数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作用，机床数控化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数控化率有两个途径:一是购买新的数控机床，即更新设备:二是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧机床换上新部件、新装置和新附件，提高现有机床的技术性指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。随着制造业的迅猛发展，企业要在激烈的市场竞争中生存和发展，就需要以最低的价格，最好的质量和最短的时间去生产满足市场的产品。而工厂的现有加工设备直接影响着产品质量的优劣，制造周期的快慢，生产成本的高低。因此，提高企业加工制造装备的数控化率则是主要途径。目前我国众多制造类企业拥有大量使用时间较长的普通机床，其加工精度低，自动化程度不高，生产率低，适应性差，但从企业的投资成本及产业连续性考虑，普通机床又不能马上被淘汰。因此将普通经济型车床进行数控化改造，不失为一项提高产品生产率及加工质量且投资少的有效途径。
数控机床工作原理及组成
数控机床加工零件时，首先应编制零件的加工程序，这是数控机床的工作指令。将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变化、起停，进给运动的方向、速度和位移量以及其它如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的开、关等动作，使刀具与工件及其它辅助装置严格的按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成，其组成框图如下图所示：
总体方案设计
普通经济车床的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。在确定机床微机改造的总体方案时，首先要明确技术经济指标，一个目标一个方案。举例来说，普通车床的改造有的是为了解决难加工的曲线曲面，有的是为了提高劳动生产率，有的是为了提高零件加工的一致性等，一般都有明确的工艺目的，由此确定改造的对象和技术要求，并将具体的技术参数用文件形式固定下来，编写出设计任务书，作为设计的原始依据。
总体方案设计的内容包括系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出系统的总体方案，并对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案[2]。确定方案时，应仔细地考虑机床与控制部分相互间的各种要求，做出合理的设计，不仅要考虑各种高效能、自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术的先进性与经济的合理性较好地统一起来。
由于主要是满足中小型低成本企业对数控机床需求及各类职业院校培养数控机床装调维修方向技能型人才所开展的项目化实训教学为主的经济型数控改造，所以在考虑普通经济车床的数控改造总体设计方案时，应遵循的原则是：在满足设计要求及机床加工性能的基础前提下，对机床整体结构的改动应该尽可能的少，以降低经济成本。所以在拟定改造方案时，采用开环控制方式对机床纵横向进给系统进行控制，运用步进电机作为数控机床进给系统的驱动，通过滚珠丝杠螺母副将步进电机传出的回转运动改变成刀具的直线移动，将四方刀架更换为自动转位刀架。改造的C618普通机床的主运动和进给运动分离开，电机仅带动主轴的回转，车床的纵横向进给运动，则是由重新选择的步进电机分别带动的。丝杠摩擦系数小、效率高，用来实现而刀架的进给运动[3]。
数控部分的设计改造
4.3.1 数控系统运动方式的确定
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。以C618车床为例，C618车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统[4]。
4.3.2伺服进给系统的设计改造
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统[5]。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上序比较，由于作为案例改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以可以采用开环控制系统。
4.3.3 数控系统的硬件电路设计
数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。数控装置的设计方案通常可以全部自己设计制作；可以采用单板机或STD模块或工控机改制；可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动等三种在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证，第二种从经济预算上相对而言不太划算，因此本设计采取第三种方案，即选用现成的数控装置作少量的适应化改动。
4.4 机械部分的设计改造
为了能使普通机床更好地在控制系统的控制下进行高精度加工，应对其机械部件进行改动。例如，导轨副要具有很好的精度，要有良好的耐磨损性，不应产生死区。齿轮副为了保证精度，改动中应使用高精度等级齿轮，安装上要达到无间隙的传递。滑动丝杆与滚珠丝杆要保证丝杆没有大范围磨损，螺距误差和累积误差以及配合间隙都要在合理范围内。
4.4.1 主传动部分的改造设计
为了保证机床的使用寿命和较高的精度等级，应考虑零件和部件的耐磨性，在改装导轨时，如果不需要较高的精度等级可继续使用滑动导轨，但是要检查原导轨的使用情况，判断是否需要更换。如果机床要有较高的精度等级，需要换为滚动导轨，应使用高强度轴承钢制成的导轨，但改装工作量大，费用高，工作复杂。针对这些缺点，我们可以采用贴塑导轨，在效防止爬行的同时具有良好的润滑作用，且零部件不需要更换，节省了改造时间，性价比较高[6]。此外，将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。
4.4.2 进给机构的改造
将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。对于要求不高的机床不需要加装减速驱动装置，但是对于要求高，精度高的机床，要在电动机与丝杆之间安装此装置，借此得到所需的脉冲当量和驱动力矩。拖板是控制系统直接控制的对象，被加工零件的坐标精度受拖板精度的影响。为了提高拖板运动的精度，可加装减速齿轮箱，或是采用刚性调整法来消除配对齿轮之间的传递间隙。
4.4.3 其它部件的改造
机床的工作台(或刀架)及其传动机构是机床改造的重点，改造的好坏直接影响到伺服系统的品质可以说机床的微机改造是从机械部分改造的整体方案人手的设计时可借鉴数控机床的结构特点及设计要求。在刀架部分，拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。此外，防护装置也很重要，应在丝杆上加装防护罩，对轨道和拖板的接触断面进行密封，防止异物划伤导轨，对精密元件要安装防尘装置。
