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1 數控機床改造中最基本的要求

1.1被定為改造對象的數控機床，其機械精度一定要達到相應水平，改造才具有價值和實際意義。否則數控系統及伺服部分水平再高也沒有作用。首先應了解和掌握用戶對設備已經使用的情況、目前設備出現的問題、需要改造的是哪些方面、要求達到什么目標等。力求全面掌握設備的參數，以確定選型及等級，如I/O點數、存儲容量、根據實際需要確定改造檔次。改造后的數控機床要達到：有高的靜動態剛度；運動副之間的摩擦系數��；傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。數控機床改造時應盡量達到上述要求，才能獲得預期的改造目的。

1.2資料收集、編輯和保存應貫徹改造全過程。機床的原始資料是了解機床出廠狀況的最基本資料，其中電氣原理圖、電氣維修手冊、控制程序，都是需要仔細研究的。特別需要注意的是原始資料提供的信息不完全是正確的。國外機床廠有的提供的是系列型號的通用圖紙，有的時候機床出廠前的電氣硬件改動沒有在電氣資料上體現，這就要求我們一定要對照機床實物，把關鍵環節的每個細節一一落實，避免犯錯誤。一些大型、重型數控設備，生產廠家是按用戶的需求設計制造，因此在系統和結構上都有一些特殊之處，如生產廠家設計制造出更適合具體機床需要的操作面板方便于用戶，包括對其中字母鍵、數字鍵與功能鍵的安排與CNC及PLC的窗孔顯示能力大小有關的一系列個性化考慮。
還有的制造商根據用戶需求，在診斷頁中增添許多有助于今后維修和故障排除的頁面等，改造這類設備首先要加強技術資料收集。其次要遵守先有圖樣，按圖施工原則，修改處應及時記錄，整個工程線路十分繁雜，如果全部調試結束以后，再開始整理時就很容易疏漏。應給用戶留下完整的、準確的改造資料。至少包括使用手冊、編程手冊、PLC梯形圖、硬件接線圖等。

1.3改造專業隊伍中，至少要有一名對整個數控機床包括控制機、PLC系統、伺服系統、機械系統比較熟悉的專家作出總體規劃。從造型、訂貨、材料準備、布線、PLC編程、機械改裝、調試、驗收等重要環節作出妥善安排；協調各方面的工作，這樣往往可以縮短改造周期，并保證改造質量。

1.4為配合電氣改造而進行的機械大修改造的測量、計算、設計、繪圖、零件制作等應先期完成。同時對停機后需拆、改、加工的部分等應事先規劃完畢，提出明確要求，與整個改造工作銜接得當。原則上進口設備改造一般仍采用進口數控系統；國產設備改造仍采用國產數控系統。

1.5數控改造中涉及機械改裝、電氣布線、PLC編程等主要方面時，要與用戶很好地配合。對數控改造者而言，最關心的是原機床的接口軟件(包括PLC、PAL、PMC等)和電氣連接圖。該軟件和硬件連線關系到數控系統和特定機床的匹配。而伺服系統和機床的連接相對比較直觀和明了。

2 維修和改造中出現的要點及技巧

2.1 大、中型數控機床的主軸一般都具有齒輪變速傳動方式。這是為了保證低速時可傳遞較大的轉矩，同時又能擴大恒功率區域的變速范圍。齒輪變速存在一個“掛檔”的問題。在掛檔時為預防頂齒現象常采取電機瞬動來完成，因此要注意：大慣量部件的延時需用時間繼電器檢測。掛檔限位開關應回答計算機掛檔成功與否，由于掛檔的瞬間點動需向接口輸出短時運動命令，因此在PLC中很難實現，因為PAL系統無法處理電機的運動問題。所以在面板上要保留手動掛檔按鈕開關，對這種問題需要特別注意。在大型、專用機床的數控改造中，為實現一些特殊功能要求，可以采用參數宏調用。目的是在零件加工程序和PLC程序之間傳遞信息。另外在某些情況下，用戶可自定義一些G碼與M碼，實際是調用一個專用子程序完成特定功能。此外，夾緊、放松問題在大型專用設備中比較突出，為了在大慣量條件下準確定位，坐標軸在到達目的位置時應立即夾緊，運動時立即放松。為了避免夾緊時抖動，有時需要對坐標軸分成低夾及高夾兩個程度。這些功能的要求就增加了接口軟件編寫的難度。

2.2對數控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數控機床的要求，以保證機床加工精度。

2.3一般來講，進口數控機床電氣柜以及柜內的元器件即便使用了相當年限，其性能及參數還能保持相當穩定，所以在改造高檔進口數控機床一般電氣柜不作大拆大改。有的二手機床的電氣柜狀態比較差，或者用戶認為電氣柜元器件故障率太高就可以采取全套更換的方式，至于采用國際名牌還是國產合資品牌，則取決于用戶的投入。在用戶資金許可的前提下，可盡量選用質量和外觀都很好的國際名牌。電纜作為傳輸信號其作用不可小窺，在我們的改造項目中，凡是與數控驅動測量系統直接相關的電纜，我們只選擇原裝電纜，但是大型主軸電機的電力電纜由于價格過于高昂，故不考慮原裝電纜。

2.4絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90％以上；精度高，壽命長；起動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機起動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。

2.5振蕩軸的軟件維修。機械部分磨損后，將使到位帶不能滿足要求而會引起某坐標軸的振蕩。一般對新型數控系統而言比較簡便，只需修改一下到位帶參數即可。但對舊設備尤其較早的數控系統就比較難辦，要找出原NC系統中的有關參數，將其到位帶和夾緊帶適當擴大，即可臨時性解決軸的振蕩問題。但要徹底解決還必須使機械部分的磨損得以修復才行。

2.6系統改造完以后，進行調試以及確定合理的驗收標準，也是技術準備工作的重要一環。調試工作涉及機械、液壓、電氣、光學、控制、傳感等，因此必須由項目負責人進行，其他人員配合。調試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進行，也可先局部后全局，先子系統后整系統進行。驗收標準是對新系統的考核，制定時必須實事求是，過高或過低的標準都會對改造工作產生負面影響。標準一旦確定下來，不能輕易修改，因為它牽涉到整個改造工作的各個環節。

3 維修和改造中出現的問題及對策

3.1亂接中線至PE。國標GB/T 52261中明確規定，“在電氣設備內部，中線和保護接地電路之間不應相連。也不應把PE兼用端子在機械電柜內部使用”。但在現場維修和改造翻新工作中，不止一例經過維修和改造后的數控機床，由于增加器件，需要AC220 V電源，就直接將三相380 V中的一相與機床PE接地端構成AC220 V。顯然，當P處因機械故障斷開時，此時設備就成為一個對地有AC220 V電壓帶電體。也有在增加三相用電的器件后，將找出的中線接到了PE端子上。這樣就對操作者或任何接近機床的人員構成直接電擊的危險。
一般情況下，機床生產廠按國標規定，只有在用戶同意時，方可使用中線。使用中線應在技術文件(安裝圖和電路圖)上表示清楚，并應對中線提供標有N的單用絕緣端子。因此，機床改造時，切不可圖省事亂接中線到PE。

3.2非單一電源。有些數控設備經維修、改造后增加了一些機構，因走線方便，或與其他設備有動作聯系，則新增部分的機構不是從該設備的電源切斷開關下方引線，而另外引線。從而違反了“把機械電氣設備連接到單一電源上”的規定。緊急情況時，切斷設備上的電源開關，卻不可能切斷設備的全部電流，造成對人員危害的潛在隱患。

3.3數控機床等設備的電氣柜通風，必須采取“正壓”方式。但在有些機床改造中，卻沒有實現。有一臺國產數控機床采用負壓通風，于是刀架上的切削液沿蛇皮管流入電柜；并使電纜地溝中的潮氣、切削時的粉塵等皆沿著各通道、縫隙進入電柜之中。該機床僅使用一年時間，電氣柜內線路板及各電氣件上就有一層污垢和明顯的水汽(凝露)痕跡。該機床故障頻繁，嚴重影響生產的正常進行。在GB/T 5226.1中的13.3明確規定控制裝置的外殼一般應具備不低于IP 54的防護等級。

3.4電氣設備欠保護。在國標GB/T 5226.1中，對于連續工作的≥0.5 kW的電動機規定要有熱保護裝置。電動機的熱積累是電動機燒毀的重要原因。機床設備改造過程中，使用了與電動機不匹配的“時間-電流”保護器件，即保護器件與被保護器件繞組的時間常數差異較大時，往往起不到有效的保護作用。

3.5控制線路埋下隱患。對于涉及人員和設備安全的這類信號，如急停信號、超程信號、報警信號等，應為“用斷電的方式停車”和“切斷被控制器件的所有通電導線”(GB/T 5226.1中9.4.2.1)。但有的企業設計改型的數控機床，行程開關使用常開觸點，當機床不超程，正常工作時線路為“斷開”(低電平)，當運動部件超程將行程開關壓上時，線路閉合(高電平)。在機床調試過程中，維修人員為測量線路，將所接插頭拔下后沒能及時插上，結果在試車時線路始終處于常開狀態，控制器確認機床“正�！保�以致將絲杠軸承座撞壞。
控制電路中繼電器線圈一側接地，早已認為是避免故障、誤動作的有效安全措施。但在一些經過改造的機床設備中，繼電器線圈兩側均設有控制觸點或一端接電源、另一端接觸點的現象很普遍。由于線路在機床設備上穿上走下，若某處因機械磨損、絕緣失效、對地短路，繼電器誤動作，后果不堪設想。值得一提的是一些電氣改造的設計人員，常常將控制輸出端設計成集電極開路形式直接驅動繼電器線圈，雖一時方便，但同時也埋下事故隱患。

3.6安全操作的保護功能不完備。對于有飛濺危險的設備，沒有設計成聯鎖功能防護門；以及當需要確認操作人員雙手已離開危險動作區后，才能動作的部分，沒有設置雙手控制預防裝置；當缺相會造成電器燒毀的部分沒有設置三聯動斷路器，而分別使用三路保險等。滾珠絲杠副是精密元件，有的機床改造后由于保護功能欠缺，工作時灰塵特別是切屑及硬砂粒會進入滾道。有的在縱向絲杠上沒有加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導軌接觸的兩端沒有密封好，結果導致硬質顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。

3.7標準化意識淡薄，施工中蠻干。有的施工人員標準化意識淡薄，施工中蠻干，致使設備出事故。有一臺設備，電工布線為圖方便，將電源進線接到了熔斷器的下口，而將負載端接到了熔斷器的上口。當其他人員維修時，拔下熔斷器后誤認為熔斷器的下口已斷電，測量時虛驚一場，險些觸電被擊。至于在一些經過改造的數控機床上，技改工作者和施工人員將器件標識直接寫在或貼在器件上的現象更是屢見不鮮，一些易損件在維修更換后，標記便無蹤無影，給下一步維修工作造成極大困難，頗費周折。

3.8有些數控機床的改造，尤其是一些局部小改動，卻不在相關的技術文件中作出相應的修訂或說明，造成文件與實際狀況不符。一些設備經幾次修理改動后某些部分變成了無線號、無器件標識、無電路或機械圖樣的“三無”產品。而一般企業的設備管理部門往往對制造廠提供的技術文件管理比較嚴格，卻對維修改動后的記錄不予重視。這種狀況持續時間越久，則問題就越嚴重。數控設備對“具體人”或具體維修單位的依賴性就越明顯。從而降低了企業的市場競爭力，制約了企業的發展。因此，對擁有數控設備的企業，在設備改造過程中更要特別重視改造一方所提供的資料，是否確實符合GB的要求。這一點不經過確認，事實證明是企業設備管理中的一大缺口。

對數控系統制造商而言，在設計CNC軟件時，必須留出較大的變量，供PLC和機床參數使用，向開放式數控系統發展。對數控改造者而言，則要求他們對CNC工作原理，對機床電氣和機床結構及加工程序編制要有深刻的了解，對PLC編程有較好地掌握，對各個參數的含義及選擇要熟悉。只有這樣才可能正確有效的將CNC、伺服系統、機床電氣系統和機械部分集成于一體，最終交給用戶一臺經過改造或等于再制造的具有個性特色的大型、專用數控機床，使企業從中獲得更大的經濟效益，使資產獲得有效的增值。

總之，數控機床改造具有很好的發展前途，但它對數控系統制造商和數控機床改造者均提出較高的要求。我國的機床改造業，也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。機床改造作為新的經濟增長行業，是個“永恒”的課題，必將生機盎然。