机床数控化改造可行性分析及其技术途径

l 前言

目前，国家已将装备制造、 列为支柱产业， “大力 振兴装备制造业 ，使装备制造业迎来难得的、长期的发展机遇。近年来，在国民经济快速发展和制造业迅速增长的前提下，中国数控机床的产业化步伐正在以惊人的速度向前迈进。

对企业来说，提高机床数控化率有两个途径：一是购 买新的数控机床，二是对旧机床进行数控化改造。我国是 一个机床拥有量极大 (其中大部分机床使，时间较长)而财力又不足的发展中国家，采用旧机床改造来提高设备的精度和实现数控化，是一条有效和实用的途径。

2 机床数控化改造可行分析

机床数控化能充分利用旧设备资源，以极小的代价获得性能先进的数控机床，提高加工效率和加工质量， 可全面提升企业现有机床性能，有效提高企业加工制造能力。同时，可大量节省在铸造、切削加工时所消耗的能源，并减少对环境的污染 。

2．1 数控化改造经济效益分析

1)资金投入少，改造周期短 ：数控机床按其功能及性能可分为经济型和全功能型两大类，两者的价格相 差悬殊，一般而言经济型数控机床的价格为普通机床的数倍，而高档的全功能数控机床则要高达十几倍，甚至几十倍。同购置新机床相比，数控改造的机床一般可节 省60％-80％的费用，大型 、特殊机床则可节约更多。 一般大型重型机床改造，只需新机床购置费用的1／3。 采用专业公司改造的方法，可使改造周期 缩短。在一些特殊情况下，如增设高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置等，其制作与安装虽然较 费时、费钱，使改造成本提高。但与新购置机床相比，还是能节省5O％左右。

2)节省培训操作、维修的经费（对机床使用单位）：由于旧设备已使用多年，机床操作者和维修人员 已对其机械性能和结构了解透彻，对机床的加工能力也心中有数。

3)合理选用数控功能，发挥资源最大效能： 合理选用数控功能，就是要依据数控机床类型、改造的 技术指标及性能选择相应的数控系统。本着全面配置、 长远考虑的基本原则，对数控功能的选择应进行综合比较，以经济、实用为目的，对 一些价格增加不多，但给使用带来较多方便的附加功能，应尽可能配置齐全，以保证机床改造后具有较多功能，但不片面追求新颖， 避免增加不必要的费用，相对购买通用型数控机床来说，采用改造方案可灵活选取所要的功能，也可根据生产加工要求，采用组合的方法增添某些部件，设计制造成专用或专门化数控机床。在选用功能时，要把需要的功能一次考虑周全，避免功能缺少而降低改造机床性能。

4)机床数控改造后经济效益明显：机床数控改造后 ，具有加工对象适应性强、精度高 、质量稳定、生产效率高的特点，并能实现复杂零件的加工，有利于实现现代化生产管理。由于数控机床的高效率，可减少设备数量，既减少生产所需的厂房面积，又减少设备维修保养的经费。同时数控机床的自动化程度高，一 人可操作多台数控机床，减少了生产所需的人员。

综上所述我公司可作为专业数控改造公司，收购旧设备改造成普通数控机床。以上2、3、4点可作为需要为现有设备改造的企业进行机床数控改造。

2．2 数控化改造社会效益分析

由于机床本身的特点，机床改造所利用的床身、柱等基础件多数都是重而坚固的铸铁构件，而不是焊接构件。以车床为例 ，结构与重量占机床大部分的床身、主轴箱、尾座等零件都能再利用。而这些铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消除使得稳定性比新铸件更好。兄一方面，机床大部分铸铁件的重复使用，节约了社会资源，减少了重新生产铸铁时对环境的污染。

3 机床数控化改造技术途径

3．1 机床数控化改造的内容

机床数控化改造是一条符合国家产业政策且又可行的途径 ，是指以可使用的普通旧机床作为 “毛坯”， 通过改造手段将其改造成为具有数控机床功能的、且与新数控机床性能相近的数控机床，其改造的主要内容如下：

1)精度恢复和机械传动部分的改进：随机床使用年龄的增加，机床的机械传动部件，如导轨 、丝杠、 轴承等都有不同程度的磨损。因此，机床改造过程中的首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。因此，机床数控化改造可以结合机床的大修来进行 ，但机床数控化对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的， 即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进，都要为满足数控机床的结构特点和数控自动加工的要求来进行，并应具有批量大修的特征。

2)选定数控系统和伺服系统 ：根据要进行数控化 改造机床的控制功能要求，选择合适的数控系统是至关重要的。在选择时除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取，并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企 业内已有数控机床中相同型号的数控系统，将对今后操 作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的 选取，也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一 家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统，改造产品的质量和维修更容易得到保证。

3)数控机床辅助装置的选取。以切合实际为原则选取。

4)电控柜的设计和制作：在进行机床数控化改造时，原机床的电器控制部分只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。

5)整机联接调试：旧机床上述各个部件的改造过程完成后，就可对组装的改造机床各个部件进行调试。 一般先对电气控制部分进行调试，看单个动作是否正常，然后再进入联机调试阶段。由于机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以上述机床改造内容并非一成不变，而要根据这际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使我公司可为机床使用单位人员掌握数控机床操作及编程快速接受，让数控机床能够尽快发挥作用。

3．2 机床数控化改造的关键技术

对普通机床进行数控化改造，关键技术在于对机床精度的恢复。旧机床一般在工作车间已经工作多年，其中导轨、溜板等都有不同程度的磨损。在有条件的时候，按常规机床大修的方法，对机床导轨进行磨削，磨削量以保持床面有一定的表面硬化层为宜。若旧机床磨损严重，磨削后，表面硬化层已去除，可采用电刷镀的方法加工耐磨表层。与床身相匹配的溜板，一般可采用刮研的方法修配恢复精度。在导轨磨损量较大的情况下，也可采用贴塑工艺恢复机床导轨精度。 主轴精度的修复是改造机床维修的另一个侧重点。可采用更换主轴轴承等传统方法配合电刷镀工艺完成。主轴箱通常需单独修复，并调试验收精度。有些磨损量小的机床也可以采用表面工程技术在现场操作，恢复机床精度。

4．改造数控机床所需人员及设备如下(年改造60台)：

1． 设备需要：

摇臂钻Z35 1台

车床C620 1台

台式钻床Z16 3台

导轨磨床（机床床面加工用） 1台（前期可以外协加工）

手工焊机ZX7-350 1台

二氧化碳焊机NB-315 1台

空气压缩机 2台

2． 所需人员：

钳工： 5人（每月工资：2200元/人）

电工： 2人（每月工资：2200元/人）

机加工： 2人（每月工资：1800元/人）

油漆工： 1人（每月工资：1800元/人）

杂工： 5人（每月工资：900元/人）

机械工程师： 2人（每月工资：3200元/人）

电气工程师： 2人（每月工资：3200元/人）

5．改造数控机床所添加零件及改造部位如下：（以C616为例，把一台C616改造成全数控）

1． 更换主轴电机、增加中拖板电机、增加中拖板移动电机（自动走刀）、增加刀台电机、增加尾座气动顶紧（取消原来的手动顶紧）。（以上电机全为交流伺服电机、电机品牌：松下、富士、三菱、西门子、三洋、百格拉等）

2． 更换中拖板丝杆、自动走刀光杆；增加刀台丝杆。（以上丝杆为滚珠丝杆与丝杆副组成的传动部件，具有回转精度小（5～10纳米）用以保证加工精度。丝杆品牌：百格拉、ABB、罗升、汉中机床等）

3． 增加数控系统（4轴）。（数控品牌：中科院沈阳计算所、三菱、华中数控、西门子、发斯特、福采、海豹）

以上用如下配置：电机松下、丝杆汉中机床、数控系统中科院沈阳计算所，所需费用大概为6万元左右。

现在市场改造一台以上配置的费用为8～10万。（不包含C616普通机床）

6结束语

机床的数控化改造利用了原有设备和资源，使即将报废的机床恢复了使用价值。现今中国每年普通数控机床需求为10万台左右（2轴数控）。高档数控机床需求为4万台左右。

机床数控化改造可行性分析及其技术途径