普通機(jī)床數(shù)控化改造要點(diǎn)探討

楊秋平等

摘 要：隨著數(shù)控及自動化的發(fā)展，普通機(jī)床在能耗、效率及精度方面較現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床差距很大，并且普通機(jī)床精度下降后的大修耗時(shí)長，對維修技術(shù)工人的技能依賴度高，本文旨在通過對普通機(jī)床數(shù)控化自動化改造要點(diǎn)進(jìn)行探討，目的在于解決普通機(jī)床能耗高、效率低、精度低及維修依賴度高等方面的問題。

關(guān)鍵詞：普通機(jī)床；數(shù)控；改造

1 普通機(jī)床的概念及常規(guī)大修方法

本文探討的普通機(jī)床均是指由三相異步電動機(jī)作為動力，有一定長度的滑動摩擦平面或V型導(dǎo)軌，且導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動使用頻率較高，機(jī)床大修周期較短的通用設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備。

普通機(jī)床的大修主要是解決由于導(dǎo)軌的磨損導(dǎo)致的機(jī)床精度下降問題。導(dǎo)軌磨損較少、一般采用刮研導(dǎo)軌修復(fù)的方法，由專業(yè)技術(shù)鉗工完成，對鉗工的經(jīng)驗(yàn)及技能依賴很大，鉗工的經(jīng)驗(yàn)和技能直接決定導(dǎo)軌刮研質(zhì)量的好壞，導(dǎo)軌刮研工作量大，特別是大型機(jī)床，對鉗工的體能也是一種考驗(yàn)，而且普通機(jī)床不能無限次的刮研，刮研次數(shù)過多或刮研量較大會影響機(jī)床的中心等參數(shù)；導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重時(shí)一般采用在導(dǎo)軌上下摩擦面上粘貼導(dǎo)軌板的方法修復(fù)，此方法與刮研修復(fù)相比除同樣對維修鉗工技能要求較高外，同樣設(shè)備情況下維修工作量較小，且對機(jī)床的中心等參數(shù)影響小，

目前由于數(shù)控機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)軌的出現(xiàn)以及鉗工工種本身的高勞動強(qiáng)度，年輕的鉗工技術(shù)工人越來越少，企業(yè)也在探尋能夠替代維修周期長、勞動強(qiáng)度高、鉗工技能依賴嚴(yán)重的設(shè)備改造方法，期待通過設(shè)備改造，將導(dǎo)軌更換成精度及剛性合適的標(biāo)準(zhǔn)件，這樣就能大大縮短維修周期，減輕維修鉗工勞動輕度，降低對維修鉗工的技能依賴。

2 普通機(jī)床數(shù)控化改造

對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造主要解決兩方面的問題，一是導(dǎo)軌改造、二是數(shù)控系統(tǒng)選用。導(dǎo)軌改造可以將導(dǎo)軌標(biāo)準(zhǔn)化，降低電機(jī)負(fù)載（或直接降低電機(jī)額定功率選擇），數(shù)控系統(tǒng)選用，主要是根據(jù)機(jī)床加工特點(diǎn)選用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，確定加工軸數(shù)（電機(jī)數(shù)），安裝限位等。

2.1 導(dǎo)軌改造

（1）導(dǎo)軌選用

從導(dǎo)軌的經(jīng)濟(jì)性、剛性、安裝尺寸、負(fù)荷及扭矩等方面綜合考慮選用。

經(jīng)濟(jì)性方面主要考慮選用線性滑軌和交叉滾子導(dǎo)軌，線性滑軌是順應(yīng)現(xiàn)今機(jī)械高精度、高性能化的趨勢而研發(fā)的，具有高精度、高負(fù)載能力、高剛性、全密封防護(hù)、低噪音、低摩擦力、互換性及安裝方便等特點(diǎn)，由導(dǎo)軌和滑塊配合使用；交叉滾子導(dǎo)軌是由兩根帶有V型滾道的導(dǎo)軌、特殊材質(zhì)的塑料保持架、圓柱滾子組成，相互交叉排列的圓柱滾子在經(jīng)過精密磨削的V型滾道上做往復(fù)運(yùn)動，可承受各個(gè)方向的載荷，實(shí)現(xiàn)高精度、平穩(wěn)的直線運(yùn)動，具有滾動摩擦力小、穩(wěn)定性能好、啟動摩擦力小、隨動性能好、接觸面積大、彈性變形量小、安裝使用方便等特點(diǎn)。相近規(guī)格的情況下交叉滾子導(dǎo)軌價(jià)格較高，不過交叉滾子導(dǎo)軌主要是小規(guī)格的。

剛性方面，若機(jī)床對剛性要求較高，可以從交叉滾子導(dǎo)軌、圓球線性滑軌和圓柱線性滑軌中選擇，交叉滾子導(dǎo)軌剛性一般，線性滑軌中的滾動體分為圓球和圓柱，滾動體為圓柱的線性滑軌剛性最大，滾動體為圓球的次之。另外對于交叉滾子導(dǎo)軌可以從增加圓柱滾子數(shù)量上增加剛性，但是床面行程將會縮短。線性滑軌還可以從同種規(guī)格中選用不同預(yù)壓等級的滑塊，預(yù)壓等級中的預(yù)壓力是預(yù)先給滾動體負(fù)荷力，亦即加大滾動體直徑，利用滾動體與滾道之間負(fù)向間隙給予預(yù)壓，此舉能夠提高線性滑軌剛性及消除間隙，但是過大的預(yù)壓力會提高摩擦阻力和降低使用壽命。

安裝尺寸方面，以水平安裝兩個(gè)導(dǎo)軌為例，同種規(guī)格線性滑軌垂直方向的安裝尺寸大于交叉滾子導(dǎo)軌，交叉滾子導(dǎo)軌水平方向安裝尺寸大于線性滑軌，機(jī)床改造時(shí)要結(jié)合機(jī)床本省是否有足夠安裝空間。

負(fù)荷及扭矩方面，相同規(guī)格的交叉滾子導(dǎo)軌和線性滑軌靜動額定負(fù)荷基本相同，但是線性滑軌的各方向扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交叉滾子導(dǎo)軌，同種規(guī)格的圓柱線性滑軌各方向扭矩比圓球線性滑軌高約50%，同樣的圓柱線性滑軌或圓球線性滑軌的滑塊分為四方型和法蘭型，法蘭型的滑塊線性滑軌組合高度低，承靠面積大，使用于承受負(fù)載扭矩較大的場合，四方型滑塊寬度較小，適合有安裝空間限制的設(shè)備

（2）機(jī)床床身尺寸加工

對于線性滑軌或交叉滾子導(dǎo)軌的安裝主要會影響機(jī)床的中心高，機(jī)床水平中心等尺寸，為了達(dá)到合適的中心高只有采用將原有平面導(dǎo)軌銑出矩形槽或直接在平面導(dǎo)軌安裝，通過墊高主軸箱或尾座的方法使機(jī)床中心高一致，但是墊高的方式不如采用銑出下沉矩形槽的方式機(jī)床剛性好。對于承受垂直翻轉(zhuǎn)扭矩較大的機(jī)床還要考慮水平方向兩組導(dǎo)軌的間距，間距越大承受的受垂直翻轉(zhuǎn)扭矩越大，反之，則越小，但是這種間距同樣受到原有機(jī)床導(dǎo)軌位置的制約。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)選用

機(jī)床數(shù)控化改造加工好床面導(dǎo)軌后就要考慮數(shù)控系統(tǒng)選用，數(shù)控系統(tǒng)選用主要根據(jù)機(jī)床的加工精度是選用不帶反饋系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)還是選用帶反饋系統(tǒng)的伺服電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，選擇時(shí)兼顧實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性原則；根據(jù)導(dǎo)軌改造后負(fù)載的變化重新選用合適扭矩的步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，這是一個(gè)難點(diǎn)，以下重點(diǎn)來探討電機(jī)扭矩的選擇。

普通機(jī)床導(dǎo)軌由平面或V型導(dǎo)軌改造成摩擦阻力更小的交叉滾子導(dǎo)軌或線性滑軌后，原來作為動力的交流三相異步電機(jī)負(fù)載將減小，因此在選用電機(jī)的扭矩時(shí)以不超過原有交流三相異步電機(jī)扭矩為上限原則，例如：原有的三相異步電機(jī)為額定功率5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1440r/min，根據(jù)公式T=9549*P/n（T為扭矩，單位N/m，P為電動機(jī)額定功率，單位KW，n為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位r/min）得出T約為36.5N/m，因此選用電機(jī)的扭矩就在36.5N/m以下根據(jù)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定。

3 結(jié)束語

對普通機(jī)床的數(shù)控化改造由于受到原有設(shè)備尺寸及安裝位置等的影響，這種改造某些方面沒有重新設(shè)計(jì)制造的新設(shè)備合理，但是對于改動較小就能實(shí)現(xiàn)數(shù)控化自動化的普通機(jī)床來說還是具有一定的經(jīng)濟(jì)性，因此在對普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)現(xiàn)難易度、改造后的效率及故障率等各方面因素。

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