摘要：将普通机床改造成为数控机床，是企业提高自身自动化程度的一种重要手段。就如何实现改造进行分析并提供方法和思路，本文主要阐述数控化改造的研究内容和关键技术和方法。
关键词：计算机,机床,数控化,改造,方案,机械论文范文
数控机床就是将加工过程中的各种操作(如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具等)和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码或程序来表示，通过控制介质(如穿孔纸带或磁带、磁盘等)将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。《电子科技》是由中华人民共和国工业和信息化部主管，西安电子科技大学主办的学术、技术类专业期刊。国际刊号ISSN:1007-7820;国内统一刊号cn:61-1291/TN。创刊于1987年，国家新闻出版总署出版规范首批A类期刊，陕西省优秀期刊。
1 数控系统开发方法
1.1 基于单片机的数控系统
基于单片机的经济型数控系统一般采用步进电机作为驱动元件，步进电机采用脉冲方式工作，基本原理是：系统中的键盘用于向计算机输入和编辑零件加工程序;采用数码管显示加工数据及机床状态等信息;存储器用来存放监控程序、键盘扫描程序、显示驱动程序及用户控制代码程序等;功率放大器用来对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步进电机带动负载运行。需要完成的具体任务有：
1.1.1 硬件系统的结构设计。一般采用51系统单片机作为主控制器，在此基础上扩展一些必要的器件如ROM、键盘等。
1.1.2 软件设计。包括：监控与操作软件,用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等，包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的编辑修改等;步进电机控制软件，包括：通电状态代码和电动机正、反转的实现;步进电机转速的控制。
1.2 基于ARM与运动控制器的数控系统
1.2.1 系统硬件结构。系统硬件采用主从式双CPU结构模式。主CPU为ARM处理器，用于键盘、显示，网络通讯等管理工作,而从CPU即为运动控制芯片，专门负责运动控制的处理工作。ARM处理器通过总线操作，把命令写入运动控制芯片，使运动控制芯片来完成运动控制。
1.2.2 操作系统及编程语言。为了最大地利用系统硬件资源，并且还要保证实时性，所以使用了μC/OS多任务实时操作系统。使用到μC/OS操作系统,通过它实现多任务实时控制。程序的编程语言为C语言以及ARM汇编语言。
1.3 基于PC机的数控系统
近年来，以工业PC机为核心的控制系统已广泛地被工业控制领域所接受。采用工业PC机在WIN-DOWS操作系统下通用的数控系统，已成为数控系统发展的潮流。基于工业PC机的数控系统采用的是标准的PC硬件和操作系统，因此易于进行模块化和开放式的设计。开放式数控系统是目前新型数控系统研发的主流。系统采用工业PC机+运动控制器结构组成,主要包括工业计算机、运动控制卡以及伺服系统等。
2机床的数控化改造方案
2.1进行改造项目的可行性评估
2.1.1 对其价值做出评估。例如一台加工中心，主要构成的机电部件有：①系统及操作子系统;②伺服系统包括电动机;③机床电气;④机械本体床身、立柱、导轨和丝杠等;⑤刀库机械手系统;⑥自动工作台交换系统等。每一个子系统根据实际情况，都可以做出相应的价值评估。
2.1.2 评估改造后能达到的目标，即有什么样的机床准确度和使用性能。
2.1.3 进行成本的估算，即投入资金的评估。投入资金多少与制订改造目标高低密切相关。投人的改造费用主要由下列项目构成：①数控系统及相关伺服系统;②机床电气及附件更换;③机床机械元部件准确度修复和维修保养;④机床辅助系统如液压系统、冷却系统等维修保养;⑤机床外观质量的修复;⑥机床改造后的调试检测;⑦机床改造所需的技术劳务费。在受改造费用限制时，可以修改改造目标，降低一些要求以减少投入费用。
2.1.4 对改造方案进行风险评估。在做改造方案时，不可能对设备进行现状大解剖，不可能拿到机床现状准确测试数据，因此在以后实施改造工作中还会碰到意料之外的问题。因此必须做出风险评估和制订相应对策。一般做法是在工程项目费中，设置不可预见费用。
2.1.5 性能价格比评估。为了在经济上有定量分析的依据，常选一台现在市场上性能相似的商品价格作为标准进行比较。
2.2 数控系统的选择
数控系统是机床的核心，在选择时要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑。数控系统主要有3种类型：步进电机拖动的开环系统;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;交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机等。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。该系统的位移准确度主要决定于步进电机的角位移准确度，齿轮丝杠等传动元件的节距准确度，所以系统的位移准确度较低。但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
2.3 伺服系统的选择
伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪度、定位度等重要指标均取决于伺服系统的动态。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。
2.4 机床机械部件的改造
一台新的数控机床，在设计上要达到很高的动态刚度;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此要求，并注意下述几方面。
2.4.1 导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向度和工艺外，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。
2.4.2 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准确度等级都比普通机床高。
2.4.3 滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链准确度。丝杠的选用主要取决于加工件的准确度要求和拖动扭矩要求。
2.4.4 联轴器。为了消除传动系统中的反向间隙,提高重复定位度，伺服驱动元件所用的联轴器多数采用无键连接，如锥销刚性联轴器,锥环联轴器等。
2.4.5 回转刀架。一般改装的车床多数采用四工位自动回转刀架。
2.4.6 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。
3 结论
进行机床数控化改造要将改造的重点放在电气、控制系统的改造上，机械部分只对影响准确度的重点部件进行改造。这样可缩短改造周期，降低改造成本，并利于对系统进行再次升级。随着社会的不断发展以及技术的不断进步，数控技术的发展，必将带动数控机床改造技术的进步与发展。
