普通機(jī)床改造數(shù)控機(jī)床的技術(shù)要點(diǎn)

許宗琦（福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院　機(jī)械工程系，福州　350000）

普通機(jī)床改造數(shù)控機(jī)床的技術(shù)要點(diǎn)

許宗琦
（福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院機(jī)械工程系，福州350000）

機(jī)床顧名思義就是指制造機(jī)器的機(jī)器，在生產(chǎn)加工中習(xí)慣上稱(chēng)作機(jī)床。機(jī)床得種類(lèi)多種多樣，老式的普通機(jī)床從零件的裝夾到加工，全部是由技術(shù)人員手動(dòng)進(jìn)行操作的。特別是在批量加工精密零件時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不說(shuō)產(chǎn)品的精度還很難保證，而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床完美的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)床的弊病，在加工時(shí)間和精度上都有了顯著的提升。

普通機(jī)床；數(shù)控機(jī)床；加工精度；自動(dòng)控制

1　數(shù)控機(jī)床

所謂數(shù)控機(jī)床就是一種由程序控制系統(tǒng)來(lái)完成機(jī)床自動(dòng)化運(yùn)行的機(jī)床。1951年世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)麻省理工學(xué)院?jiǎn)柺?，這是一臺(tái)由電子管數(shù)控系統(tǒng)控制的銑床，7年之后美國(guó)又首先研制出能自動(dòng)更換刀具的數(shù)控機(jī)床。1968年世界上第一條數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)線(xiàn)誕生，到70年代中后期，由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了自動(dòng)化加工車(chē)間，自動(dòng)化工廠(chǎng)也應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)控機(jī)床具有以下幾個(gè)特點(diǎn)；

（1）由于數(shù)控化操作機(jī)床，極大的降低了人為造成的誤差，并且批量加工時(shí)加工質(zhì)量可以得到保證；

（2）可進(jìn)行多點(diǎn)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，適合加工形狀復(fù)雜的零部件；

（3）在加工不同的零件時(shí)，只需輸入不同的數(shù)控程序，其余步驟都有數(shù)控系統(tǒng)自行完成，極大的節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；

（4）機(jī)床本身具有剛性大，精度高的特點(diǎn)，生產(chǎn)率是普通機(jī)床的數(shù)倍；

（5）由于機(jī)床本身的運(yùn)行完全由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)操作，極大的減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；

2　數(shù)控機(jī)床的改造要點(diǎn)

在我國(guó)，機(jī)械自動(dòng)化數(shù)控技術(shù)雖然起步較晚，但已經(jīng)迎頭追趕世界先進(jìn)水平，公認(rèn)的世界機(jī)械制造業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家是德國(guó)和日本。擁有眾多享譽(yù)世界的大公司，例如大家耳熟能詳?shù)拇骼漳贰け捡Y汽車(chē)公司，大眾汽車(chē)公司，西門(mén)子公司，三菱重工，松下電氣等。我國(guó)也有徐工、柳工、三一重工等知名機(jī)械類(lèi)制造公司。而我國(guó)除了少數(shù)大型機(jī)械制造公司以外，許多機(jī)械行業(yè)單位使用的大部分還是老式普通機(jī)床，大批量更換投入資金又太大，所以普通機(jī)床改造數(shù)控機(jī)床就顯得至關(guān)重要。我認(rèn)為實(shí)現(xiàn)普通機(jī)床改造數(shù)控機(jī)床可以分為以下4個(gè)部分，首先恢復(fù)機(jī)床原有功能，對(duì)原有機(jī)床存在的故障部分進(jìn)行排查，診斷和修復(fù)；其次在普通機(jī)床上加裝電子顯示器，或直接加數(shù)控系統(tǒng)；然后進(jìn)行翻新，為了進(jìn)一步增加機(jī)床的加工精度、效率和自動(dòng)化，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行改造翻新，對(duì)于機(jī)械部分進(jìn)行重新裝配加工，使其加工精度得到提升，對(duì)不滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的數(shù)控系統(tǒng)予以更新。最后就是有重大技術(shù)創(chuàng)新是，才大批量大幅度的對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行整體改造。

3　重點(diǎn)改造的部位

對(duì)于數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的選擇上，由于市場(chǎng)同類(lèi)型數(shù)控系多種多樣，在選擇之前，應(yīng)首先了解所改造機(jī)床的性能，再?gòu)膬r(jià)格，使用壽命，操作難易程度度等方面選擇。當(dāng)然在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，大品牌的數(shù)控系統(tǒng)是首選。首先這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)在電子元件的使用上經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，制造工藝也極其考究，并且操作簡(jiǎn)易。在功能方面因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)所具備的功能要滿(mǎn)足所改造機(jī)床的功能，盡量減少過(guò)多的數(shù)控功能，以減輕操作難度。因?yàn)?，如果?shù)控系統(tǒng)功能太多的話(huà)一方面是改造資金的浪費(fèi)，另一方面復(fù)雜的內(nèi)部系統(tǒng)偶爾會(huì)造成程序故障。

對(duì)于機(jī)床械部分的改造，為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的性能，保證改造后的數(shù)控機(jī)床能在數(shù)控系統(tǒng)的控制下完成重復(fù)定位精度，微機(jī)進(jìn)給無(wú)爬行，并且增加機(jī)床的使用壽命，外形簡(jiǎn)潔美觀，機(jī)械部分的改造有以下幾個(gè)方面。

3.1床身部分

為了使改造后的機(jī)床生產(chǎn)效率得到提高，除了盡可能的減少系統(tǒng)故障外，也要考慮機(jī)床本身的耐磨性，尤其是導(dǎo)軌部分的耐磨性。

一般數(shù)控機(jī)床床身部分的選材為普通鑄鐵，而導(dǎo)軌部分采用高強(qiáng)度合金鋼材料，其耐磨性是普通鑄鐵的數(shù)倍，因此在改造中，舊床身部分可以不變，導(dǎo)軌換成合金材質(zhì)，并用螺釘或焊接或粘劑加以固定，在固定導(dǎo)軌前一定要進(jìn)行磨削加工，以降低表面粗糙度，提高粘接強(qiáng)度。

3.2主軸變速箱

依照所選的數(shù)控系統(tǒng)的不同，此處以GWK/AT-II數(shù)控系統(tǒng)為例，主運(yùn)動(dòng)的方式和傳統(tǒng)的普通機(jī)床一樣，要求變速范圍盡可能的大，來(lái)保證加工轉(zhuǎn)速，使生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到提升。在改造時(shí)可以根據(jù)具體情況，有效的利用編碼方式的不同來(lái)提高主軸變速功能，將兩個(gè)齒輪合二為一，裝配遠(yuǎn)程控制電磁離合器，使其在不停機(jī)的情況可以完成兩種變速，而其他速度的調(diào)整可以采用手動(dòng)機(jī)械變速來(lái)完成。

3.3拖板裝置

無(wú)論點(diǎn)位的控制還是連續(xù)的控制，被加工零件的坐標(biāo)精度，都受拖板運(yùn)動(dòng)的影響。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)而言。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的操作指令僅能使拖板運(yùn)動(dòng)，并沒(méi)有位置檢測(cè)和信號(hào)反饋的功能，所以系統(tǒng)所發(fā)出的指令值和實(shí)際托板移動(dòng)值如果有差別的話(huà)，就會(huì)造成加工誤差。因此，除了拖板和配件的精度要保證外，在靈敏度和傳動(dòng)精度的要求上還要采取一些措施，使其得到提高。①傳動(dòng)裝置的布局采用減速齒輪箱來(lái)提高傳動(dòng)精度（分辨率為0.01mm）。傳動(dòng)比計(jì)算公式為：

公式中：α為步進(jìn)電機(jī)的步距角（度）；p為絲杠螺距，mm；δ為脈沖當(dāng)量。②在齒輪傳動(dòng)的時(shí)候，為了提高正傳動(dòng)和反傳動(dòng)的精度，必須要盡可能消除配對(duì)齒輪間的傳動(dòng)間隙，方法有兩種，分別是柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。一般情況下配對(duì)齒輪側(cè)隙方法選擇的是剛性調(diào)整法。③利用滾珠絲杠來(lái)代替原滑動(dòng)絲杠，提機(jī)床的高傳動(dòng)靈敏性和降低機(jī)床功率和步進(jìn)電機(jī)力矩的損失。

3.4自動(dòng)換刀裝置

自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控機(jī)床的重組成部分，形式多種多樣。自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床中，刀具的更換直接影響加工時(shí)間和精度，老式機(jī)床的使用中，人工裝夾刀具不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且如果沒(méi)有夾緊生產(chǎn)加工時(shí)還會(huì)出現(xiàn)安全隱患，所以自動(dòng)換刀系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，自動(dòng)換刀裝置的加入使換刀這一步驟更加迅速準(zhǔn)確。

刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成了自動(dòng)換刀系統(tǒng)。它是數(shù)控系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，首先要把加工過(guò)程中所需要的所有刀具依次安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，并進(jìn)行預(yù)先調(diào)整，然后放入刀庫(kù)當(dāng)中。在需要換刀的時(shí)候先在刀庫(kù)中完成選刀這一步驟，并且由刀具交換裝置從刀庫(kù)和主軸上分別取出刀具，將新刀具裝入主軸，并把舊刀具放回刀庫(kù)原有的

位置，完成換刀。存放刀具的刀庫(kù)具應(yīng)擁有極大的刀具容量，以滿(mǎn)足加工的需求，在安裝時(shí)它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨(dú)立的一部件安裝到機(jī)床外，并由搬運(yùn)裝置完成運(yùn)送刀具的工序。與轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，擁有刀庫(kù)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床只有一個(gè)主軸，只需設(shè)計(jì)部件就能充分滿(mǎn)足它的剛度，并且能滿(mǎn)足大部分精密零件的加工需求。另外，因?yàn)榈稁?kù)中可以存放數(shù)量較大的刀具，所以能夠進(jìn)行一些復(fù)雜零件的多工序精密加工。這就明顯提高了機(jī)床的使用范圍和加工效率。所以帶刀庫(kù)的數(shù)控?fù)Q刀裝置適用于大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了市場(chǎng)上大部分普通機(jī)床改造數(shù)控機(jī)床主要的幾項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)。數(shù)控加工中心對(duì)21世紀(jì)我國(guó)機(jī)械發(fā)展至關(guān)重要，小到生活民用，大到軍工航天，機(jī)械加工和國(guó)家整體實(shí)力緊密相關(guān)。最有說(shuō)服力的就是日本能在二戰(zhàn)后迅速恢復(fù)元?dú)?，與其大力發(fā)展扶持機(jī)械行業(yè)是分不開(kāi)的，放眼世界，頂尖的機(jī)械加工技術(shù)和精密機(jī)械設(shè)備大多掌握在美國(guó)，德國(guó)，日本等國(guó)家的手中，雖然我們可以高價(jià)進(jìn)口一些高精密機(jī)械儀器，但真正的核心技術(shù)是金錢(qián)所不能購(gòu)買(mǎi)的，想要發(fā)展進(jìn)步，唯有自強(qiáng)不息，獨(dú)立研發(fā)制造并有所借鑒，才能發(fā)展壯大，建國(guó)以來(lái)，幾代機(jī)械人的努力才有了我國(guó)現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)的蓬勃發(fā)展，在此我由衷的希望，我國(guó)的機(jī)械行業(yè)能把握好科學(xué)技術(shù)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)給我們帶來(lái)的機(jī)遇，并且迎接來(lái)自國(guó)際化尖端機(jī)械加工技術(shù)所帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，使我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)和機(jī)械產(chǎn)業(yè)走向世界的巔峰。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.008

許宗琦（1992-），男，山東聊城人，本科。