湯波紅

摘 要： 目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3%。普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長的問題，在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，必須大力提高機床的數(shù)控化率。本文以車床的數(shù)控改造為例，介紹了機床數(shù)控改造的方法，包括其結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計、性能與精度的選擇和最后改造方案的確定。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控 改造 機床

一、機床數(shù)控改造的意義

1.節(jié)省資金

機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。

2.性能穩(wěn)定可靠

因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。

3.提高生產(chǎn)效率

機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。

二、普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計

機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。

數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論）。

傳統(tǒng)機床存在一些弱點，如剛性不足、抗震性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率和使用壽命等要求。現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。

三、數(shù)控車床的性能和精度的選擇

并不是所有舊機床都可以進行數(shù)控改造，機床改造主要應(yīng)具備兩個條件：第一，機床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二，改造的費用要合適，經(jīng)濟性好。在改裝車床前，要對機床的性能指標做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑和最大長度、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度和粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。

軸變速方法、級數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率及是否需要數(shù)控制動停車等。

進給速度：Z向（通常為8～400mm/min）；X向（通常為2～100mm/min）。

快速移動：Z向（通常為1.2～4m/min）；X向（通常為1.2～3m/min）。

脈沖當量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向為X向的2倍。

加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達到。

進給運動驅(qū)動方式（一般都選用步進電機驅(qū)動）。

進給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。

刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。

以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標，有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門要求，如車削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對刀等，應(yīng)有針對性地專門設(shè)計。

四、車床數(shù)控改造方案選擇

當數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可據(jù)此確定改造方案。目前機床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。

目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能：

1.采用單片微機為主控CPU，具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數(shù)碼管二坐標同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。

2.配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm（要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套）。

3.加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。

4.具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。

五、車床數(shù)控改造實例

CA6140型普通車床的數(shù)控化改造主要采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造后的車床進給運動由步進電機A和B驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動。

為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應(yīng)使其處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進給機構(gòu)若未拆除，工作時也應(yīng)使其處于空檔位置。改造后的進給脈沖當量的量值靠步進電機步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示：

（θ/360）×（ac/bd）×T=δ

式中θ——步進電機步聚角（度）；

T——所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程（mm）；

a，b，c，d——齒輪齒數(shù)，當單級減數(shù)時，令c、d等于1；

δ——脈沖當量值（mm）。

步進電機的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機床型號來選擇，普通車床（如C6140、C620等）的數(shù)控改造中多采用0.08——0.15（N·m）靜力矩的步進電機，如選0.08（N·m）的作為橫向進給電機；選0.15（N·m）的作為縱向進給電機。

六、結(jié)語

實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。其改造涉及機械、電氣、計算機等領(lǐng)域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結(jié)合，先易后難，先局部后全局。