張金龍 周楷京

沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司沈一車床廠

普通車床數(shù)控化機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)

張金龍 周楷京

沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司沈一車床廠

普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造后，大大提高了原有機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率，其改造成本僅為同功能數(shù)控機(jī)床的30%左右。為了能夠大幅度地提高數(shù)控機(jī)床改造后的性能，在改造過程中，首先要對(duì)各種機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，然后要對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保數(shù)控車床工作的穩(wěn)定性與連續(xù)性。基于此本文分析了普通車床數(shù)控化機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)。

普通車床；數(shù)控化；機(jī)械部分；改造設(shè)計(jì)

1、普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)

對(duì)普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控化改造，可以全面提升車床的工作效率。具體表現(xiàn)有幾個(gè)方面：第一，提高生產(chǎn)精度，經(jīng)過數(shù)控化改造之后可以提高車床的加工精度，使得各種工件更加精細(xì)化。第二，可以提高生產(chǎn)效率，通過對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造之后，對(duì)車床進(jìn)行控制的電機(jī)是相對(duì)獨(dú)立的，則可以通過不同的電機(jī)對(duì)車床的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)車床的聯(lián)動(dòng)控制，可以生產(chǎn)出一些造型比較復(fù)雜的零件，擴(kuò)大了車床的生產(chǎn)范圍。第三，提高加工速度。普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)過數(shù)控化改造之后，增加了自動(dòng)換刀的功能，在加工工件的過程中縮短了換刀時(shí)間，因此提高了工件生產(chǎn)的速度。第四，減輕工人強(qiáng)度。經(jīng)過數(shù)控化改造之后，車床的操作變得更加智能化，一般由系統(tǒng)自動(dòng)完成，使得操作人員的工作強(qiáng)度得以減輕，一個(gè)操作人員可以對(duì)多個(gè)數(shù)控車床進(jìn)行控制，從而提高了生產(chǎn)效率。

2、總體設(shè)計(jì)方案的論證

2.1 機(jī)床本身

條件機(jī)床能否進(jìn)行數(shù)控化改造主要取決于本身的條件，如機(jī)床的磨損程度、剛度等以及機(jī)床的技術(shù)壽命。

普通機(jī)床結(jié)構(gòu)上的不足之處有剛度低、抗振性能差、滑動(dòng)摩擦阻力較大以及傳動(dòng)元件之間存在較大間隙等。應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)其中部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以滿足數(shù)控機(jī)床最基本的要求。數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置(CNC)技術(shù)壽命一般為3～4年。對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造也能延長(zhǎng)其技術(shù)壽命。

2.2 加工對(duì)象

零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、脈沖當(dāng)量。改造后的數(shù)控車床具有切削螺紋功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，系統(tǒng)分辨率為縱向0.01mm，橫向0.005mm?，F(xiàn)在市場(chǎng)上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為(0.005～0.01)mm，能夠滿足上述加工要求。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

在機(jī)床數(shù)控化改造中，不僅要考慮數(shù)控機(jī)床的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)還必須考慮它的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。機(jī)床的數(shù)控化改造是廣義上的設(shè)備更新的一種方法，因此，機(jī)床數(shù)控化改造的方案應(yīng)與機(jī)床大修以及機(jī)床更新作對(duì)比，以確定最佳方案。普通機(jī)床還可通過數(shù)控化改造來延長(zhǎng)其經(jīng)濟(jì)壽命。

3、機(jī)床機(jī)械部分改造方案

3.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

為了擴(kuò)大變速范圍，實(shí)現(xiàn)加工過程中的自動(dòng)變速，將原來的單速電機(jī)更換為多速電機(jī)，使機(jī)床性能更好。但由于多速電機(jī)的功率是隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的，因此電機(jī)功率要大，而且還要增加一套電機(jī)變速系統(tǒng)。下面介紹改造設(shè)計(jì)的方法和步驟：

拆除主軸傳動(dòng)鏈、掛輪，通過對(duì)主電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的無級(jí)調(diào)速。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠，必須在主軸末端安裝主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，把主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)送到數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理，對(duì)機(jī)床進(jìn)行縱向或橫向的控制運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的。

主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用同軸安裝和異軸安裝兩種方式。脈沖編碼器也可以裝在床頭箱內(nèi)或床頭箱的后端上，采用傳動(dòng)比為1：1的齒輪或同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來；異軸安裝比同軸麻煩，需要配上一對(duì)同步平帶輪及同步平帶；我們采用同軸安裝主軸脈沖編碼器。

3.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

第一步是把原來的變速傳動(dòng)裝置和操縱機(jī)構(gòu)拆除；然后在各個(gè)方向安裝獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)，利用減速齒輪連接電機(jī)和絲桿，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)滑板的移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床在各個(gè)方向的移動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備微機(jī)控制和原機(jī)床操作。在Z軸縱向上，利用原有的安裝孔直接安裝齒輪箱體，將滾珠絲杠代替原絲桿，仍然安裝在原來的位置，并采用同樣的方式對(duì)絲杠兩端進(jìn)行固定。然后需要對(duì)進(jìn)給進(jìn)行限位保護(hù)，安裝限位保護(hù)開關(guān)和接近開關(guān)。在X軸橫向上，主要改造拖板，控制拖板的精度以及關(guān)鍵傳動(dòng)齒輪的間隙。利用剛度、柔性調(diào)整法調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)齒輪的間隙，將間隙降低消除，從而實(shí)現(xiàn)更高的傳動(dòng)精度和靈敏度。同時(shí)要對(duì)車床導(dǎo)軌進(jìn)行改造，由于普通車床的床身摩擦系數(shù)比較大，因此需要對(duì)原車床的導(dǎo)軌進(jìn)行刮研、修磨，降低摩擦系數(shù)，然后再貼上聚四氟飛烯軟帶，就可以達(dá)到數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌要求。然后把之前的絲杠和光杠去掉，安裝上新型的滾珠絲杠，用同步齒輪帶變速的方式連接步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠。

3.3 刀架的改造設(shè)計(jì)

刀架的改造是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工改造的關(guān)鍵，一般情況下至少需要四種不同的刀具來實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的加工。因此將原來的手動(dòng)刀架和小拖板拆除，安裝新型的LD4型自動(dòng)回轉(zhuǎn)數(shù)控刀架。這種刀架的重復(fù)定位精度比較高，性能也比較可靠。刀架定軸上有四個(gè)霍爾開關(guān)和永久磁鐵，能夠精確獲取刀架的到位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度的定位。

3.4 溜板箱的改造

在對(duì)以上機(jī)械結(jié)構(gòu)改造完成之后，最后要對(duì)車床溜板箱進(jìn)行改造，將原來的溜板箱拆除，然后把新的溜板箱安裝到改造完成的滾珠絲杠上。同時(shí)要改造整體的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，確保車床的穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造完成后，要對(duì)車床的運(yùn)行性能進(jìn)行檢驗(yàn)，主要包括傳動(dòng)性能、主軸進(jìn)給性能以及車床運(yùn)行過程中噪聲的大小等。相關(guān)性能的監(jiān)測(cè)要分別在空載荷負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行，確保各項(xiàng)基本操作能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控化。

總之，在現(xiàn)階段加強(qiáng)對(duì)于普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠更加全面的掌握普通車床數(shù)控化改造的相關(guān)技術(shù)，提高數(shù)控化改造的效果，從而提高車床工作效率，更好的發(fā)揮老舊設(shè)備的潛在價(jià)值，提高機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

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[3]趙慶志，譚培紅，柳濤.數(shù)控機(jī)床動(dòng)力伺服系統(tǒng)原理及故障診斷維修[J].煤礦機(jī)械，2013，09：305-307.