普通車(chē)床數(shù)控化改造研究與應(yīng)用

孫寶平

摘 要：目前，市場(chǎng)上擁有大量的普通機(jī)床，其自動(dòng)化程度低，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。作為先進(jìn)加工技術(shù)的標(biāo)志，數(shù)控機(jī)床具有明顯優(yōu)勢(shì)，能適應(yīng)現(xiàn)代化加工要求。購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床成本高，許多企業(yè)在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此把普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，是一條很好的捷徑。本文通過(guò)對(duì)CA6132普通車(chē)床的數(shù)控化改造研究，較系統(tǒng)地闡述了普通車(chē)床數(shù)控改造的技術(shù)方案及要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；數(shù)控機(jī)床；數(shù)控化改造

0 引言

數(shù)控機(jī)床一般由由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置（CNC）、伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)裝置、輔助控制裝置、機(jī)床本體等幾部分組成。

所謂機(jī)床數(shù)控化改造，就是應(yīng)用現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)，在普通機(jī)床上，加裝數(shù)控裝置，并對(duì)機(jī)床的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使機(jī)床全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平，具有一定的自動(dòng)加工能力，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求。

本課題來(lái)源于某公司。該公司屬于老企業(yè)，近年來(lái)主要生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)配件及農(nóng)機(jī)配件，許多老設(shè)備已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)技術(shù)的要求，但若購(gòu)置新設(shè)備，投資較大，企業(yè)承受不起。想通過(guò)對(duì)在本公司應(yīng)用最多的CA6132普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，探索出一條設(shè)備功能提升的路子。

通過(guò)對(duì)設(shè)備的具體分析及對(duì)目前我國(guó)數(shù)控技術(shù)的的了解，認(rèn)為國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)完全能夠滿足改造要求。具體的改造方案如下：

（1）數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的選擇；從功能性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)。

（2）對(duì)主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造；1）主傳動(dòng)部分的改造。主要是主軸動(dòng)力的改造。方法是：將主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。通過(guò)改造后，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。2）進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。改造后，伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動(dòng)后，來(lái)驅(qū)動(dòng)縱向、橫向進(jìn)給。而將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除。

（3）數(shù)控機(jī)床輔助裝置的選擇；

（4）整機(jī)聯(lián)接調(diào)試。

1 數(shù)控系統(tǒng)選擇

數(shù)控系統(tǒng)的選擇主要考慮以下幾點(diǎn)：一是盡量選擇與公司內(nèi)現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床同一個(gè)型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)。以便于管理和維修，二是從經(jīng)濟(jì)方面考慮，數(shù)控機(jī)床改造，能夠滿足要求即可。

針對(duì)本課題而言，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)滿足如下功能：縱向、橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)能。獨(dú)立運(yùn)動(dòng)且能被數(shù)控裝置控制；該系統(tǒng)應(yīng)具有縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能；能進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工；具有定位功能。

綜合以上因素，進(jìn)口系統(tǒng)雖可靠性好，技術(shù)先進(jìn)，但價(jià)格昂貴，用來(lái)改造數(shù)控機(jī)床顯然性價(jià)比較低。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)近年來(lái)技術(shù)進(jìn)步很快，可靠性也有了大幅提高，因此，本次改造，通過(guò)各方面權(quán)衡，決定采用國(guó)產(chǎn)華中世紀(jì)星HNC-21T系統(tǒng)。

2 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)改造方案

（1）主軸總體設(shè)計(jì)。采用“變頻器+三相異步電動(dòng)機(jī)”的改造方案，即不用主軸箱，采用皮帶輪將主軸電機(jī)與主軸連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

（2）光電編碼器的安裝。數(shù)控車(chē)床上要加工螺紋或絲杠，需要配置光電編碼器。普通車(chē)床加工螺紋時(shí)，是通過(guò)掛輪來(lái)完成的，加工不同的螺紋則需不同的掛輪，改造后的車(chē)床將主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分開(kāi)，但是為了能加工螺紋，需脈光電碼器把主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。它與車(chē)床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)輸送到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確加工螺紋的目的。

脈沖編碼器安裝在主軸箱內(nèi)，通過(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為1：1的同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來(lái)，即異軸安裝。這樣，克服了同軸安裝不能加工傳出車(chē)床主軸孔的零件的缺點(diǎn)。

工作時(shí)，主軸脈沖編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，并將信號(hào)傳給數(shù)控裝置，數(shù)控裝置收到主軸轉(zhuǎn)速信號(hào)后，控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)配合主軸轉(zhuǎn)速，保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，螺紋車(chē)刀移動(dòng)一個(gè)螺紋導(dǎo)程。同時(shí)保證每次進(jìn)給都在工件的同一點(diǎn)切入，防止亂扣。

3 進(jìn)給部分改造

（1）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。保留齒輪箱體，以保證調(diào)速和足夠的動(dòng)力，采用滾珠絲杠替代原絲杠，滾珠絲杠兩端采用原固定方式，仍安裝在原絲杠的位置。安裝時(shí)注意用百分表校驗(yàn)絲杠與導(dǎo)軌的平行度，拖板與導(dǎo)軌的垂直度，由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性略優(yōu)于以前。

（2）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造。保留原有的支撐結(jié)構(gòu)和手動(dòng)機(jī)構(gòu)，將原來(lái)的絲杠換成滾珠絲杠，滾珠絲杠仍然安裝在原絲杠位置，兩端采用原來(lái)的安裝方式，安裝時(shí)注意用百分表校驗(yàn)絲杠與導(dǎo)軌的垂直度。

齒輪箱體與伺服電機(jī)安裝在中拖板的后側(cè)，縱、橫向伺服電機(jī)都采用一級(jí)齒輪減速器（1：1）與滾珠絲杠連接。

（3）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的安裝。自動(dòng)換刀功能，是數(shù)控機(jī)床的基本功能，在數(shù)控機(jī)床改造中，大都使用四方、五方或六方自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。本設(shè)計(jì)中采用LD4型系列四工位自動(dòng)螺旋式轉(zhuǎn)位刀架。其由數(shù)控裝置中的內(nèi)置PLC來(lái)控制。

安裝時(shí)，將原機(jī)床小滑板，安裝在中滑板上即可。在安裝時(shí)，注意刀架刀臺(tái)的兩側(cè)面應(yīng)與車(chē)床的縱向、橫向進(jìn)給方向相同。

4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇

經(jīng)過(guò)認(rèn)真對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)性能及經(jīng)濟(jì)性比較，并根據(jù)計(jì)算，X軸與Z軸都選用華中數(shù)控有限公司生產(chǎn)的HSV-16-020型全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)模塊。

HSV-16是一款全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器該驅(qū)動(dòng)器。具有結(jié)構(gòu)小巧、使用方便、可靠性高等特點(diǎn)。

5 整機(jī)連線與調(diào)試

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的手冊(cè)進(jìn)行整機(jī)聯(lián)線，就可以進(jìn)入調(diào)試階段。

（1）伺服參數(shù)調(diào)整。根據(jù)實(shí)際加工需求，對(duì)伺服參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

（2）機(jī)床誤差補(bǔ)償。1）反向間隙誤差補(bǔ)償；2）螺距誤差補(bǔ)償。螺距誤差補(bǔ)償值=機(jī)床指令坐標(biāo)-機(jī)床實(shí)際測(cè)量位置。

進(jìn)過(guò)檢測(cè)與調(diào)整，能夠達(dá)到預(yù)期要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)床數(shù)控改造市場(chǎng)的了解和分析，提出了對(duì)普通車(chē)床的數(shù)控化改造方法和對(duì)進(jìn)口數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的改造方法。

數(shù)控車(chē)床的改造在數(shù)控機(jī)床改造中是最容易實(shí)現(xiàn)的，而改造的環(huán)境和條件千差萬(wàn)別。數(shù)控機(jī)床改造還包括數(shù)控銑床、加工中心等。今后需要在這些方面深入研究下去，為數(shù)控機(jī)床改造盡微薄之力。