普通車床數(shù)控化機(jī)械部分的改造設(shè)計

張金龍 周楷京

沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠

普通車床數(shù)控化機(jī)械部分的改造設(shè)計

張金龍 周楷京

沈陽機(jī)床股份有限公司沈一車床廠

普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造后，大大提高了原有機(jī)床的自動化程度和生產(chǎn)率，其改造成本僅為同功能數(shù)控機(jī)床的30%左右。為了能夠大幅度地提高數(shù)控機(jī)床改造后的性能，在改造過程中，首先要對各種機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，然后要對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，確保數(shù)控車床工作的穩(wěn)定性與連續(xù)性?；诖吮疚姆治隽似胀ㄜ嚧矓?shù)控化機(jī)械部分的改造設(shè)計。

普通車床；數(shù)控化；機(jī)械部分；改造設(shè)計

1、普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造的優(yōu)勢

對普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控化改造，可以全面提升車床的工作效率。具體表現(xiàn)有幾個方面：第一，提高生產(chǎn)精度，經(jīng)過數(shù)控化改造之后可以提高車床的加工精度，使得各種工件更加精細(xì)化。第二，可以提高生產(chǎn)效率，通過對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造之后，對車床進(jìn)行控制的電機(jī)是相對獨立的，則可以通過不同的電機(jī)對車床的控制來實現(xiàn)對車床的聯(lián)動控制，可以生產(chǎn)出一些造型比較復(fù)雜的零件，擴(kuò)大了車床的生產(chǎn)范圍。第三，提高加工速度。普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)過數(shù)控化改造之后，增加了自動換刀的功能，在加工工件的過程中縮短了換刀時間，因此提高了工件生產(chǎn)的速度。第四，減輕工人強(qiáng)度。經(jīng)過數(shù)控化改造之后，車床的操作變得更加智能化，一般由系統(tǒng)自動完成，使得操作人員的工作強(qiáng)度得以減輕，一個操作人員可以對多個數(shù)控車床進(jìn)行控制，從而提高了生產(chǎn)效率。

2、總體設(shè)計方案的論證

2.1 機(jī)床本身

條件機(jī)床能否進(jìn)行數(shù)控化改造主要取決于本身的條件，如機(jī)床的磨損程度、剛度等以及機(jī)床的技術(shù)壽命。

普通機(jī)床結(jié)構(gòu)上的不足之處有剛度低、抗振性能差、滑動摩擦阻力較大以及傳動元件之間存在較大間隙等。應(yīng)有針對性地對其中部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以滿足數(shù)控機(jī)床最基本的要求。數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置(CNC)技術(shù)壽命一般為3～4年。對原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造也能延長其技術(shù)壽命。

2.2 加工對象

零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、脈沖當(dāng)量。改造后的數(shù)控車床具有切削螺紋功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，系統(tǒng)分辨率為縱向0.01mm，橫向0.005mm。現(xiàn)在市場上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為(0.005～0.01)mm，能夠滿足上述加工要求。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

在機(jī)床數(shù)控化改造中，不僅要考慮數(shù)控機(jī)床的技術(shù)先進(jìn)性，同時還必須考慮它的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。機(jī)床的數(shù)控化改造是廣義上的設(shè)備更新的一種方法，因此，機(jī)床數(shù)控化改造的方案應(yīng)與機(jī)床大修以及機(jī)床更新作對比，以確定最佳方案。普通機(jī)床還可通過數(shù)控化改造來延長其經(jīng)濟(jì)壽命。

3、機(jī)床機(jī)械部分改造方案

3.1 主傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計

為了擴(kuò)大變速范圍，實現(xiàn)加工過程中的自動變速，將原來的單速電機(jī)更換為多速電機(jī)，使機(jī)床性能更好。但由于多速電機(jī)的功率是隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的，因此電機(jī)功率要大，而且還要增加一套電機(jī)變速系統(tǒng)。下面介紹改造設(shè)計的方法和步驟：

拆除主軸傳動鏈、掛輪，通過對主電動機(jī)的變頻調(diào)速實現(xiàn)機(jī)床主軸的無級調(diào)速。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠，必須在主軸末端安裝主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動，把主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號送到數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計算處理，對機(jī)床進(jìn)行縱向或橫向的控制運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)加工螺紋的目的。

主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用同軸安裝和異軸安裝兩種方式。脈沖編碼器也可以裝在床頭箱內(nèi)或床頭箱的后端上，采用傳動比為1：1的齒輪或同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來；異軸安裝比同軸麻煩，需要配上一對同步平帶輪及同步平帶；我們采用同軸安裝主軸脈沖編碼器。

3.2 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的改造設(shè)計

第一步是把原來的變速傳動裝置和操縱機(jī)構(gòu)拆除；然后在各個方向安裝獨立的步進(jìn)電機(jī)，利用減速齒輪連接電機(jī)和絲桿，實現(xiàn)帶動滑板的移動，進(jìn)而實現(xiàn)機(jī)床在各個方向的移動。最終實現(xiàn)同時具備微機(jī)控制和原機(jī)床操作。在Z軸縱向上，利用原有的安裝孔直接安裝齒輪箱體，將滾珠絲杠代替原絲桿，仍然安裝在原來的位置，并采用同樣的方式對絲杠兩端進(jìn)行固定。然后需要對進(jìn)給進(jìn)行限位保護(hù)，安裝限位保護(hù)開關(guān)和接近開關(guān)。在X軸橫向上，主要改造拖板，控制拖板的精度以及關(guān)鍵傳動齒輪的間隙。利用剛度、柔性調(diào)整法調(diào)整驅(qū)動電機(jī)到絲杠間的傳動齒輪的間隙，將間隙降低消除，從而實現(xiàn)更高的傳動精度和靈敏度。同時要對車床導(dǎo)軌進(jìn)行改造，由于普通車床的床身摩擦系數(shù)比較大，因此需要對原車床的導(dǎo)軌進(jìn)行刮研、修磨，降低摩擦系數(shù)，然后再貼上聚四氟飛烯軟帶，就可以達(dá)到數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌要求。然后把之前的絲杠和光杠去掉，安裝上新型的滾珠絲杠，用同步齒輪帶變速的方式連接步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠。

3.3 刀架的改造設(shè)計

刀架的改造是實現(xiàn)數(shù)控加工改造的關(guān)鍵，一般情況下至少需要四種不同的刀具來實現(xiàn)相對復(fù)雜的加工。因此將原來的手動刀架和小拖板拆除，安裝新型的LD4型自動回轉(zhuǎn)數(shù)控刀架。這種刀架的重復(fù)定位精度比較高，性能也比較可靠。刀架定軸上有四個霍爾開關(guān)和永久磁鐵，能夠精確獲取刀架的到位信號，實現(xiàn)高精度的定位。

3.4 溜板箱的改造

在對以上機(jī)械結(jié)構(gòu)改造完成之后，最后要對車床溜板箱進(jìn)行改造，將原來的溜板箱拆除，然后把新的溜板箱安裝到改造完成的滾珠絲杠上。同時要改造整體的潤滑結(jié)構(gòu)，確保車床的穩(wěn)定運行。整個機(jī)械結(jié)構(gòu)改造完成后，要對車床的運行性能進(jìn)行檢驗，主要包括傳動性能、主軸進(jìn)給性能以及車床運行過程中噪聲的大小等。相關(guān)性能的監(jiān)測要分別在空載荷負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行，確保各項基本操作能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控化。

總之，在現(xiàn)階段加強(qiáng)對于普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造的研究具有重要的現(xiàn)實意義，能夠更加全面的掌握普通車床數(shù)控化改造的相關(guān)技術(shù)，提高數(shù)控化改造的效果，從而提高車床工作效率，更好的發(fā)揮老舊設(shè)備的潛在價值，提高機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

[1]范光輝，張磊.普通車床數(shù)控化改造探討[J].科技傳播，2014，10：89.

[2]蔡云松.C6140普通車床數(shù)控化改造[D].西南交通大學(xué)，2014.

[3]趙慶志，譚培紅，柳濤.數(shù)控機(jī)床動力伺服系統(tǒng)原理及故障診斷維修[J].煤礦機(jī)械，2013，09：305-307.