機床各系統(tǒng)部件的再制造實踐

趙中敏

（淮海工學院工程訓練中心，江蘇 連云港 222005）

機床再制造總的原則是，在保證再制造機床工作精度及性能提升的同時，兼顧一定的經濟性。具體講，就是從技術角度對老舊機床進行分析，考察其能否進行再制造，其次要看這些老舊機床是否值得再制造，再制造的成本有多高，如果再制造成本太高，就不宜進行。例如機床床身如果發(fā)生嚴重破壞（如床身產生裂紋甚至發(fā)生斷裂），這樣的機床就不具備再制造的價值，必須回爐冶煉。再如機床主軸如果發(fā)生嚴重變形，床頭箱也無法繼續(xù)使用，則也不具備再制造的價值。雖然這類機床可通過現有的技術手段進行恢復，但再制造的成本較高，一般企業(yè)不會采用。

一、機床機械部件的翻修

隨著機床服役時間的增加，機床主要零部件，包括導軌、拖板、軸承座、齒輪副等部位都出現不同程度的磨損。為確保零件加工精度要求，需要對機床進行翻修來恢復機床的機械精度。

1.機床導軌改造

普通機床的導軌多數采用滑動導軌，這種導軌的缺點是靜摩擦系數大，在低速時易出現爬行現象，直接影響運動部件的平穩(wěn)性和定位精度。為了克服這一缺點，數控改造時，若把滑動導軌改為滾動導軌或靜壓導軌，要求工藝復雜，許多零部件需要加工或更換，改裝工作量大、費用多、周期長，實現起來較困難，在一般的數控改造中應用較少。常用的改裝方案是采用貼塑導軌，即在原來導軌上粘貼聚四氟乙烯導軌軟帶。這樣能有效防止爬行，具有自潤滑性，延長導軌壽命，且零部件不需要更換，加工部位少，改裝工作量小、周期短、費用低。

2.拖板的改進

拖板是數控系統(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，被加工零件的最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，由驅動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結構，以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消除間隙的方法有剛度調整法和柔性調整法。剛性調整法傳動剛度較好，結構簡單，但調整起來很費時。柔性調整法一般用彈簧彈力自動消除齒側間隙，傳動剛度較低，傳動平穩(wěn)性差，結構復雜，改造中可根據機床加工目標選用，具體選用可參考有關資料。

3.主軸旋轉精度調整與維修

主軸旋轉精度調整與維修包括調整錐形螺紋松緊度、更換主軸軸承及采用電刷鍍技術修復軸承座孔磨損。

4.保證齒輪精度

一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪須滿足數控機床要求，以保證機床加工精度。

5.主傳動機械部分的改進

為了滿足各種加工要求，要使主軸從低到高獲得多種不同轉速。普通機床的主軸一般通過主軸齒輪箱實現多級變速，并且變速時一般還需由手工拉動撥叉進行換擋。一般機械齒輪擋數較多，變速箱結構復雜，體積龐大，在運轉過程中，尤其高速運轉時，振動和噪聲較大，會對零件加工精度產生不良影響。數控機床可以采用交流或直流電動機無級調速，并為擴大輸出扭矩，增加了2～4擋齒輪減速。對舊機床進行數控改造，可考慮采用交流變頻調速，即仍然利用原主軸交流電動機，再配備上相應的變頻器。而對于原主軸齒輪箱部分，應根據齒輪箱的結構和機械磨損程度，考慮改進或保留主軸齒輪箱，由于采用無級變速，可減少變換擋數，對于手動換擋應考慮采用電氣自動換擋。一般在機床數控化再制造過程中，主要采用電磁離合器換擋。對于要求實現每轉同步進給切削的加工，例如螺紋加工，還需要在主軸旋轉的相應部位安裝主軸旋轉編碼器。

二、運動系統(tǒng)的改進

對機床數控化再制造機床運動精度的要求與普通機床的大修是有區(qū)別的，整個機床運動精度的恢復與機械傳動部分的改進，需要能夠滿足數控機床的結構特點和數控加工的要求。

1.滑動絲杠與滾珠絲杠

絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求，被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況下滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高零件的加工。

滾珠絲杠摩擦損失小、效率高（其傳動效率可在90%以上）、精度高、壽命長，啟動力矩和運動時力矩相接近，可降低電機啟動力矩，因此可滿足較高精度零件加工要求。

2.縮短傳動鏈

進給系統(tǒng)的改進主要是減少進給箱內的齒輪對數，縮短進給傳動鏈，由伺服電機直接驅動絲杠或只有一級變速裝置，這樣可大大減少傳動鏈各級之間的誤差傳遞，同時增加傳動元件，消除間隙裝置，提高反向精度。普通機床在數控化再制造時，往往是取消原進給箱，換成僅一級減速的進給箱或同步帶傳動。傳遞元件要有消除或減小間隙的裝置并由伺服電機直接驅動。

三、控制系統(tǒng)的合理選擇

目前，我國自行研制的經濟型數控系統(tǒng)，大多采用步進電機作為伺服系統(tǒng)，其步進脈沖當量多為0.01mm，實際加工出的零件，綜合誤差可小于0.05mm，其控制精度要比目前手工操作高很多。提升系統(tǒng)控制精度的主要工作是選擇合適性價比的數控系統(tǒng)及相應的伺服系統(tǒng)。

1.數控系統(tǒng)的選擇

在實際工程中，數控系統(tǒng)的選擇存在以下問題：①功能選擇不合理，或是所選系統(tǒng)的功能遠多于改造后機床的功能，或是一些必需的系統(tǒng)功能沒有購買。前者會造成成本浪費，后者會造成功能的短缺，影響其他功能的使用而造成損失。②系統(tǒng)檔次與機床檔次不匹配。造成了系統(tǒng)功能的浪費或機床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來。③數控系統(tǒng)、電機及驅動器的品種和牌號太雜，在連接各部件時會出現輸入/輸出信號不匹配及在傳送中信號產生滯后。這些問題的解決關鍵在于要根據機床本身的精度、結構、性能要求和價位，恰當選擇數控系統(tǒng)，一般遵循下列原則：①根據數控機床的類型選擇，如車、銑、磨等類型。②根據數控機床的性能指標選擇。如：支持的最小移動單位、刀補數量等。盡量選擇既能滿足性能指標要求，性價比又較高的系統(tǒng)。③基本功能和選擇功能的選取。如果基本功能能夠滿足，盡量不購買選擇功能。但功能要一次訂全，避免裝機后因不能增補一些功能而造成整體功能降低。④優(yōu)先考慮能成套提供進給伺服系統(tǒng)和主軸驅動器的廠家及內置PLC的系統(tǒng)。

2.進給伺服系統(tǒng)的選擇及伺服驅動裝置的確定

伺服系統(tǒng)按照控制方式可分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)能夠及時地把運動部件的位置、速度等信息反饋給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)在與實際信息進行比較后及時發(fā)出補償控制命令，從而減少了誤差的可能性，提高了精度。所以，當要求定位誤差范圍內時，可采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。這樣各種影響定位精度的因素都可以得以補償。但是，考慮到閉環(huán)系統(tǒng)的調試和維修困難的缺點，選擇伺服系統(tǒng)時要綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、成本及機床規(guī)格大小等因素。

目前大多數伺服驅動裝置都已經形成系列，所以在設計過程中可以根據需要合理選擇。步進電機驅動系統(tǒng)可以把輸入的數字指令信號轉換為相應的角位移，通過電機定子的換相次數（脈沖數）來決定步進電機的轉角，通過換相的頻率決定電機的轉速，而電機的轉向則由通電順序決定。由于步進電機成本較低，又易于實現計算機控制，故被廣泛應用在開環(huán)數控系統(tǒng)中。

而在閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)中多采用響應速度快、精度和效率高、調速范圍較寬、負載能力較大、控制特性優(yōu)良的直流伺服電動機。

四、結束語

舊機床的改造有較大的經濟效益和社會效益，要想實現機床的高精度、高速度等性能，還要重視其他環(huán)節(jié)的改造，包括調試和安裝以及最后的反相間隙補償和螺距補償的設定。只有更全面地考慮各方面因素，才能改造出高質量的數控機床。

[1]徐濱士等.再制造工程基礎及其應用 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005，10.