被发送到数控系统，数控系统控制交流伺服电机的进给速率，以确保速度的主轴进给量具有恒定值。主轴转动纵向进给运动一个螺纹导程。利用主轴手动脉冲发生器来准确对刀和手动调节精度。而主轴脉冲发生器的安装，通常采用良种方式：一是同轴安装;二是异轴安装。我们根据机床结构，在改造中采用同轴按的形式，传动连接为刚性连接方式。这样既能满足车床主轴和主轴光电脉冲编码器的传动比为1：l，也未破坏车床原来主轴结构。安装主轴光电脉冲编码器时要特别注意：小心轻放，不可以有较大的碰撞和振动，以免损坏玻璃光栅盘导致报废;车床主轴的转速必须小于主轴光电脉冲编码器最大允许速度，以免损坏编码器。
二、电气系统改造
(一)主回路设计
(1)强电主回路的控制。强电主回路的控制以QF1为电源总开关。QF2为主轴强电的空气开关，它的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用;KM3为主轴电机交流接触器，由它们的主触点控制相应电机。
(2)电源回路图的控制。电源回路图的控制主要是变压器控制。控制变压器原线圈为AC380V，副线圈为AC110V、AC220V、AC24V，其中AC110V给交流接触器线圈、强电柜风扇提供电源;AC24V给电柜门指示灯、工作灯提供电源;AC220V通过低通滤波器滤波给伺服模块、电源模块、
24V直流电源提供电源;VC1为24V直流电源，将AC220V转换为AD24V电源，给世纪星数控系统、PLC输入/输出、24V继电器线圈、伺服模块、电源模块等提供电源。
(二)控制电路设计
控制电路设计包括交流控制回路图和直流控制回路图。先将QF1、QF2空开合上，KM3主轴交流接触器线圈通电，接触器主触点吸合，主轴变频器加上AC380V电压，若有主轴正转或主轴反转及主轴转速指令时(手动或自动)，PLC输出主轴正转Y10或主轴反转Y11有效，主轴按指令值的转速正转或反转;当主轴速度到达指令值时，主轴变频器输出主轴速度到达信号给PLC输入X31，主轴转动指令完成。
三、主轴相关的参数设置
与主轴控制相关的输入/输出开关量与数控装置其他部分的输入/输出开关量的参数统一设置，不需要单独设置参数。主轴控制接口(XS9)中包含两个部件：主轴速度控制输出(模拟电压)和主轴编码器输入。需要在硬件配置参数、PMC系统参数和通道参数中设定。
四、总结
通过数控化改造后的机床具有主轴功能有：控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴无级变速;利用主轴光电编码器加工螺纹，保证主轴转一转，工作台移动一个被加工螺纹的螺距或导程。为C616型普通车床数控化改造完成加工中小型轴类、盘类以及螺纹零件打下基础。
参考文献：
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CA6140型普通车床的数控化改造的分析的论文
随着我国市场经济的发展，国内、外际市场竞争口益激烈，产品更新更为迅速，中、小批量的生产越来越多。而普通机床己不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需更换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。
对于机械制造企业，单纯靠购买新的数控机床，所需投资大。为了节约资金，降低成本，利用原来的部分普通机床进行数控化改造，提高机械设备的数控化率，是一种有效的途径、本文主要讨论对CA6140型普通车床的数控化改造。
1总体改造方案
CA6140车床，主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工、对该机床的数控化改造分为机械和数控两部分，具体方案如：
1.2数控车床的结构改造要求
主轴进给系统采用伺服电机驱动，实现了无级调速、主轴和进给系统结构得到简化，传动刚度也大为提高，主轴后端安装了同步运转的脉冲编码器，用于加工各种螺纹。
1.2数控机床的布局要求
结构要紧凑以节省占地面积和空间，并采用全封闭或防护装置。
1.3床身的结构布局要求
床身是机床主要承载部件，本改造采用平床身，因为平床身是在普通机床上稍加改造而成的，价格相对较低，而且它的工艺性好，加工方便，并且刀架处于水平位置，易于保证刀具运动精度。
1.4数控车床的进给系统要求
进给调速范围大、定位准确、无间隙误差、有较高的传动效率。所以，为满足低摩擦要求，选用滚珠丝杠、螺母传动副做传动和导向元件，伺服电机与丝杠间采用一级减速器连接，以缩小传动链，提高系统刚度，并减少传动链误差。丝杠、电机与联轴器之间采用凸轮联轴器连接、采用2台伺服电机分别驱动纵向(z轴)和横向(x轴)的滚珠丝杠带动刀架完成进给运动。
1.5转塔式刀架
刀架系统采用电机转塔式刀架，可使机械结构简单，省去大量液压管路。
1.6数控系统采用开环控制系统
系统中没有反馈电路，不带检测装置，指令信号单方向传递、开环伺服系统主要由步进电机驱动，结构简单，成本低廉、易掌握，调试和维护比较方便简单，已广泛应用于经济型数控机床。
2机械部分改造
2.1主传动系统
为了降低改装费用，保持原机床精度，主传动系统基本不变，保留原机床的主轴手动变速，改造后使主运动和进给运动分离，数控系统只控制主轴的起、停和正、反转及冷却液开、关。主传动系统仍采用原电机驱动，只是安装一个光电脉冲编码器，通过主轴一编码器一控系统一步进电机的信息转换系统来实现工件转一转，刀具进给一个导程的运动关系，以便完成车削螺纹运动。
根据机床主轴箱具体传动结构，编码器采用异轴联接方法，这样既能使编码器主轴与车床主轴按1:1的速比联接传动，又不破坏原车床结构，主轴孔仍能使用。主轴脉冲编码器安装时注意事项：小心轻放，不能有较大的冲击和振动，以防损坏玻璃光栅盘，造成报废；车床主轴的转速必须小于主轴脉冲发生器的最高允许转速，以免损坏脉冲编码器。
2.2进给系统
原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除，纵向进给系统以步进电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。滚珠丝杠仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承，与床身尾部步进电机相联接。步进电机经减速后和滚珠丝杠用套筒联轴器连接。横向进给系统中保留原手动机构，在原支承部位安装滚珠丝杠螺母副后，步进电泪L及减速器安装在横向溜板后方。
2.3刀架部分
拆除原手动刀架和小拖板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架，效率高、工艺性能可靠、根据改造车床的型号及主轴中心高度，选用常州宏达机床数控设备厂生产的LD4-C6140型四工位电动刀架，利用系统内置固定式PLC控制刀架的运动。
电动刀架安装时注意事项:电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行；电动刀架与系统的连线在安装时应合理，以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线，故电动刀架与系统的连线可沿横向工作台右侧面先走线到车床后面，再沿车床导轨下方拉出一铁丝滑线，走线到系统。
2.4导轨部分
由于是普通机床改造，原普通机床导轨表面可能有明显的划痕，这样就使摩擦系数变大，容易产生进给运动的失动。为了恢复机床导轨的精度，增加耐磨性，提高机床的稳定性，提高机床的防爬行和吸振功能，降低成本，对机床导轨选用聚四氟乙烯基软带改造机床导轨，现有许多资料详细阐述了聚四氟乙烯基软带的`粘贴工艺，可供用户参考。
3数控部分改造
在选择数控化改造中，数控装置的型号选择至关重要，因为机床改造后的可靠性和性能都和数控装置有关。本文根据机床数控系统选择的3步曲，即选档次、选厂家、选型号，最后选用了南京华兴数控有限责任公司生产的WA-21SN通用车床经济型数控系统，该系统是基于微处理器D70208H (NEC公司生产的工控用通用CPU)的高性能经济型车床数控系统。具有普及型数控系统应有的大多数功能，如于轮、图形跟踪和模拟、主轴模拟量输出、内置固定式PLC等。
4结语
改造后的结果：一是对CA6140普通车床进行数控技术改造后，机床的进给最大速度x，z轴分别为1200mm/min和3000mm/min；二是通过控制软件可以实现更加灵活、复杂的控制方法，在不增加或很少增加工人劳动强度的情况下，可满足不同场合的加工需要，充分体现数字控制高度智能化和柔性的优点；三是改造后的车床能大批量车削加工工件，产品合格率高，基本达到了原设计的要求。实践证明，这种改造后的车床，非常适用于加工中小批量、半青度要求较高的产品。
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【摘 要】本文针对我国现存大量传统机床、旧机床无法满足技术进步和产品革新要求的现状，结合笔者的学习与研究，详细探讨了机床数控化的技术改造，以供有关单位及人员参考。
【关健词】机床;数控化改造;改造方案;机械系统;选型和设计;参数设计;
1 引言
近年来，我国机械制造业得到了很快的发展，提高工业产品的质量及提高生产效率已经非常重要。
在各中、大型制造企业中也有相当数量的传统机床，且50%都是使用超过以上的旧机床，数控系统的使用寿命一般在5～10 年，而我国大多数机床都在超期服役。
由于使用时间长，无法满足技术的进步和产品革新的要求。
要解决以上问题，提高企业加工能力和产品竞争力，有两种根本途径: (1) 重新购置数控机床，淘汰旧设备;(2) 对旧设备进行数控改造。
后者与前者相比，更具优势，主要表现在:
(1)交货期短。
尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。
一般来讲，改造大型机床能在较短时间内使机床投入生产，而购买新机床周期都在半年到一年时间;
(2)性能更稳定。
各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度，各功能部件经长期磨合，功能稳定，可靠性好;
(3) 设计风险小。
新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在;
(4) 可以更充分地体现用户的意愿。
用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进(包括增、改)意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等;
(5) 更有利于使用与维护。
由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定，而且可以参与改造的全过程，直接获取各种技术信息，更深入地掌握机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力;
(6) 可以更快地获取最新的更实用的'备件;
(7) 节省大量投资;
(8) 降低投资风险。
(1) 确定改造方案
对改造对象进行全面检查，明确改造目标和改造后机床用途，确定改造方案。
普通机床数控化改造总体步骤如图1 所示。
对于旧数控机床的升级改造，机械系统改造较少，主要是电气控制系统的升级改造，以改变系统老化、备件匮乏带来的故障率高、维修周期长的问题。
(2) 机械系统的改造
普通机床机械系统改造项目多，如图2 所示。
如普通机床往往在铸铁床身上直接加工出导轨，长时间使用出现磨损，影响加工精度，为提高其耐磨性和动、静刚度，可以改造为采用轴承钢淬硬制成导轨，粘贴紧固到铸铁床身上，而后再对粘贴好的导轨进行磨削;改变普通机床繁琐的传动链，采用步进、DC或AC 伺服电动机结合滚珠丝杠副的传动形式，使传动链大大缩短;增加自动换刀装置; 增加分度工作台、回转工作台等辅助功能部件等。
对于旧数控机床的升级改造，如果机械部件性能良好，液压系统、冷却系统、润滑系统等辅助部件性能也都正常，除对机械部件做除锈和清洁保养外，无需做大的更换和修复。
(3) 数控系统的选型和设计
无论普通机床的数控化改造，或是旧数控机床的升级改造，数控系统的选型、设计和安装都是至关重要的核心步骤。
旧数控机床系统较多采用: SINUM ERIK7，3，8，850 /880，810; FANUC 7，6，3。
目前，多数早期型号的数控系统的电气备件已经停止供货，改造时，基本不考虑保留老系统，而是根据机床的现状、产品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档数控系统。
如图3 所示，如果追求品质优越、稳定的数控系统，可选择国外知名品牌的数控系统;国内数控系统也具有性价比高、维修使用成本低的优势，在选用时，建议根据企业所在地区选用。
旧数控系统大部分带有老型号的PLC 逻辑控制系统，在数控系统改造过程中，要考虑新老系统替换时的差别，对PLC 部分输入输出点的数量和性质作出比较精确的估算。
对于外围电路的改造，可采取的方案有两种: ①“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC 进行改造，新PLC 不参与外围电路控制，只处理NC 所需的指令信号。
此方案改造设计、调试工作量较小;② “彻底改造”，在继电器逻辑较复杂、故障率较高、用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC 所带的PLC 将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC 的控制能力。
此方案可大大简化硬件电路，提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。
对于数控系统的改造，还应注意:①要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，又利于备件的购买，千万不要把企业的数控系统搞成“万国牌”。
②要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。
(4) 伺服驱动系统的选型和设计
如图4 所示，伺服驱动系统的选型和设计主要包括: 主轴伺服系统和进给伺服系统电动机的选择以及配套电机驱动器和主轴变频器的选择。
对于电机驱动器，可选择与数控系统配套的驱动器，如FANUC 本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，也可选择市面上的其他品牌驱动器。
在改造过程中，对于状态良好、价值很高的老伺服系统，可采取保留驱动装置和电机的方案，也可采取只保留功率大、价格贵、安装麻烦、状况良好的电机，而更换为新型驱动装置，若保留，还要考虑老伺服系统是否与新数控系统匹配的问题。
(5) 机床测量系统的选型和设计
对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以旧机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。
具体方案是: 旋转变压器基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代; 感应同步器/尺的情况略微复杂，能改掉尽量改掉，用新型HEIDENHAIN光栅尺和圆光栅替代，但在某些场合，如精密转台，会遇到新的圆光栅不能安装的问题，西门子为此提供了感应同步器/尺信号到新系统的转换装置，但该装置价格昂贵，尽量不要选用。
(6) 电柜设计
电柜设计包括的内容如图5 所示。
此外，在旧数控机床的升级改造中，还应遵循以下原则：一是进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即使使用了若干年，状态仍会优于国内甚至合资品牌的元器件，所以，改造高档进口数控机床，不建议做大拆大改; 如果电气柜状态比较差，全套更换，在资金允许的情况下，要尽量选择知名品牌。
在改造方案确定初期，就要根据电气改造方案测定所需的电缆长度，凡与数控驱动测量系统直接相关的电缆，只选择原装电缆;但大型主轴电机的电力电缆价格过于昂贵，改造时不考虑原装电缆。
(7) 参数设计及设置
根据改造方案，查阅数控系统、变频器、伺服驱动器说明书，依据机床设计性能，设计、设置、匹配参数。
如图6 示。
(8) 机电联调和精度控制
这是改造能否成功的关键环节。
工程人员在这一阶段完成机电联调、数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收做准备。
验收主要包括两项内容：①按照国际标准，不同类型的机床相应的标准试切削程序，进行标准样件试切削; ②对机床精度进行检验，可采用激光干涉仪进行测量，机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。
3 总结
现代制造技术快速发展，高速电主轴、直线滚动导轨、直线电动机、大容量刀库、虚拟技术等广泛应用在数控机床上，机床功能越来越复杂，5 轴加工中心、复合加工设备( 如车、铣、磨集成) 、特种加工设备( 激光、真空电子束、喷涂) 等越来越多。
研究、探索这些数控设备性能特点，在其正常工作阶段充分利用，通过合理的数控改造进一步挖掘其价值，提高设备可靠性，减少维护费用，是随着国内制造业的升级而不断深入的研究课题。
参考文献:
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摘要：随着科学技术的发展，普通机床越来越不能满足市场的需求，其劳动强度大，危险性高，且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化，因为数控机床可弥补普通机床的许多缺点，可实现加工精度高，多工序的集中化，自动报警，自动补偿及自动监控的功能。介绍了如何进行机床数控化改造，并提出了数控改造中的问题和建议。
关键词：机床；数控化；改造
1机床进行数控化改造的必要性
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
可以实现加工的自动化，而且柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现时间无看管加工。有以上五条派生的好处。如：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。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
宏观上看，工业发达家的军、民机械工业，在20世纪70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
2如何进行机床数控化改造
2.1数控化改造的内容
机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：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，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，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。
2.2数控系统的选择
数控系统主要有三种类型，改造时应根据具体情况进行选择。
步进电机拖动的开环系统。该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。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。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。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。
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。该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的`方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。
3数控改造中主要机械部件改装探讨
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。
齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。
滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。
滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。
安全防护。改造效果必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。
浅谈项目化教学背景下《汽车机械基础》教学改革探索论文
1前言
《汽车机械基础》是一门融合了《互换性与技术测量》、《工程材料》、《常用机构分析》、《机械设计》、《液压传动》等多门学科的课程，具有知识面广、内容跨度大、教学时间短的特点。学生对这门课掌握得如何直接关系到学生对后续专业课的学习。项目化教学是近几年刚刚兴起的一种教学方法，目前高职院校汽修类专业课已基本采用项目化教学，其具体方法就是把整部汽车分成若干个项目，如变速器、转向系统、发动机、空调系统、制动系统等项目。每个项目在教学中完全拆开，然后再组装。教学过程中可以看到具体的汽车零部件、各种拆卸工具和测量仪器，使得专业课中涉及的一些汽车零部件图片完全以实物的形式展现在学生的眼前。这种学习方式不需要学生有较强的空间想象力，符合高职学生学习的特点，因而受到学生的喜爱。项目化教学中涉及的各种汽车零部件、拆装工具、测量仪器等有很多是《汽车机械基础》要讲的内容，因而在《汽车机械基础》教学中完全可以利用项目化教学提供的便利条件开展活动;同时《汽车机械基础》的任课教师要明白项目化教学之所以受到学生的喜爱，其根本原因就是项目化教学将一些抽象的知识或零部件图纸通过汽车零部件实物具体化。本文将从《汽车机械基础》课堂教学的实际出发，探索将项目化教学的特点以及项目化教学提供的便利条件运用到《汽车机械基础》的教学实践中，以提高《汽车机械基础》的教学质量和教学效果。
2整合教学内容
《汽车机械基础》偏重于知识性的讲解，显得繁琐，对于高职汽修类各专业的学生来讲，只要了解各种机器或机构的组成、工作过程、主要参数，掌握简单的计算公式就可以了。对于原理的论述、复杂的推导和计算等内容确实能提高学生的想象和计算能力;但内容太多、难度太大，对基础差、起点低的高职学生来讲比较困难。教学内容的安排可以综合高职院校的教学特点、学生的学习特点以及项目化教学的特点，坚持“应用”为主，“必需、够用”为度，对各章节的内容进行删减和整合，并与项目化教学中的内容进行适当联系。比如轮系、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、轴承、联轴器、离合器等内容，可以相应地和项目化教学中变速器、车门、转向系统、发动机进排气机构、驻车制动、传动轴、汽车中的各种轴承、各种万向节等项目联系起来讲解。这样在讲课的过程中，就可以使一些抽象的知识因为项目化教学提供的便利条件而具体化，也让学生知道有关机构在汽车中的具体应用。如何整合《汽车机械基础》的相关知识需要任课教师认真思考、仔细研究;同时需要相关的任课教师对汽车零部件的形状和性能有详细的了解。
3探索教学方法
传统的《汽车机械基础》教学方式大多是“灌输式”。教师认真备课和讲解，学生认真学习，但效果不理想。根本原因就在于没有考虑到高职学生基础差、起点低的实际情况。由于高职汽修类各专业课已基本实现项目化教学，《汽车机械基础》的任课教师应在充分理解项目化教学的特点的基础上，研究和探索新的教学方法。
3.1由具体到抽象，培养学生的想象力
一些学生以前从来没有见过，无法想象的问题或实物，可以将学生带到项目化教学的现场。在学生去项目化教学现场观察之前，先要针对要讲的相关内容给学生预设一系列的问题，让学生带着问题去现场观察。比如可以先给学生以下的一系列问题去观察曲轴：曲轴为什么叫曲轴?曲轴的各轴颈处为什么会光滑发亮，如何实现?轴承有哪些形式?曲轴上面为什么有那么多的孔洞，这些孔洞起什么作用?这些问题涉及的知识面较广，包括机械零件的命名问题、机械零件的加工、热处理、回转体的平衡、轴承的形式，机械零件的'润滑方式等知识。这些问题可以以书面的方式发给学生。这样就使学生去项目化现场之前知道自己要干什么，观察时就会认真、细心，这样有助于学生将零件的外部形状和细节记在脑袋里。
观察完后最好能够回到教室讲解上述的一系列问题。在教室讲解时，学生的脑海里定会不断出现曲轴的外部形状和细节，这有助于培养学生的空间想象能力;更为重要的是一些抽象、复杂难懂的知识通过曲轴得以具体化、直观化，使这些知识变得相对容易和易懂，也使学生明白这些知识在汽车中的具体应用。
这样做的最大好处，既让学生学到了知识，又培养了学生的抽象思维能力。
3.2归类比较、启迪思维
《汽车机械基础》讲述了各种机械传动，如摩擦轮传动、带传动、链传动、齿轮传动等，这些机械传动中很多是项目化教学中有的，但也有些是项目化教学中没有的。课本在讲述这些传动机构时基本都是介绍各种传动的结构、工作原理、分类、参数和应用特点。讲课时可以先讲解项目化中已有的传动机构，然后通过比较的方法讲解项目化中没有的传动机构。比如可以利用项目化教学提供的便利条件，讲解各种齿轮传动机构的结构、工作原理、基本参数及应用特点。在此基础上讲解链传动的相关知识，让学生用分析齿轮传动的方法来分析链传动，并将二者进行比较，说出它们在结构、工作原理、应用特点、应用场合的相同和不同之处。它们同属机械传动中啮合传动，由于应用特点不同，故应用场合也不同。另外再结合实例说明链传动能在恶劣的环境下工作，而齿轮传动则不能，如自行车中的链传动，手表中的齿轮传动。
3.3自制模型或动画，变抽象为直观
《汽车机械基础》中一些知识不仅是项目化教学中没有的，而且也是无法找到可以比较的项目;但这些知识真实应用在汽车零部件的生产过程中。比如形位公差的相关知识，虽然汽车零部件在生产过程都要用到相关的形位公差知识，但形位公差不是肉眼能看到的、属于微观的东西，在实际生产中是通过仪器控制和检测的。学生在汽车零部件上面无法看到形位公差的形状和大小。其实要想让学生正确理解各种形位公差就必须让学生正确理解各种形位公差的公差带形状，而各种形位公差的公差带形状比较抽象，需要学生有较好的空间想象能力。任课教师可以自制一些典型形位公差的公差带的简易模型，或利用相关软件做一些动画课件;将抽象的公差带形状通过模型或动画课件具体化，使学生对典型形位公差的公差带有直观的观察和认识。这样就将抽象的知识具体化、直观化，易于学生的理解和接受，符合高职学生学习的特点。
3.4由简单实验到抽象知识
《汽车机械基础》中的一些知识是人们总结生产实践经验，或者是通过各种实验得到的。这些知识往往是肉眼看不到、也不是模型和动画能够表达清楚的;需要用较复杂的数学公式推导得到。这些知识在机械零部件的生产中被广泛应用。比如金属材料的机械性能，金属材料热处理时其内部组织结构的转变。这些知识给人的感觉好像是“只可意会，不可言传”。在讲解金属材料的应力和应变曲线时，学生可能无法想象金属杆拉伸过程中的变化。可以事先找几根橡皮筋让学生当场拉伸并要求学生仔细观察，还可以让学生回忆小时候吹气球的一些经验。拉橡皮筋或吹气球可以直接观察到橡皮筋或气球的变化。然后将其引到金属杆的拉伸试验，学生就比较容易理解金属材料在拉伸试验中其性能的变化。
4结束语
以上介绍的几种教学方法其实就是将一些抽象、难懂的知识通过各种方法将其变成眼睛可以直接看到的东西，也就是将抽象的知识具体化，易于高职学生的接受和理解。这些教学方法需要《汽车机械基础》的任课教师注意观察生活，有较强的动手能力、较强的学习能力;同时需要教师对汽车中的各种零部件形状、功能有较好的了解，需要任课教师有较好的汽车方面的专业知识。对任课教师有较高的要求。文章所介绍的几种教学方法是笔者和同事几年教学经验的总结，在此将其发表共各位同仁参考。
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