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機床（chuáng）大修與數控化改造

2020-10-4 來源：南通大學工程訓練中（zhōng）心（xīn）作者：金曉（xiǎo）明

摘要：普通機床適用於一些常規加工、粗（cū）加工以及較低精度加工。由於機床長期運（yùn）轉或不當操作或缺（quē）少必要（yào）的維保，使得機床機構（gòu）可能出現嚴重磨損，降低了加工精（jīng）度。由於市場的競爭日益激烈，成本、質量、生產率和產量、交貨期，這些因素（sù）都決定了需要對機床部分機構進行大修及數控化升級改（gǎi）造（zào），可（kě）以提高產（chǎn）品（pǐn）的加工效率和加工精度，同時在原有機床基（jī）礎上進行改造可（kě）以（yǐ）降低成本、縮短設備升級改造周期。

關鍵（jiàn）詞：普通機（jī）床（chuáng）；大修改造；機床（chuáng）精度；數控改造

1 、行業背景和需求

近年來隨著（zhe）“國之重器”的不斷出（chū）現，凸顯出製（zhì）造業的重要（yào）性，而各個製造行業的發展（zhǎn）都與機床裝備的發展密切相關。

由於（yú）機床長期運轉或不當操作或缺少必要的維（wéi）保，使得機床機構可能出（chū）現嚴重磨損，降低了加工精度。

由於市場（chǎng）的競爭日益激烈，成本、質量（liàng）、生產率和產量、交貨期，這些因素都決定了數控化升級改造前需要對機床部分（fèn）機構進行大（dà）修，這樣才可以提高產品的（de）加工效率和加工精度，在原有機床基礎上（shàng）進行改造可以降低成本、縮短（duǎn）設備升級改（gǎi）造周期。

2 、大修改造方案（àn）的確定

2.1 技術可行性評估

技術可行性評估是大（dà）修和改造的第一步。通常（cháng）來看（kàn），普通機床在數控改造前，大部分都需要進行部件修理，對被改造機床進行結構、性能、精度等技術現狀的全（quán）麵（miàn）分析。確定修理的要求、範圍、內容，包括機床原有結構是否合理，基礎部件及結構件是否（fǒu）足以支撐改造等；也要確定（dìng）因數控改造而需進行機（jī）械結構改造的要求、內容。

將（jiāng）普通機床改造成數控機（jī）床，要考（kǎo）察各坐標軸的機械傳動結構（gòu）及導軌副的形式等是否適用；還要（yào）確定電氣改造（zào）與機械修理、改造之間的（de）時間順序，按（àn）照不同的步驟交替進行，縮短改造工期。機械（xiè）性能的完好是（shì）數控改造成功的基礎（chǔ）。測量機床目前的（de）各項精度與出廠精度進行對比，是否存在差距。機床經長期使用或閑置後，在（zài）機械、液壓、潤滑（huá）、清潔等方麵會不同程度地存在問題（tí）。

因此根據對現有機床（chuáng）的評估和改造需求，首（shǒu）先要進行（háng）全麵保養，然後對機床做一次改前的幾何精度、尺寸精度測量（liàng），記（jì）錄在案。這樣既（jì）可以對改造工作起（qǐ）參考作用，又可在改造結束時做對比（bǐ）分析（xī）用。

2.2 普通機床功能部件

以（yǐ）改造數控車床步驟為例：

①數（shù）控係統，方案一（yī）、數（shù）控係統＋兩軸步進係統：方案二、數控係統＋兩軸伺服係統。

②電動刀架電機（jī）的更換。

③控製箱更新：包括低壓電器，變壓（yā）器，行程（chéng）開關等。

④機械部分：1）機械精度恢複：a）重新貼塑；b）導軌磨削：2）機械各部件修複、清理（lǐ）、重裝。

⑤現場整機聯調（diào）。

2.3 數控（kòng）改造方案

X、Y 軸均作數控改造，絲（sī）杆換成滾珠（zhū）絲杠（gàng），驅動形式改為（wéi）步進驅動或（huò）伺服驅（qū）動，控製係統采用西門子數（shù）控係統（tǒng）。如圖 1 所示，電機（jī）輸出用同步齒形帶傳動至絲杠，絲杠在一對 NSK 軸承和一隻輔助軸承支承下，帶動螺母往複運動，工作台和刀架均設有雙（shuāng）向限位開關，刀架還（hái）配有斷電製動器，2 隻電機座鑄造而成。

圖 1 絲杠運動示意圖

2.4 主要部件的（de）選用

2.4.1 進給機構（gòu）的選用

進給傳動（dòng）機構（gòu）的動作過程：是以電機（jī）為動力源，由齒輪（帶輪、直聯）傳動（dòng）傳遞動力帶動絲杆（gǎn）作旋轉運動，絲杆再帶動刀架作進給運動。傳動（dòng）方式（shì）：①齒輪傳動；②帶輪傳動；③直聯傳動（dòng）。絲杆支撐方式：滾珠絲（sī）杆支（zhī）撐：

1）一端軸向固定（dìng）一端自由，常用於短絲杆和豎直安裝的絲杆。2）一（yī）端固定一端簡支，常用於較長（zhǎng）的臥式安裝絲杆。3）兩端固定，常用於長絲杆或高轉速，要求（qiú）高（gāo）精度，高強度的地方。

本進給傳動結構主要有以下特點：結構簡單（dān），加工（gōng）方便；體積（jī）小巧靈活，安裝方便；運動平穩且（qiě）保（bǎo）證一定（dìng）得加工（gōng）精度（dù）；壽命長，安全環保。以電機、傳動機構（gòu）（齒輪、帶輪、直聯）、絲杆與支撐為主幹。絲杆由（yóu）支撐（chēng）機構懸掛在（zài）床身一側（cè），用內六角圓（yuán）柱頭螺釘和墊圈將支撐機構（gòu）固定在床身外側。絲杆以電機為（wéi）動力源，通過傳動機構傳遞（dì）動力帶動絲杆旋轉，絲杆再帶動刀架形成進給運動。

本傳動進給機（jī）構可以采用多種傳動（dòng）方式和多種絲杆支撐（chēng）方式，針對（duì）不同的（de）數控機床采用合理的機構，以保證設計結構簡單合理、運行可靠穩定、進給準確和較高的加工精度。

2.4.2主軸（zhóu）

主軸單元是影響機床性能的最關鍵部件。

因為主軸直接帶動刀具（jù）或工件進行（háng）切削運動，其轉速和精度直接影響工件的（de）加工精（jīng）度和生產率。主軸單元的轉速和回轉精（jīng）度是評價數控機床整體性能（néng）的（de）重要指標（biāo），是用戶購買機床時所考慮的主（zhǔ）要參數。高速主軸單元的性能涉及主（zhǔ）軸的設計方法（fǎ）、材料、結構、軸承、潤滑冷（lěng）卻、溫升、平衡、噪音（yīn）等多項相關技術。其中一些技術問（wèn）題是相互矛盾和製約的，例如，主軸轉速高，溫（wēn）升（shēng）就高（gāo），主軸軸承預負荷就較低，這樣就減低了剛度，加工（gōng）精度就會下降。因此需要根（gēn）據機床的自身狀態及使用要求來選配主軸單元，這樣做到既能滿（mǎn）足機（jī）床全部功能要求又不會增加成本。

3 、數控化改造的內容

3.1 係統的選擇

數控係統按有無測量裝（zhuāng）置可分為開環數控係統和閉環數控（kòng）係統。閉（bì）環（huán）數控係統根據測量裝置（zhì）采樣點的位置又可分全（quán）閉環數控係統和半閉環數控係統兩種。（圖 2-圖 4）在做數控改造時，根據機床的自身狀態及使用要求（qiú）來選配數控係統。根據機床（chuáng）的功（gōng）能要求（qiú）選擇相應控製係統的類型，做到既能滿足機床全部功能要求又不會提高標準增加成本。

3.2 電機的選配

確定負載的性質（如水平還（hái）是垂（chuí）直負載等），轉矩、慣量（liàng）、轉速、精度（dù）、加減速等要求，上位控製要求（如對（duì）端口界麵和通訊方麵的要求），主要控製方式是（shì）位置、轉矩還是速度方式。供（gòng）電電源是直（zhí）流還是交流電源，電壓範圍（wéi）。此以（yǐ）確定電機和配用（yòng）動器或（huò）控製器的型號。電機的選（xuǎn）擇應根據（jù）具體應用情況而定。

3.3 試加工驗收

機床精度驗收和試（shì）切削加工驗收。

3.3.1 機床精度（表 1）

3.3.2 試切（qiē）削（xuē）件加工（表 2）

3.4 人員培訓

機床改造後，需要（yào）對使用人員做出專業培訓。因此提前為使用人員設計合的操作及安全防護知（zhī）識培訓十分重要，否則改造後的機床很難迅速投入生產使用。培訓內容一般應包括操作麵板按鈕及指示燈的功能、含義；操作係統的功能範圍、使用方法；維護保（bǎo）養及安（ān）全防護要（yào）求；自動化編程和編程標（biāo）準等等。

按係統操作編程說明書規定的各種指令及功能均（jun1）可（kě）正常使用，保證參數設定合理（lǐ）。

4 、結語

綜上所（suǒ）述，普通機床是加工行業（yè）普遍使用的設備（bèi）之一，在這個（gè）基礎做出的數控改造，投入較小，改造周期縮短，可以盡快使設備在生產（chǎn）中創造效益。因此，做（zuò）好普通機床設備的維修和數控改造工作，按照不同的（de）需求有製定改造解決方案，保障設備（bèi）精（jīng）度，提高壽命，提高加工工藝和加工效率，創造出更（gèng）多的經濟（jì）效（xiào）益和社會效益。

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