摘要：现今一些早期投入使用的数控设备早已老化，这之中包含了相当多的关键设备。当设备老化时，设备故障种类逐渐增多，设备故障频率日益增加，数控系统运行稳定性降低，加工的可靠性降低，造成了工件报废，从而对科研生产的正常运行造成了极大的阻碍。且一些设备厂商对过早的设备早已停止生产备件，如不改造故障时已无法修复。因而需要对老化的设备进行升级改造以保证科研生产的顺利进行。
0、引言
对于数控加工中心的改造需要从电气部分，机械部分两方面进行分析。改造时应比照原设备的结构设计，在不破坏不降低原设备的功能的前提下进行升级改造。
电气部分包含了对新的数控系统的选用，伺服系统的匹配与连接，PLC单元的控制连接，ATC系统编入控制。
机械部分包含了机械精度的恢复，润滑系统的选用与改进，气压与液压系统的控制，立式加工中心主轴配重的平衡。
1、电气部分
（1）数控系统
数控系统是数控设备的核心。数控系统的升级改造占数控设备改造的最大比重。当今最常见的两种数控系统为SIEMENS和FANUC，这两种数控系统最为主流，技术最为成熟，市场占有量最大，备件数也最多。因而在改造的数控系统改造选型时应从这两种数控系统中选择。
在数控系统的选型时应保证新的数控系统的系统精度不低于原数控系统精度。由于数控系统不断的进行更新换代。因而数控系统都具有从生产销售到停产备件的生命周期。所以系统的版本在要求成熟稳定的同时选用较为新型系统版本，从而保证系统运行的稳定性同时具有较长的使用生命周期。
（2）伺服系统
数控加工中心的伺服系统是以机床移动部件位移和速度为控制对象的自动控制系统，由伺服电机、伺服驱动装置、机械传动装置、位置检测装置等组成。
伺服驱动单元受数控系统直接控制。在动力方面，伺服驱动装置对伺服电机起到供电作用，在精度方面，伺服驱动装置通过位置检测装置控制着伺服电机的增益控制，变速比，运行平稳性，以及运行精度。选用新的伺服电机应在电机的扭矩和功率方面不低于原电机性能，这样保证了新电机伺服电机满足对原机械机构的拖动能力，以及运行时的稳定性。
（3）PLC单元
数控加工中心的所有输入输出信号都由PLC单元控制，对机床主轴的启停、主轴抓松刀具、工件的夹紧与松开、冷却液开关、刀具更换、工件及工作台交换、液压与气动以及润滑系统等辅助功能进行顺序控制。
CNC、PLC和MT之间的信息交换包含以下四个部分。
CNC传送给PLC
CNC送至PLC信息可有开关量输出信号完成，也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。主要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动/自动方式信息及各种使能信息等。
PLC传送给CNC
PCL送至CNC的信息由开关量输入信号完成，所有PLC送至CNC的信息地址与含义由CNC系统确定，PLC编程只可以使用，不可改变和增删。主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应机床参考点信息等。
PLC传送给MT
PLC控制机床的信号通过PLC的开关量输出接口送至MT中。主要用来控制机床的执行单元，如电磁阀、继电器、接触器以及各种状态指示和故障报警等。
MT传送给PLC
机床侧的开关量信号可通过PLC的开关量输入接口送入PLC中，主要是机床操作面板输入信息和其上各种按钮、开关等信息，如机床的启停、主轴抓松刀具、工件的夹紧与松开、各坐标轴点动、冷却液开关、倍率选择、各运动部件的限位开关信号等信息。
（4）ATC系统
数控加工中心都含有ATC系统，这是数控加工中心有别于一般数控设备的一大特点。ATC系统可以缩短非切削时间，提高生产率，并保证可主轴抓松刀具动作的准确度，从而提高了加工精度。
刀库的旋转有通过伺服电机控制，这种形式的刀库在实质上属于一个独立的伺服轴。也有PLC通过多个位置检测开关进行刀库的旋转以及换刀动作。但无论是哪种结构，都可以在不破坏ATC系统的机械结构的基础上，通过对刀库电机进行更换从而改变ATC系统的使能及检测结构。更换数控系统后需要根据新的数控系统对执行换刀动作的系统程序进行编写，并需要重新编写刀具表。
2、机械部分
当完成对设备电气部分改造时，要进一步对设备的机械部分进行对新的系统的匹配调制以及部件更换。
（1）机械精度
数控加工中心的精度是数控加工中心各部分的自身精度组合联动而成，每一部分都由自身的构成决定，同时也受其他部分的影响，其中主轴回转精度由主轴内部的轴承、轴颈、轴承座孔等的制造与配合影响，同时也受主轴驱动电机的影响。主轴实际回转轴线对其理想回转轴线呈现周期性飘移，即为主轴回转误差，表现为主轴端面误差与主轴径向跳动。主轴轴承精度等级，主轴支撑轴颈的圆度误差，主轴前后支撑的同轴度误差，主轴箱体与主轴轴承系统的刚性，主轴及随其回转的零间的不平衡，主轴箱装配质量及主轴回转过程中的冷却与润滑等都影响了主轴的几何精度。
数控加工中心的线性轴相关的直线运动以及垂直度与机床的导轨和丝杠相关。导轨的精度由导轨铺设形式，导轨自身的几何精度，导轨的润滑条件等因素影响。其中数控加工中心的三个线性轴之间的垂直度同时由三轴导轨之间的铺设垂直效果和导轨自身的直线性精度两项精度共同制约。垂直度时机床的几何精度中最为重要的一项。
除几何精度外，对于线性轴尤为重要的还有线性轴的定位精度和重复定位精度。这两项精度反映了该轴在行程内运动到任意位置的定位稳定性。这是衡量线性轴是否能稳定工作的基本指标。
影响丝杠的精度的条件有：丝杠自身的直线性，传动链的反向间隙误差，滚珠丝杠的装配精度和轴承精度，伺服电机的惯量匹配。
（2）润滑系统
数控加工中心中润滑系统主要包括主轴传动部分，轴承，丝杠和导轨等部件的润滑。
对负载不大，极限转速式移动速度不高的数控加工中心一般采用油脂润滑。
对负载较大，极限转速式移动速度较高的数控加工中心一般采用油润滑。
数控加工中心的滚动导轨，滚珠丝杠及轴承，由于运动速度低，温度上升较慢，因而使用油脂润滑。
如果不想改变加工形式，尽可能不要改变设备原润滑形式。
（3）气压与液压系统
气压与液压系统在数控加工中心中常用来完成一些小型配合动作，如ATC系统，主轴平衡配重，防护门的打开与关闭，工作台的松开与夹紧，以及主轴切削吹屑等。
（4）立式加工中心主轴配重平衡
立式加工中心的主轴配重平衡根据自身加工能力的倾向性是多种多样的。在改造的过程中，由于新的伺服电机的属性与原电机不同，又由于可能有新的加工形式的需求，因而可能对立式加工中心的主轴匹配形式进行调整甚至改变。
用重锤配重这种形式比较常见，也比较简单。用配重的重量来抵消主轴单元的重量，从而达到配重平衡，这种形式丝杠和电机的负载小。但速度较慢不适合高速切削。
另一种形式是使用气压缸或液压缸的压力带动钢丝绳拖动主轴单元，从而达到平衡效果，使用气压缸的因压力和耗气量较大，需要安装储气罐，而使用液压缸的需要液压站供给。
还有一种较新的形式是有Z轴电机抱闸直接控制平衡。这种形式的优点是结构简单，不需要其它机械结构配合，但此种结构对Z轴伺服电机的负载较大，仅适用于较轻的主轴。而且在条件允许的情况下，最好还保有其他形式的配重进行安全保障工作。