0 引言

现因公司新产品品种繁多，壳体加工能力不够，若新购一台卧式加工中心则生产成本太高。遵循针对性、先进适用性、可能性和经济性的原则，从实际出发，按照生产工艺要求，针对生产中的薄弱环节，采用不同的新技术，以企业的产品更新换代、发展品种、提高质量为目标，结合设备在生产过程中所处的地位及其技术状况，我公司决定启用一台20世纪70年代自制的T616简易镗床。该镗床因设计不够完善，手动进给，工效低下，导致其闲置长达5年之久。若将此机床数控化改造成一台简易的卧式加工中心，则可以满足公司壳体生产的需求。

1 机床进行数控化改造的必要性

⑴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。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的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

⑵可以实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3~ 7倍。因为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，从而使单件和小批量生产得以自动化。

⑶可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（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。

⑷同购置新机床相比，将原有设备进行改造费用低，一般可以节省60 %~ 80 %的费用。特别是大型、特殊机床尤其明显。若采购一台同规格的加工中心，其价格约是150万元，而改造费用仅仅是其费用的10 %（约15万元）。

2 改造方法 2.1 机械精度方面的改造

因T616镗床床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。根据该台设备的现状，针对机械精度方面作了以下的改造。

(1) 滑动导轨副。T616简易镗床导轨是铸造构件，已具有足够的导向精度、刚度和良好的耐摩擦、磨损特性，但为减少导轨变形对加工精度的影响，在润滑方面，专门为此机床准备了手动润滑泵，依靠润滑管道将润滑油在加工过程中均匀地加到三条导轨上，并采用柔性钢琴式护罩将导轨、滚珠丝杆进行保护，防止铁屑灰尘的进入。

(2) 将滑动丝杆更换为滚珠丝杠。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和拖动扭矩要求。该台设备采用南京亚凯数控机器有限公司生产的精密滚珠丝杆，摩擦损失小，效率高，其传动效率可达90 %以上；精度高，寿命长；启动力矩和运行时力矩相接近，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。并且带伺服驱动装置。将原有的滑动丝杆装置取消，增加合适的支撑块将三轴滚珠丝杆安装在机床上。并在合适的部门安装限位开关和接近开关，确定机床的零点位置。

（3）将设备的主轴更换成具有液压爪刀机构功能的主轴头结构。将主轴箱内的齿轮传动取消，现有主轴拆下，在遗留下的轴承孔内增加一个安装主轴头的定位套（铸铁），使设备能装通用的BT-40刀具，可以和加工中心的刀具交换使用，减少公司投入的成本，满足产品加工需要。将5.5 kW电机转移到主轴箱上固定，带动齿形皮带直接传动主轴。这样减少传动部件，可以间接提高传动的精度，使主轴转速与电机转速的比率为1: 1。主轴的转速靠变频器控制，可以在1~3 000 r/min范围内进行无级调速。这样减轻主轴箱的重量，使主轴运动更轻松自如，滚珠丝杆负荷更轻。

2.2 数控系统的选择

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分元件的误差。因此，它的精度介于开环系统和闭环系统之间，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联成一个整体时，则无需考虑位置检测装置的安装问题^[1]。目前，该系统是我国数控改造的首选。故公司决定采用此种数控系统进行改造。

因为该设备受到原来机械结构的限制，不能做突破性的改造，若使用功能齐全的系统，反而造成资源的浪费现象。经过反复研究，决定采用CNC100M数控系统进行改造。CNC100M数控系统拥有三轴联动、中文液晶显示屏，全中文提示菜单操作容易。编程控制，最小控制单位0.001 mm。手动速度倍率可控制，三十二组刀补。配备交流伺服驱动及伺服电机，形成半闭环控制，采用交流伺服驱动单元新技术, 运行速度可以在1~3 000 mm/min范围内无级调速，正是该设备改造最适用的系统。因此该系统功能可满足生产的需求，重新设定电器柜，将伺服驱动单元和变频系统有机地联合在一起，构成整个改造后设备的控制系统。

2.3 改造过程中需注意的事项

（1）确定改造步骤时，把整个电气部分改造先分成数控系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在机械传动系统中，先处理三轴滚珠丝杆改造问题，再进行主轴系统改造，最后通过数控系统将两部分有机地结合起来。

（2）应根据改造的规模，将改造系统分成两大部分，一是电气改造部分，负责数控系统与电控柜的安装。二是机械改造部分，负责三轴滚珠丝杆以及主轴头的安装，并协助电气部分进行各个电控元件在床身上的安装。确定两组人员的职责，做到有主有次，这样便于组织与协调。因电气项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。

（3）新系统有许多新功能、新技术、新要求。因此必须先熟悉新系统的技术资料，包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等，合理进行新系统的安装、布线以及配置。包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整电器器件位置、密封及必要装饰等。确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。以及对操作、编程人员的技术培训，机床电气系统改造后，对操作人员和编程人员进行新系统知识培训，否则将影响改造后的机床迅速投入生产。培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义；新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的差别；维护保养要求；编程标准与自动化编程等。重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。

（4）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。过高的标准必须提高机床与系统的实际控制精度，会造成资源的浪费，过低的标准无法满足公司生产的需求。根据公司产品的现状及设备的状态，选择大吨位箱体加工为产品验收标准，因为大吨位箱体的位置度在0.02 mm以内。

调试中首先调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 改造后效果

经验收该机床X、Y、Z三轴重复精度达到0.01 mm，主轴转速达到1~3 000 r/min（无级调速），跳动精度达到0.005 mm，偏摆精度达到0.001 mm，振动量为0.000 4 mm，此项精度比原有精度提高6倍。机床改造前后精度的对比见表 1。

用DC25主箱体进行产品试加工，单件生产45min/件，精度为X方向累计误差0.015mm/400mm，Y方向累计误差0.018 mm/400 mm，加工精度比原有精度提高3倍，工效比原有工效提高6倍以上，。加工刀具与卧式加工中心刀具一致，可实行互换。完全可以满足公司产品的加工需求，为公司下一步设备改造打下了坚实的基础。

机床改造完后，应及时将图纸(包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)、资料(包括各类说明书)、改造档案(包括改造前、后的各种记录)汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续，对该设备今后稳定运行十分重要。

4 结语

此次改造体现了公司设备管理的一个新的趋向，利用数控系统的强大威力，使旧设备焕发新春。但设备的改造是一个十分复杂的问题，在改造设计中应综合考虑各方面的因素，要讲究先进适用，不要盲目追求高指标，更不能为改造而改造。制定技术改造方案时，采用新技术一定要有充分把握。它必须经实践证明是可行的，经技术论证适用于改造设备。才能使改造后的系统正常工作。