普通車床機械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造

胡會娟+張華

摘 要：普通車床機械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造可以提高車床的運行能力，使其具備定位、補差、自動停止等功能，從而增強改造后車床的自動加工能力。通過對某型號普通車床機械結(jié)構(gòu)進行數(shù)控化改造，分析了改造過程中主要機械結(jié)構(gòu)的選取情況，以提高普通車床的加工精度。

關(guān)鍵詞：普通車床；機械結(jié)構(gòu)；數(shù)控化改造；機械加工

中圖分類號：TG511 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.070

車床是機械加工業(yè)中必不可少的加工工具。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，機械加工業(yè)也在快速發(fā)展，數(shù)控車床逐漸取代了原本的普通車床，但是，普通車床仍然在使用。因為數(shù)控車床的價格比較高，很多企業(yè)無法負擔(dān)，所以，需要對普通車床的機械結(jié)構(gòu)進行數(shù)控化改造，以增強普通車床的自動加工能力，提高加工精度。通過研究某普通車床機械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造情況，本文分析了步進電機、進給系統(tǒng)、自動刀架和編碼器的選擇、安裝情況，使普通車床能夠滿足數(shù)控化操作的需求。

1 機械部分的改造設(shè)計要求

普通車床的機械部分主要包括主軸傳動部分、進給系統(tǒng)、刀架回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和滾珠絲杠等。在對機械結(jié)構(gòu)進行數(shù)控化改造時，需要研究數(shù)控化結(jié)構(gòu)是否滿足普通車床的工作要求，數(shù)控化改造之后是否會對車床原有的坐標(biāo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，傳動系統(tǒng)能否滿足精度要求，等等。在數(shù)控化改造設(shè)計的過程中，需要計算主軸的橫縱進向，并測量滾珠絲杠的移動性能，確保數(shù)控化改造設(shè)計完成后普通車床有比較完整的數(shù)控功能和機械加工能力，能夠自動加工某些機械部件的端面、內(nèi)外圓、球面、錐面和螺紋等。

2 數(shù)控化改造的必要性

普通車床機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)數(shù)控化改造后，可以提高車床的加工精度，利用它可以加工精度要求更高的產(chǎn)品。數(shù)控化改造后，普通車床具有單獨的運行電機，能夠?qū)崿F(xiàn)多個坐標(biāo)的聯(lián)動加工，可以加工結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的工業(yè)元件，而且它還具備了自動換刀的功能，可以縮短復(fù)雜工件的加工時間。普通車床的數(shù)控化改造降低了車床操作人員的工作強度，使操作人員可以同時操作多臺車床，提高了其生產(chǎn)效率。數(shù)控化改造后，普通車床具備了數(shù)控操作能力，而且改造后價格比較低，能夠有效降低企業(yè)的投資成本，為機械加工企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，促進我國經(jīng)濟的發(fā)展。

3 數(shù)控化改造

3.1 普通車床床身導(dǎo)軌的改造

我國大部分普通車床的床身材料為鑄鐵，在進行數(shù)控化改造時，為了提高床身導(dǎo)軌的精度，可以在鑄鐵導(dǎo)軌上粘貼塑料軟帶。塑料軟帶能夠提高車床導(dǎo)軌的潤滑性，使導(dǎo)軌上的主刀行進得更加流暢，從而保證車床的加工精度。在改造過程中，也可以將傳統(tǒng)的鑄鐵導(dǎo)軌改造為滾動導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)比較小，不會影響機械加工的幾何精度。

3.2 滾珠絲杠的改造

滾珠絲杠主要是由滾珠、絲杠、回珠管等構(gòu)成的，它可以將車床機械部件的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。普通車床中的滾珠絲杠可以提高車床的傳動效率，使車床刀軸的行進過程更加平穩(wěn)。因為滾珠絲杠在運行過程中不會產(chǎn)生較大的振動，所以，不會產(chǎn)生過大的摩擦阻力。對滾珠絲杠進行數(shù)控化改造時，需要測量滾珠絲杠的齒差縫隙、絲杠轉(zhuǎn)速和滾珠直徑等，以保證改造完成后車床不會出現(xiàn)直線行進失穩(wěn)的情況。

3.3 主軸傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造

普通車床的主軸是由電動機帶動皮帶使主軸旋轉(zhuǎn)。在數(shù)控化改造時，盡量不要破壞原本的主軸箱，主要改造電機的變速系統(tǒng)。因此，可以用雙速或者四速電動機代替原本的電動機，以增強主軸傳動系統(tǒng)的傳動能力。在改造過程中，可以在主軸傳動系統(tǒng)中增加脈沖編碼器，標(biāo)記主軸運行的初始位置，為主軸傳動編碼，讓主軸每轉(zhuǎn)動一圈編碼器自動調(diào)整一次主軸刀具的位置。一般情況下，脈沖編碼器安裝在主軸箱中，并與電動機的傳動齒輪1∶1連接，從而實現(xiàn)主軸與編碼器的同步運行。

3.4 車床進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造

在改造進給系統(tǒng)時，需要加裝步進電機，并在進給系統(tǒng)的步進電機上安裝減速器。減速器通過連接裝置與絲杠連接在一起，可以實現(xiàn)對車床橫縱向進給系統(tǒng)的單獨控制。在數(shù)控化改造車床進給系統(tǒng)時，需要將車床原本的走刀箱和溜板箱全部拆除，利用新的步進電機傳動鏈傳動進給系統(tǒng)。在改造時，不需要更改滾珠絲杠的原有位置，而要讓滾珠絲杠成為主要的傳動結(jié)構(gòu)。當(dāng)車床縱軸需要行進時，計算機會向步進電機發(fā)出指令，使縱軸的滾珠絲杠移動，從而獲得要求的走刀量。當(dāng)橫軸移動時，數(shù)控指令會操縱橫向步進電機，使?jié)L珠絲杠獲得橫向走刀量。在普通車床進給系統(tǒng)數(shù)控化改造的過程中，要在原本齒輪箱和絲杠的位置增加防護罩，以保證車床的運行安全。

3.5 刀架結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造

在改造普通車床的刀架結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)普通車床的刀架位置設(shè)置專門的電動刀架。為了滿足車床的機械加工要求，電動刀架最少要有4個刀位。一般情況下，自動刀架采用三相異步交流電動機操控刀架，然后利用蝸桿來傳動刀架。當(dāng)計算機向車床發(fā)出傳動信號后，步進電動機就會帶動蝸桿運動，實現(xiàn)對刀架結(jié)構(gòu)的控制，同時，步進電機的正反轉(zhuǎn)運行還能夠?qū)崿F(xiàn)刀架的自動切換。

3.6 溜板箱的改造

在對普通車床的機械結(jié)構(gòu)進行數(shù)控化改造時，要拆除原有的溜板箱，然后將新的溜板箱固定在改造之后的滾珠絲杠上。在改造溜板箱時，要改進相應(yīng)的潤滑結(jié)構(gòu)，保證車床在不同的驅(qū)動條件下溜板箱都能夠穩(wěn)定運行。

使用數(shù)控化技術(shù)改造了普通車床的機械結(jié)構(gòu)后，要檢驗改造后車床的運行性能，即檢驗其傳動性能、主軸進給性能和車床噪聲等。改造車床的運行監(jiān)測需要進行空轉(zhuǎn)狀態(tài)和負載狀態(tài)檢測，以保證改造后的車床具備切削循環(huán)、直線插補、螺距補償、圓弧切削、間隙補差等多種數(shù)控化操作功能。

4 結(jié)論

本文簡要闡述了普通車床機械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造要求，研究了普通車床數(shù)控化改造的必要性，并分析了車床數(shù)控化的改造內(nèi)容，希望可以提高普通車床的加工精度，降低車床操作人員的工作強度，提高機械加工行業(yè)的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]孫建華.CDL6136普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2012.

[2]丁世均，劉國群，井建康，等.普通車床數(shù)控化機械部分的改造設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014（04）：149-151.

[3]王金剛，劉文波.CA6150車床機械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2012（05）：31-33.