趙中敏

（淮海工學(xué)院工程訓(xùn)練中心，江蘇 連云港 222005）

機(jī)床再制造總的原則是，在保證再制造機(jī)床工作精度及性能提升的同時(shí)，兼顧一定的經(jīng)濟(jì)性。具體講，就是從技術(shù)角度對(duì)老舊機(jī)床進(jìn)行分析，考察其能否進(jìn)行再制造，其次要看這些老舊機(jī)床是否值得再制造，再制造的成本有多高，如果再制造成本太高，就不宜進(jìn)行。例如機(jī)床床身如果發(fā)生嚴(yán)重破壞（如床身產(chǎn)生裂紋甚至發(fā)生斷裂），這樣的機(jī)床就不具備再制造的價(jià)值，必須回爐冶煉。再如機(jī)床主軸如果發(fā)生嚴(yán)重變形，床頭箱也無(wú)法繼續(xù)使用，則也不具備再制造的價(jià)值。雖然這類機(jī)床可通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)手段進(jìn)行恢復(fù)，但再制造的成本較高，一般企業(yè)不會(huì)采用。

一、機(jī)床機(jī)械部件的翻修

隨著機(jī)床服役時(shí)間的增加，機(jī)床主要零部件，包括導(dǎo)軌、拖板、軸承座、齒輪副等部位都出現(xiàn)不同程度的磨損。為確保零件加工精度要求，需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行翻修來(lái)恢復(fù)機(jī)床的機(jī)械精度。

1.機(jī)床導(dǎo)軌改造

普通機(jī)床的導(dǎo)軌多數(shù)采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，在低速時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動(dòng)部件的平穩(wěn)性和定位精度。為了克服這一缺點(diǎn)，數(shù)控改造時(shí)，若把滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，要求工藝復(fù)雜，許多零部件需要加工或更換，改裝工作量大、費(fèi)用多、周期長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較困難，在一般的數(shù)控改造中應(yīng)用較少。常用的改裝方案是采用貼塑導(dǎo)軌，即在原來(lái)導(dǎo)軌上粘貼聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶。這樣能有效防止爬行，具有自潤(rùn)滑性，延長(zhǎng)導(dǎo)軌壽命，且零部件不需要更換，加工部位少，改裝工作量小、周期短、費(fèi)用低。

2.拖板的改進(jìn)

拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象。不論是點(diǎn)位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標(biāo)精度都將受到拖板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)，以滿足傳動(dòng)精度和靈敏度的要求。常用的消除間隙的方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法。剛性調(diào)整法傳動(dòng)剛度較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)整起來(lái)很費(fèi)時(shí)。柔性調(diào)整法一般用彈簧彈力自動(dòng)消除齒側(cè)間隙，傳動(dòng)剛度較低，傳動(dòng)平穩(wěn)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改造中可根據(jù)機(jī)床加工目標(biāo)選用，具體選用可參考有關(guān)資料。

3.主軸旋轉(zhuǎn)精度調(diào)整與維修

主軸旋轉(zhuǎn)精度調(diào)整與維修包括調(diào)整錐形螺紋松緊度、更換主軸軸承及采用電刷鍍技術(shù)修復(fù)軸承座孔磨損。

4.保證齒輪精度

一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪須滿足數(shù)控機(jī)床要求，以保證機(jī)床加工精度。

5.主傳動(dòng)機(jī)械部分的改進(jìn)

為了滿足各種加工要求，要使主軸從低到高獲得多種不同轉(zhuǎn)速。普通機(jī)床的主軸一般通過(guò)主軸齒輪箱實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速，并且變速時(shí)一般還需由手工拉動(dòng)撥叉進(jìn)行換擋。一般機(jī)械齒輪擋數(shù)較多，變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，尤其高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)和噪聲較大，會(huì)對(duì)零件加工精度產(chǎn)生不良影響。數(shù)控機(jī)床可以采用交流或直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，并為擴(kuò)大輸出扭矩，增加了2～4擋齒輪減速。對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，可考慮采用交流變頻調(diào)速，即仍然利用原主軸交流電動(dòng)機(jī)，再配備上相應(yīng)的變頻器。而對(duì)于原主軸齒輪箱部分，應(yīng)根據(jù)齒輪箱的結(jié)構(gòu)和機(jī)械磨損程度，考慮改進(jìn)或保留主軸齒輪箱，由于采用無(wú)級(jí)變速，可減少變換擋數(shù)，對(duì)于手動(dòng)換擋應(yīng)考慮采用電氣自動(dòng)換擋。一般在機(jī)床數(shù)控化再制造過(guò)程中，主要采用電磁離合器換擋。對(duì)于要求實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)同步進(jìn)給切削的加工，例如螺紋加工，還需要在主軸旋轉(zhuǎn)的相應(yīng)部位安裝主軸旋轉(zhuǎn)編碼器。

二、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)

對(duì)機(jī)床數(shù)控化再制造機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的要求與普通機(jī)床的大修是有區(qū)別的，整個(gè)機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的恢復(fù)與機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)，需要能夠滿足數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)控加工的要求。

1.滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠

絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求，被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況下滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高零件的加工。

滾珠絲杠摩擦損失小、效率高（其傳動(dòng)效率可在90%以上）、精度高、壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可降低電機(jī)啟動(dòng)力矩，因此可滿足較高精度零件加工要求。

2.縮短傳動(dòng)鏈

進(jìn)給系統(tǒng)的改進(jìn)主要是減少進(jìn)給箱內(nèi)的齒輪對(duì)數(shù)，縮短進(jìn)給傳動(dòng)鏈，由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠或只有一級(jí)變速裝置，這樣可大大減少傳動(dòng)鏈各級(jí)之間的誤差傳遞，同時(shí)增加傳動(dòng)元件，消除間隙裝置，提高反向精度。普通機(jī)床在數(shù)控化再制造時(shí)，往往是取消原進(jìn)給箱，換成僅一級(jí)減速的進(jìn)給箱或同步帶傳動(dòng)。傳遞元件要有消除或減小間隙的裝置并由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。

三、控制系統(tǒng)的合理選擇

目前，我國(guó)自行研制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，大多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服系統(tǒng)，其步進(jìn)脈沖當(dāng)量多為0.01mm，實(shí)際加工出的零件，綜合誤差可小于0.05mm，其控制精度要比目前手工操作高很多。提升系統(tǒng)控制精度的主要工作是選擇合適性價(jià)比的數(shù)控系統(tǒng)及相應(yīng)的伺服系統(tǒng)。

1.數(shù)控系統(tǒng)的選擇

在實(shí)際工程中，數(shù)控系統(tǒng)的選擇存在以下問(wèn)題：①功能選擇不合理，或是所選系統(tǒng)的功能遠(yuǎn)多于改造后機(jī)床的功能，或是一些必需的系統(tǒng)功能沒(méi)有購(gòu)買。前者會(huì)造成成本浪費(fèi)，后者會(huì)造成功能的短缺，影響其他功能的使用而造成損失。②系統(tǒng)檔次與機(jī)床檔次不匹配。造成了系統(tǒng)功能的浪費(fèi)或機(jī)床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來(lái)。③數(shù)控系統(tǒng)、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的品種和牌號(hào)太雜，在連接各部件時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸入/輸出信號(hào)不匹配及在傳送中信號(hào)產(chǎn)生滯后。這些問(wèn)題的解決關(guān)鍵在于要根據(jù)機(jī)床本身的精度、結(jié)構(gòu)、性能要求和價(jià)位，恰當(dāng)選擇數(shù)控系統(tǒng)，一般遵循下列原則：①根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型選擇，如車、銑、磨等類型。②根據(jù)數(shù)控機(jī)床的性能指標(biāo)選擇。如：支持的最小移動(dòng)單位、刀補(bǔ)數(shù)量等。盡量選擇既能滿足性能指標(biāo)要求，性價(jià)比又較高的系統(tǒng)。③基本功能和選擇功能的選取。如果基本功能能夠滿足，盡量不購(gòu)買選擇功能。但功能要一次訂全，避免裝機(jī)后因不能增補(bǔ)一些功能而造成整體功能降低。④優(yōu)先考慮能成套提供進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)器的廠家及內(nèi)置PLC的系統(tǒng)。

2.進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選擇及伺服驅(qū)動(dòng)裝置的確定

伺服系統(tǒng)按照控制方式可分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)能夠及時(shí)地把運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等信息反饋給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)在與實(shí)際信息進(jìn)行比較后及時(shí)發(fā)出補(bǔ)償控制命令，從而減少了誤差的可能性，提高了精度。所以，當(dāng)要求定位誤差范圍內(nèi)時(shí)，可采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。這樣各種影響定位精度的因素都可以得以補(bǔ)償。但是，考慮到閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)試和維修困難的缺點(diǎn)，選擇伺服系統(tǒng)時(shí)要綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、成本及機(jī)床規(guī)格大小等因素。

目前大多數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)裝置都已經(jīng)形成系列，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)需要合理選擇。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以把輸入的數(shù)字指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移，通過(guò)電機(jī)定子的換相次數(shù)（脈沖數(shù)）來(lái)決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，通過(guò)換相的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的轉(zhuǎn)向則由通電順序決定。由于步進(jìn)電機(jī)成本較低，又易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，故被廣泛應(yīng)用在開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。

而在閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)中多采用響應(yīng)速度快、精度和效率高、調(diào)速范圍較寬、負(fù)載能力較大、控制特性優(yōu)良的直流伺服電動(dòng)機(jī)。

四、結(jié)束語(yǔ)

舊機(jī)床的改造有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高精度、高速度等性能，還要重視其他環(huán)節(jié)的改造，包括調(diào)試和安裝以及最后的反相間隙補(bǔ)償和螺距補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定。只有更全面地考慮各方面因素，才能改造出高質(zhì)量的數(shù)控機(jī)床。

[1]徐濱士等.再制造工程基礎(chǔ)及其應(yīng)用 [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005，10.