普通車床的數(shù)控化改造分析及數(shù)控裝置的選擇

闕焱彬　付　晉

[摘要]當前隨著新知識經(jīng)濟時代的到來，科技領(lǐng)域日新月異的發(fā)展，企業(yè)中傳統(tǒng)普通車床現(xiàn)有的加工技術(shù)已很難適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需求。文章針對普通車床數(shù)控化改造的內(nèi)容及數(shù)控裝置的特點進行探討。

[關(guān)鍵詞]普通車床；數(shù)控化改造；數(shù)控裝置

[作者簡介]闕焱彬，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系教師，研究方向：機械制造及加工，廣西柳州，545006；付晉，煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)系教師，研究方向：數(shù)控編程及加工工藝，山東煙臺，264006

[中圖分類號]TG659

[文獻標識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)02—0037—0001

一、普通車床數(shù)控化改造分析

數(shù)控車床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，是機械制造業(yè)中使用量最大、覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，主要用于加工各種軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件。其可以很好地解決現(xiàn)代制造中的復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工問題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率。但其價格較昂貴、一次性投資大，往往使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機床大國，數(shù)控化的道路漫長，對普通車床進行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速有效的途徑。普通車床的數(shù)控化改造具有針對性強、大大節(jié)約原材料和資金以及擴大機床應(yīng)用范圍等優(yōu)點，因此，走改造之路不失為上策。

(一)可行性

普通車床改造成數(shù)控車床是指對普通車床某些部位機械結(jié)構(gòu)做一定的改造，加上數(shù)控裝置，從而使普通車床具有數(shù)控加工能力。

從提高資本效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮車床的原有功能和改造后的新增功能，提高機床的使用價值；數(shù)控改造費用低，減少了投資額，經(jīng)濟性好。數(shù)控改造費用僅為新購一臺數(shù)控車床費用的15％。25％，同購置新車床相比，一般可以節(jié)省75％～85％的費用；增強了功能，如圓弧加工、錐度加工，這是傳統(tǒng)加工方法難以實現(xiàn)的；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。

(二)市場效益

機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。用普通車床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長。社會擁有大量的普通車床，把這種車床改造為數(shù)控車床，會收到良好的經(jīng)濟效益。還有許多學(xué)校的實習(xí)工廠，如果把普通車床改造為數(shù)控機床，在降低成本的同時，又方便了教學(xué)和培訓(xùn)的各環(huán)節(jié)。

二、普通車床數(shù)控化改造的內(nèi)容

車床的數(shù)控化改造主要內(nèi)容包括以下幾點：一是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造；其二是恢復(fù)車床十八項精度，對存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)；其三是翻新。為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度，對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新；其四是NC化，在普通車床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床。具體內(nèi)容包括：總體設(shè)計方案的確定、對機床導(dǎo)軌進行改造設(shè)計和自動回轉(zhuǎn)刀架的選型和安裝等。

三、數(shù)控裝置的選擇

分析了改造的可行性和確定改造內(nèi)容后，應(yīng)進行有針對性的數(shù)控系統(tǒng)裝置的選擇。

目前市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型比較多，選擇前首先應(yīng)對擬改造的數(shù)控機床自身功能有一個充分的了解，可依據(jù)價格合理、技術(shù)先進、服務(wù)方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。在經(jīng)濟能力許可的情況下，盡量選用名牌產(chǎn)品。此類數(shù)控系統(tǒng)，零件篩選嚴格、制造工藝規(guī)范可靠，對出現(xiàn)的因電器元件故障或提前失效引起的設(shè)備故障，有極好的預(yù)防作用。而且也應(yīng)注重數(shù)控系統(tǒng)的功能選擇。不應(yīng)單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標，這對于實現(xiàn)較高的性能價格比非常重要。數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準備改造的數(shù)控機床所能達到功能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。因為數(shù)控系統(tǒng)功能過剩，一方面浪費資金；另一方面，還可能潛伏由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加而帶來的故障率增加的隱患。數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型：開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。在改造時應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇，在實際的改造過程中通常采用開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

(一)步進電動機驅(qū)動，沒有檢測反饋的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要特征是控制電路變換一次指令脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個步距角。數(shù)控系統(tǒng)輸出的進給指令信號通過環(huán)形分配器來控制驅(qū)動電路，它以變換脈沖的個數(shù)來控制坐標位移量，以變換脈沖的頻率來控制位移速度，以變換脈沖的分配順序來控制位移方向。因此，該控制方式的最大特點是控制方便、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜。但機械傳動誤差沒有經(jīng)過反饋校正，位移精度不高。早期的數(shù)控改造均采用該控制方式，該類控制方式所配的數(shù)控裝置也多由單片機或單扳機組成，使得整個控制系統(tǒng)的價格較低。

(二)交／直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在伺服電動機或絲杠端部，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但其結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機做成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后車床要達到的各種精度、驅(qū)動電機的功率和用戶的要求。

四、結(jié)論

經(jīng)過探討，我們認為普通車床的數(shù)控化改造是企業(yè)和相關(guān)專業(yè)學(xué)校實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和教學(xué)數(shù)控化的一個經(jīng)濟有效的途徑。改造時采用開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但缺點是位移精度不高；相對而言，采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)在精度上要比開環(huán)控制系統(tǒng)的高；而閉環(huán)控制系統(tǒng)價格較高。相關(guān)人員可根據(jù)自身情況進行選擇。