黃義彩

【摘 要】本方案針對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，通過(guò)配置專用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)、更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、進(jìn)給箱改造、導(dǎo)軌副改造、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式彌補(bǔ)了原有普通機(jī)床的局限性，改造之后設(shè)備的穩(wěn)定性與實(shí)用性大大加強(qiáng)，效率、精度。實(shí)用性方面都得到較大提高。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控；滾珠絲杠傳動(dòng)；導(dǎo)軌副；進(jìn)給箱；改造

一、引言

隨著零件加工要求的精度不斷提高，普通機(jī)床的已經(jīng)難以滿足要求，迫切需要進(jìn)行數(shù)控改造，數(shù)控車(chē)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"?？梢运矔r(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面對(duì)零件的適應(yīng)性強(qiáng)，更具有精度高、成本低， 加工的零件尺寸一致性好的特點(diǎn)， 適合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。

二、設(shè)計(jì)方案

（一）數(shù)控改造系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。基于以上準(zhǔn)則，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的具體方案如下：（1）配置專用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能。根據(jù)方案，整體控制簡(jiǎn)圖如下：縱向、橫向均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)→減速齒輪→滾珠絲杠螺母→溜板的傳動(dòng)方式（圖1）。

（二）數(shù)控改造系統(tǒng)配置

考慮到經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性以及改造需要達(dá)到的目標(biāo)車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)應(yīng)該具有下列基本配置和功能：1）采用單片微機(jī)為主控CPU，具有直線和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。2）配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，脈沖當(dāng)量或控制精度要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套。3）面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動(dòng)保護(hù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；4）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機(jī)械極限位置自動(dòng)限位，以及進(jìn)給速度程序自動(dòng)終止等各類數(shù)控基本功能。

（三）關(guān)鍵部件改造

數(shù)控改造要對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。例如（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌除導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。（2）數(shù)控機(jī)床上通常使用的高精度等級(jí)齒輪。（3）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。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)。

1.進(jìn)給箱改造

齒輪箱傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，反向間隙累積增大，大大降低了傳動(dòng)精度。進(jìn)給箱部分的改造就是要取消原齒輪箱，并換為一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)元件要有消隙裝置，以減小傳動(dòng)間隙，提高精度。現(xiàn)用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，雙片齒輪間沒(méi)有加彈簧自動(dòng)消除間隙，因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，彈簧彈力顯得小，無(wú)法自動(dòng)消除間隙；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，彈簧彈力又顯得大，則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來(lái)消除間隙。

2.導(dǎo)軌副改造

普通機(jī)床的導(dǎo)軌多采用鑄鐵或淬火鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)大，動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差較大，低速時(shí)易出現(xiàn)爬行，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和定位精度，力矩?fù)p失大。采用在原導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶的方法，實(shí)現(xiàn)比較方便，而且費(fèi)用低、動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差小、耐磨性強(qiáng)，具有良好的自潤(rùn)滑性和抗振性，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)無(wú)爬行、運(yùn)行平穩(wěn)。

3.滾珠絲杠副改造

普通機(jī)床常采用普通滑動(dòng)絲杠副；而數(shù)控機(jī)床要求移動(dòng)部件靈敏度、精度高、反應(yīng)快、無(wú)爬行，采用滾珠絲杠副可滿足上述要求。在機(jī)床數(shù)控化改裝中，凡希望角位移和實(shí)現(xiàn)位移精確轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合大多是用滾珠絲杠副。其特點(diǎn)為傳動(dòng)效率高、定位精度高、傳動(dòng)可逆性、使用壽命長(zhǎng)、同步性能好。在滾珠絲杠副中，自由滾動(dòng)的滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲杠與螺母之間傳遞。因而以極小滾動(dòng)摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動(dòng)摩擦。使?jié)L珠絲杠副傳動(dòng)效率達(dá)到90%以上，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠的1/3左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。其發(fā)熱率低，溫升小以及在加工過(guò)程中對(duì)絲杠采取預(yù)拉伸并預(yù)緊消除軸向間隙等措施，使絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度。滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式一般分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種（圖2）。

三、改造效果

普通機(jī)床的數(shù)控化改造之后，優(yōu)勢(shì)明顯：（1）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。（2）實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。（4）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。（5）由以上四條派生的好處。如：降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝等。

四、結(jié)論

本方案針對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，通過(guò)配置專用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)、更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、進(jìn)給箱改造、導(dǎo)軌副改造、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式彌補(bǔ)了原有普通機(jī)床的局限性，改造之后設(shè)備的穩(wěn)定性與實(shí)用性大大加強(qiáng)，效率、精度。實(shí)用性方面都得到較大提高。

【參考文獻(xiàn)】

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