三坐標數控加工中心改造設計摘要：現今一些早期投入使用的數控設備早已老化，這之中包含了相當多的關鍵設備。當設備老化時，設備故障種類逐漸增多，設備故障頻率日益增加，數控系統運行穩定性降低，加工的可靠性降低，造成了工件報廢，從而對科研生產的正常運行造成了極大的阻礙。且一些設備廠商對過早的設備早已停止生產備件，如不改造故障時已無法修復。因而需要對老化的設備進行升級改造以保證科研生產的順利進行。0、引言對于數控加工中心的改造需要從電氣部分，機械部分兩方面進行分析。改造時應比照原設備的結構設計，在不破壞不降低原設備的功能的前提下進行升級改造。電氣部分包含了對新的數控系統的選用，伺服系統的匹配與連接，PLC單元的控制連接，ATC系統編入控制。機械部分包含了機械精度的恢復，潤滑系統的選用與改進，氣壓與液壓系統的控制，立式加工中心主軸配重的平衡。1、電氣部分（1）數控系統數控系統是數控設備的核心。數控系統的升級改造占數控設備改造的最大比重。當今最常見的兩種數控系統為SIEMENS和FANUC，這兩種數控系統最為主流，技術最為成熟，市場占有量最大，備件數也最多。因而在改造的數控系統改造選型時應從這兩種數控系統中選擇。在數控系統的選型時應保證新的數控系統的系統精度不低于原數控系統精度。由于數控系統不斷的進行更新換代。因而數控系統都具有從生產銷售到停產備件的生命周期。所以系統的版本在要求成熟穩定的同時選用較為新型系統版本，從而保證系統運行的穩定性同時具有較長的使用生命周期。（2）伺服系統數控加工中心的伺服系統是以機床移動部件位移和速度為控制對象的自動控制系統，由伺服電機、伺服驅動裝置、機械傳動裝置、位置檢測裝置等組成。伺服驅動單元受數控系統直接控制。在動力方面，伺服驅動裝置對伺服電機起到供電作用，在精度方面，伺服驅動裝置通過位置檢測裝置控制著伺服電機的增益控制，變速比，運行平穩性，以及運行精度。選用新的伺服電機應在電機的扭矩和功率方面不低于原電機性能，這樣保證了新電機伺服電機滿足對原機械機構的拖動能力，以及運行時的穩定性。（3）PLC單元數控加工中心的所有輸入輸出信號都由PLC單元控制，對機床主軸的啟停、主軸抓松刀具、工件的夾緊與松開、冷卻液開關、刀具更換、工件及工作臺交換、液壓與氣動以及潤滑系統等輔助功能進行順序控制。CNC、PLC和MT之間的信息交換包含以下四個部分。CNC傳送給PLCCNC送至PLC信息可有開關量輸出信號完成，也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。主要包括各種功能代碼M、S、T的信息，手動/自動方式信息及各種使能信息等。PLC傳送給CNCPCL送至CNC的信息由開關量輸入信號完成，所有PLC送至CNC的信息地址與含義由CNC系統確定，PLC編程只可以使用，不可改變和增刪。主要包括M、S、T功能的應答信息和各坐標軸對應機床參考點信息等。PLC傳送給MTPLC控制機床的信號通過PLC的開關量輸出接口送至MT中。主要用來控制機床的執行單元，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態指示和故障報警等。MT傳送給PLC機床側的開關量信號可通過PLC的開關量輸入接口送入PLC中，主要是機床操作面板輸入信息和其上各種按鈕、開關等信息，如機床的啟停、主軸抓松刀具、工件的夾緊與松開、各坐標軸點動、冷卻液開關、倍率選擇、各運動部件的限位開關信號等信息。（4）ATC系統數控加工中心都含有ATC系統，這是數控加工中心有別于一般數控設備的一大特點。ATC系統可以縮短非切削時間，提高生產率，并保證可主軸抓松刀具動作的準確度，從而提高了加工精度。刀庫的旋轉有通過伺服電機控制，這種形式的刀庫在實質上屬于一個獨立的伺服軸。也有PLC通過多個位置檢測開關進行刀庫的旋轉以及換刀動作。但無論是哪種結構，都可以在不破壞ATC系統的機械結構的基礎上，通過對刀庫電機進行更換從而改變ATC系統的使能及檢測結構。更換數控系統后需要根據新的數控系統對執行換刀動作的系統程序進行編寫，并需要重新編寫刀具表。2、機械部分當完成對設備電氣部分改造時，要進一步對設備的機械部分進行對新的系統的匹配調制以及部件更換。（1）機械精度數控加工中心的精度是數控加工中心各部分的自身精度組合聯動而成，每一部分都由自身的構成決定，同時也受其他部分的影響，其中主軸回轉精度由主軸內部的軸承、軸頸、軸承座孔等的制造與配合影響，同時也受主軸驅動電機的影響。主軸實際回轉軸線對其理想回轉軸線呈現周期性飄移，即為主軸回轉誤差，表現為主軸端面誤差與主軸徑向跳動。主軸軸承精度等級，主軸支撐軸頸的圓度誤差，主軸前后支撐的同軸度誤差，主軸箱體與主軸軸承系統的剛性，主軸及隨其回轉的零間的不平衡，主軸箱裝配質量及主軸回轉過程中的冷卻與潤滑等都影響了主軸的幾何精度。數控加工中心的線性軸相關的直線運動以及垂直度與機床的導軌和絲杠相關。導軌的精度由導軌鋪設形式，導軌自身的幾何精度，導軌的潤滑條件等因素影響。其中數控加工中心的三個線性軸之間的垂直度同時由三軸導軌之間的鋪設垂直效果和導軌自身的直線性精度兩項精度共同制約。垂直度時機床的幾何精度中最為重要的一項。除幾何精度外，對于線性軸尤為重要的還有線性軸的定位精度和重復定位精度。這兩項精度反映了該軸在行程內運動到任意位置的定位穩定性。這是衡量線性軸是否能穩定工作的基本指標。影響絲杠的精度的條件有：絲杠自身的直線性，傳動鏈的反向間隙誤差，滾珠絲杠的裝配精度和軸承精度，伺服電機的慣量匹配。（2）潤滑系統數控加工中心中潤滑系統主要包括主軸傳動部分，軸承，絲杠和導軌等部件的潤滑。對負載不大，極限轉速式移動速度不高的數控加工中心一般采用油脂潤滑。對負載較大，極限轉速式移動速度較高的數控加工中心一般采用油潤滑。數控加工中心的滾動導軌，滾珠絲杠及軸承，由于運動速度低，溫度上升較慢，因而使用油脂潤滑。如果不想改變加工形式，盡可能不要改變設備原潤滑形式。（3）氣壓與液壓系統氣壓與液壓系統在數控加工中心中常用來完成一些小型配合動作，如ATC系統，主軸平衡配重，防護門的打開與關閉，工作臺的松開與夾緊，以及主軸切削吹屑等。（4）立式加工中心主軸配重平衡立式加工中心的主軸配重平衡根據自身加工能力的傾向性是多種多樣的。在改造的過程中，由于新的伺服電機的屬性與原電機不同，又由于可能有新的加工形式的需求，因而可能對立式加工中心的主軸匹配形式進行調整甚至改變。用重錘配重這種形式比較常見，也比較簡單。用配重的重量來抵消主軸單元的重量，從而達到配重平衡，這種形式絲杠和電機的負載小。但速度較慢不適合高速切削。另一種形式是使用氣壓缸或液壓缸的壓力帶動鋼絲繩拖動主軸單元，從而達到平衡效果，使用氣壓缸