經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造的優(yōu)化方案研究

畢妍

摘 要：機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展關(guān)系到一個(gè)國(guó)家在世界上的工業(yè)生產(chǎn)地位，其中機(jī)床制造又是機(jī)械制造業(yè)的核心領(lǐng)域，為此，有必要對(duì)我國(guó)機(jī)床制造業(yè)進(jìn)行合理化改造，以提高我國(guó)機(jī)床制造業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。文章將對(duì)機(jī)床制造數(shù)控化發(fā)展趨勢(shì)和改造過(guò)程提出系統(tǒng)化建議，并重點(diǎn)提出了改造時(shí)所要注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：微機(jī)數(shù)控；改造原則；改造原理

1 微機(jī)數(shù)控機(jī)床的改造原理

傳統(tǒng)機(jī)床的生產(chǎn)制造是通過(guò)電機(jī)設(shè)備的帶動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工運(yùn)轉(zhuǎn)，在此期間，要經(jīng)由人工操作模式對(duì)生產(chǎn)流程加以操控，以達(dá)到零部件加工的目的。微機(jī)數(shù)控機(jī)床改造是在上述基礎(chǔ)上對(duì)必要的部件進(jìn)行改造，使其適用于微機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)，要在機(jī)床設(shè)備中安裝微機(jī)控制系統(tǒng)，以其代替人工操作來(lái)控制電機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)車(chē)床的運(yùn)轉(zhuǎn)。微機(jī)數(shù)控機(jī)床改造部件主要由單板機(jī)、控制程序、零件加工程序、驅(qū)動(dòng)電源裝置，收發(fā)信板、功率步進(jìn)電機(jī)等組成。圖1表示了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的系統(tǒng)裝置框圖。

在圖1所示的系統(tǒng)裝置中，單板機(jī)在控制程序的控制下，可以使數(shù)控系統(tǒng)具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)加工工件輪廓的功能；具有進(jìn)給速度控制和快速回零的功能；具有刀具補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償?shù)墓δ?，以及其它多種功能。當(dāng)零件加工程序給出具體的位移尺寸、位移方向和進(jìn)給速度后，控制程序就會(huì)通過(guò)單板機(jī)按照所輸入的零件加工程序發(fā)出一系列的脈沖信號(hào)。經(jīng)隔離放大以后，分別驅(qū)動(dòng)z向和X向功率步進(jìn)電機(jī)，使刀架按照要求的方向、速度和位移量實(shí)現(xiàn)縱向和橫向運(yùn)動(dòng)。從而構(gòu)成了一個(gè)經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

2 數(shù)控機(jī)床改造時(shí)的技術(shù)選擇和遵循原則

2.1 如何科學(xué)的選擇控制系統(tǒng)

在機(jī)床改造環(huán)節(jié)中，對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的選擇至關(guān)重要。不同的部件參數(shù)對(duì)于改造后的機(jī)床成本，性能和各項(xiàng)操作指標(biāo)都具有不同影響，因此，在選擇控制系統(tǒng)時(shí)，要兼顧適用性和經(jīng)濟(jì)型原則。首先，企業(yè)對(duì)于要改造的機(jī)床設(shè)備的性能要進(jìn)行事先備案，以便在選擇控制系統(tǒng)時(shí)可以更具針對(duì)性；其次，在滿足效能目標(biāo)的基礎(chǔ)上，要對(duì)改造資金的預(yù)算進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證改造的經(jīng)濟(jì)性。由于一些新型機(jī)床控制系統(tǒng)具備花樣繁多的控制功能，在選擇時(shí)應(yīng)該挑選適用于企業(yè)自身生產(chǎn)需要的系統(tǒng)，對(duì)于不必要的控制程序可以相應(yīng)的刪減。目前在我國(guó)企業(yè)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床改造時(shí)可以選擇國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的系統(tǒng)裝置，例如廣州數(shù)控，華中數(shù)控系統(tǒng)等等，同時(shí)，也可以使用西門(mén)子或者一些國(guó)外品牌，對(duì)于中小型機(jī)床改造來(lái)說(shuō)，選擇一些低檔的控制系統(tǒng)就可以滿足其生產(chǎn)需要。另外在選擇時(shí)還要注意數(shù)控系統(tǒng)的編碼程序，要盡量選擇一些靈活性高，編程速度快的系統(tǒng)編碼程序。

科學(xué)的進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)選擇要遵循以下原則：其一，要選擇信譽(yù)好的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家。在選擇之前，企業(yè)要對(duì)相關(guān)市場(chǎng)狀況進(jìn)行分析，綜合企業(yè)需求和綜合性價(jià)比來(lái)實(shí)施決策。其二，要統(tǒng)一機(jī)床的購(gòu)進(jìn)廠家，避免在機(jī)床改造中使用不同廠家的產(chǎn)品，這樣不利于日后的維修與系統(tǒng)調(diào)試。其三，要選擇最適用于企業(yè)機(jī)床條件的控制設(shè)備，不要一味追求價(jià)格高昂的產(chǎn)品，忽視了其實(shí)用性。

2.2 不同機(jī)床條件要選用不同的改造方法

機(jī)床數(shù)控化改造系統(tǒng)的種類(lèi)較為豐富，其編碼程序也有很大差別，因此，在選擇時(shí)要注意控制系統(tǒng)與機(jī)床的匹配度。對(duì)于進(jìn)行批量生產(chǎn)的中小型機(jī)床而言，由于其使用較為頻繁，生產(chǎn)量大，在選擇控制系統(tǒng)時(shí)要以實(shí)用性和性能穩(wěn)定性為主要選擇依據(jù)。在一些生產(chǎn)不見(jiàn)多樣的企業(yè)，對(duì)于機(jī)床改造要注重控制系統(tǒng)功能的兼?zhèn)湫?，使其能夠在不同操作要求下進(jìn)行功能的轉(zhuǎn)換。微機(jī)改造方法主要可以應(yīng)用于對(duì)于不常用的單獨(dú)進(jìn)行零部件生產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備中，這楊可以大大節(jié)省改造費(fèi)用，提高系統(tǒng)的靈活性。

2.3 有針對(duì)性的進(jìn)行機(jī)床改造

機(jī)床改造范圍的大小，應(yīng)根據(jù)機(jī)床自身精度及性能來(lái)決定。以臥式車(chē)床為例加以說(shuō)明。對(duì)于舊車(chē)床的改造范圍，一般都是把原來(lái)的機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，由主軸箱通過(guò)掛輪箱帶動(dòng)進(jìn)給變速箱，將運(yùn)動(dòng)傳給光杠或絲杠。然后再驅(qū)動(dòng)溜板運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)過(guò)程，改造為由功率步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙減速齒輪，直接帶動(dòng)滾珠絲杠，使刀架分別實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)和橫向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行兩個(gè)坐標(biāo)的控制。

對(duì)于精度符合要求的車(chē)床，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易數(shù)控改造，一般都是對(duì)車(chē)床的部件基本不動(dòng)，只是把床鞍的縱向滑動(dòng)絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)也把中滑板的橫向滑動(dòng)絲杠副改造為橫向滾珠絲杠副，在橫向滾珠絲杠的外端安裝一套消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)，從而使車(chē)床的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)既能用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，又能由操作者進(jìn)行普通操作。在機(jī)床改造過(guò)程中，只要把溜板箱中的開(kāi)合螺母及中滑板上的滑動(dòng)螺母拆除，在合適的位置上安裝好滾珠螺母座即可。

2.4 重視機(jī)床改造中的輔助設(shè)備改造

如果在改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床上，采用一把刀可以完成全部車(chē)工工序，就沒(méi)有必要對(duì)刀架進(jìn)行改造。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)工件需要兩把刀或幾把刀來(lái)分別完成兩個(gè)或幾個(gè)工序的情況，這時(shí)可根據(jù)每把刀的使用情況，分別進(jìn)行編程，通過(guò)一個(gè)程序，使用一把刀，來(lái)完成一個(gè)工序。使原來(lái)普通操作使用的刀架在數(shù)控操作時(shí)也可以使用。這樣，根據(jù)改造后車(chē)床的主要加工對(duì)象，確定刀架是否需要進(jìn)行改造，可以使改造費(fèi)用使用得更加合理，避免發(fā)生改造過(guò)?，F(xiàn)象。

如果改造后的簡(jiǎn)易車(chē)床，主要用來(lái)加工比較復(fù)雜的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部車(chē)工工序，就必須對(duì)刀架部件進(jìn)行改造。一般可采用安裝有四把刀、由鼠牙盤(pán)定位、進(jìn)行絕對(duì)刀位控制的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架比較合適。重復(fù)定位誤差可小于0.005mm，精度持久性比較好。這種刀架出廠時(shí)，就規(guī)定了刀號(hào)位置。當(dāng)需要幾號(hào)刀在加工位置時(shí)，只需對(duì)該刀控制信號(hào)口發(fā)出信號(hào)，刀架就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到需要的位置。

改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床需要加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件。目的是為了檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給單板機(jī)，使單板機(jī)能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理。控制縱向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)縱向滾珠絲杠帶動(dòng)刀架完成螺紋加工。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造是改變落后機(jī)床效能，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化的有效途徑，在對(duì)機(jī)床實(shí)行正式改造前，企業(yè)要對(duì)適宜改造的對(duì)象做出分類(lèi)和判斷，并根據(jù)實(shí)際操作需要進(jìn)行合理化改造，以保證達(dá)到預(yù)期改造目標(biāo)。機(jī)床數(shù)控改造的總體投資少，改造流程相對(duì)簡(jiǎn)單，改造時(shí)間短，且改造效果能夠依據(jù)企業(yè)需要而定，改造后的機(jī)床能夠在短時(shí)間之內(nèi)投入生產(chǎn)，最大限度降低企業(yè)的損失，是企業(yè)應(yīng)該重點(diǎn)加以借鑒的新型技術(shù)。

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