石培晶 薛冬

摘 要：在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，作為國家產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的制造業(yè)，對生產(chǎn)型數(shù)控機床的需求不斷增長，且缺口極大。而對中小企業(yè)而言，采購滿足生產(chǎn)的數(shù)控機床整機費用太高，難以承受。而機床數(shù)控化改造作為綠色制造的一種新方式，具有節(jié)約資源，降低成本，減少碳排放的效果。本文分析了數(shù)控化改造的必要性，又以CL6140型普通車床的改造為例，探索車床數(shù)控化改造。

關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；必要性；普通機床；CL6140型普通車床

綠色制造是從環(huán)境影響和資源利用等多方面綜合考慮的現(xiàn)代化制造方法。目標在于考慮采用什么樣的辦法和措施使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用和報廢處理的生產(chǎn)周期中，對環(huán)境的負面影響最小、資源利用率最高和成本最低，使企業(yè)經(jīng)濟和社會效益最優(yōu)化。機床的數(shù)控化改造是一項節(jié)能環(huán)保的綠色制造技術(shù)，已經(jīng)成為研究熱點。現(xiàn)在，國內(nèi)外不少廠家已把目光投向了機床數(shù)控化改造，且發(fā)展為一行新興產(chǎn)業(yè)，如德國的Schiess公司，美國的Maintenance Service Corp，日本的崗三機械等。

一、數(shù)控化改造機床必要性

目前，我國各類機床保有量約800萬臺，居世界首位，但是服役超過10年的傳統(tǒng)機床就占到60%以上，由于技術(shù)和功能等方面的原因，老舊機床的報廢期將要到來，未來會有大批的機床面臨淘汰，其中不乏有機械性能完好的機床，如此多的機床，直接進入高爐冶煉成鋼鐵，是對資源和人力的一種浪費。那么如何使這些機床發(fā)揮其效應(yīng)，對其數(shù)控化改造的綠色再制造是一個不錯的選擇，不僅可以使機床資源循環(huán)利用，減少資源浪費，又可以降低重復(fù)冶煉對環(huán)境的污染。據(jù)不完全統(tǒng)計，在對老舊機床進行改造中，舊件的再制造率能達到90%，成本卻只有新產(chǎn)品的50%，而且同時能夠節(jié)約能源消耗60%和節(jié)約原材料消耗70%。這樣的方式將在未來成為我國可持續(xù)發(fā)展中的新模式。

二、機床數(shù)控化改造的內(nèi)容

普通機床的數(shù)控化改造就是將普通機床的某些部位進行改造，配置數(shù)控系統(tǒng)，使再制造的新機床能夠數(shù)控加工產(chǎn)品，達到提高生產(chǎn)效率的目的。機床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容有：①恢復(fù)原有機床功能。通過對機床的故障診斷，評估其性能，分析可利用程度，做對應(yīng)維護和維修，使之恢復(fù)原有功能。②改造機床機械系統(tǒng)。普通機床的機械系統(tǒng)比較復(fù)雜，主要通過齒輪傳動來實現(xiàn)相應(yīng)的傳動需求，拆除、更換、加裝相應(yīng)部件，重新配置，從而提高機床的自動化水平，使其能夠恢復(fù)機床的精度。③機床的數(shù)控化。在機床上裝備數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)顯裝置，與機械系統(tǒng)有機結(jié)合，使新機床能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控化加工產(chǎn)品。④電器系統(tǒng)的改造。普通機床多采用控制功能要求與數(shù)控機床的完全不一樣，所以原機床電器系統(tǒng)要完全報廢拆除，重新按數(shù)控化再制造的要求進行設(shè)計制作。⑤整機連接調(diào)試。普通機床的各部件再制造完成后，要對各個部件進行調(diào)試，先對電器控制部分調(diào)試，然后在聯(lián)機調(diào)試。

三、CL6140型普通車床的改造

（一）改造定位

CL6140型普通車床是我校購買的主要型號，生產(chǎn)廠家是浙江聯(lián)強，與CA6140型相比較，主軸箱控制手柄為分立式設(shè)置，將高速檔和低速檔分開，這樣使得車床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，目前主要做教學(xué)用。結(jié)合實際情況，對于普通車床的數(shù)控化改造來說，主要是以實現(xiàn)教學(xué)為目的，不以加工為中心，因此改造方案要遵循的原則是：數(shù)控化改造后的車床要求在運行穩(wěn)定可靠，數(shù)控系統(tǒng)合理匹配的前提下對機床改動盡可能少，以降低成本。

（二）機械部分的改造

1.主軸系統(tǒng)的改造。主軸是車床的主要部件，實現(xiàn)車削加工的主運動，要求有良好的剛性和精度，且噪聲要低。CL6140型普通車床改造時，主軸箱內(nèi)變速換擋機構(gòu)要保留，拆除主軸正、反轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)控制機構(gòu)；齒輪傳動保留帶輪軸至主軸的最短傳動路徑，傳動比盡可能選擇為1：1或者接近1：1的，使得傳動速度的恒定，降低電機輸出功率的損失；拆除其余齒輪和傳動軸。

2.進給系統(tǒng)的改造。進給傳功主要是實現(xiàn)刀具的縱向和橫向進給運動，使得機床能夠加工回轉(zhuǎn)體工件表面各種結(jié)構(gòu)，完成零件加工。CL6140型普通車床改造時，將掛輪箱傳功齒輪全部拆除；拆除絲杠和光杠，替換為滾珠絲杠螺母副，加設(shè)伺服電機做驅(qū)動元件，通過聯(lián)軸器和齒輪減速器實現(xiàn)縱向進給運動；拆除溜板箱機構(gòu)，保留原有的中滑板手動傳動機構(gòu)，更換絲杠傳動為滾珠絲杠螺母副，將伺服電機及減速器置于溜板后方，實現(xiàn)橫向進給運動。

3.刀架的改造。刀架是夾持刀具的主要部件。拆除原有手動刀架，更換為外購四刀位自動刀架，實現(xiàn)多刀位夾持和自動換刀功能，完成工件一次性多道工序的加工。

（三）數(shù)控部分的改造

1.數(shù)控車床工作原理。數(shù)控車床加工零件時，需要工具圖紙要求，選擇合適的毛坯材料，確定切削參數(shù)，選擇合理的工藝路線，編制符合車床系統(tǒng)要求的加工程序，并輸入到數(shù)控裝置中，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和運算后發(fā)出指令，驅(qū)動各伺服電機，按設(shè)定好的坐標，帶動主軸及X軸和Z軸運動，使刀具實現(xiàn)進給運動，并且嚴格的按照加工程序設(shè)定的加工順序和參數(shù)完成軌跡運動，從而加工出符合圖紙要求的工件。

2.數(shù)控系統(tǒng)的類型。數(shù)控系統(tǒng)按運行方式可分為：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)，區(qū)別在于有無檢測反饋裝置，及其安裝位置。鑒于CL6140型普通車床改造對加工精度要求不高，為降低成本，我們選擇相對便宜的開環(huán)控制系統(tǒng)。

3.數(shù)控系統(tǒng)的選擇。在確定了數(shù)控系統(tǒng)的類型后，就要選擇采用那一數(shù)控系統(tǒng)。目前國內(nèi)主流數(shù)控系統(tǒng)有德國的西門子，日本的法拉克，中國本土的華中數(shù)控和廣州數(shù)控。本次改造在數(shù)控系統(tǒng)選擇上，以降低成本為主，所以可以選取相對便宜的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，如華中數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控系統(tǒng)。

綜上所述，機床的數(shù)控化改造，是一項符合綠色再制造技術(shù)，不僅能夠使企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，還能夠保護環(huán)境和節(jié)省資源，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。改造機床要根據(jù)實際情況和需要，攻克技術(shù)上的難題，使得老舊設(shè)備繼續(xù)發(fā)揮作用，延長設(shè)備壽命。對要中小企業(yè)來說，數(shù)控化改造能夠為企業(yè)節(jié)省資金，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，增強企業(yè)的市場競爭力。

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（作者單位：石培晶/陜西科技大學(xué)、阿拉善職業(yè)技術(shù)學(xué)院；薛冬/渭南技師學(xué)院）