近年來，隨著各行業(yè)對機加工產(chǎn)品要求的不斷提高和數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機床以其精度高、效率高和勞動強度低等諸多普通機床*的優(yōu)勢，成為當今制造業(yè)的主流加工設(shè)備。目前，一個企業(yè)設(shè)備數(shù)控化程度的高低已經(jīng)直接影響到了它的生存。那些擁有大量普通機床的工廠，正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。這些廠家效益不好的主要原因，一方面是大量普通機床閑置造成浪費，另一方面是沒有足夠的資金購買新的數(shù)控設(shè)備。因此，投入較少的資金，把原有機床進行升級改造，使之變成數(shù)控機床，就成了解決這一問題的辦法。現(xiàn)在，機床的改造，特別是把普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，已經(jīng)成為了我國廣大企業(yè)設(shè)備投資的重要組成部分。現(xiàn)將機床改造中要考慮的主要問題介紹如下：
1 伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的性能。例如，數(shù)控機床的zui高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類。在普通機床的數(shù)控化改造中，一般選用價格較低的開環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的執(zhí)行元件——伺服電機，通常采用步進電機或永磁式交流伺服電機。
步進電機是采用脈沖數(shù)字信號進行控制的，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱悖子诳刂疲Ｆ溥x擇的關(guān)鍵是對參數(shù)進行確定。確定參數(shù)的具體方法是：先計算電機的步距角，其次確定其步距精度，然后再對它的轉(zhuǎn)矩進行選擇，zui后選定步進電機驅(qū)動器。
永磁式交流伺服電機常用于進給驅(qū)動系統(tǒng)中，它容量大，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高，但啟動特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機的額定轉(zhuǎn)速，其次選擇其負載慣量，然后再確定它的額定轉(zhuǎn)矩，進行電機預(yù)選，zui后通過進一步的速度、加減速轉(zhuǎn)矩及連續(xù)工作轉(zhuǎn)矩的驗算確定預(yù)選電機是否符合要求。
2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的中樞，是其中zui關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，選擇時要保證能購得的系統(tǒng)，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
首先，要考慮被改造機床的功能要求。根據(jù)機床的功能要求選擇數(shù)控系統(tǒng)，以使數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標，而選擇了功能遠遠多于改造機床功能的系統(tǒng)，造成功能過剩、資金浪費，且在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加而帶來故障率升高的隱患。又要保證所選數(shù)控系統(tǒng)能滿足機床全部功能要求，不要出現(xiàn)一些因必須的系統(tǒng)功能短缺，影響其它功能的使用，使機床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來。
其次，要考慮數(shù)控系統(tǒng)的制造廠商。老牌跨國公司主要有德國的西門子、日本的發(fā)那科和三菱、法國的NVM等，國內(nèi)公司主要有中華數(shù)控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統(tǒng)的性能尚優(yōu)于國產(chǎn)系統(tǒng)，但價格也較高，因此適用于大型高精度機床。國產(chǎn)系統(tǒng)功能較簡單，性能較穩(wěn)定，價格便宜，對一般車床、銑床已能可靠使用，且近幾年國產(chǎn)系統(tǒng)也有長足進步，與*技術(shù)的差距越來越小。如中華數(shù)控公司，就憑借已其達到水平，且具有自主版權(quán)的數(shù)控技術(shù)和現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)基地在中國大地迅速崛起。該公司的中華數(shù)控系統(tǒng)曾在2004年舉行的*屆全國數(shù)控技能大賽上與西門子、發(fā)那科等系統(tǒng)同臺競技，充分發(fā)揮了其強大功能優(yōu)勢。使用此系統(tǒng)的參賽選手，有多人取得了很好的成績。可見，國內(nèi)系統(tǒng)功能也會越來越完善。
第三，要考慮數(shù)控系統(tǒng)與其它配件的匹配。如果數(shù)控系統(tǒng)、電機及驅(qū)動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時，就可能會出現(xiàn)輸入與輸出信號的不匹配及在傳送中信號產(chǎn)生滯后等現(xiàn)象。因此，選擇時要優(yōu)先考慮能提供進給伺服系統(tǒng)和主軸驅(qū)動的廠家的數(shù)控系統(tǒng)。
另外，在資金允許的條件下，盡量向廠家型號系列靠攏。一般廠商此類系統(tǒng)零件篩選更嚴格，制造工藝更規(guī)范可靠，性能穩(wěn)定，能更好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障，也有利于維修。
3 機床機械部件的改造
數(shù)控機床的機械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。因此，不能簡單地認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了機床數(shù)控改造的目的。而是應(yīng)該從機床自身的價值考慮，分析改造要達到的目標和所需投入。從該機床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來分析改造價值。對被改造機床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。其中包括機床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否符合改造要求，部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好，各坐標軸的機械傳動結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用，各項精度是否滿足要求，機床在加工中是否存在故障和歷*有無出現(xiàn)過重大故障。從該機床的投入產(chǎn)出率估算，確定zui終改造方案。
3.1主傳動系統(tǒng)的改造
在對主傳動系統(tǒng)進行改造時，一般應(yīng)盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機構(gòu)，只把主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)由原來的機械控制改變?yōu)橛蓴?shù)控系統(tǒng)控制。當然，如果為了擴大變速范圍，實現(xiàn)加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機更換為多速電機，這樣可以使機床性能更好。但多速電機的功率是隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電機功率要大，且還要增加一套電機變速系統(tǒng)，改裝比較麻煩。對普通機床進行簡易數(shù)控改造時，不要用這種方法。另外，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然的，要在主軸箱內(nèi)安裝一個與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器。如普通車床改裝為數(shù)控車床時，在主軸箱內(nèi)裝主軸脈沖編碼器，以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。
3.2進給傳動系統(tǒng)的改造
在對進給傳動系統(tǒng)進行改造時，一般都應(yīng)該把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構(gòu)全部拆除。而每個方向的進給傳動都改由各自獨立的功率步進電機，經(jīng)減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實現(xiàn)各坐標方向的運動，進行各坐標的控制。例如普通機床的簡易化數(shù)控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進給箱的傳動路線切斷，且將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進電機安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。
在對機床進給傳動系統(tǒng)改裝的同時，也要對此傳動系統(tǒng)中的傳動裝置元件進行相應(yīng)的改造。具體如下：
（1）絲杠。絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。改造時，為了滿足數(shù)控機床上較高精度零件的加工要求，應(yīng)該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變?yōu)榱藵L動摩擦，使摩擦損失減小，精度保持性、傳動平穩(wěn)性、傳動效率等都得以提高。其傳動效率可達到92%～98%，是普通絲杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的zui終坐標精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅(qū)動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩種。剛性調(diào)整法傳動剛度較好，結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整起來很費時；柔性調(diào)整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側(cè)間隙，傳動剛度較低，傳動平穩(wěn)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。改造中，可根據(jù)機床加工目標選用。具體選用可參考有關(guān)資料。
（3）機床導(dǎo)軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應(yīng)充分考慮機床導(dǎo)軌的耐磨性。當前國內(nèi)普通機床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對達不到預(yù)定要求的原機床導(dǎo)軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。
4 刀架的改造
刀架是否需要進行改造，要根據(jù)改造后機床主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機床上的加工，就沒有必要對刀架進行改造。若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行改造。即拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅(qū)動，由數(shù)控裝置控制的自動刀架。
機床的數(shù)控化改造要考慮的因素很多。除了上面提到的主要內(nèi)容外，由于機床控制方式的改變，還要對其進行電氣部分的重新設(shè)計，機械部分的大修和專項修理，解決調(diào)試、安裝等多方面存在的問題。總之，在改造過程中，一定要全面綜合地考慮問題。只有這樣才能改造出性能價格比*的機床.
在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等*于一體，具有高精度、率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化;在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理;在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了*集中控制的群控加工。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。
1.智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和zui終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。
2.高速、高精加工技術(shù)發(fā)展的新趨勢
高速高精化速度、精度和效率是機械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精化已大大提高。zui大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。目前，我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以告訴加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度zui大60 m/min，快速100 m/min，加速度為2g，主軸轉(zhuǎn)速高達60000r/min，加工一薄壁飛機零件只需要30min，而同樣的零件在一般高速銑床上加工需要3h，在普通銑床上加工需要8h。
在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10um提高到了5 um，精密級加工中心已從3~5 um提高到了1~1.5 um，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.01 um）。
在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值已達到30000h以上，表現(xiàn)出了非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如：直線電機、電主軸得到了快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。
3.數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展
20世紀90年代以來，由于計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴展性，并可以較容易的實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國科學制造中心（NCMS）與*共同領(lǐng)導(dǎo)的"下一代工作站/機床控制器體系結(jié)構(gòu)"NGC，歐共體的"自動化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)" OSACA，日本的OSEC計劃等。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進行的系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。
4.對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考
我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握*制造核心技術(shù)，否則在新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進一步"空芯"。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的"加工中心"和"組裝中心"，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口zui多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定。。