淺談機(jī)床數(shù)控改造
為了企業(yè)的生存和發(fā)展，提高機(jī)床的數(shù)控化率是必要的。需要進(jìn)行數(shù)控改造的設(shè)備一般包括傳統(tǒng)機(jī)床及近期從國外引進(jìn)，因存在問題而不能投產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備和生產(chǎn)線。
一、數(shù)控改造的內(nèi)容
機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控改造主要內(nèi)容有：(1)恢復(fù)原功能，對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；(2) NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置或加數(shù)控系統(tǒng)；(3)翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不能滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；(4)技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。
二、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢
l．向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控任務(wù)PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。在遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)程診斷和維修的應(yīng)用將更加普遍。
2．向高速化和高精度化發(fā)展。
3．向智能化方向發(fā)展
(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中的重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
(2)引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工。將熟練工人和專家經(jīng)驗、加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。
(3)引入故障診斷專家系統(tǒng)
(4)智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置?？梢酝ㄟ^自動識別負(fù)載和自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。
三、數(shù)控系統(tǒng)的選擇
1．開環(huán)系統(tǒng)
該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。這種系統(tǒng)不需要位置和速度反饋，位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度和齒輪絲杠等傳動元件的精度，所以位移精度低。但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試維修方便、工作可靠、成本低、易改裝成功。
2．閉環(huán)系統(tǒng)
該系統(tǒng)由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置信號反饋給計算機(jī)，與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大并變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以消除偏差。此系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、對環(huán)境溫度要求嚴(yán)。但系統(tǒng)精度高、速度快、功率大?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用。
3．半閉環(huán)系統(tǒng)
半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)的部分元件的誤差，因此，其精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是其結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。
當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司及廠家比較多，國外的如德國西門子公司、日本發(fā)那科公司；國內(nèi)的如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求來確定。
四、機(jī)床數(shù)控改造主要步驟
1．改造方案的確定
(1)機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合。一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍和內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求和內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯時間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。
(2)先易后難、先局部后全局。確定改造步驟時，應(yīng)把整個電氣部分改造分成若干個子系統(tǒng)進(jìn)行，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。在每個子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。
(3)根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)。針對改造對象確定它的環(huán)境和條件，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)、抗干擾、自冷卻及空氣過濾等性能可提供正確的依據(jù)。電氣系統(tǒng)選擇時還必須考慮成熟產(chǎn)品，它們性能應(yīng)合理實用、有備件可提供維修支持、功能可滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等。
(4)落實參與改造的人員和責(zé)任。
(5)改造范圍與周期的確定。
2．改造的技術(shù)準(zhǔn)備
(1)機(jī)械部分準(zhǔn)備。為配合電氣改造的機(jī)械大修工作應(yīng)先期完成。同時對需拆、改和加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃，要與整個改造工作銜接得當(dāng)。
(2)新系統(tǒng)電氣資料消化。
(3)新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計。根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng)設(shè)計機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點、參數(shù)測量點、維修位置等。要求操作與維修方便合理、線路走向通順、中小連接點少、強(qiáng)弱電干擾最小、備有適當(dāng)裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，必要時需自行制作轉(zhuǎn)換接口。
(4)操作和編程人員的技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括①新的操作面板配置、功能、指示含義；②新系統(tǒng)的功能范圍、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別；③維護(hù)保養(yǎng)要求；④編程標(biāo)準(zhǔn)與自動化編程等。重點是弄懂、弄通操作說明書和編程說明書。
(5)調(diào)試步驟與驗收標(biāo)準(zhǔn)的確定。調(diào)試工作應(yīng)由項目負(fù)責(zé)人進(jìn)行，其他人員配合。調(diào)試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗收標(biāo)準(zhǔn)的制定必須實事求是，過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會對改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。
3．改造的實施
(1)原機(jī)床的全面保養(yǎng)。原機(jī)床經(jīng)長期使用后，需要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，并記錄在案。這樣既可對改造工作起指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時作對比分析用。
(2)保留的電氣部分最佳化調(diào)整。若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整，如強(qiáng)電部分的零件更換、電機(jī)的保養(yǎng)、變壓器的烘干絕緣、污染的清潔、通風(fēng)冷卻裝置的清洗、伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整、老化電線電纜的更新、連接件的緊固等。只有對保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。
(3)原系統(tǒng)拆除。原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙仔細(xì)進(jìn)行，及時在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中的欠缺之處，應(yīng)及時補(bǔ)充與修正。拆下的系統(tǒng)要妥善保管，以備萬一改造不成功時恢復(fù)使用。還有一定使用價值的，可作備件。
(4)合理安排新系統(tǒng)位置及布線。連線工作必須分工明確，有一人復(fù)查檢驗，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。
(5)調(diào)試。調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身和設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈；各運(yùn)動坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。
4．驗收及后期工作
(1)機(jī)床機(jī)械性能驗收。機(jī)床的各項機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
(2)電氣控制功能和控制精度驗收。電氣控制的各項功能必須達(dá)到動作正常、靈敏可靠?？刂凭葢?yīng)用系統(tǒng)本身的功能（如步進(jìn)尺寸等）與標(biāo)準(zhǔn)計量器具（如激光干涉儀、坐標(biāo)測量儀等）對照檢查，達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項功能和精度作出對比，獲得量化的指標(biāo)差。
(3)試件切削驗收?？梢詤⒄諊鴥?nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、運(yùn)動軌跡、關(guān)聯(lián)動作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。
(4)圖紙、資料驗收。機(jī)床改造完后，應(yīng)及時將圖紙、資料、改造檔案匯總、整理、移交入檔。這對該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。
(5)總結(jié)、提高。
