秦顯峰

摘要：對C630普通車床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造，且主要涉及對C630R的縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)、步進電機、機床導(dǎo)軌、刀架以及三爪夾頭液壓系統(tǒng)改造，利用微機系統(tǒng)對縱，橫向進給系統(tǒng)，主軸系統(tǒng)，自動回轉(zhuǎn)刀架進行數(shù)字控制。設(shè)計方案力求簡單，經(jīng)濟，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)操作簡單，使用與維修方便。綜合考慮性價比。

關(guān)鍵詞：普通車床 數(shù)控改造 進給系統(tǒng) 滾珠絲杠副 數(shù)控刀架

【中圖分類號】TG519.1

一、數(shù)控車床的發(fā)展和現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代機械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進，計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械加一工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。隨著社會對產(chǎn)品多樣化要求的增強，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機床代替普通機床是一個必然的趨勢。同時，數(shù)控機床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。

與機床迅猛發(fā)展的現(xiàn)狀相比，作為機床“心臟部件”的數(shù)控系統(tǒng)，2005年銷量雖然超過3萬臺，但處于低檔的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)較大比重。業(yè)內(nèi)專家不無憂慮地表示，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)近幾年雖有很大發(fā)展，但仍無法阻止進口數(shù)控系統(tǒng)壟斷的局面。在我國機床消費額中，進口機床占據(jù)了半壁江山，其中絕太多數(shù)是數(shù)控機床。長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進口，技術(shù)受制于人。我國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、C630數(shù)控步進改造設(shè)計的目的及意義

首先，對C630數(shù)控步進改造設(shè)計后能使其實現(xiàn)數(shù)控控制；讓數(shù)控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工；提升機床的加工精度、柔性、生產(chǎn)率和操控，實現(xiàn)計算機控制，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；提升機床自動化程度，降低操作人員勞動強度。其次通過對C630普通車床進行改造能夠正確運用機床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論個有關(guān)知識，學(xué)會設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算；掌握數(shù)控設(shè)備典型零件的計算方法和步驟以及正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；掌握簡單的數(shù)控系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計的基本方法；初步樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)自己分析問題和解決問題的能力；提高自己應(yīng)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)以及編寫文件等資料的能力。

三、總體改造方案

（一）改造任務(wù)

采用數(shù)控技術(shù)對C630普通車床進行自動化和精密化的改造，經(jīng)改造后的機床能實現(xiàn)車削端面、外圓、螺紋、任意錐面圓弧面、球面等加工。

（二）改造方案確定

1.數(shù)控系統(tǒng)的選擇

北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司針對中國國情開發(fā)生產(chǎn)的，控制全數(shù)字伺服或步進電機的經(jīng)濟型車床或兩軸機械控制用數(shù)控系統(tǒng)有以下優(yōu)點：

（1）控制電路采用了高速微處理器，超大規(guī)模定制式集成電路芯片，多層印制電路板，顯示器采用了高分辨率的液晶屏，從而使整套系統(tǒng)更為緊湊，體積進一步縮小，同時也使系統(tǒng)的可靠性進一步的提高。

（2）在控制面板上與機床操作面板集成為一體，在控制軟件上，將全功能數(shù)控系統(tǒng)的機能引入步進機控制系統(tǒng)中，從而使系統(tǒng)具有較高的性能價格比。

（3）具有絲桿螺距誤差補償功能。

（4）可高速加工螺紋，快速退尾，退尾角度可調(diào)。

（5）系統(tǒng)配置U盤接口實現(xiàn)系統(tǒng)與U盤之間程序互存。

2.對車床導(dǎo)軌和床鞍配合滑動面的改造

對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除了應(yīng)該具有臥式車床導(dǎo)軌的精度和工藝性外，還要有良好的耐磨性，并減少因摩擦力而致死區(qū)，同時還要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響。

在該項工作中，主要是對貼塑材料的選用和貼接工藝的控制?？紤]到性能價格比，選用聚四氟乙烯軟帶作為粘貼材料。精磨床鞍導(dǎo)軌，大拖板滑動面、調(diào)整塞鐵滑動面粘貼聚四氟乙烯軟帶，并進行刮研，使床鞍與大拖板配合精度達到要求。

3.進給系統(tǒng)的改造

按伺服系統(tǒng)分類， 進給傳動系統(tǒng)可分為閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制和開環(huán)控制系統(tǒng)三類。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及成本高， 開環(huán)控制系統(tǒng)控制精度不高及控制速度低，不予采用。而半閉環(huán)控制系統(tǒng)在裝配和調(diào)整時都比較方便， 在精度上也可以滿足一般要求， 所以采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。

4.刀架改造

數(shù)控車床的方刀架可以根據(jù)機床的實際尺寸選擇，也可以選用廠家生產(chǎn)的成品刀架，下面分別介紹自行設(shè)計和選擇成品刀架的方法。

鑒于本機床的具體情況，對設(shè)計數(shù)控刀架的技術(shù)要求有如下三方面：1）夾緊力在4000N以上。2）需要進行四個方位的轉(zhuǎn)換選擇。3）重復(fù)定位精度不大于0.005mm。

4.滾珠絲杠螺母副的選擇

滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式，根據(jù)螺母的的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性也比單螺母的好，所以只要結(jié)構(gòu)和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選用外循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。

機床的數(shù)控化改造的優(yōu)缺點總結(jié)以下幾點：（1）減少投資額，制造周期短。（2）機械性能穩(wěn)定性可靠所利用的床身箱體、等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件性能高，質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。（3）熟悉了解設(shè)備便于維修，改造的機床操作者對機床的性能早已了解經(jīng)過短期培訓(xùn)就可上機操作。（4）可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。（5）可以采用最新的控制技術(shù)，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次將舊機床改成當(dāng)今水平的機床。（6）缺點是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。

車床改造后，實現(xiàn)了半閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控自動化加工，大大提高了加工工效，增強了其適應(yīng)性，穩(wěn)定了零件的加工質(zhì)量，并保留了原有的基本結(jié)構(gòu)和部分工作性能，能節(jié)約資金，縮短生產(chǎn)周期，是工廠進行機械設(shè)備技術(shù)化改造的趨勢。

參考文獻：

[1] 機械設(shè)計手冊編寫組編.《機械設(shè)計手冊》（一至三卷）[M]， 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992.

[2] 張新義.《經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計》[M]， 濟南：機械工業(yè)出版社，1979.

[3] 羅學(xué)科，謝富春.《數(shù)控原理和數(shù)控機床》[M]， 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.