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試論普通車（chē）床機械結構的數控化改造

2017-7-12 來源：平高（gāo）集（jí）團有（yǒu）限公司作者：李曉輝

摘要：本文首先對（duì）普通車床機（jī）械結構進行數（shù）控化（huà）改造的必要性進行（háng）簡單介紹，了解本（běn）論文研究課題（tí）的意義，重點介紹普通車床機械結構的數控化改造過程中機床機械部分的改造方案以及數控係統設計方案（àn），希望通過本文的研究能夠（gòu）更加全麵（miàn）的掌握普通車床機（jī）械結構的數控化改造，也為後期進行普（pǔ）通車（chē）床的數控化改（gǎi）造提供參（cān）考。

關鍵詞：車床機械結構數控化改造

1.前言

車床是（shì）機械加工中最重要的一種加工工具，可（kě）以實現多種造（zào）型零件的加（jiā）工。隨（suí）著我國製造業（yè）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（qǔ）代了傳統（tǒng）的機床。但是由於數控車床（chuáng）價（jià）格較高，普通企業無法負擔，因此對（duì）普通車床進行數控化改造成為一種比較合理的方式，能夠在控製成本的基礎上有效提高機床（chuáng）的自動加工能（néng）力，提高加工效果。因此在現階段加強對（duì）於普通車床機械結構數控化改造的研究（jiū）具有重要的現實意義，能夠更加全麵的（de）掌握普通車床數控化改造的相關技（jì）術，提高（gāo）數控化改造的（de）效果，從而提高車床工作效率，更好的發揮老舊設備的潛在價值（zhí），提高機械加（jiā）工企業的經濟效（xiào）益（yì）。

2.數控（kòng）化改造的必要（yào）性

首先將（jiāng）普通車床機械結構進行數控化改造後能夠大幅度提高車床整體的加（jiā）工（gōng）精度，能夠生產加（jiā）工更高精度要求的工件產品。其次在經（jīng）過數控化改造（zào）後，普通的（de）車床將由於（yú）獨立的運行電機，依靠電機能夠同時實現在多個坐標上的聯動加工，聯動加工最大的特點就是可以加工造型複雜的工件，因此經過數控化改造的普通車床就可以用來生產複雜造（zào）型工件，擴大自身的加工範（fàn）圍。而且會增加自動換刀功能，可以在加工過程中縮短換刀時間，提高生產加工的速度。另外再進行數控（kòng）化改（gǎi）造後，大部分工作可以有數控完成，操作人員的工作強度得以減輕，一個操作人員可以同（tóng）時操作多（duō）台數控車床，車間整體（tǐ）的（de）生產效率大幅度提高。最重要的是對普通車床進行數控化（huà）改造成（chéng）本（běn）比較低（dī），改造後車床操作能力比較高，這樣可以利用更少（shǎo）的成本，實現更大的作（zuò）用。經過改造後，整個企業的經濟效益將大幅度提高，有利於經濟社會更好的（de）發展。

3.機床機械部分改造方（fāng）案

3． 1 主（zhǔ）傳動係統的改造設計

數控車床的變速範圍比普通車床要寬，而且需要實現自動變（biàn）速（sù），因此在改造時用多速電機替換原（yuán）來的單速電機。同時（shí）為了（le）保持（chí）電機功率變化過（guò）程中的穩定運行，需要在電機上（shàng）附加一套電機變速係統。首先上將（jiāng）原來的主軸傳動鏈、掛輪拆除，將（jiāng）主（zhǔ）電機（jī）改為變頻調（diào）速，這樣就可以實現機床改造後（hòu）的無級變速。其次是要在主軸的末端安（ān）裝一個脈衝編碼器來反饋主軸的位置，這樣就（jiù）可以將主軸的轉角隨時傳動到數控係統中，用以（yǐ）實現對（duì）機床在平麵上的移動控製，這樣就可（kě）以利用改造後的車（chē）床進行螺紋加工。一般情況下選擇同軸安裝的方式來安裝脈衝編碼器，可以安裝在床（chuáng）頭箱內或者後端，然後借助同步齒輪連（lián）接（jiē）主軸和脈衝編碼器。

3． 2 進給傳動係統的改造設計

第一步是把原來的變速（sù）傳動裝置和（hé）操縱機構拆除; 然（rán）後在（zài）各個方向安裝獨立的步進電機，利用減速齒輪連接電機和絲杆，實現帶（dài）動（dòng）滑板（bǎn）的移動，進而實（shí）現（xiàn）機床（chuáng）在各個方向的移動，通過電機的轉動控製刀具進給及其坐標。最終實現同時具備微機控製和原機床操（cāo）作。在 Z 軸縱向上，利（lì）用原有的安裝孔直接安裝齒輪箱體，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（duì）進給進行限位保（bǎo）護，安裝限位保護開（kāi）關和接近開關。在 X 軸橫向上，主要改（gǎi）造拖板（bǎn），控製拖（tuō）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（fǎ）調整驅動電機到絲杠（gàng）間（jiān）的傳動齒輪（lún）的（de）間隙，將間隙降低消除（chú），從而實現更高的傳動精度和靈敏度。另外需要對橫向和縱向的齒輪箱、絲杠等加裝防護罩，從而保持內部的清潔以及整體的美觀。同時要對車床導（dǎo）軌進行改造，由於普通車床的床身摩擦係（xì）數比較大，因此需要對原（yuán）車床（chuáng）的導軌進行刮研、修磨，降低摩擦係（xì）數，然後再貼上聚四氟飛烯軟帶，就可以達到數控機床的導軌要（yào）求。然後把之前的（de）絲杠和光杠去掉（diào），安裝上新型的滾珠絲杠（gàng），用同步齒輪帶變速的方式連接步進電機和滾珠絲杠。

3． 3 刀架的改造（zào）設計

刀架的改造是實現（xiàn）數控加工（gōng）改造的關鍵，一般情況下至少需要四種不同的刀（dāo）具來實現相對複雜的加工。因此將原來（lái）的手動刀架和小拖板拆除，安裝新型（xíng）的 LD4 型自動回轉數控刀架。這種刀架（jià）的重（chóng）複定（dìng）位精度比較高，性能也比較可靠。刀架定軸上有四個霍爾開關和永久（jiǔ）磁鐵，能（néng）夠精確獲取刀架的到位信號，實現高（gāo）精（jīng）度的定位。

3． 4 溜板箱的改造

在對以上機械結構改造完成之後，最後要對車床溜板（bǎn）箱進行改造，將原來的溜板（bǎn）箱拆除，然後把新的溜板箱安裝到改造（zào）完成（chéng）的滾珠絲杠上。同（tóng）時要改造整（zhěng）體的潤滑結構，確保車床的穩（wěn）定運行。整個（gè）機械結構改（gǎi）造完成後，要對車床的（de）運行性能進行檢驗，主要包括傳動性能、主軸進給性能以（yǐ）及車床運行過程中噪聲的大小等。相關性能的監（jiān）測要分別在空載荷負載狀態下進（jìn）行，確保各項基（jī）本操作能夠實現數控化。

4.數控係統設計方案

4． 1 數控（kòng）係統運動方式的確定

一般可以按運動軌跡將數（shù）控係統可分為（wéi）點位控製（zhì）和連續控製係統兩種。前者隻是（shì）控（kòng）製刀具從一（yī）點移到（dào）另外一點，對於運（yùn）動軌跡不加控製。後者（zhě）則是不同坐標方（fāng）向上位移進行嚴格連續（xù）的控製（zhì）。對於加工簡單元件的車床，使用定位控（kòng）製係統即可; 對於需要加（jiā）工複雜輪廓零件的車床可以選擇連續控製係統。

4． 2 伺服（fú）進給係統的設計（jì）改造

數控機床的（de）伺服進給係統的區（qū）別主（zhǔ）要在於係統中是否設計位置檢測和反饋線路。一般可以分為開環伺服、半閉環伺服和閉環伺服三種係統。三種係統的精度控（kòng）製依次升（shēng）高，誤（wù）差控製依次減小，相應的（de）其控製難度、技術（shù）難度和造價也是依次增高。根據加工零件精度（dù）要求從低到高依次可以選擇三種不（bú）同的伺服進（jìn）給（gěi）係統，精度要求最高的需（xū）要選擇閉環伺服係統。

4． 3 數（shù）控係統（tǒng）的硬件電（diàn）路設計（jì）

任何數控（kòng）車床的數（shù）控係統都是由硬件和軟件兩部（bù）分組成。其中硬件（jiàn）部分是整個（gè）控製係統的基礎（chǔ），硬件電路的設計以及（jí）硬件設備性能的好壞直接影響到係統的工作性能。因此在（zài）選擇硬（yìng）件電路（lù）的時候最佳的方案就是選用現（xiàn）成的數控裝置，根據係統的特殊需要適（shì）當進（jìn）行少量改動（dòng），保持整個數控係統的穩定性能（néng）。

5.結語

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

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