普通機(jī)床數(shù)控改造中需注意的若干問題

■濟(jì)柴聊城機(jī)械有限公司 （山東 252000） 劉廣強(qiáng) 丁延亮 蘇洪年 徐 銳

普通機(jī)床數(shù)控改造中需注意的若干問題

■濟(jì)柴聊城機(jī)械有限公司 （山東 252000） 劉廣強(qiáng) 丁延亮 蘇洪年 徐 銳

普通機(jī)床的數(shù)控改造需考慮多方面的因素、缺一不可，機(jī)床改造后的成敗是一個(gè)綜合結(jié)果。到目前為止我國有將近400多萬臺(tái)普通機(jī)床，其中有75%的可以進(jìn)行數(shù)控化改造，機(jī)床的再制造領(lǐng)域仍處于上升階段，認(rèn)真研究分析普通機(jī)床的數(shù)控改造方案任重道遠(yuǎn)。

1. 普通機(jī)床數(shù)控改造的必要性

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品加工精度及加工外在品質(zhì)要求的提升，原來的普通機(jī)床生產(chǎn)效率低，對(duì)個(gè)人操作技能要求較高，操作人員的流動(dòng)性也很難保證普通機(jī)床加工產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。目前市場產(chǎn)品更新?lián)Q代較快，普通機(jī)床很難適應(yīng)這種變化的節(jié)奏，完全更換全新數(shù)控機(jī)床勢必給生產(chǎn)成本帶來相當(dāng)?shù)膲毫?，且存在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)普通機(jī)床的合理數(shù)控改造是中小型企業(yè)的首選，可以節(jié)省因全部更新造成的能源消耗及污染排放，改造后，可以由原來的專人專機(jī)，轉(zhuǎn)換為一人多機(jī)，智能控制。

2. 數(shù)控改造過程中配置的合理性

機(jī)床的數(shù)控改造前必須對(duì)機(jī)床的現(xiàn)狀進(jìn)行合理的評(píng)估，從而制定合理的改造方案，避免不必要的配置；另外數(shù)控改造絕不是簡單的更換一下絲杠，配上數(shù)控系統(tǒng)就能完成的工作，要想達(dá)到理想的結(jié)果必須合理配型。

（1）明確改造的目的：弄清楚究竟是為特定產(chǎn)品，還是僅僅從提升機(jī)床品質(zhì)而改造機(jī)床。

如果為特定產(chǎn)品改造機(jī)床，以下幾個(gè)方面需引起注意：改造后行程是否能滿足產(chǎn)品的加工要求，原機(jī)床的剛性及強(qiáng)度能否符合該產(chǎn)品的加工要求，產(chǎn)品及配套的加工夾具是否在合理的機(jī)床承重范圍內(nèi)，改造后是否引起局部的剛性或強(qiáng)度下降，原機(jī)床的熱傳導(dǎo)性是否影響改造后機(jī)床的精度，改造后的自動(dòng)化程度是否適應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的節(jié)拍，改造后機(jī)床部分配件的動(dòng)平衡變化是否影響產(chǎn)品的加工精度，如何提升機(jī)床的加工性能及自動(dòng)化程度等，這些問題均需參照國家相應(yīng)類型的精度等級(jí)及機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)角度進(jìn)行改造。

（2）改造前的準(zhǔn)備：原始資料的準(zhǔn)備，改造前機(jī)床的現(xiàn)有幾何精度需有明確的數(shù)據(jù)，以便以此為依據(jù)制定明確的設(shè)計(jì)任務(wù)書，參照原普通機(jī)床的出廠精度等級(jí)，討論制定切實(shí)可行的機(jī)床技術(shù)參數(shù)及改造方案。

（3）改造過程中需要注意的問題：①先要對(duì)機(jī)械導(dǎo)軌精度進(jìn)行恢復(fù)，至于是否提升該機(jī)床的機(jī)械精度則取決于加工工件的精度要求?；謴?fù)機(jī)床導(dǎo)軌精度目前大多采用以下兩種方法，研傷導(dǎo)軌的磨削修復(fù)或刮研修復(fù)，甚至二者相結(jié)合。磨削過程中需要避免床身的變形，而刮研工作量較大，周期較長。②降低導(dǎo)軌摩擦力，提高機(jī)床的響應(yīng)速度。對(duì)于普通機(jī)床鑄鐵與鑄鐵相摩擦的地方，采用成熟的新工藝，對(duì)導(dǎo)軌面貼塑處理，如果要求高剛性，則需粘貼耐磨銅板或合金鋁。對(duì)于要求高剛性的機(jī)床，可以改滑動(dòng)導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，或采用滾動(dòng)導(dǎo)軌塊及鑲鋼導(dǎo)軌的配合以降低摩擦。③增加集中自動(dòng)潤滑。普通機(jī)床一般為手動(dòng)潤滑，有固定的保養(yǎng)周期，對(duì)操作人員要求較高，為避免遺漏，改用集中自動(dòng)潤滑后，機(jī)床導(dǎo)軌及絲杠的潤滑均可定時(shí)、定量地自動(dòng)進(jìn)行，避免干摩擦的發(fā)生。④簡化機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)鏈。盡量縮短傳動(dòng)鏈的長度，以提高精度及可靠性。電動(dòng)機(jī)與絲杠連接時(shí)需采用無反向間隙的彈性聯(lián)軸器；采用滾珠絲杠的螺旋傳動(dòng)代替原來的普通梯形絲杠，個(gè)別大型機(jī)床需采用消隙齒輪齒條傳動(dòng)，如需提高傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的地方則采用直連精密行星減速機(jī)，或者通過同步帶減速增加轉(zhuǎn)矩。⑤機(jī)械裝配的合理性。裝配時(shí)必須先確定安裝基準(zhǔn)，然后根據(jù)基準(zhǔn)進(jìn)行裝配，分清先后順序，避免精密部分的反復(fù)拆卸，熱裝及冷裝必須根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)部位的部位合理選擇，如安裝軸承時(shí)，采用軸承加熱器，合理預(yù)熱后，可以無創(chuàng)傷安裝，而如果安裝不當(dāng)，勢必造成軸承精度及壽命的降低；安裝密封件時(shí)，也應(yīng)該根據(jù)密封件的材質(zhì)確定安裝方案，避免硬性安裝。數(shù)控系統(tǒng)的選擇未必進(jìn)口的都是合適的，如果不能充分發(fā)揮系統(tǒng)的功能，反而浪費(fèi)，量力而行，根據(jù)實(shí)際加工需求，合理選擇系統(tǒng)。對(duì)于一般半閉環(huán)的機(jī)床，國產(chǎn)系統(tǒng)已完全能替代進(jìn)口產(chǎn)品，性價(jià)比較高，KND數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控等都是不錯(cuò)的選擇。對(duì)于閉環(huán)的機(jī)床，有些國產(chǎn)系統(tǒng)也足以滿足一些要求，如藍(lán)天NC110系統(tǒng)等；繼電器等電氣普通電氣元件，應(yīng)選擇一些國內(nèi)名牌產(chǎn)品，盡量采用市場較流行的新工藝，以提高動(dòng)作的穩(wěn)定性，對(duì)于一些反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的部位，電纜必須選用有抗拉且柔韌性好的，避免電路的虛連等不穩(wěn)定因素。⑥在機(jī)床的調(diào)試過程中，應(yīng)該對(duì)機(jī)械及電氣分開調(diào)試完成后，再整體試車。在確認(rèn)機(jī)械傳動(dòng)鏈安裝無誤后，可能的話，先進(jìn)行手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，利用測試轉(zhuǎn)矩大小的變化，檢查傳動(dòng)鏈?zhǔn)欠翊嬖陔[患。電氣調(diào)試則必須先空盤測試，各輸出繼電器無誤后，連接電動(dòng)機(jī)，設(shè)置好系統(tǒng)各坐標(biāo)軸的電子齒輪比，檢查各坐標(biāo)軸的硬限位是否有效，機(jī)床的軟限位是否有效，然后進(jìn)行機(jī)床手動(dòng)回零，建立機(jī)床坐標(biāo)系。⑦運(yùn)行機(jī)床、檢測機(jī)床的幾何精度，先對(duì)機(jī)床精度粗調(diào)整，在靜態(tài)幾何精度合格后，必須進(jìn)行試件的多次切削加工，以檢驗(yàn)機(jī)床精度的穩(wěn)定性，在調(diào)試的過程中，每次檢驗(yàn)，繪出機(jī)床導(dǎo)軌的直線度曲線圖，同時(shí)記錄檢測室的溫度和濕度，通過不同時(shí)段繪制的曲線圖進(jìn)行對(duì)比，找出變化規(guī)律，去掉尖端，平緩改進(jìn)導(dǎo)軌的直線度，直到幾天的不同時(shí)段僅有微小變化時(shí)，調(diào)整初期結(jié)束。在機(jī)床運(yùn)行幾個(gè)月最多半年后，再進(jìn)行一次精調(diào)整。

3. 影響機(jī)床改造后機(jī)床精度的地基因素

對(duì)于一些大型或精度要求高的機(jī)床，在制作機(jī)床基礎(chǔ)時(shí)，必須根據(jù)國家機(jī)床地基的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，墊層夯實(shí)，混凝土嚴(yán)格結(jié)合機(jī)床的質(zhì)量及占地面積，合理布置鋼筋網(wǎng)，為減少周圍環(huán)境的干擾，預(yù)留減振槽。如果機(jī)床的基礎(chǔ)不合理，出現(xiàn)塌腰現(xiàn)象，或與周圍物體共振，機(jī)床精度勢必不會(huì)穩(wěn)定。

4. 改造團(tuán)隊(duì)人的因素

改造是否成敗，人員要合理配置，分工必須明確，職責(zé)明確，避免出工不出力，制定合理的激勵(lì)措施，充分調(diào)動(dòng)所有人的積極性，這樣才能縮短改造加工周期，提升改造后機(jī)床的品質(zhì)。

5. 改造應(yīng)用

筆者結(jié)合多年改造經(jīng)驗(yàn)，簡單介紹一下齊一機(jī)床廠立式車床C5112A的數(shù)控改造過程。

首先弄清機(jī)床原說明書等技術(shù)資料，確定改造目的與方向，對(duì)機(jī)床工作臺(tái)轉(zhuǎn)速及橫梁升降部分保留原功能，對(duì)機(jī)床立刀架及溜板橫向進(jìn)給部分更換伺服電動(dòng)機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)二軸聯(lián)動(dòng)。并且對(duì)機(jī)床原導(dǎo)軌進(jìn)行磨削恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌的直線度，對(duì)鑲條作貼塑處理。機(jī)床原進(jìn)給功率1.3/1.7kW，立刀架快速進(jìn)給范圍0.8～86 mm/min，為減少傳動(dòng)鏈，采用彈性膜片聯(lián)軸器與絲杠直連，原梯形絲杠更換為精密的滾珠絲杠，滾珠絲杠采用國產(chǎn)南京藝工FFZD4005-P4及FFZD3205-P4，具體選擇參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)螺旋傳動(dòng)部分，對(duì)應(yīng)的螺母座需重新設(shè)計(jì)，軸承更換為數(shù)控絲杠專用60°接觸角軸承，電動(dòng)機(jī)座及絲杠的支撐方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)部分及數(shù)控系統(tǒng)均采用性價(jià)比較高的KND100Ti系統(tǒng)，X軸采用5.5kW，轉(zhuǎn)矩為27N·m的150ST系列的伺服電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)為SD100-5，Z軸采用4.7kW，轉(zhuǎn)矩為23N·m的帶抱閘功能的伺服電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)為SD100-5；刀架采用國內(nèi)工藝成熟的煙臺(tái)環(huán)球320×4數(shù)控磚塔刀架，潤滑采用南京貝奇爾的2L集中潤滑泵，對(duì)原來的潤滑點(diǎn)接入自動(dòng)潤滑系統(tǒng)。改造后將機(jī)床保養(yǎng)設(shè)備點(diǎn)檢卡更新相應(yīng)內(nèi)容。一般來說，在配件準(zhǔn)備齊全的情況下，改造一臺(tái)C5112立式車床5～7天即可完成機(jī)床的調(diào)試，且符合國家數(shù)控車床精度驗(yàn)收要求。

總之，改造后可提高加工精度，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3～5倍）；機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。參考文獻(xiàn)：

[1] 劉文娟，姜晶. 金屬切削機(jī)床[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2] 張發(fā)軍. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 湖北：華中科技大學(xué)出版社，2013.

20141210）