普通機床數(shù)控化改造技術(shù)淺談

尚志亮

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550003

普通機床數(shù)控化改造技術(shù)淺談

尚志亮

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550003

機床工業(yè)是制造軍用民用設(shè)備的技術(shù)和裝備基礎(chǔ)，是與民生、軍工建設(shè)緊密關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)工業(yè)，國家機床技術(shù)水平體現(xiàn)著一個國家的總體制造能力，我國機床業(yè)有著自己的優(yōu)勢，但同樣存在著我們的劣勢。雖然我國機床業(yè)所擁有的機床基數(shù)大、從業(yè)人員多、專業(yè)化程度也較高，但我國機床業(yè)的現(xiàn)代化改革卻有很多不足，其中最為重要的是我國數(shù)控化機床的比重低，這使得生產(chǎn)自動化相對落后。本文就此缺點提出我國普通機床進(jìn)行數(shù)控化改造的一些方法。

機床；數(shù)控化；改造

一 、我國數(shù)控機床的現(xiàn)狀

機床工業(yè)是制造軍用民用設(shè)備的技術(shù)和裝備基礎(chǔ)，是與民生、軍工建設(shè)緊密關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)工業(yè)，備受全世界的關(guān)注。整體上說我國機床工業(yè)已進(jìn)入了世界的前列，這為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防工業(yè)建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。但是我國的數(shù)控機床水品很低，全國有420萬總量的機床，使用超過15年的機床近280萬臺，其數(shù)控化率還不到3%。與發(fā)達(dá)國家相比我們的機床有很大的差距，我國大部分?jǐn)?shù)控機床依靠進(jìn)口，這不但妨礙了我國機床制造業(yè)的發(fā)展，而且受到國外控制，維修和保養(yǎng)費用很高，使得大量資金外流。目前我國數(shù)控機床進(jìn)口已處在了懸崖的邊緣。

二、我國普通機床數(shù)控化改造的意義

相對數(shù)控機床而言，普通機床普遍具有操作勞動強度大、效率低下、難以實現(xiàn)對復(fù)雜形狀零件的加工以及對勞動人員技術(shù)水平要求高等弱點，所以就我國現(xiàn)狀普通機床數(shù)控化改造是刻不容緩的。數(shù)控機床能更完美的加工出普通機床不能加工的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。同時，數(shù)控機床還可以解脫勞動力實現(xiàn)自動化，只要輸入固定的程序就會自動生產(chǎn)出產(chǎn)品。如果需要改變加工方法，只需更換機床程序就能實現(xiàn)不同零件的加工。

對普通機床進(jìn)行數(shù)控化改造較購買新數(shù)控機床有很多優(yōu)勢，可以大大地縮短所需時間，減少投入。進(jìn)行改造后的機械性能較普通機床也有很大的提高，機械性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、機身都是普通機床的大型鑄件，重而且堅固，提高了機床的抗震能力。對于新購置機床，工人更熟悉現(xiàn)有機床，他們已經(jīng)對現(xiàn)有機床有全面系統(tǒng)的了解，即便是經(jīng)過了改造，只要經(jīng)過簡單的培訓(xùn)就能上崗，節(jié)省了很多培訓(xùn)的時間和費用。而且一旦改造完成就可以滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)無需新機床的磨合時期，可以最大限度地對現(xiàn)有資源進(jìn)行利用，如地基、固定裝置、電力及原有外部設(shè)備。同時數(shù)控化能革新我國機床技術(shù)的發(fā)展速度，提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

三、普通機床數(shù)控化改造的基本方法

普通機床的數(shù)控化，就是在盡量保留利用原有機床的功能的基礎(chǔ)上，添加新的功能，提高其機械性能以提高機械生產(chǎn)的效率。一般來說機床數(shù)控化改造主要有以下幾方面的內(nèi)容:對原有機床進(jìn)行檢修，盡量恢復(fù)原有功能；在原有機床上加裝控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化；對其機械部件進(jìn)行改造和加工，以提高其加工精度。

下面從以下幾個方面對普通機床的數(shù)控改造進(jìn)行闡述:

（一） 數(shù)控系統(tǒng)

我們可以根據(jù)車床的現(xiàn)狀和使用要求選擇控制系統(tǒng)。首先我們要認(rèn)識到不同系統(tǒng)的不同功能和所產(chǎn)生的利弊。

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是沒有反饋裝置，所以不能及時的糾正偏差，由此帶來了控制精度差的缺點。不過系統(tǒng)簡單，工作可靠，成本低廉。

（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是裝有反饋裝置，通過偏差信號來調(diào)整輸出。這樣系統(tǒng)可以消除工作中的各種誤差及產(chǎn)生干擾，提高加工精度。但是相對成本有所提高，環(huán)境要求較高，這樣就提高了系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試成本。

（3）復(fù)合控制系統(tǒng)：復(fù)合控制系統(tǒng)實質(zhì)上是在閉環(huán)控制基礎(chǔ)上，附加一個輸入信號的順饋通路。復(fù)合控制對自身零件的要求很高，因此提高了成本，但是在保持閉環(huán)控制的加工精度的基礎(chǔ)上，也很好的保持著開環(huán)控制的穩(wěn)定性。

進(jìn)行選擇時，對于要求不是很高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床，應(yīng)選用開環(huán)控制；對于一些精度要求高的鏜銑床、超精車床、超精銑床等，應(yīng)用閉環(huán)控制；對于一些既要就加工精度又要就系統(tǒng)穩(wěn)定的機床，應(yīng)用復(fù)合控制系統(tǒng)。

其次在確定了控制系統(tǒng)的類型后適當(dāng)?shù)倪x擇控制制造商，世界上性能及信譽較好的有西門子(德國)、發(fā)那科(日本)、三菱(日本)、N U M(法國)、F A G O R(西班牙)等。詳細(xì)了解上述廠商數(shù)控系統(tǒng)的特點及性能價格比等指標(biāo)，選擇適用的產(chǎn)品。

（二）機械傳動系統(tǒng)

為了能使普通機床更好地在控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行高精度加工，應(yīng)對其機械部件進(jìn)行改動。例如，導(dǎo)軌副要具有很好的精度，要有良好的耐磨損性，不應(yīng)產(chǎn)生死區(qū)。齒輪副為了保證精度，改動中應(yīng)使用高精度等級齒輪，安裝上要達(dá)到無間隙的傳遞?；瑒咏z桿與滾珠絲桿要保證絲桿沒有大范圍磨損，螺距誤差和累積誤差以及配合間隙都要在指定范圍內(nèi)。下面指出幾點具體改動方法：

（1）床身：為了保證機床的使用壽命和較高的精度等級，應(yīng)考慮零件和部件的耐磨性，在改裝導(dǎo)軌時，如果不需要較高的精度等級可繼續(xù)使用滑動導(dǎo)軌，但是要檢查原導(dǎo)軌的使用情況，判斷是否需要更換。如果機床要有較高的精度等級，需要換為滾動導(dǎo)軌，應(yīng)使用高強度軸承鋼制成的導(dǎo)軌。但改裝工作量大，費用高，工作復(fù)雜。針對這些缺點，我們可以采用貼塑導(dǎo)軌，即在原來導(dǎo)軌上粘貼上聚四氟乙烯，這能有效防止爬行，同時具有良好的潤滑作用，且零部件不需要更換，節(jié)省了改造時間，性價比很高。

（2）減速驅(qū)動裝置：對于要求不高的機床不需要加裝此裝置，但是對于要求高，精度高的機床，要在電動機與絲桿之間安裝此裝置，借此得到所需的脈沖當(dāng)量和驅(qū)動力矩。

（3）拖板：拖板是控制系統(tǒng)直接控制的對象，被加工零件的坐標(biāo)精度受拖板精度的影響。為了提高拖板運動的精度，可加裝減速齒輪箱，或是采用剛性調(diào)整法來消除配對齒輪之間的傳遞間隙。

（4）自動換刀裝置和刀架：為了滿足一次加裝工件就完成多了工序的要求，應(yīng)選擇體積小，重復(fù)定位精度高的換刀裝置。刀架多采用四刀位刀架。

（5）防護(hù)裝置：應(yīng)在絲桿上加裝防護(hù)罩，對軌道和拖板的接觸斷面進(jìn)行密封，防止異物劃傷導(dǎo)軌，對精密元件要安裝防塵裝置。

最后，改裝完成后要對所改裝的機床進(jìn)行測試，通過生產(chǎn)能力和生產(chǎn)精度的檢測來檢驗改裝后的機床是否滿足了改裝的要求，對機床進(jìn)行批量檢測時，要確定各項指標(biāo)都在指定范圍內(nèi)。測試人員必須按照確定好的步驟和準(zhǔn)則來進(jìn)行操作，在測試過程中，要進(jìn)行隨時記錄，在確認(rèn)安全系統(tǒng)正常的情況下，對各項指標(biāo)一一進(jìn)行測量。

結(jié)語

有效地進(jìn)行普通機床數(shù)控化改裝，可以使我國市場上大批的普通機床再次得到有效的利用，降低了更換機床的成本，利用我國機床業(yè)的現(xiàn)有特長，快速占有市場，可以為我們國家節(jié)省億萬元的支出。同時，對普通機床數(shù)控化改裝促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步，使生產(chǎn)效率得到了提高，有利于我國機床產(chǎn)業(yè)得到快速進(jìn)步，因此，對普通機床進(jìn)行有效的數(shù)控化改裝勢在必行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.064

尚志亮（1989，5～），男，籍貫：黑龍江；貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院08級過程裝備與控制工程專業(yè)。