煤机企业机床的数控改造

煤机产品专业性强、品种多、批量小、生产周期要求短，这些都给企业的生产管理带来困难。企业要在市场需求多变、竞争激烈的环境中生存和发展，就需要更新和开发新产品，以最低的价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的变化。目前煤机企业所用的机床半数以上是役龄在10 a 以上的旧机床，加工的产品质量差、档次低、成本高、供货周期长，不能满足企业发展的要求。数控机床则综合运用了计算机技术、自动控制技术、精密检测技术和精密机械设计与制造技术等方面的最新成就，最适宜生产小批量、生产周期要求短、品种要求频繁变化的产品。因此，煤机企业必须大力提高机床的数控化率。但由于长期以来，煤机产品利润较低，影响了企业的经济效益，特别是近几年煤炭企业资金短缺，货款拖欠严重，绝大多数煤机企业经济效益严重下滑，设备更新资金明显不足，而数控机床价格不菲，在这种情况下，对企业现有机床进行数控改造，无疑是一条可行之路。

⑴节省资金  机床的数控改造，可大大减少资金的投入，同购置新机床相比，一般可节省60 % ～80 % 的费用，改造费用低。特别是大型、特殊设备尤为明显。一般大型机床改造，只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机

床60 % 的价格。可以充分利用现有地基，不必象购入新设备那样重新购筑地基。

 ⑵性能稳定可靠 因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度，且各部件已经长期磨合，使改造后的机床性能稳定可靠，质量好，可作为新设备继续长期使用。

⑶可充分体现煤机企业自身的意愿  企业与改造人员可依照实际需要和机床长期使用的情况，在改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进意见，有权选择机械零部件、数控系统、电器设备等的规格、型号、性能等。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将机床改造成具有当今水平的设备。

⑷更有利于使用和维护  由于改造前机床已使用多年，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短、见效快。改造的机床一经安装好，就可实现全负荷运转。

⑸提高生产效率  机床经数控改造后，即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3～7倍。对复杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。

⑹提高产品质量，降低废品率  零件的加工精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要修配，提高装配效率和质量。

机床的数控改造一般是指对现有某台普通机床的某些部位作一定的改装，配上经济型数控装置或标准型数控系统，从而使原机床具有数控加工能力。一般是对大型、中型机床以及精密、关键技术和生产中起重要作用的中小型机床进行改造。改造中方案的选择和制定是数控改造中极其重要的一环，它会影响到改装后机床的使用性能和经济性能。因而在选择方案时要进行充分的论证。主要应考虑2个方面的因素：一个是增加数控系统，另一个是对机械等部分的翻新。

⑴数控系统的选择

数控系统是机床的核心。在选择数控系统时，要对其使用性能、经济性及维修服务等方面综合考虑。在经济能力许可的情况下，尽量选用名牌的微机控制系统。作为名牌产品，其零件筛选严格，制造工艺规范可靠，对出现的因电气元件故障或提前失效引起的设备故障，有极好的预防作用。且应尽量向同一个著名厂家的型号靠拢，这样有利备件的购买。同时要清楚所选厂家的国内维修服务状况。改造前还要对拟改造机床的自身功能有一个充分的了解，根据被改机床的结构、性能及被加工零件的精度来选择数控系统。即要使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的功能相匹配，尽量减少过剩的数控功能，这样一方面可避免功能过剩造成的资金浪费，另一方面也可避免因数控系统复杂程度增加而带来的高故障率。

目前数控系统主要有3种类型：步进电机拖动的开环系统、异步电机或直流电机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，其伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。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。该系统位移精度较低，但结构简单、调试维修方便、质量稳定可靠、成本低、抗干扰性能强、对环境室温要求不高，易改装成功。适用于精度要求一般的中小型机床的改造，也是目前数控改造中应用最为广泛的一种。异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统，控制精度高，但在结构上比开环进给系统复杂，工作量大，成本也高，调试困难，因此，在数控改造中一般不采用。交/直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统，其精度介于前二者之间，结构与调试都较闭环系统简单，适用于控制精度要求较高的大、中型机床的改造。

⑵机械部分翻新

机床数控改造后应达到较高的静动态刚度，运动副之间的磨擦系数小，传动无间隙，功率大，便于操作和维修等要求。要达到这些要求，就要对机床原有主要机械部件进行相应的改造翻新，其中主要为导轨的形式及传动链的传动精度。

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，还要有良好的耐磨擦性，并减少因磨擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减小导轨变形对加工精度的影响。目前数控改造广泛使用在原导轨上粘接聚乙烯导轨软带，这样能有效防止爬行，具有自润滑性，提高导轨寿命，且零件不用更换，加工部位少，改装工作量小、周期短、费用低。

传动链的精度受传动丝杠和齿轮副的影响。丝杠的选择，可根据实际加工零件的精度要求进行。滑动比杠价格低，但难以满足精度要求较高的零件加工；滚珠丝杠磨擦损小，效率高，其传动效率可在90%以上，传动灵敏、精度高、寿命长，且可以降低电机启动力矩，可满足较高精度零件的加工要求。

为保证传动精度，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，要尽可能地消除配对齿轮之间的传动间隙，其方法有2种：柔性调整法和刚性调整法。柔性调法的结构比较复杂，传动刚度低，影响传动的平稳性，刚性高速法有较好的传动刚度，结构比较简单。

⑴施工队伍的选择  数控改造后效果的优劣，很大程度上依赖于施工队伍的素质。参与项目的公司应具有完整、高效的技术支持体系，即要有一支包括机械、电气、液压、工艺工装等全方位的、具有多年丰富的设计、制造、装配、调试工作经验的工程师队伍和现场施工队伍。

⑵现场调试  改造能否成功的关键环节是现场调试。工程人员在这一阶段完成机、电联庙，数控系统的最终调试、驱动系统和参数最佳化调节等工作，此阶段应严把质量关，并为验收作准备。

⑶验收  数控发行后的验收通常有2个内容：①标准样件的试切削，按照国际标准，不同类型的机床都有相应的标准试切削程序。在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削，以此可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等是否合格；②机床精度的校验。改造后机床的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）对照检查，这样机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据进行，从而提高机床精度。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。机床的各项机械性能指标都应达到标准要求，几何精度要在规定的范围之内。

⑷改造资料  机床改造后还应从施工单位索取改造图纸、资料、改造记录等，将其汇总、整理、归档。保持资料的完整，对设备今后的稳定运行是十分重要的。

数控机床是制造高质量、高效率、高一致性产品的有利保障，而机床的数控改造是当前经济转轨时期的必要和重要行为，也是煤机企业数控化的可行之路。通过对现有设备的改造、升级，以较小的投入，尽快使这些设备发挥效能、创造效益，是煤机企业长期发展、在激烈的市场竞争中站稳脚跟的战略措施。