六、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。
6.1、
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。
6.2、齿轮副
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。
6.3、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。
6.4、安全防护
效必须以安全为前提。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。
七、机床数控改造主要步骤
7.1、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：
7.1.1 机械修理与电气改造相结合
一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。
7.1.2 先易后难、先局部后全局
确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、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。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。
7.1.3 根据使用条件选择系统
针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、
电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可靠的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。
7.1.4 落实参与改造人员和责任
改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果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。
7.1.5 改造范围与周期的确定
有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。
7.2、改造的技术准备
改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括：
7.2.1 机械部分准备
为配合电气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。
7.2.2 新系统电气资料消化
新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造前应熟悉技术资料，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。要有充裕的时间来对上述资料进行翻译(进口系统)、消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。
7.2.3 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。
7.2.4 操作、编程人员的技术培训
机床电气系统改造后，必然对操作、编程人员带来新的要求。因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要，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等。重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。
7.2.5 调试步骤与验收标准的确定
新的电气系统改造完以后，怎样进行调试以及确定合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等，因此必须由项目负责人进行，其它人员配合。调试步骤可从简到繁，从小到大，从外到里进行，也可先局部后全局，先子系统后整系统进行。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。
7.3、改造的实施
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：
7.3.1 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。
7.3.2 保留的电气部分最佳化调整
若对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。如强电部分的零件更换，电机的保养，变压器的烘干绝缘，污染的清洁，通风冷却装置的清洗，伺服驱动装置的最佳化调整，老化电线
电缆的更新，连接件的紧固等等。只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作，才能保证改造后的机床有较低的故障率。
7.3.3 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，以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。还有一定使用价值的，可作其他机床备件用。切忌大手大脚，乱扔乱放。
7.3.4 合理安排新系统位置及布线
根据新系统设计图纸，合理进行新系统配置，包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。连线工作必须分工明确，有人复查检验，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。
7.3.5 调试
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。
7.4、验收及后期工作
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。改造的后期工作也很重要，它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。验收及后期工作包括：
7.4.1 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。
7.4.2 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。
7.4.3 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。
7.4.4 图纸、资料验收
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，这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。
7.4.5 总结、提高
每次改造结束后应及时总结，既有利于提高技术人员的业务水平，也有利于整个企业的技术进步。
八、数控改造几个实例
1、用SIEMENS 810M改造X53铣床
1998年，公司投入20万元，用德国西门子810M数控系统、611A交流伺服驱动系统对公司的一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造；保留了原有的主轴系统和
冷却系统；改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、PLC程序的编制与调试、机床大修，最后是整机的安装和调试。铣床改造后，加工有效行程X/Y/Z轴分别为880/270/280 mm；最大速度X/Y/Z轴分别为5000/1500/800 mm/min；手动速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/500 mm/min；机床加工精度达到±0.001mm。机床的三坐标联动可完成各种复杂曲线或曲面的加工。
2、用GSK980T和步进驱动系统改造C6140车床
1999年，公司投入了8万元，采用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DY3混合式步进驱动单元对公司的一台加长C6140车床的X、Z两轴进行改造；保留了原有的主轴系统和冷却系统；改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后，加工有效行程X/Z轴分别为390/1400 mm；最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min；手动速度为400mm/min；手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min；机床最小移动单位为0.001mm。
3、用GSK980T和交流伺服驱动系统改造C6140车床
2000年，用广州数控设备厂生产的GSK980T数控系统、DA98交流伺服单元及4工位自动
刀架对电机分厂的一台C6140车床X、Z两轴进行数控改造；保留了原有的主轴系统和冷却系统；改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后，加工有效行程X/Z轴分别为390/730 mm；最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min；手动速度为400mm/min；手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min；机床最小移动单位为0.001mm。
4、用SIEMENS 802S改造X53铣床
2000年，公司投入12万元，用德国西门子802S数控系统、步进驱动系统对公司的另一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造；保留了原有的主轴系统和冷却系统；改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修，最后是整机的安装和调试。铣床改造后，加工有效行程X/Y/Z轴分别为630/240/280 mm；最大速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/600 mm/min；手动进给速度X/Y/Z轴分别为2000/800/500 mm/min；最小移动单位为0.001mm。
九、数控改造中的问题和建议
通过几台机床的数控改造工作后，发现工作中也存在许多问题，主要表现在：
一是各部门、开发人员职责不明朗，组织混乱，严重影响了改造进度；
二是制定的工作进程和计划大多只是凭经验制定，不太合理；
三是相关人员的培训工作没有到位，导致机床改造后工艺人员不会编程、操作人员对机床操作不熟练等问题。
综合以上问题，有几点建议：
一是负责改造的员工职责明确，奖罚分明，充分调动员工的积极性；
二是培养一批高素质的应用和维护人员，选派人员外出进修，学习先进技术；
三是要注重用户使用、维护数控系统的技术培训，建立国内外数控技术资源库。
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