普通機(jī)床數(shù)控化改造

【摘要】本文詳細(xì)介紹了有關(guān)數(shù)控機(jī)床改造的過程和方法，對目前國內(nèi)外有關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了比較分析。本文提出系統(tǒng)改造主要以機(jī)械部分和數(shù)控裝置的加裝為主，在車床上附加數(shù)控裝置和執(zhí)行元件，選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。改造過程中一定循序漸進(jìn)，注意成本的控制，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和解決問題。

【關(guān)鍵詞】普通機(jī)床；數(shù)控化改造

一、機(jī)床主要參數(shù)

1.1機(jī)床主電機(jī)

型號(hào)：YD160L-4，額定功率11KW，最高轉(zhuǎn)速3500r/min，額定轉(zhuǎn)速1460r/min。

1.2變速級(jí)數(shù)和公比

變速級(jí)數(shù)Z=4，公比φ=2.37.

1.3主傳動(dòng)系統(tǒng)總降速比

i∑=0.068

1.4有級(jí)變速各級(jí)傳動(dòng)主要參數(shù)

第一級(jí)齒輪傳動(dòng)參數(shù)：i12=3.55，Z1=20，Z2=70。模數(shù)m1=m2=2.25mm。

第二級(jí)齒輪傳動(dòng)參數(shù)：

第一對：i34=2.66，Z3=23，Z4=61。模數(shù)m3=m4=2.5mm。

第二對：i56=1.12，Z5=50，Z6=56。模數(shù)m5=m6=2mm。

第三對：i78=0.47，Z7=65，Z8=31。模數(shù)m7=m8=2.25mm。

二、數(shù)控機(jī)床的改造方案

一般情況下對數(shù)控機(jī)床的改造主要為兩部分。一部分是機(jī)械部分改造，第二部分是數(shù)控系統(tǒng)改造。

2.1機(jī)械部分改造

1）導(dǎo)軌改造。大多數(shù)普通機(jī)床均采用普通鑄鐵。數(shù)控機(jī)床要求采用淬硬的合金鋼材料，例如用GCR15軸承鋼淬硬到65～62HRC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通機(jī)床的滑動(dòng)導(dǎo)軌需要換成滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，但是改造難度較大，主要是在導(dǎo)軌表面加裝輔助軟帶；

2）刀架改造。數(shù)控機(jī)床安裝的刀架為自動(dòng)刀架，以便數(shù)控機(jī)床根據(jù)程序更換刀具。因此，必須將普通機(jī)床的刀架進(jìn)行改造或更換；

3）進(jìn)給機(jī)械改造。一般進(jìn)給系統(tǒng)可以保持原來的支架系統(tǒng)，但是要調(diào)整彈簧，加裝減速齒輪系統(tǒng)。

2.2數(shù)控系統(tǒng)的確定

1）常規(guī)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。由于該類數(shù)控系統(tǒng)功能齊全、種類繁多、適用性較強(qiáng)以及信價(jià)比高，因而很多機(jī)床改造時(shí)首選這類控制裝置，我國就有很多這類產(chǎn)品的用戶。但是這類產(chǎn)品在開發(fā)過程中，由于硬件系統(tǒng)集成，用戶不能隨意更換，所以開發(fā)的靈活性不足。

2）開放式機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)靈活、編程方便。用戶可以根據(jù)需要選擇硬件結(jié)構(gòu)，可以借助PC機(jī)強(qiáng)大的編程能力提高系統(tǒng)控制的性能。國內(nèi)主要產(chǎn)品為有華中數(shù)控、廣州數(shù)控等產(chǎn)品。第三種是全軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以PC機(jī)為控制核心，主要采用軟件形式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制。因此，更大程度的調(diào)高了靈活性，是當(dāng)前機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的最新產(chǎn)品。

三、CA6140 機(jī)床的數(shù)控化改造

3.1機(jī)械部分

1）床身和導(dǎo)軌。充分利用舊床身和導(dǎo)軌，將導(dǎo)軌淬火處理精密磨削至Ra0.8mm，然后貼塑?？紤]到加工余量等因素，可采用1.6mm厚度的貼塑規(guī)格。

2）主傳動(dòng)系統(tǒng)。為了提高自動(dòng)化程度，便于在加工過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變換切削速度，可以采取交流變頻電動(dòng)機(jī)和有級(jí)變速箱配合的方案，即分段無級(jí)變速。主軸的正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)停止由數(shù)控指令控制電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，配合齒輪變速，實(shí)現(xiàn)在高、中速段的恒功率傳動(dòng)，在低速段的恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。在改造后的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中，不同齒輪的嚙合切換通過電磁離合器的吸合與分離來實(shí)現(xiàn)。其中，主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理圖如下所示。

另外，為了實(shí)現(xiàn)螺紋的自動(dòng)加工，配置了主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件。它與機(jī)床主軸同步運(yùn)行，采集主軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)信息，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，再由數(shù)控系統(tǒng)通過軟件控制，以保證主軸每轉(zhuǎn)過一圈，螺紋車刀同步在縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程或螺距。在實(shí)踐中，我們采用增量式光電編碼器，并采用異軸安裝方式，即通過齒輪（或同步帶）傳動(dòng)，使主軸與光電編碼器同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.2伺服系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)有開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制之分。開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價(jià)低廉，單精度和快速性較差，其定位精度一般為±0.01mm～±0.02mm；閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性好，但對機(jī)床的要求比較高，且造價(jià)昂貴，其定位精度一般為±0.001mm～±0.003mm?？紤]到CA6140機(jī)床本身的基礎(chǔ)條件，兼顧精度和經(jīng)濟(jì)性的要求，宜采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的原理圖如下所示。

伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的主要改造路徑為：

1）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)：拆除原機(jī)床溜板箱、光杠、絲杠以及安裝座，安裝滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)及減速箱安裝在絲杠的右端。

2）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)：通過步進(jìn)電機(jī)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)采用法蘭盤安裝在大拖板上，以保證同軸度和傳動(dòng)精度。

四、結(jié)語

通過我們的數(shù)控化改造，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)對機(jī)床的數(shù)控化自動(dòng)控制。利用微機(jī)對車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制，達(dá)到了縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.01mm/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.005mm/脈沖，主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，并能夠較高精度地自動(dòng)切削加工螺紋。改造后的機(jī)床完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。