車床機(jī)械部件數(shù)控改進(jìn)的探討

杭州汽車技工學(xué)校 嚴(yán)利吉

車床機(jī)械部件數(shù)控改進(jìn)的探討

杭州汽車技工學(xué)校 嚴(yán)利吉

應(yīng)用數(shù)控技術(shù)改進(jìn)普通車床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高舊設(shè)備利用率，推廣機(jī)電一體化技術(shù)的重要手段。本文主要對(duì)車床主要機(jī)械部件數(shù)控改進(jìn)的方法進(jìn)行探討。

車床 數(shù)控改進(jìn) 機(jī)械部件

我國設(shè)備制造行業(yè)廣泛使用普通車床，但其已不能滿足多品種、小批量的生產(chǎn)需求，而數(shù)控車床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適合加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。因此，對(duì)車床機(jī)械部件數(shù)控改進(jìn)的探討具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、車床床身的改進(jìn)

國內(nèi)外數(shù)控車床的床身大多采用普通鑄鐵，在改進(jìn)中，主要是修復(fù)普通車床導(dǎo)軌的精度，所以應(yīng)充分利用舊床身。為了使改進(jìn)后的車床有較高的加工精度，應(yīng)提高車床導(dǎo)軌的精度。導(dǎo)軌的修復(fù)方法主要有以下幾種。

（1）塑料導(dǎo)軌重新粘塑。使用聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶可修復(fù)塑料導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)制作而成。修復(fù)時(shí)，首先將導(dǎo)軌表面加工至表面粗糙度Ra3.2～1.6。有時(shí)為了起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面加工成0.5～1mm的凹槽，用汽油（也可用金屬清洗劑或丙酮）清洗導(dǎo)軌粘貼面后，再用膠粘劑粘合導(dǎo)軌軟帶，加壓1～2h后再合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上施加一定的壓力，在室溫下固化24h，即可進(jìn)行開槽和精加工。

（2）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副精度調(diào)整。滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小于0.005，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)很接近，沒有爬行現(xiàn)象，可以使用潤滑脂潤滑，改進(jìn)時(shí)要重新調(diào)整導(dǎo)軌的幾何精度并預(yù)緊，以恢復(fù)其導(dǎo)向精度和承載能力。若無法修復(fù)則更換。

（3）鑄鐵導(dǎo)軌精加工。鑄鐵導(dǎo)軌的精加工可采用刮削的方法，刮研顯點(diǎn)為18～25點(diǎn)/cm2，同時(shí)，必須保證其潤滑的可靠性。

二、車床主軸的改進(jìn)

普通車床由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)，再經(jīng)主軸變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動(dòng)或自動(dòng)變速可獲得各級(jí)轉(zhuǎn)速（通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)）；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器組成。普通車床在數(shù)控化改進(jìn)時(shí)，大多數(shù)都保留原主軸箱，盡量不做改動(dòng)或少做改動(dòng)，如必須改動(dòng)則要注意以下幾點(diǎn)。

（1）如果原主軸具有液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤滑功能，則需對(duì)其增裝單獨(dú)的普通電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，避免液壓系統(tǒng)受到主電機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換的影響而失效。

（2）如不需要原有機(jī)械變速換檔時(shí)，可將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死，以免因誤操作發(fā)生安全事故。

（3）普通車床加工螺紋時(shí)往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。改進(jìn)時(shí)，通常在主軸末端或掛輪架處加裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，并反饋給控制系統(tǒng)，使進(jìn)給軸與主軸同步旋轉(zhuǎn)，從而可加工出所要求螺距的螺紋。

三、車床進(jìn)給軸的改進(jìn)

普通車床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工螺紋時(shí)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳給絲杠和溜板箱，以獲得不同的螺距（即Z軸運(yùn)動(dòng)）；加工一般零件時(shí)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳給光桿和溜板箱，以獲得不同的進(jìn)刀量（即X軸運(yùn)動(dòng)）。普通車床數(shù)控改進(jìn)時(shí)，一般都拆除走刀箱和溜板箱，而改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈，其傳動(dòng)路徑為：

Z軸：縱向電機(jī)→減速箱（或連軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。

X軸：橫向電機(jī)→減速箱（或連軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。

普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，與滾珠絲杠副相比其摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)；另外，由于磨損快，造成其精度保持性差和使用壽命低，在進(jìn)行普通車床數(shù)控化改進(jìn)時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又將其分為雙螺母和單螺母。在普通車床數(shù)控化改進(jìn)中多選擇內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。

四、車床刀架部分的改進(jìn)

目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。由于普通車床刀架多為手動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電驅(qū)動(dòng)，改進(jìn)時(shí)可根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行更換。可采用收信四工位電動(dòng)刀架取代普通車床的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，并由數(shù)控系統(tǒng)控制。工作時(shí)刀架收到微機(jī)發(fā)來的信號(hào)后，在執(zhí)行過程中，刀架每一次轉(zhuǎn)位、換刀均有刀架上的霍爾元件電路向微機(jī)回送當(dāng)前刀位的信號(hào)，由微機(jī)進(jìn)行判斷，當(dāng)?shù)段粷M足微機(jī)預(yù)先設(shè)定的要求后，再向微機(jī)發(fā)送刀架鎖緊執(zhí)行完畢的信號(hào)。

五、潤滑部分的改進(jìn)

普通車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等零部件多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對(duì)車床導(dǎo)軌和絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動(dòng)條件下，車床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和靈活性也較差。在改進(jìn)時(shí)，一般都要對(duì)其潤滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，采用稀油集中定量、定時(shí)供油潤滑的方式。絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要及在供油充分的條件下，也可采用稀油潤滑。

六、車床防護(hù)

在普通車床改進(jìn)中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的安全措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵（特別是切屑和硬砂粒）進(jìn)入滾道；在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩；大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，以防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面而損傷導(dǎo)軌。

七、實(shí)例

CQ6123機(jī)床多用于普通高校、職校的數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)，下面以此機(jī)床為例，作如下改裝:

①主傳動(dòng)系統(tǒng)不變，取消了螺紋加工系統(tǒng)，改進(jìn)后的車床不能加工螺紋;②進(jìn)給系統(tǒng)采用開環(huán)控制，縱向進(jìn)給采用滾珠絲杠傳動(dòng)，橫向采用普通螺紋傳動(dòng);③刀架采用微機(jī)控制，能自動(dòng)轉(zhuǎn)位。改進(jìn)方案如下圖：

圖1 數(shù)控改進(jìn)方案簡圖

1. 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改進(jìn)

拆除原進(jìn)給箱和溜板箱內(nèi)的傳動(dòng)件、操縱件和其他零部件，只保留箱體。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速，驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)縱拖板、小拖板和刀架左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為了降低改進(jìn)費(fèi)用，利用原機(jī)床的進(jìn)給箱改進(jìn)成一級(jí)齒輪減速箱，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，為了便于手動(dòng)與對(duì)刀，在絲杠的右端設(shè)有手輪，使用時(shí)安裝上，不用即卸下，以防造成傷害。原機(jī)床拖板予以保留，并設(shè)有一螺母座架，安裝在拖板上，以實(shí)現(xiàn)絲杠螺母與拖板之間的聯(lián)接。步進(jìn)電機(jī)安裝在絲杠的左端原進(jìn)給箱的位置上，由電機(jī)上的止口定位，靠四個(gè)螺釘和二個(gè)定位銷與床體相連。絲杠左右端分別用支架與軸承支承，左端用向心球軸承，右端用推力球軸承支承。

2. 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改進(jìn)

步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一對(duì)減速齒輪，驅(qū)動(dòng)絲杠螺母，推動(dòng)刀架拖板作橫向運(yùn)動(dòng)，由于小型臺(tái)式車床絲杠直徑太小，成品絲杠無法購買，設(shè)計(jì)定制價(jià)格昂貴。因此采用普通螺紋螺母傳動(dòng)，其傳動(dòng)性能雖稍差一些，但可與縱向所用滾珠絲杠傳動(dòng)方案作一比較，既可取得縱、橫向傳動(dòng)性能對(duì)比資料，也符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

與縱向進(jìn)給系統(tǒng)一樣，保留原橫向進(jìn)給系統(tǒng)中前端的手動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便手動(dòng)和對(duì)刀。步進(jìn)電機(jī)安裝在絲杠的后端，由電機(jī)上止口定位，通過一蓋板固定在床體上，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一對(duì)減速齒輪驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠通過與小拖板相連的絲杠螺母，帶動(dòng)小拖板及刀架的橫向進(jìn)給，為了便于安裝步進(jìn)電機(jī)，橫向絲杠定制，用一支架延伸大拖板并支承絲杠。

八、結(jié)語

總之，為提高車床的加工精度、加工效率和自動(dòng)化程度，對(duì)其電氣、機(jī)械部分進(jìn)行改進(jìn)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新，將某些機(jī)械部分重新加工裝配，可以恢復(fù)原有的加工精度，提高車床系統(tǒng)的性能。

［1］余英良.機(jī)床數(shù)控改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)例［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

［2］吳寶萍，范四立，葉靜．淺談舊機(jī)床數(shù)控化改進(jìn)［J］．中國設(shè)備工程，2003，（6）

［3］王計(jì)文．淺析普通機(jī)床的數(shù)控改進(jìn)［J］．機(jī)床與液壓，2006，（5）

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