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試論普（pǔ）通車床機械結構的數控化（huà）改造

2017-7-12 來（lái）源：平高集團有限公司作者（zhě）：李曉輝

摘要：本文首先對普通車床機械結構進行數（shù）控化改造的必要性進行簡單介紹，了（le）解本論文（wén）研究課題的（de）意義，重點介（jiè）紹普通車床機械結構的數（shù）控（kòng）化改造過程中機床機械部分（fèn）的改造方案以及數控係統設計（jì）方（fāng）案，希望通過本文的研究能（néng）夠更加全麵的掌握普通車床機械結構（gòu）的數控化改造，也為後期進行普通車床的（de）數控化改造提供參（cān）考。

關鍵詞：車床機械結構（gòu）數控（kòng）化改造

1.前言（yán）

車床是機械加工中最重要的（de）一種加工工具，可以（yǐ）實現多種（zhǒng）造型零件的加工。隨著我國製造業的不斷發展，機械加工的水平不斷提高，越來越多的數控機床取代了（le）傳統的機床。但是由於數控車床價（jià）格較高，普通企（qǐ）業無法負擔，因此對普通車床進行數控化改（gǎi）造成為一種比（bǐ）較合理的方式，能夠在控製成本的基礎上有效提高機床的自動加工能力，提（tí）高加工效果。因此在現階段加強對於普通（tōng）車床機械（xiè）結構數控化改造的研究具有重要的現實意義，能夠更加全麵的掌握普通車床數（shù）控（kòng）化（huà）改造的相關技術（shù），提高數（shù）控化（huà）改造的效果，從而提（tí）高車床工作效率，更好的發（fā）揮老舊（jiù）設備的（de）潛（qián）在價值，提高（gāo）機械加工企業（yè）的經濟效益。

2.數控化改造的必要性

首（shǒu）先將普通車床機械（xiè）結構進行數控化改造後能夠大幅度提（tí）高（gāo）車床整體的加工（gōng）精度，能夠生產加工更高精度要求（qiú）的工件產品。其次在（zài）經過數控化（huà）改造後，普通的車床將由於獨（dú）立的運行電機，依靠電機能夠同時實現在多個坐標上的聯動加工，聯動（dòng）加工最（zuì）大的特點就是可以加工（gōng）造型複雜（zá）的（de）工件，因此經過數控化改造的普通車床就可以用來生產複（fù）雜造型工件，擴大自身的加工（gōng）範（fàn）圍。而且會增加自動換刀功能，可以在加工過程（chéng）中縮短換刀時間，提高生產加工的速度。另外再進行數控化（huà）改造後，大（dà）部分工作可以（yǐ）有數控完（wán）成，操作人員的工作強（qiáng）度得以減輕，一個操作人員（yuán）可以同時操作多台數控車床，車間（jiān）整體的生產效率大（dà）幅度提高。最重要的是對普通車床進行數控化（huà）改造成本比較低，改造後車床操作能（néng）力比較高，這樣可以利用更少的成本，實現更大的（de）作（zuò）用。經過改造後，整個企業的經（jīng）濟效益將大幅度提高，有利於經濟社會更（gèng）好的發展。

3.機床（chuáng）機械部分改造（zào）方（fāng）案

3． 1 主傳（chuán）動係統的改造設計

數控車床的變速範圍比普通車（chē）床要寬，而且需要（yào）實現（xiàn）自動變速，因（yīn）此在改造時用多速電機替換原來的單速電機。同時為了保持電機功率變化過程中的穩定（dìng）運行，需要在電機上附加一套（tào）電機變（biàn）速係統。首先上將原來的主軸傳動鏈、掛輪拆（chāi）除，將主電機改為（wéi）變頻調速，這樣就可以實現機床改造後的無級變速。其次是（shì）要在主軸的末端安裝一個（gè）脈衝編碼器來反饋主軸的位置，這樣就可（kě）以將主軸的轉角隨時傳動到數控係統（tǒng）中，用以實現對機床在平麵上的移動控製，這樣就可以利用改造後的車床進行螺紋加工。一（yī）般情（qíng）況下（xià）選（xuǎn）擇同軸安裝的方式來安裝脈衝編碼器，可以安裝在床頭箱內或者後端，然後借助同步齒輪連接主軸和脈衝（chōng）編碼器。

3． 2 進給傳動（dòng）係統的改造設計

第一步（bù）是把（bǎ）原來的變速傳動裝置和操（cāo）縱機構拆除; 然後在各（gè）個方向安裝獨立的步進電（diàn）機，利用減速齒輪連接電機和（hé）絲杆，實現帶動（dòng）滑板的移動，進而（ér）實現機床在（zài）各個（gè）方向的移動，通過電機的轉動控製刀（dāo）具進給及其坐（zuò）標。最終（zhōng）實現同時具備微機（jī）控製和原機床操作。在（zài） Z 軸（zhóu）縱向上，利用原有的安裝孔直接（jiē）安裝齒輪箱體，將滾珠絲杠代替原絲杆，仍然安裝在原來的位置，並采用同樣的方式對絲杠兩端進行固定。然後需要對進給（gěi）進行（háng）限位（wèi）保（bǎo）護，安裝限（xiàn）位保護開關和接近開關。在 X 軸橫向上，主要改造拖板，控製拖板的精度以及關鍵傳動齒輪的間隙（xì）。利用剛度、柔性調整法調整驅動電機到絲杠間（jiān）的傳動齒輪的間隙，將間隙降低消除，從而實現更高的傳動精度和靈敏度。另外需要對橫向和縱（zòng）向的齒輪箱、絲杠等加裝防護罩，從而（ér）保（bǎo）持內部的清潔以及整體的美觀。同時要對車床導軌進行改造，由於普通車（chē）床的（de）床身摩擦係數（shù）比較大，因此需要對原車床的導軌進行刮研、修磨（mó），降低摩擦係數，然後再貼（tiē）上聚四（sì）氟飛烯軟帶，就可以達到數控機床的導軌要求。然後把之前的（de）絲杠和光杠去掉，安裝上新型的滾珠絲杠，用同（tóng）步齒（chǐ）輪帶變速的方（fāng）式連接步進電機和滾珠絲杠。

3． 3 刀架的改造設計

刀架（jià）的（de）改造是實現數控加（jiā）工改造的關鍵，一般情況下至（zhì）少（shǎo）需要四（sì）種不（bú）同的（de）刀具來實現（xiàn）相（xiàng）對複雜的加工（gōng）。因此將原來的手動刀架和小拖板拆除，安裝新型的 LD4 型自動回轉數控（kòng）刀架。這種刀架的（de）重複定位精度比較高，性能也比較可（kě）靠。刀架定軸上有四個霍爾開關和（hé）永（yǒng）久磁鐵，能夠精確獲取刀（dāo）架的到位信號，實現高精度的定位。

3． 4 溜板箱的改造（zào）

在對（duì）以上機械結構改造完成之（zhī）後，最後要對車床溜板箱進行改造，將原來的（de）溜板（bǎn）箱拆除，然後（hòu）把新的溜（liū）板箱安裝到改（gǎi）造完成的（de）滾珠絲杠上。同時要改造整體的潤滑結構，確保（bǎo）車（chē）床的穩定運行。整（zhěng）個（gè）機械結構改造完成後，要對車床的運行性能進行檢驗，主要包括傳動性（xìng）能、主軸進給性能以及車床運（yùn）行過程中噪聲的（de）大小等。相關性（xìng）能的監測要（yào）分（fèn）別在空載荷負載狀態下進行，確保各項（xiàng）基本操作能夠實現數控化。

4.數控（kòng）係統設計方案

4． 1 數控係統運動方式的確（què）定

一（yī）般可以按運動軌跡將數控係統可分為點（diǎn）位控製和連續控（kòng）製係統兩種（zhǒng）。前者隻是控製刀（dāo）具從一點移到另外（wài）一點，對（duì）於運動軌跡不加控（kòng）製（zhì）。後者則是不同坐標方向上位移進行嚴格連續的控製。對於加工簡（jiǎn）單元件的車床（chuáng），使用定（dìng）位控（kòng）製係統即可; 對於需要加工複雜輪廓零件的（de）車床可以選擇連續控（kòng）製係統。

4． 2 伺服進給（gěi）係統（tǒng）的（de）設計改（gǎi）造

數（shù）控（kòng）機床的伺服（fú）進給係統（tǒng）的區別主要在於係統中是否（fǒu）設計位置檢測和反饋線路。一般可以分為開（kāi）環伺（sì）服、半閉環（huán）伺服和閉環伺服三種（zhǒng）係統。三種係統的精度控製（zhì）依次升高，誤差控製依次減小（xiǎo），相應的其控製難度、技術（shù）難度和造價也是依次增高（gāo）。根據加工零件精度要求從低到高依次可以選（xuǎn）擇三種（zhǒng）不同的伺（sì）服進給係統，精度要求最高的需要選擇閉環伺服係統。

4． 3 數控係統的硬（yìng）件電路（lù）設計

任何數控車床的數控係統都是由硬（yìng）件和軟件兩部分組成。其中硬件部分是整個控製係統的基礎，硬件電路的設計以及硬（yìng）件設備性能的好壞直接（jiē）影響到係統的工作性能。因（yīn）此在選擇硬件電路的（de）時候最佳的方案就是選用現成（chéng）的（de）數（shù）控（kòng）裝（zhuāng）置，根據係（xì）統的特殊需要適當進行少量改動，保（bǎo）持整個數控（kòng）係統的穩定性能。

5.結語

普通車床的數控化改造對於整個機械加工行業（yè）具有重要的意義。本文研究的普通車床數控化改造方案能夠（gòu）很好的（de）滿足改造的各項要求，可以作為今後進行車（chē）床數控（kòng）改造的參照。

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