下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
数控机床改造是应用数控技术与经验，以适应生产需求为目的，对现有机床的结构进行更新改造，包括技术改造方案的选择、设计、确定、实施、调试、验收等。
为恢复或提高机床的精度，改造机械的传动部件，如有不同程度磨损的丝杠、轴承、齿轮箱、导轨等。
1）丝杠：通过改用滚珠丝杠副，更换磨损严重的丝杠，提高传动精度和传动效率。
2）轴承：更换磨损严重的轴承。
3）齿轮箱：更换磨损严重的齿轮，或改用精密齿轮箱。
4）导轨：采用纳米表面处理技术、复合材料表面处理技术、粘贴塑料表面处理技术，可以修复与强化机床导轨、滑座、尾座等磨损、划伤表面，通过修配提高导轨的导向精度。对机床的润滑系统及移动配合部位采用纳米润滑添加剂或纳米润滑脂，以提高机床的机械运行性能，增强耐磨性，也可以通过再制造改造技术把普通润滑导轨改成静压导轨。
按照加工工艺的要求，改善机床的控制功能，兼顾可靠性与价格，选用合适的数控系统、伺服系统及电动机。注意数控系统与电气驱动系统接口信号的匹配调整，采用同一家公司配套的数控系统和伺服系统，更易保证控制系统的可靠性及日后的使用与维修。为提高精度采用闭环控制，选用光栅尺或圆光栅编码器作为位置测量反馈元件。
润滑装置、冷却装置、自动换刀装置、回转工作台和液压夹紧辅助装置等需要完善。
（1）润滑装置 对丝杠、轴承、齿轮箱、导轨等运动部件润滑，减小功耗，降低磨损。
（2）冷却装置 冷却静压系统液压油，冷却高温电动机。
（3）自动换刀装置 自动换刀装置功能是把刀库中储存的一定数量的刀具与主轴上的刀具自动交换。在结构上有回转刀架和机械手等形式，在控制上分为随机换刀和固定换刀。
（4）回转工作台 数控回转工作台可以任意角度分度，进行数控插补联动，加工复杂的空间曲面。完成分度定位后可以机械液压夹紧，固定工件完成加工。
（5）液压夹紧辅助装置 数控轴定位后，可以用液压辅助装置夹紧，避免机械窜动。
设计电气原理图、连接图，重新配置电气控制柜。注意数控系统与电气控制元件接口信号的匹配，简化电气控制元件与线路，改由PLC分布连接控制，为避免电磁干扰，强弱电线路尽量分开布置。
电气控制柜设计安装符合GB 5226.1—2008《机械安全 机械电气设备第1部分：通用技术条件》的要求，这是指导电气设计与制造的基本原则。应特别注意装置的散热、线路交叉干扰、屏蔽线连接、接地系统。
1）控制柜内的所有金属部件都必须相互连接导通到一块大的金属台面上。
2）控制柜的盖板以及中间隔板相互导通并保持足够的间隔。
3）盖板以及安装附件必须通过一个柜式框架组装到一块大的金属台面上。
4）各支承托架都必须是金属连接形式，通过柜式框架连接到一块大的金属台面上。
5）对于在已喷漆和电镀过的金属件上进行螺钉连接，可用一种特殊的连接垫圈进行连接，也可以在安装之前，去掉需要连接部位的表面保护涂层，然后再进行连接。
6）如果为了获得一个良好的金属到金属的连接而必须去掉一块大面积的保护涂层，为避免长期使用时出现锈蚀的情况，必须考虑附加的防护措施，例如在涂层上增加油脂。
7）各个被连接的部件，包括连接件，例如螺钉、带锯齿状的连接垫片，它们的电化学成分都必须接近一致。
8）当安装各类模块、插件等部件时，必须检查这些部件无误地安装到支承导轨上，从而能使它们正常工作，另外，还要检查紧固螺钉所用的力矩是否得到保证。
9）装有显示器的操作面板不能安装在靠近电缆和带有线圈的设备旁边。
10）功率和控制元件必须分开安装，但是，所有元件的金属外壳，特别是变频器和相关的滤波器的金属外壳都应该用低电阻与电气柜连接，以减少高频瞬间电流的冲击。
11）滤波器是用于伺服驱动的干扰抑制器，必须安装在靠近主电源供电的输入线。
信号电缆和电源电缆在并排时，尽可能排得距离远一些，如果不可能使电缆保持适当的距离，则必须使用屏蔽电缆和接地良好的金属制电缆管道。
1）在控制柜内的所有电缆都应该尽量安排在距离金属外壳部件近一些的位置，例如控制面板、安装板、横梁金属导轨等。
2）信号电缆与电源电缆可以交叉，但绝对不能相互并行布局安装。
3）信号电缆与功率电缆和电源电缆必须分开排列，以避免耦合路径，在电控柜中的最小距离为20mm，如有必要可以采用接地的隔离部件。
4）相同电路未被屏蔽的电缆应该采用双绞线或将发送线和接收线之间的距离安排得尽量靠近一些。
5）信号电缆和与之相连的等电位连接导体尽量安排为最短距离。
6）信号电缆必须远离磁场干扰源设备，例如电动机、变压器等。
7）所有的信号电缆尽量在同一水平高度进入电控柜，例如都从电控柜的底部进入。
8）避免使用多余长度的电缆，包括备用部分。
9）信号电缆，尤其是设定值和实际值电缆，安装时不能被中断。
10）具有大电流、高电压的脉动负载线都应无一例外地分别安装。
11）必须用金属电缆支架托住，电缆支架连接处必须导通相连并接地。
12）必须采用闪电雷击保护和接地措施。
13）必须使用制造商推荐的原配的预装配电缆，不要超过规定的最大电缆长度。
14）必须保护电缆和插座免遭机械损坏，在实际使用中遇有拖拽电缆的情况时，一定使用特殊电缆。
15）必须采用保护措施以避免油污、切削液、加工切削碎片从插座或外壳渗透进入。
对数控设备而言，其稳定性、可靠性是首要的条件，数控系统必须达到JB/T 8832—2001《机床数控系统通用技术条件》中的电磁兼容性要求。EMC已成为电气系统设计时必须注意的问题。
（1）电压暂降和短时中断的抗扰度 数控系统运行时，在交流输入电源任意时间电压幅值降为额定值的70%，持续时间500ms，相继降落间隔时间为10s；在交流输入电源任意时间电压短时中断3ms，相继中断时间为10s。电压暂降和短时中断各进行3次，数控系统应能正常工作。
（2）浪涌冲击的抗扰度 数控系统运行时，分别在交流输入电源相线之间叠加峰值为1kV的浪涌冲击电压；在交流输入电源相线与保护接地端（PE）之间叠加峰值为2kV的浪涌冲击电压。浪涌冲击重复率为1次/min，阳极为正/负极。实验时正/负极各进行5次，数控系统应能正常工作。
（3）快速瞬变电脉冲的抗扰度 数控系统运行时，分别在交流输入电源端与保护接地端（PE）之间，加入峰值为2kV、重复频率5kHz脉冲串，时间1min，实验时，数控系统应能正常工作。
（4）静电放电的抗扰度 数控系统运行时，对操作人员经常触及的设备部件和保护接地端（PE）之间进行静电放电实验，接触放电电压6kV，空气放电电压8kV，实验中数控系统能正常工作。
数控机床中既包含强电，又包含弱电，强电设备产生的强烈电磁干扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁。抑制干扰源，提高设备的抗干扰能力是系统达到电磁兼容的主要手段。最常用的是屏蔽、滤波、接地三种技术。
接地的含义是提供一个等电位点或电位面，为防止地线阻抗的干扰，接地线可以分为以下三类，即保护接地、工作接地、屏蔽接地。
（1）保护接地技术 它是将故障情况下可能呈现危险电压的电气设备的金属外壳、配电装置的金属构架等外露导体与接地装置相连，达到防止电击的目的。
保护接地的应用范围：保护接地适用于不接地电网，在此电网中，凡因绝缘破坏或其他原因而可能呈现危险电压的金属部分，均应接地。
（2）工作接地技术 变压器低压中性点的接地即工作接地，接地后的中性点为零点，从零点引出的导线称为零线。
1）保护接零：把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零线进行可靠的电气连接，称保护接零。
2）保护接零适用范围：中性点直接接地、电压为380/220V的三相四线制电网。
3）工作原理：当某相碰壳形成单相短路时，短路电流使熔断器或空气开关动作，切断电源，从而消除触电危险。
（3）屏蔽接地技术 屏蔽接地以提高信号抗干扰能力，提高系统的可靠性。
系统硬件安装连接检查，进行软件编程、调试。
通电前的外观检查包括：
1）机床电器检查：打开机床电控柜，检查继电器、接触器、熔断器、伺服速度控制单元插座、主轴电动机速度控制单元插座等有无松动。
2）CNC电控箱检查：打开CNC电箱门，检查各类接口插座、伺服电动机反馈线、手摇脉冲发生器插座等。按照说明书检查各印制电路板上的短路端子的设置情况，一定要符合设定的状态。
3）接线质量检查：检查所有的接线端子，包括强弱电部分在装配时接线的端子及各电动机电源线的接线端子，每个端子都要用旋具紧固一次，直到用旋具拧不动为止。
4）电信号对地短路检查：所有电信号用万用表对地线测量电阻，以防止电气系统重新配线造成对地短路。
5）限位开关检查：检查所有限位开关动作的灵活及固定器件是否牢固，限位和急停开关应接常闭触点。
6）按钮及开关检查：检查操作面板上所有按钮、开关、指示灯的接线。
7）地线检查：要求有良好的地线，测量机床地线，接地电阻不应大于1Ω。
8）电源相序检查：用相序表检查输入电源的相序，确认输入电源的相序与机床上各处标定的电源相序应绝对一致。
9）数控系统参数的匹配调整。
10）PLC程序的调试，数控系统与机床之间I/O接口信号的连接检查。
机床通电调试过程：按电源通电按钮，接通CNC电源，观察显示屏，直到出现正常画面为止。选择到参数页面，匹配调整机床参数。将状态选择开关放置在JOG位置，将点动速度放在最低档，分别进行各坐标正反方向移动操作，同时用手按与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作用的可靠性，然后再进行慢速的超程试验，验证超程限位开关安装的正确性。将状态开关置于REF回参考点方式，参考点返回设为反向找零，没完成回零操作就不能自动运行。进行手动导轨润滑试验，使导轨有良好的润滑。逐渐改变快速和进给倍率开关，随意点动各坐标轴移动，观察速度变化的正确性。
（1）进行功能试车检查 各进给轴最高速度、回参考点、紧急停止、行程限位，可根据具体情况对各个功能进行试验，以机床最大行程在参数中设定软件限位。
（2）测量主轴实际转速 用手动数据输入指令，进行主轴任意机械齿轮变换档位、变速试验，测量主轴实际转速，并观察主轴速度显示值，调整其误差，使其限定在5%之内。
（3）编程功能试验 自行编制一简单程序，尽可能多地包括各种功能指令和辅助功能指令，移动尺寸以最大行程为限，同时进行程序的增加、删除和修改。
（4）自动状态试验 用编制的程序进行空运转试验，验证程序的正确性，然后分别将进给倍率开关、快速倍率开关、主轴速度倍率开关进行多种变化，使机床在多种变化的情况下运行后将各倍率开关置于100%处，使机床充分运行，观察整机的工作情况是否正常。
机床应保证被加工零件达到规定的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这种精度和表面粗糙度，机床精度包括机械几何精度、数控位置精度、加工工作精度。
机械几何精度是指机床在不运转时部件间相互位置精度和主要零部件的几何精度，机床基准部件的几何形状精度、尺寸精度以及空间位置精度。它是在机床不切削的情况下进行检测的静态精度，综合反映机床的关键机械零部件及其组装后的几何形状误差。
检查内容包括：机床安装水平、平面度、直线度、平行度、垂直度、主轴径向跳动、主轴轴向圆跳动、主轴轴向窜动。
检测工具有精密水平仪、直角尺、平尺、平行光管、千分表、测微仪、高精度主轴芯棒及刚性好的千分表杆等，测量工具的精度等级必须比所测的几何精度高一个级别。
数控位置精度是指所测机床运动部件在数控系统控制下运动时所能达到的位置精度，又称作定位精度或运动精度。
检测内容包括：直线运动定位精度、直线运动重复定位精度、直线运动各机械坐标轴原点的复归精度、直线运动的矢量动量检测、回转运动定位精度、回转运动重复定位精度、回转轴原点的复归精度、回转运动的矢量动量检测。
测量直线运动的检测工具有：双频激光干涉仪、标准长度刻线尺、测微仪、成组块规、光学读数显微镜。
测量回转运动检测工具有：激光干涉仪、无线回转轴校准装置、角度多面体、准直仪。
工作精度的检查，是在切削加工条件下对机床几何精度和定位精度的综合检查，包括单项加工精度检查和综合试件的精度检查。
加工工作精度检查项目一般包括：镗孔精度及表面粗糙度、端面铣刀铣削平面的精度（ X/Y 平面）、镗孔孔距精度和孔径分散度、直线铣削精度、斜线铣削精度、圆弧铣削精度。
影响工作精度的其他因素有：刚度、热稳定性、工件装夹、工件残余应力、刀具、环境。
随动精度与工艺装备精度的检查：随动精度指数控机床在动态连续轮廓运动控制中，指令位置与机床运动轨迹之间的相似程度，它取决于跟随误差和动态响应误差，是一种动态误差。提高机床的机械刚性，减小机械间隙，提高伺服驱动系统增益，可以有效地减小动态误差。
当发现机床工作精度超过允许误差之后应该进行调整，调整要注意以下事项：
分析该项精度超差产生的原因，可能还与哪些精度相关，再次检测，并且推敲检测方法是否恰当，是否存在检测错误；精度调整需从几何精度调整开始，几何精度合格后需进行相关数控精度检测及补偿；全面检查所有相关的几何精度，并根据机床结构分析各项精度之间的影响关系；根据各项精度的影响关系，确定调整哪些精度以及调整的顺序；全面检查所有精度，确认调整以后没有对其他几何精度造成影响。
工艺装备精度是机床加工工件时所用的工艺装备的精度，如刀具精度、夹具精度、量具精度等。这些精度虽不属于机床本身的精度，但对于工件精度的影响十分重要。
参照以下标准，制定改造机床的精度检验标准。
GB/T 5289.3—2006《卧式铣镗床检验条件 精度检验 第3部分：带分离式工件夹持固定工作台的落地铣床》。
GB/T 23582.1—2009《立式铣床检验条件 精度检验 第1部分：单柱和双柱立式铣床》。
GB/T 23569—2009《重型卧式车床检验条件 精度检验》。
JB/T 6086—2013《数控龙门镗铣床精度检验》。
JB/T 10793.2—2007《高精度加工中心 第2部分：立式铣床 精度检验》。
精度检验国际标准：VDI/DGQ3441《机床运行精度和定位精度的统计测试方法》。
1）标准件试切加工：满足精度要求。
2）产品件加工：加工出合格产品。
1）机床加工、操作、编程功能的检测试验要求。
2）数控电气系统控制功能的检测试验要求。
3）机床安全保护功能的检测试验要求。
4）专用工艺特殊功能的检测试验要求。
按照技术协议要求，签订整体验收报告。验收报告内容包括：
1）几何精度。
2）数控位置精度。
3）加工试件及产品件。
4）数控电气系统功能。
5）资料图样。
6）备品备件。