涂萬(wàn)陽(yáng) 劉磊

摘 要：由于機(jī)床的數(shù)控化改造有較大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，在日本、德國(guó)和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到政府的大力扶持，而在中國(guó)這種改造才剛剛起步，機(jī)床的數(shù)控化改造是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只有抓好改造全過程的設(shè)計(jì)與管理，才能改造出高質(zhì)量的數(shù)控機(jī)床。

關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；數(shù)控系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)

機(jī)床數(shù)控化改造有多種方案，機(jī)床類型不同，改造的內(nèi)容也不同，所以機(jī)床改造內(nèi)容并非一成不變，而要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的方式，以使普通機(jī)床數(shù)控化改造后的性能與新的同類數(shù)控機(jī)床相近或相同。同時(shí)，在機(jī)床數(shù)控化改造完成后，還應(yīng)注意培訓(xùn)數(shù)控機(jī)床的操作人員和編程人員，以使改造后的數(shù)控機(jī)床能夠盡快發(fā)揮作用。

1、改造數(shù)控機(jī)床的因素分析

數(shù)控機(jī)床的使用提高了機(jī)床加工生產(chǎn)的效率。普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化技術(shù)改造后可以實(shí)現(xiàn)零件加工自動(dòng)化；其次，零件加工性能更加穩(wěn)定安全更加可靠。這是由于經(jīng)數(shù)控技術(shù)改造的數(shù)控機(jī)床的各主要部件經(jīng)過長(zhǎng)期工作，幾乎不會(huì)因刀刃變形而影響生產(chǎn)件的精度；再次，可以為零件生產(chǎn)廠家節(jié)約資金。與購(gòu)買新的普通機(jī)床相比，普通機(jī)床的數(shù)控化改造一般可以節(jié)省一半以上的費(fèi)用；最后，對(duì)于復(fù)雜的加工零件而言，改造難度越高，其功效提高的越顯著：且可不用或少用工裝，這樣不但節(jié)約費(fèi)用，還可以縮短零件生產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間。由于所需加工產(chǎn)品的尺寸誤差較小，精度要求高，不需要再進(jìn)行修配。而數(shù)控機(jī)床由于實(shí)現(xiàn)了加工的自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)刀具進(jìn)行自動(dòng)化管理，從而不會(huì)因?yàn)榈毒叩哪p而影響加工零件的精度與一致性；由于數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)多種加工功能，因此可以加T出復(fù)雜的零件；由于實(shí)現(xiàn)了加工產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，數(shù)控機(jī)床的加工效率可以提高許多。計(jì)算機(jī)擁有強(qiáng)大的記憶和存儲(chǔ)功能，因而可以把所需的程序存儲(chǔ)下來，然后根據(jù)程序的規(guī)定自動(dòng)去執(zhí)行加工工序，實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化；數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了多道工序集中完成，減少了頻繁搬運(yùn)被加工的零件，當(dāng)零件裝夾好后，可以實(shí)現(xiàn)多道工序的加工。

2、數(shù)控化改造的內(nèi)容

2.1精度的恢復(fù)和機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)

機(jī)床改造過程中首要任務(wù)是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行類似于通常的機(jī)床大修，以恢復(fù)機(jī)床精度，達(dá)到新機(jī)床的制造標(biāo)準(zhǔn)。但是機(jī)床數(shù)控化后對(duì)機(jī)床精度的要求與普通機(jī)床的大修是有區(qū)別的，即整個(gè)機(jī)床精度的恢復(fù)與機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)，都要為滿足數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)控自動(dòng)化加工的要求來進(jìn)行。數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別采用交、直流主軸電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這兩類電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可無(wú)極變速，因此使主軸箱、進(jìn)給變速箱及其傳動(dòng)系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。由電動(dòng)機(jī)直接連接主軸或滾珠絲杠。目前數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中常用的機(jī)械傳動(dòng)裝置主要有滾珠絲杠副、靜壓蝸桿蝸母條和預(yù)加載荷雙齒輪齒條三種。機(jī)床采用的導(dǎo)軌是新材料低摩擦因數(shù)的導(dǎo)軌，如滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。

2.2選定數(shù)控系統(tǒng)

根據(jù)要進(jìn)行數(shù)控化改造機(jī)床的控制要求，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)是至關(guān)重要的。選擇時(shí)，除了考慮各項(xiàng)功能滿足要求外，還一定要確保系統(tǒng)工作可靠性。一般以性能價(jià)格比來選取，并適當(dāng)考慮售后服務(wù)和故障維修等有關(guān)情況。如選用企業(yè)內(nèi)已有數(shù)控機(jī)床中相同型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)今后操作、編程、維修等都帶來較大的方便。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取，也按改造數(shù)控機(jī)床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，改造產(chǎn)品的質(zhì)量和維修更容易得到保證。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)在目前市場(chǎng)上有各種經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)。其中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，技術(shù)易于掌握及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)性能相對(duì)較差，可靠性不高。

2.3伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

伺服系統(tǒng)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)三種。開環(huán)控制系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)控制單元、執(zhí)行元件和機(jī)床組成。閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)由執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)控制單元、機(jī)床以及反饋檢測(cè)單元、比較控制環(huán)節(jié)組成。在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速方便，體積小，目前廣泛用于數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比， 其精度高、價(jià)格昂貴，考慮到改造本身是經(jīng)濟(jì)型改造，因此一般選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。檢測(cè)反饋單元一般用光柵、脈沖編碼器等。在選擇驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，一定要考慮其運(yùn)轉(zhuǎn)性能與電動(dòng)機(jī)的匹配，同時(shí)也要考慮其接口數(shù)據(jù)與數(shù)控裝置接口數(shù)據(jù)的匹配。目前國(guó)內(nèi)外的數(shù)控系統(tǒng)廠家，都開發(fā)了與自己系統(tǒng)配套的驅(qū)動(dòng)器，如廣州數(shù)控適配DA98 系列驅(qū)動(dòng)器，華中適配HSV 系列動(dòng)器，F(xiàn)ANUC（發(fā)那科）本身開發(fā)了集成程度很高的多軸驅(qū)動(dòng)器，所以一般優(yōu)先考慮配套的驅(qū)動(dòng)器。

2.4電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)，原機(jī)床的電氣控制部分一般只能報(bào)廢，重新按數(shù)控化改造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式要相配，并且在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路。在電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循：機(jī)床在滿足控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、車床使用與維修方便。機(jī)床中的主軸電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、刀架電動(dòng)機(jī)等均需系統(tǒng)自動(dòng)控制。數(shù)控機(jī)床中電氣控制系統(tǒng)除了對(duì)機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作控制外，還包括對(duì)保護(hù)開關(guān)、各種行程、極限開關(guān)的控制， 以及在操作盤上所有按鍵、操作指示燈等的控制。改造后的電氣控制系統(tǒng)，不僅保留了機(jī)床傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有體積小、功能強(qiáng)、通用性和靈活性強(qiáng)、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。

3、結(jié)語(yǔ)

由于機(jī)床數(shù)控化改造有多種方案，機(jī)床類型不同，改造的內(nèi)容也不同，所以上述機(jī)床改造內(nèi)容并非一成不變，而要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的方式，以使普通機(jī)床數(shù)控化改造后的性能與新的同類數(shù)控機(jī)床相近或相同。另外，在機(jī)床數(shù)控化改造完成后，還應(yīng)注意培訓(xùn)數(shù)控機(jī)床的操作人員和編程人員，以使改造后的數(shù)控機(jī)床能夠盡快發(fā)揮作用。

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