淺析數(shù)控車床性能及加工改造

摘? 要：數(shù)控車床屬于機(jī)電一體化設(shè)備，其具有較高的自動(dòng)化程度，在數(shù)控車床中運(yùn)用了自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)前，車床的數(shù)控化改造在國(guó)內(nèi)具有廣闊的發(fā)展空間。基于此，本文首先介紹了數(shù)控車床的特點(diǎn)，研究了普通車床的數(shù)控改造和設(shè)計(jì)，闡述了數(shù)控車床的加工編程，以期能夠?qū)嚧驳募庸じ脑焯峁┮欢▍⒖肌?/p>

關(guān)鍵詞：數(shù)控;車床;改造

中圖分類號(hào)：TG519.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2020）08-0000-00

0 引言

當(dāng)前國(guó)內(nèi)機(jī)床的數(shù)控率依然相對(duì)較低，因此具有較大的上升空間。過(guò)去采用普通機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行生產(chǎn)加工，最終獲取工件的質(zhì)量相對(duì)較差，類型缺乏多樣性，并且需要耗費(fèi)大量加工時(shí)間，成本投入也相對(duì)較高。實(shí)踐證明使用數(shù)控機(jī)床可以以上問(wèn)題得到有效解決，因此對(duì)機(jī)床進(jìn)行加工改造十分必要。

1 數(shù)控車床的特點(diǎn)

數(shù)控車床采用數(shù)字化控制，是一種具有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化車床。這一控制系統(tǒng)可以對(duì)帶有控制編碼或是其它對(duì)應(yīng)符號(hào)指令的程序進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理及譯碼處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的有效加工[1]。數(shù)控車床具有以下幾方面的特點(diǎn)。第一，具有較高的加工精度，且加工質(zhì)量較為穩(wěn)定。第二，變更生產(chǎn)加工零件時(shí)，通常僅僅需要對(duì)程序作出改變即可，節(jié)約了大量生產(chǎn)加工時(shí)間。第三，數(shù)控車床具有較高自動(dòng)化程度，能夠降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。第四，能夠?qū)崿F(xiàn)多坐標(biāo)之間的聯(lián)動(dòng)，可以對(duì)較為復(fù)雜的工件進(jìn)行加工。第五，數(shù)控車床的剛性更大，且加工精度高，具有更高的生產(chǎn)效率。第六，對(duì)操作者和維修人員提出更高的技能要求。

2 普通車床的數(shù)控改造和設(shè)計(jì)

2.1 普通車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)

車床的數(shù)控改造指的是對(duì)原有車床結(jié)構(gòu)實(shí)施創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，從而使其獲取更加良好的工作狀態(tài)。數(shù)控車床采用的是機(jī)電一體化技術(shù)，其機(jī)構(gòu)構(gòu)造和一般機(jī)床之間存在很多類似之處[2]。但現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床并非簡(jiǎn)單地將數(shù)控加入到機(jī)床配置中，亦不是將傳統(tǒng)機(jī)床作為基礎(chǔ)，只做局部改進(jìn)。過(guò)去的車床往往存在熱變形大、剛性不夠等諸多缺點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之于工件表面加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、工件加工精度及其應(yīng)用年限等要求?，F(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床，尤其是加工中心，不管是在主傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)或是外觀構(gòu)造和整體結(jié)構(gòu)等方面都發(fā)生了較大改觀，逐漸形成數(shù)控機(jī)床自身特有的機(jī)械構(gòu)造。所以，針對(duì)一般機(jī)床實(shí)施數(shù)控改造時(shí)，需要對(duì)各種不同狀況進(jìn)行考慮，確保一般機(jī)床的各相關(guān)性能可以達(dá)到數(shù)控機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)水平。

2.2 數(shù)控車床性能與精度的選擇

車床的改造需要同時(shí)兼具如下兩方面條件：首先，車床相關(guān)基礎(chǔ)件需要具備足夠的剛性;其次，改造的成本投入應(yīng)合理，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。實(shí)際改造車床之前，需要充分了解車床的各項(xiàng)性能指標(biāo)。改造之后車床可以加工工件的最大長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)直徑等通常是不會(huì)出現(xiàn)變化的。所加工工件的直線度、粗糙度和平面度等取決于車床原有水平。通常以下精度與性能的選取應(yīng)在實(shí)際改造之前確立。

第一，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。關(guān)于進(jìn)給速度，X向一般在2～100mm/分范圍內(nèi)，Z向一般在8～400mm/分范圍內(nèi)。關(guān)于快速移動(dòng)，X向一般在1.2～3m/分范圍內(nèi)，Z向一般在1.2～4m/分范圍內(nèi)。關(guān)于脈沖當(dāng)量，通常在0.025～0.005mm范圍內(nèi)，一般情況下，X向是Z向的1/2。關(guān)于生產(chǎn)加工螺距的實(shí)際范圍，主要包含可以生產(chǎn)加工的螺距種類，通常螺距在10mm以下均是可以實(shí)現(xiàn)的。第二，關(guān)于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所采用的驅(qū)動(dòng)方式，通常均是選擇步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。第三，關(guān)于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)，是否需要使用滾珠絲杠傳動(dòng)加以取代。第四，轉(zhuǎn)速的實(shí)際范圍、軸變速的方法、是否需要采取數(shù)控制動(dòng)對(duì)停車進(jìn)行控制等。第五，關(guān)于刀架，是否需要將自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架設(shè)置其中，如果設(shè)置應(yīng)確立出對(duì)應(yīng)的工位數(shù)。第六，其它性能指標(biāo)的選取。關(guān)于間隙補(bǔ)償與刀具補(bǔ)償，要想確保更高的生產(chǎn)加工精度，通常需要設(shè)定間隙補(bǔ)償與刀具補(bǔ)償。關(guān)于診斷功能，為了有效規(guī)避操作人員出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤以及與之而產(chǎn)生的錯(cuò)誤動(dòng)作，需要在設(shè)計(jì)數(shù)控改造系統(tǒng)的過(guò)程中加入相關(guān)的硬件與軟件，令其可以顯示出車床產(chǎn)生故障或是沒(méi)有發(fā)揮實(shí)際作用的部位，滿足基本的診斷功能需求。

2.3 車床數(shù)控改造方案

在數(shù)控車床精度及性能等方面完成大體選定之后，可以結(jié)合這些確定出具體的改造方案。當(dāng)前車床的數(shù)控改造技術(shù)較為成熟，專用化的車床數(shù)控改造系統(tǒng)所具有的功能通常都可以使車床的常規(guī)生產(chǎn)加工需求得到滿足。所以，通常采用的數(shù)控車床改造方案是：用滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)取代滑動(dòng)絲杠傳動(dòng);將脈沖發(fā)生器加入其中，令其可以完成螺紋的生產(chǎn)加工;采用專用的數(shù)控車床改造系統(tǒng);將自動(dòng)轉(zhuǎn)換刀架加入其中，使其具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換刀具的作用;利用步進(jìn)電機(jī)對(duì)相應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加以驅(qū)動(dòng)。當(dāng)前采用的經(jīng)濟(jì)型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)需要具備如下作用與配置：第一，配置相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)控制精度或是脈沖當(dāng)量通常是：X向是0.005mm，Z向是0.01mm且需要和對(duì)應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相匹配。第二，同時(shí)兼具循環(huán)執(zhí)行程序、超程警報(bào)、單步或是連續(xù)執(zhí)行程序等多項(xiàng)功能。第三，對(duì)于主控CPU，使用單片機(jī)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)刀具補(bǔ)償、代碼編程、螺紋生產(chǎn)加工、間隙補(bǔ)償?shù)确矫娴墓δ?。第四，大部分生產(chǎn)加工程序主要借助于按鍵輸入，根據(jù)代碼進(jìn)行編制，能夠針對(duì)程度實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)編輯和修改，并可以執(zhí)行試運(yùn)行動(dòng)作。

3 數(shù)控車床的加工編程

3.1 方法

數(shù)控編程主要分為兩種方式，即自動(dòng)編程與手工編程。手工編程指的是對(duì)加工工件進(jìn)行工藝分析，實(shí)施相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算，將程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中完成整個(gè)編程過(guò)程。這種編程方式適合于幾何形狀相對(duì)簡(jiǎn)單或是點(diǎn)位加工，其計(jì)算過(guò)程不是十分繁瑣，容易編程的工件[3]。自動(dòng)編程指的是大多數(shù)或是所有的程序編程都是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)完成，能夠使工件加工復(fù)雜的問(wèn)題得到有效解決，是今后數(shù)控編程的主要發(fā)展方向。但我們也應(yīng)意識(shí)到自動(dòng)編程是以手工編程作為基礎(chǔ)的，自動(dòng)編程中的很多經(jīng)驗(yàn)都源自于手工編程，二者之間存在著密不可分的關(guān)系。

3.2 步驟

首要步驟是分析工件加工圖紙，確立出具體的加工工藝流程。即確立出工件的主要生產(chǎn)加工方法、相關(guān)工藝參數(shù)和選擇的生產(chǎn)加工路線。其次需要對(duì)相關(guān)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都具有補(bǔ)刀功能，僅僅需要對(duì)輪廓緊鄰幾何要素交點(diǎn)或是切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，獲取各相關(guān)幾何要素起始點(diǎn)、終點(diǎn)以及圓弧圓心對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值便可。最后，結(jié)合計(jì)算所得刀具運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值以及確立的相關(guān)生產(chǎn)加工參數(shù)和輔助性動(dòng)作，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定運(yùn)用的程序段格式以及坐標(biāo)指令代碼，編寫(xiě)工件生產(chǎn)加工對(duì)應(yīng)的程序，同時(shí)將其錄入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造后，其具有更加良好的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，車床的改造過(guò)程牽涉到計(jì)算機(jī)、電氣與機(jī)械等眾多領(lǐng)域，是一項(xiàng)具有較深理論性和較強(qiáng)實(shí)踐性的系統(tǒng)性工程。在具體實(shí)施數(shù)控化改造的過(guò)程中，首先需要將車床改造之前的準(zhǔn)備工作做好，實(shí)際改造中需要融合機(jī)械修理和電氣改造等專業(yè)知識(shí)，遵循“先簡(jiǎn)單，后困難;先局部，后整體”的基本原則。

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收稿日期：2020-07-10

作者簡(jiǎn)介：巫懷標(biāo)（1980—），男，廣東潮州人，本科，高級(jí)講師，從事數(shù)控專業(yè)教學(xué)工作。