尚志亮

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550003

普通機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)淺談

尚志亮

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550003

機(jī)床工業(yè)是制造軍用民用設(shè)備的技術(shù)和裝備基礎(chǔ)，是與民生、軍工建設(shè)緊密關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)工業(yè)，國家機(jī)床技術(shù)水平體現(xiàn)著一個(gè)國家的總體制造能力，我國機(jī)床業(yè)有著自己的優(yōu)勢(shì)，但同樣存在著我們的劣勢(shì)。雖然我國機(jī)床業(yè)所擁有的機(jī)床基數(shù)大、從業(yè)人員多、專業(yè)化程度也較高，但我國機(jī)床業(yè)的現(xiàn)代化改革卻有很多不足，其中最為重要的是我國數(shù)控化機(jī)床的比重低，這使得生產(chǎn)自動(dòng)化相對(duì)落后。本文就此缺點(diǎn)提出我國普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的一些方法。

機(jī)床；數(shù)控化；改造

一 、我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀

機(jī)床工業(yè)是制造軍用民用設(shè)備的技術(shù)和裝備基礎(chǔ)，是與民生、軍工建設(shè)緊密關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)工業(yè)，備受全世界的關(guān)注。整體上說我國機(jī)床工業(yè)已進(jìn)入了世界的前列，這為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防工業(yè)建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。但是我國的數(shù)控機(jī)床水品很低，全國有420萬總量的機(jī)床，使用超過15年的機(jī)床近280萬臺(tái)，其數(shù)控化率還不到3%。與發(fā)達(dá)國家相比我們的機(jī)床有很大的差距，我國大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床依靠進(jìn)口，這不但妨礙了我國機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展，而且受到國外控制，維修和保養(yǎng)費(fèi)用很高，使得大量資金外流。目前我國數(shù)控機(jī)床進(jìn)口已處在了懸崖的邊緣。

二、我國普通機(jī)床數(shù)控化改造的意義

相對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，普通機(jī)床普遍具有操作勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下、難以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀零件的加工以及對(duì)勞動(dòng)人員技術(shù)水平要求高等弱點(diǎn)，所以就我國現(xiàn)狀普通機(jī)床數(shù)控化改造是刻不容緩的。數(shù)控機(jī)床能更完美的加工出普通機(jī)床不能加工的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床還可以解脫勞動(dòng)力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，只要輸入固定的程序就會(huì)自動(dòng)生產(chǎn)出產(chǎn)品。如果需要改變加工方法，只需更換機(jī)床程序就能實(shí)現(xiàn)不同零件的加工。

對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造較購買新數(shù)控機(jī)床有很多優(yōu)勢(shì)，可以大大地縮短所需時(shí)間，減少投入。進(jìn)行改造后的機(jī)械性能較普通機(jī)床也有很大的提高，機(jī)械性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理、機(jī)身都是普通機(jī)床的大型鑄件，重而且堅(jiān)固，提高了機(jī)床的抗震能力。對(duì)于新購置機(jī)床，工人更熟悉現(xiàn)有機(jī)床，他們已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床有全面系統(tǒng)的了解，即便是經(jīng)過了改造，只要經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就能上崗，節(jié)省了很多培訓(xùn)的時(shí)間和費(fèi)用。而且一旦改造完成就可以滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)無需新機(jī)床的磨合時(shí)期，可以最大限度地對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行利用，如地基、固定裝置、電力及原有外部設(shè)備。同時(shí)數(shù)控化能革新我國機(jī)床技術(shù)的發(fā)展速度，提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

三、普通機(jī)床數(shù)控化改造的基本方法

普通機(jī)床的數(shù)控化，就是在盡量保留利用原有機(jī)床的功能的基礎(chǔ)上，添加新的功能，提高其機(jī)械性能以提高機(jī)械生產(chǎn)的效率。一般來說機(jī)床數(shù)控化改造主要有以下幾方面的內(nèi)容:對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行檢修，盡量恢復(fù)原有功能；在原有機(jī)床上加裝控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；對(duì)其機(jī)械部件進(jìn)行改造和加工，以提高其加工精度。

下面從以下幾個(gè)方面對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控改造進(jìn)行闡述:

（一） 數(shù)控系統(tǒng)

我們可以根據(jù)車床的現(xiàn)狀和使用要求選擇控制系統(tǒng)。首先我們要認(rèn)識(shí)到不同系統(tǒng)的不同功能和所產(chǎn)生的利弊。

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是沒有反饋裝置，所以不能及時(shí)的糾正偏差，由此帶來了控制精度差的缺點(diǎn)。不過系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低廉。

（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是裝有反饋裝置，通過偏差信號(hào)來調(diào)整輸出。這樣系統(tǒng)可以消除工作中的各種誤差及產(chǎn)生干擾，提高加工精度。但是相對(duì)成本有所提高，環(huán)境要求較高，這樣就提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試成本。

（3）復(fù)合控制系統(tǒng)：復(fù)合控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是在閉環(huán)控制基礎(chǔ)上，附加一個(gè)輸入信號(hào)的順饋通路。復(fù)合控制對(duì)自身零件的要求很高，因此提高了成本，但是在保持閉環(huán)控制的加工精度的基礎(chǔ)上，也很好的保持著開環(huán)控制的穩(wěn)定性。

進(jìn)行選擇時(shí)，對(duì)于要求不是很高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，應(yīng)選用開環(huán)控制；對(duì)于一些精度要求高的鏜銑床、超精車床、超精銑床等，應(yīng)用閉環(huán)控制；對(duì)于一些既要就加工精度又要就系統(tǒng)穩(wěn)定的機(jī)床，應(yīng)用復(fù)合控制系統(tǒng)。

其次在確定了控制系統(tǒng)的類型后適當(dāng)?shù)倪x擇控制制造商，世界上性能及信譽(yù)較好的有西門子(德國)、發(fā)那科(日本)、三菱(日本)、N U M(法國)、F A G O R(西班牙)等。詳細(xì)了解上述廠商數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及性能價(jià)格比等指標(biāo)，選擇適用的產(chǎn)品。

（二）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

為了能使普通機(jī)床更好地在控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行高精度加工，應(yīng)對(duì)其機(jī)械部件進(jìn)行改動(dòng)。例如，導(dǎo)軌副要具有很好的精度，要有良好的耐磨損性，不應(yīng)產(chǎn)生死區(qū)。齒輪副為了保證精度，改動(dòng)中應(yīng)使用高精度等級(jí)齒輪，安裝上要達(dá)到無間隙的傳遞?；瑒?dòng)絲桿與滾珠絲桿要保證絲桿沒有大范圍磨損，螺距誤差和累積誤差以及配合間隙都要在指定范圍內(nèi)。下面指出幾點(diǎn)具體改動(dòng)方法：

（1）床身：為了保證機(jī)床的使用壽命和較高的精度等級(jí)，應(yīng)考慮零件和部件的耐磨性，在改裝導(dǎo)軌時(shí)，如果不需要較高的精度等級(jí)可繼續(xù)使用滑動(dòng)導(dǎo)軌，但是要檢查原導(dǎo)軌的使用情況，判斷是否需要更換。如果機(jī)床要有較高的精度等級(jí)，需要換為滾動(dòng)導(dǎo)軌，應(yīng)使用高強(qiáng)度軸承鋼制成的導(dǎo)軌。但改裝工作量大，費(fèi)用高，工作復(fù)雜。針對(duì)這些缺點(diǎn)，我們可以采用貼塑導(dǎo)軌，即在原來導(dǎo)軌上粘貼上聚四氟乙烯，這能有效防止爬行，同時(shí)具有良好的潤(rùn)滑作用，且零部件不需要更換，節(jié)省了改造時(shí)間，性價(jià)比很高。

（2）減速驅(qū)動(dòng)裝置：對(duì)于要求不高的機(jī)床不需要加裝此裝置，但是對(duì)于要求高，精度高的機(jī)床，要在電動(dòng)機(jī)與絲桿之間安裝此裝置，借此得到所需的脈沖當(dāng)量和驅(qū)動(dòng)力矩。

（3）拖板：拖板是控制系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，被加工零件的坐標(biāo)精度受拖板精度的影響。為了提高拖板運(yùn)動(dòng)的精度，可加裝減速齒輪箱，或是采用剛性調(diào)整法來消除配對(duì)齒輪之間的傳遞間隙。

（4）自動(dòng)換刀裝置和刀架：為了滿足一次加裝工件就完成多了工序的要求，應(yīng)選擇體積小，重復(fù)定位精度高的換刀裝置。刀架多采用四刀位刀架。

（5）防護(hù)裝置：應(yīng)在絲桿上加裝防護(hù)罩，對(duì)軌道和拖板的接觸斷面進(jìn)行密封，防止異物劃傷導(dǎo)軌，對(duì)精密元件要安裝防塵裝置。

最后，改裝完成后要對(duì)所改裝的機(jī)床進(jìn)行測(cè)試，通過生產(chǎn)能力和生產(chǎn)精度的檢測(cè)來檢驗(yàn)改裝后的機(jī)床是否滿足了改裝的要求，對(duì)機(jī)床進(jìn)行批量檢測(cè)時(shí)，要確定各項(xiàng)指標(biāo)都在指定范圍內(nèi)。測(cè)試人員必須按照確定好的步驟和準(zhǔn)則來進(jìn)行操作，在測(cè)試過程中，要進(jìn)行隨時(shí)記錄，在確認(rèn)安全系統(tǒng)正常的情況下，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)一一進(jìn)行測(cè)量。

結(jié)語

有效地進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改裝，可以使我國市場(chǎng)上大批的普通機(jī)床再次得到有效的利用，降低了更換機(jī)床的成本，利用我國機(jī)床業(yè)的現(xiàn)有特長(zhǎng)，快速占有市場(chǎng)，可以為我們國家節(jié)省億萬元的支出。同時(shí)，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改裝促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步，使生產(chǎn)效率得到了提高，有利于我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到快速進(jìn)步，因此，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行有效的數(shù)控化改裝勢(shì)在必行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.064

尚志亮（1989，5～），男，籍貫：黑龍江；貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院08級(jí)過程裝備與控制工程專業(yè)。