數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)改造中的機械問題探討

穆寧

（天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

0 引言

數(shù)控機床近些年的應(yīng)用范圍不斷擴大，雖然大力推動相關(guān)企業(yè)發(fā)展，可在數(shù)控機床改造過程中依然存在一些問題有待解決，例如維修質(zhì)量沒有保障、維修人員缺乏專業(yè)知識等，這些問題帶來了巨大的資金浪費?；诖?，面對迫切的數(shù)控機床使用需求，應(yīng)重視在數(shù)控機床改造中產(chǎn)生的問題，積極打造一支高質(zhì)量的技術(shù)維修隊伍，從而實現(xiàn)數(shù)控機床的自修自檢，促進企業(yè)綜合效益的提高。

1 數(shù)控機床主要優(yōu)勢

從我國當(dāng)前制造行業(yè)使用的技術(shù)情況來看，仍和美國、日本等國家存在一定差距，加之?dāng)?shù)控機床體現(xiàn)出的巨大優(yōu)越性，所以改造數(shù)控機床已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。數(shù)控機床的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，數(shù)控機床生產(chǎn)出來的零件，在具備較高精確度的同時誤差較小，因為計算機設(shè)備能實現(xiàn)自動報警和監(jiān)控等功能，所以基本上能夠?qū)崿F(xiàn)自動化管理，一方面減少工資成本投入，另一方面順應(yīng)市場發(fā)展，對新產(chǎn)品及時試驗，由此維持優(yōu)勢競爭能力；其次，數(shù)控機床因為包含著計算機系統(tǒng)，所以花費較短時間便能計算復(fù)雜曲面制作所需的作用力，還能對曲面弧度精準(zhǔn)判斷，讓企業(yè)產(chǎn)品具備更高的精細(xì)化水平，更重要的是可以完成傳統(tǒng)機床無法制造的零件[1]。

2 機床改造常見問題

當(dāng)前國內(nèi)很多企業(yè)，為提高生產(chǎn)效益致使數(shù)控機床長時間處在運作狀態(tài)，數(shù)控機床經(jīng)常出現(xiàn)超負(fù)荷的問題，在一定程度上降低了其使用年限，同時也為工作人員埋下很多安全隱患。同樣地，數(shù)控機床在運轉(zhuǎn)過程中，因為長期進行超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，所以無法避免機床內(nèi)部的一些零件出現(xiàn)損耗，可能導(dǎo)致機床內(nèi)的液體在使用中發(fā)生滲透；這種液體不僅會嚴(yán)重?fù)p壞內(nèi)部零件，還會傷害到操作人員的皮膚，若是相關(guān)管理人員沒有及時管理與有效維修改造數(shù)控機床，則很容易引發(fā)難以挽回的安全事故[2]。超負(fù)荷運作特別是針對其電路設(shè)備造成的損耗，在工作運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生熱量，如果無法將熱量及時散發(fā)，其在內(nèi)部積攢到一定程度很容易導(dǎo)致線路被燒毀，如果遇到嚴(yán)重情節(jié)甚至可能造成火災(zāi)?；诖?，相關(guān)企業(yè)為防止發(fā)生這一情況，采取了裝置電路保護設(shè)備的辦法?？刹糠制髽I(yè)出于壓縮成本的考慮，致使保護設(shè)備無法和發(fā)動機實際功率匹配，在一定程度上影響了兩者功能的穩(wěn)定運行，限制了其實際價值的發(fā)揮。

（1）改造環(huán)境方面。有關(guān)數(shù)控機床所采用的改造技術(shù)，依然存在很大的問題，對此管理人員需依據(jù)數(shù)控機床具體情況，形成一套科學(xué)的改造及維修策略。在具體改造環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的問題，多數(shù)集中在改造時未能采取必要的安全保護舉措，在工作中大幅度提高了發(fā)生安全隱患的風(fēng)險。另外，有關(guān)改造規(guī)模較大的數(shù)控機床，工作人員沒有進行有效全面的估計，因此可能存在誤差致使設(shè)備投入使用后不可避免地出現(xiàn)相應(yīng)的安全問題。例如，某些企業(yè)進行特殊產(chǎn)品加工時，車間環(huán)境中彌散大量粉塵，粉塵極易加大處在工作狀態(tài)下的設(shè)備摩擦，不僅降低生產(chǎn)效率還會縮減使用年限。若是對粉塵不能做出及時處理還有發(fā)生火災(zāi)的可能，從而為企業(yè)造成巨大損失。

（2）專業(yè)人才方面?，F(xiàn)階段，國內(nèi)數(shù)控機床的多數(shù)技能依然要依靠國外技術(shù)，沒有建立起自己的技能體系。由于引進的多數(shù)設(shè)備來自國外，所以在設(shè)備產(chǎn)生問題時，需要國外專業(yè)人員負(fù)責(zé)維修從而降低了其原有生產(chǎn)效率。除此之外，操作人員在具體從事生產(chǎn)工作中，往往會做出一些不規(guī)范的操作行為，不僅造成了精密儀器的過早消耗且削弱了其精密性，從而產(chǎn)生較大的工程誤差[3]。

3 改造問題處理舉措

3.1 全面了解待改造機床

首先應(yīng)對待改造機床的相關(guān)性能參數(shù)進行全面了解，例如傳動軸精度、完成改造具備的性能等均需做好估計。至于進行全部或是局部改造應(yīng)取決于機床原有性能及實際改造費用，具體注意點如下：①掌握待改造機床種類，例如磨床與鉆床等；②掌握機床改造之前的性能、機構(gòu)參數(shù)，以關(guān)鍵改造部分為例，應(yīng)全面掌握其加工精度以及每分鐘傳動軸的轉(zhuǎn)速等；③有的數(shù)控機床改造，還應(yīng)關(guān)注對軸數(shù)目的控制，主要是因為其決定了數(shù)控系統(tǒng)的選擇；④由于改造完成之后，數(shù)控機床會負(fù)責(zé)復(fù)雜精密零件的加工，所以在進行改造前有必要了解其核心部件，例如變速箱、刀架等；⑤如果完成改造后符合預(yù)期功能，還需估計完成改造后數(shù)控機床的全部性能以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，防止較大改造產(chǎn)生尺寸誤差，難以滿足改造精度要求；⑥改造之前應(yīng)考慮機床完成改造后的安全性能等有關(guān)輔助參數(shù)，一方面和機床性能息息相關(guān)，另一方面維系著操作工人的健康和安全；⑦電控系統(tǒng)也要符合數(shù)控機床改造之后的要求，若是沒有達標(biāo)可借助PLC實現(xiàn)改造[4-5]。

3.2 加大培養(yǎng)技術(shù)人才力度

當(dāng)前是知識經(jīng)濟時代，必須重視員工的整體技術(shù)水平，著力培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強的技術(shù)人才。強化內(nèi)部人員培訓(xùn)工作，定期組織其參與業(yè)務(wù)培訓(xùn)，讓其掌握最新的操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、學(xué)習(xí)尖端技術(shù)；積極引入技術(shù)人才，通過“校企合作”、高薪聘請等多元化形式吸引人才，在豐富人才儲備的同時提高人才隊伍整體實力?？梢耘e辦數(shù)控機床維修改造“比武”大賽，以一些困難、多發(fā)的儀器故障為比賽項目，重點檢查參賽者的故障排查水平、維修速度和自身專業(yè)水平。對于表現(xiàn)突出的參賽人員應(yīng)予以一定獎勵，在激發(fā)其參與積極性的同時夯實專業(yè)能力。

3.3 設(shè)計源頭杜絕隱患

關(guān)于源頭隱患，主要涉及操作人員、維修人員和機床的安全信號。有可能出現(xiàn)的情況應(yīng)在設(shè)計環(huán)節(jié)充分考慮，報警情況一旦發(fā)生便需要將所有回路電源切斷，暫停相關(guān)部分，從而防止帶來巨大的設(shè)備損傷與人員傷害。有關(guān)工作人員出于方便對設(shè)備線路的檢查或是進行調(diào)試，接頭斷開后有可能忘記復(fù)原。確保完善的保護安全操作功能，針對運行狀態(tài)下出現(xiàn)的設(shè)備飛濺現(xiàn)象，應(yīng)該為其安裝連鎖裝置，具體生產(chǎn)過程中，若工作人員需要走出操作區(qū)然后回來進行操作，該裝置會自動停止設(shè)備運行?？傊跀?shù)控機床改造的基礎(chǔ)上需認(rèn)真對待人員控制，確保其依據(jù)規(guī)章制度從事相應(yīng)工作，將危險情況排除從而提高安全性。

3.4 改造主要機械部件

之所以要改造數(shù)控機床，主要是讓設(shè)備實際運行功率達到最大化，盡可能降低運轉(zhuǎn)摩擦力，并且讓操作和維修更為便捷?；诖?，改造數(shù)控機床并非僅是簡單組裝機床和數(shù)控設(shè)備，還應(yīng)該科學(xué)改造當(dāng)中的機械部件[6]。

（1）齒輪。和普通機床對比，數(shù)控機床要求齒輪具備更高的傳動精度，因此改造齒輪時，應(yīng)保證其精度等級滿足要求，實現(xiàn)無間隙傳動。

（2）滑動導(dǎo)軌。其屬于組成數(shù)控機床的關(guān)鍵要素，一方面導(dǎo)向要保證高精度，另一方面磨損和摩擦具備耐受性。為防止導(dǎo)軌出現(xiàn)變形影響到加工精度，應(yīng)具有更大的剛度?；瑒訉?dǎo)軌在改造時應(yīng)做好防護與潤滑，旨在削弱運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的摩擦力。

（3）絲杠。實際上絲杠傳動直接影響到傳動鏈能達到的精度，所以其選擇應(yīng)符合拖動扭矩需求，同時符合零件精度標(biāo)準(zhǔn)，精度如果要求偏低建議采用滑動絲杠。改造絲杠之前應(yīng)全面檢查其磨損程度等，通常情況下滑動絲杠要大于6級。針對滾珠絲杠而言，無論是精確度還是使用壽命均提出了更高的要求。具體改造過程中應(yīng)依據(jù)其特征、加工精度等需求選擇絲杠種類。

（4）螺母。螺母如果存在過大間隙應(yīng)及時更換。若是對加工精度提出較高要求，應(yīng)采取滾珠絲杠，這樣不僅效率高而且造成的磨損小。

3.5 做好改造驗收和調(diào)試工作

驗收和調(diào)試是改造數(shù)控機床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因為結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性較強，主要包含氣、電與油路等，所以專業(yè)人員應(yīng)做好驗收和調(diào)試。以調(diào)試機械部分和數(shù)控系統(tǒng)為例，工作人員應(yīng)依據(jù)機床構(gòu)造之間的差異，制定具體的驗收和調(diào)試工作流程。有關(guān)驗收數(shù)控機床，應(yīng)重點關(guān)注改造的性能、精度等指標(biāo)。在檢驗數(shù)控機床精度時，要著重檢查臺面平整度、定位直線運動等方面的精度；驗收機床性能時，要檢查機床各系統(tǒng)，主要包含各個主要系統(tǒng)和附屬裝置；驗收機床功能，重點檢查的內(nèi)容為準(zhǔn)備、運動和操縱等功能；至于驗收數(shù)控系統(tǒng)，要對操作面板、電動機等裝置和接線電纜嚴(yán)格驗收。實際進行調(diào)試和驗收工作時，應(yīng)以設(shè)備為基礎(chǔ)制定各自的驗收流程，以此提升驗收的全面性和準(zhǔn)確度。除上述措施外，還應(yīng)和生產(chǎn)商做好交流探討，能夠在改造方面彼此幫助，從廠商處獲得盡可能多的設(shè)備材料，充分發(fā)揮互助合作的重要作用，也為改造工作創(chuàng)造良好的環(huán)境。

4 改造實例分析

數(shù)控機床雖然具有廣闊前景，可并非全部舊機床均能實現(xiàn)數(shù)控改造。通常情況下，改造機床需滿足以下條件：首先，機床原有基礎(chǔ)部件應(yīng)滿足剛性要求，旨在保障完成改造機床的工件品質(zhì)與加工精度；其次，改造費用投入合理，進行改裝前應(yīng)定位預(yù)期性能。針對完成改裝的數(shù)控機床，電動機功率、工件加工最大尺寸等通常不會發(fā)生變化；至于工件最終的平面度及其粗糙度，主要取決于機床的固有水平。改造數(shù)控機床必須符合以上條件。依據(jù)本文選擇數(shù)控機床的技術(shù)狀況與現(xiàn)有條件，明確具體改造思路如下：①進行二次設(shè)計最大限度填補原有機床存在的設(shè)計欠缺；②提高機床改造之后的數(shù)控功能；③基于經(jīng)濟性、實用性角度，選定驅(qū)動單元及其數(shù)控系統(tǒng)。

4.1 二次設(shè)計要點

雖然數(shù)控系統(tǒng)提供的數(shù)控功能已經(jīng)相對完善，可是功能之外的特殊控制，仍然要求設(shè)計人員對所提供的平臺充分利用，讓其和智能化控制充分融合。在具體進行改造設(shè)計時，完善和增加原始機床沒有的功能。第一，Z軸方向添置了剎車功能。這一功能屬于床身式銑床的基礎(chǔ)功能，主要是避免機床斷電之后，在重力影響下主軸箱發(fā)生自動下滑，由此損傷到臺面或者是工件。第二，主軸運轉(zhuǎn)改造后能實現(xiàn)變頻調(diào)速，變?yōu)樵诜秶鷥?nèi)的無級調(diào)節(jié)，以此滿足切削不同類型材料時的轉(zhuǎn)速需要。第三，對潤滑油路進行重新設(shè)計。以全自動系統(tǒng)取替以往的手動潤滑，而且添加了報警指示。第四，大型機床通常使用氣動方式進行刀具拆卸，這種換刀方法雖然相對方便但會增大制造成本，因為換刀機構(gòu)的組成部件相對較多，如氣動元件、氣管回路等，加之提出較高的空氣壓力要求，所以壓力如果比要求值低則難以進行換刀；通過手拉桿可以實現(xiàn)小型機床的換刀，此方式實際操作難度較大。如果通過電動方式進行刀具拆卸，利用小電動機結(jié)合減速器便能達到要求，調(diào)整開關(guān)確定刀具的放松和夾緊狀態(tài)，具體操作環(huán)節(jié)僅需按下相應(yīng)的按鈕便可完成各個動作。如果感應(yīng)到刀具狀態(tài)已經(jīng)到位，可以將控制回路自動切斷，與此同時點亮狀態(tài)燈，設(shè)計這一結(jié)構(gòu)具有更高的經(jīng)濟性，并且換刀過程也十分穩(wěn)定和便捷[7]。

4.2 電氣控制設(shè)計要點

依據(jù)預(yù)先選定的驅(qū)動單元和數(shù)控系統(tǒng)，制定改造方案進行整體的電氣控制設(shè)計。一方面機床應(yīng)有各項完整的保護功能，另一方面還能有機融入新增功能，提高控制全體環(huán)節(jié)的運行效率，科學(xué)設(shè)計電氣圖冊，讓完成改造的機床提高智能化與自動化水平。

第一，設(shè)計控制軟件。數(shù)控機床如果想正常運行，不僅要做好硬件連接，還需重點關(guān)注以下兩個方面：設(shè)計梯形圖，以及明確機床參數(shù)。首先，要讓各項輔助功能更好地匹配，例如機床冷卻、操作面板、機床潤滑，還有控制功能處理好時序與邏輯關(guān)系；其次，匹配相應(yīng)的控制性能，例如控制進出以及加減速、精度調(diào)整。文中進行改造的機床，通過系統(tǒng)中的開發(fā)環(huán)境，編寫滿足其具體控制需要的軟件，增加報警信息及時處理提示，由此為機床維修搭建更為便捷的操作平臺。

第二，設(shè)計電氣圖。其中主要包括自動化機床控制的全部流程和實現(xiàn)各種功能的控制方式，是機床整體控制思路集中具體化的表現(xiàn)。

4.3 注意事項

第一，選擇合適的操作團隊。數(shù)控機床最終的改造效果，在一定程度上取決于隊伍整體素質(zhì)，必須予以高度重視。

第二，做好現(xiàn)場調(diào)試工作。在這個階段還需把好質(zhì)量關(guān)，以此為改造驗收提供準(zhǔn)備。

第三，做好改造驗收工作。通常情況下驗收內(nèi)容為：首先，試驗切削標(biāo)準(zhǔn)樣件，依據(jù)具體標(biāo)準(zhǔn)確定樣件切削程序，需要由專業(yè)操作工人、編程人員共同在場的情況下試切削，重點檢驗剛度、噪聲體以及動作等指標(biāo)能否合格；其次，校驗精度，機床完成改造之后的控制精度，需將系統(tǒng)已有功能對照計量器具來提升精度。除此之外，也要對比機床改造之前的各項功能及其精度，從中得到指標(biāo)差。各項機床的機械指標(biāo)均需滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且?guī)缀尉炔荒艹^規(guī)定范圍。

第四，妥善留存改造資料。改造結(jié)束后需整理好改造圖紙、記錄等，然后將其匯總歸檔。這是因為完整的資料對于設(shè)備后續(xù)的運行和維護均尤為重要，屬于關(guān)鍵的參考依據(jù)。

5 結(jié)語

維修改造數(shù)控機床的過程中，應(yīng)秉持優(yōu)化系統(tǒng)性能的原則看待存在的技術(shù)性問題，采取針對性的舉措加以優(yōu)化調(diào)整。本文堅信經(jīng)過妥善解決在數(shù)控機床改造中產(chǎn)生的問題，一方面數(shù)控系統(tǒng)各項性能得到優(yōu)化，另一方面生產(chǎn)效益相比以往也實現(xiàn)了大幅度提升。