普通機床數控改造在職業(yè)技能大賽中的應用

周樹強，周麗霞，覃 琴，何正琛

（成都航空職業(yè)技術學院，四川成都 610100）

普通機床數控改造在職業(yè)技能大賽中的應用

周樹強，周麗霞，覃 琴，何正琛

（成都航空職業(yè)技術學院，四川成都 610100）

根據全國職業(yè)院校技能大賽要求，對一臺普通車床進行數控改造。詳細闡述了改造方案，包括總體設計、主軸系統改造、進給系統改造、刀架改造和數控系統選用與調試等。改造后的車床能夠滿足比賽要求，既節(jié)約了資金，又鍛煉了學生。

技能大賽；數控改造；促進作用

根據2013全國職業(yè)院校技能大賽要求，數控設備運用與維護專業(yè)比賽項目是數控機床裝配、調試與維修，選用的是臥式平床身CKA6150數控車床。由于學校沒有這類數控機床，考慮到購置新設備對比賽來說成本太高，于是用一臺報廢的普通車床進行數控改造。在改造過程中，結合比賽內容，進行針對性的改造，讓學生完全參與到改造過程中，既促進學生對數控機床裝配、調試與維修更深刻的理解，更利于學生參加比賽。

1 技能大賽的重要性

全國職業(yè)院校技能大賽是中華人民共和國教育部發(fā)起，聯合國務院有關部門、行業(yè)和地方共同舉辦的一項年度全國性職業(yè)教育學生競賽活動。數控機床裝配、調試與維修比賽項目，目的是檢驗參賽選手的團隊協作能力、計劃組織能力和數控機床機械、電氣裝調、精度檢驗、故障診斷和排除技能，考察選手的質量、效率、成本、安全和環(huán)保意識；推動高職院校數控設備應用與維護專業(yè)的教育教學改革；加快工學結合人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新的步伐，促進高職院校緊貼產業(yè)需求，培養(yǎng)制造企業(yè)急需的數控設備機械、電氣維修人員等高端技能型人才[1]。根據全國職業(yè)院校技能大賽要求，2013年數控設備應用與維護專業(yè)比賽項目選用的是臥式平床身CKA6150數控車床作為比賽平臺。由于學校沒有這類數控機床，考慮到購置新設備對比賽來說成本太高，用一臺C620-l普通車床進行數控改造。

2 數控改造方案

2.1 總體改造方案設計

根據“2013年全國職業(yè)院校技能大賽”高職組數控機床裝配、調試與維修賽項規(guī)程，比賽內容分為五部分：機械組件安裝與調試；機床功能檢查、故障排除；全閉環(huán)控制方式下機械、電氣安裝調試；半閉環(huán)和全閉環(huán)控制方式下機床運動精度檢測、對比與分析；試切件的編程與加工[2]。根據比賽規(guī)程，在這次比賽中需要進行機床半閉環(huán)和全閉環(huán)的比較，所以對機床X軸進行全閉環(huán)改造，Z軸半閉環(huán)改造，并且Z軸用同步齒形帶傳動的結構、主軸機械部件和機床導軌不做改造，數控系統選用FANUC 0i mate TD數控系統。

圖1 Z軸傳動系統結構圖

2.2 主軸系統改造方案

根據比賽要求，主軸系統需要進行高、中、低三檔手動變速，選擇原機床主軸系統中間三檔作為手動變速。主軸電機可以使用原有的普通三項異步交流電機拖動，要實現無級變速，考慮到經濟性，選擇用主軸交流變頻調速系統。

根據試切零件樣題得知，機床要實現螺紋切削功能，主軸部位安裝主軸編碼器。為了保證螺紋加工的質量，主軸編碼的轉速、方向必須和主軸同步，所以選擇用同步輪、同步帶的連接方式與車床主軸同步。

2.3 進給系統改造方案

普通機床的X軸和Z軸均由同一電機驅動，而數控機床則是單獨驅動。在能夠滿足車床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，一般多將電機與絲杠副通過聯軸器直接連接，所以X軸選擇聯軸器直接與絲杠連接，并且安裝直線光柵尺。而Z軸對應絲杠較長，直徑較大，所以考慮到動力問題，中間通過同步齒形帶減速傳動。Z軸傳動系統結構如圖1所示。

普通車床導軌大多數采用滑動導軌，其動、靜摩擦系數大，在使用一段時間后會有不同程度的磨損，對車床傳動精度和其保持性有一定的影響，一般數控改造時都要進行必要的修理。由于考慮到比賽經濟性，導軌修復成本比較高，而且對比賽影響較小，所以對導軌不做改造。

機床絲杠的改造，普通機床大多采用的是T型絲杠等滑動絲杠副，摩擦阻力大、傳動效率低，不能適應高速運動[3]。而滾珠絲杠摩擦損失小，傳動效率高，所以選擇滾珠絲杠作為X軸和Z軸的傳動。對應滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相當。

2.4 刀架改造

目前數控車床大部分都是自動刀架，定位更準確、迅速。電動刀架分為臥式轉塔式（一般安裝8～12把刀）、立式電動刀架（一般安裝4～6把）和排式刀架，臥式轉塔式價格比較昂貴，排式刀架自動車床用得比較普遍，改造中常用電動四方刀架。

2.5 數控系統選用

根據比賽要求，數控系統可以選擇FANUC 0i Mate TD、Siemens 808D、華中8型數控系統，通過調研多家機床生產企業(yè)和多家數控設備加工企業(yè)，并從教學比賽貼近生產的實際情況，選擇使用FANUC 0i Mate TD數控系統。

2.6 數控系統連接與調試

FANUC 0i Mate TD數控系統是FANUC公司推出的經濟型車床數控系統，系統連接如圖2所示[4-5]。

根據比賽要求和C620-l車床的實際情況，設計出機床的主電氣原理圖如圖3所示。

圖2 FANUC 0i Mate TD數控系統連接圖

圖3 C620-l車床改造主電氣原理圖

根據設計的機床電路圖完成連接，進行數控系統的PMC程序、基本參數、主軸參數、伺服參數的調試，讓機床能正常運行。

3 促進作用

通過這次利用普通機床改造成數控機床，整個過程都是由學生參與，并且首先讓學生根據比賽規(guī)程提出設計方案，然后老師再根據學生的方案講解具體的實施過程，學生動手去做，這樣不僅達到訓練比賽的目的，而且更清楚讓學生明白比賽的難點在什么地方。

4 結束語

通過本次普通機床的成功改造，節(jié)約了資金，鍛煉了學生，同時也為在其他傳統設備的數控化改造方面，提供了理論和實踐依據。

［1］2013年全國職業(yè)院校技能大賽手冊［Z］.全國職業(yè)院校技能大賽組委會，2013.

［2］2013年全國職業(yè)院校技能大賽賽項指南［Z］.全國職業(yè)院校技能大賽組委會，2013.

［3］王印力，周新民，葉選林.普通車床機械部分的數控改造［J］.林業(yè)機械與木工設備 ，2008（11）：56-57.

［4］FANUC Series 0i-MODEL D連接說明書（功能）［Z］.北京發(fā)那科機電有限公司，2009.

［5］FANUC Series 0i-MODEL D維修說明書［Z］.北京發(fā)那科機電有限公司，2009.

The Application of General-Purpose Machine Tool NC Transformation in the Vocational Skills Competition

ZHOU Shu-qiang，ZHOU Li-xia，QIN Qin，HE Zheng-chen
（Chengdu Aeronautic Polytechnic，Chengdu610100，China）

According to the requirements of the National Vocational Student Skills Competition，to study the NC transformation of a General-purpose Machine Tool.This article expounds the transformation program in detail，including the overall design，the spindle system transformation， feeding system transformation，transformation turret，and CNC system selection and debugging.After transforming，the lathe can meet the requirements of the competition，which saves money，and also exercise the students.In vocational skills contest training，lets the student participate in ordinary lathe of numerical control technology，the game has a very good role in promoting，at the same time reduces the cost.

skills competition；NC transformation；promoting effect

TG659

B

1009－9492(2015)10－0130－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.034

周樹強，男，1987年生，四川資中人，大學本科，助教。研究領域：機械制造與自動化。

(編輯：王智圣)

2015－04－13