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機床大修（xiū）與數控化改造

2020-10-4 來源：南通大學工程訓（xùn）練（liàn）中心作者：金曉（xiǎo）明

摘要：普通（tōng）機床適用於一些常規加工、粗加工以及較（jiào）低精度加工。由於機床長期運轉（zhuǎn）或不當操作（zuò）或（huò）缺少必要的維保，使（shǐ）得機（jī）床機構可能出現（xiàn）嚴重磨損，降低了加（jiā）工精度。由於市場的競爭（zhēng）日益激（jī）烈，成本、質（zhì）量、生產率和產（chǎn）量、交貨期，這些因素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，可以提高產品（pǐn）的（de）加工效率（lǜ）和加工精度，同時（shí）在原有機床基礎上進（jìn）行改造可以（yǐ）降低成本、縮短設（shè）備升級改造周期。

關鍵詞（cí）：普通機床；大修（xiū）改造；機床精度；數控改造

1 、行業背景和需（xū）求

近年來隨著“國之重器（qì）”的（de）不斷出現，凸顯出製造（zào）業的重要性，而各（gè）個製造行業的發展都與機床裝（zhuāng）備的發展密切相關。

由於（yú）機床長期運轉或不當操作或缺（quē）少必要（yào）的（de）維保，使得機床機構可能出現嚴重磨損，降低了加工精度（dù）。

由於市場的競爭日益（yì）激烈（liè），成本、質（zhì）量、生（shēng）產率和產量（liàng）、交貨（huò）期，這些因素都決定了數（shù）控化升級（jí）改造前需要對（duì）機床部分機構進行大修，這樣才（cái）可以提高產品的（de）加（jiā）工效（xiào）率和（hé）加工精度，在原有機（jī）床基（jī）礎上進行改造可以（yǐ）降低成本、縮短設備升級改造（zào）周期。

2 、大修改造方案的確定

2.1 技術可行性評（píng）估

技術（shù）可行性評估是大修和（hé）改造的第一步。通（tōng）常來看，普通機床在數（shù）控改造前，大部分都需（xū）要進（jìn）行部件（jiàn）修（xiū）理（lǐ），對（duì）被改造機床（chuáng）進行結構、性能、精度等（děng）技術現狀的全麵分析。確定修理的要（yào）求、範圍、內容，包括機床原有結構是否（fǒu）合理，基礎部件及結構件（jiàn）是否足以（yǐ）支撐改造等；也要確（què）定因數控改造而需進行機械結構改（gǎi）造（zào）的要求、內容。

將普通機床（chuáng）改造成數控機床，要考察各坐標軸的機械傳動結構（gòu）及（jí）導軌副的（de）形式等是否適用；還要確（què）定電氣改造與機械修（xiū）理、改造之間的時間順序，按照不同的步驟交替進行，縮短改造工（gōng）期。機械（xiè）性能的完好是數控改造成功的（de）基礎。測量（liàng）機床目（mù）前的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，在機械、液壓、潤滑、清（qīng）潔（jié）等方麵會不同程度（dù）地存在問題。

因此根據對現有機床的評估和（hé）改造需（xū）求，首先要進行全麵保養，然後對機床（chuáng）做一次改（gǎi）前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既（jì）可以對改造工作（zuò）起參考作用，又可在改（gǎi）造結（jié）束時做對（duì）比分析用（yòng）。

2.2 普通機床（chuáng）功能部件

以（yǐ）改（gǎi）造數控車床步驟為例：

①數控係統，方案一、數控係統＋兩軸步進係統：方案二、數控係統＋兩軸伺服係統。

②電動刀架電機的更換。

③控製箱更新：包括低壓電器，變壓器，行程開關等。

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（fù）、清理、重裝。

⑤現（xiàn）場整機聯調。

2.3 數控改造方案

X、Y 軸均作數控改造，絲杆換成滾珠絲杠，驅動形式改為（wéi）步進驅（qū）動或伺服驅（qū）動，控製係（xì）統采用西門子數控係統。如圖 1 所示，電機輸出用同步齒形帶傳（chuán）動至絲杠，絲杠在一對 NSK 軸承和一隻輔（fǔ）助軸承支承下，帶動螺母往（wǎng）複運（yùn）動（dòng），工作台和刀架（jià）均設有雙向限位開關，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（dòng）示意圖（tú）

2.4 主要部件的（de）選用（yòng）

2.4.1 進給機構（gòu）的選用

進給傳動機構的動作過程：是以電機為動力源，由齒輪（帶輪、直聯）傳動傳遞（dì）動力帶動絲杆作旋轉運動，絲杆再帶動刀架作（zuò）進給運動。傳動方式：①齒輪傳動；②帶輪傳動；③直聯傳動。絲杆支撐方式：滾珠絲杆支（zhī）撐（chēng）：

1）一端軸向固定一端自由，常（cháng）用於短絲杆和豎直安裝的絲杆。2）一端固定一端簡支，常用於較長的臥式（shì）安裝絲杆。3）兩端固定，常用（yòng）於長絲杆或高轉速，要求高精度，高強度的地（dì）方。

本進給傳動結構主（zhǔ）要有以下特點：結構簡單，加（jiā）工方便；體積小巧靈活，安裝方便；運動平穩且保（bǎo）證一定得加（jiā）工精度；壽（shòu）命長，安全環（huán）保。以電機、傳動機構（齒輪、帶輪（lún）、直聯）、絲杆與（yǔ）支撐為主幹。絲杆（gǎn）由支撐機構（gòu）懸（xuán）掛在床身（shēn）一側，用內六角圓柱頭螺（luó）釘和墊圈將支撐（chēng）機構固定在床身外側。絲杆（gǎn）以電機為動力源，通過傳動（dòng）機構傳遞動力帶動（dòng）絲（sī）杆旋轉，絲（sī）杆再帶動刀架形成進給運動。

本傳動進給機構可以采用多種傳動方式和多種絲杆支撐方式，針對不同的數控機床采用合（hé）理的機構，以保證設計結（jié）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

主軸單元是影響機床性能的最關鍵部件。

因（yīn）為（wéi）主軸直接帶動刀具或工件進行切削運動，其轉速和精度直接影響（xiǎng）工件（jiàn）的加工精度和生（shēng）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的重要指標，是用（yòng）戶購買機床時所考慮的主要參數。高速主軸單元的性能涉及主軸的（de）設計方（fāng）法、材料、結構、軸承（chéng）、潤滑冷卻、溫升、平衡、噪音等多項相關技術。其中一些技（jì）術問（wèn）題是相互矛盾和製約的，例如，主軸轉速高，溫升就高，主軸軸承預負荷就較低，這樣就減低了剛度（dù），加工精度就會下降。因此需要（yào）根據機（jī）床的自身狀態及使用要求來選配主軸單元，這樣做到既能滿足機床全部功能要求又不會增加成本。

3 、數控化改造的（de）內容

3.1 係統的選擇

數控係統按（àn）有無測量（liàng）裝（zhuāng）置可分為開（kāi）環數控係統和閉（bì）環數控係統。閉環數控係統根（gēn）據測量裝置采樣點的位置又可分全閉環數控係統和半閉環（huán）數控係統兩種。（圖 2-圖 4）在做數控改造（zào）時，根據機床的自身狀態及使用要求來選配數控係統。根據機床的功能要求選擇相應控製係統的類型，做到既能滿足機床全部（bù）功能要求又不會提高標準增加成本（běn）。

3.2 電機的選配

確（què）定（dìng）負載的性質（如水平還是垂直負載（zǎi）等），轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求，上位控製要求（如對端口界麵和通訊方麵的要求（qiú）），主（zhǔ）要控（kòng）製方（fāng）式是位置、轉矩還（hái）是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，電壓範圍。此以確定電（diàn）機和配用動器或控製器的型號（hào）。電機的選擇應根（gēn）據具體應用情況而定。

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 試切削件加（jiā）工（表 2）

3.4 人員培訓

機床改造後，需要對使用人員（yuán）做出專業培訓。因此提前（qián）為使用人員（yuán）設計合的操作及安全防護知識培訓（xùn）十分重要，否（fǒu）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（fǎ）；維（wéi）護保養（yǎng）及安全防護要求；自動化編程和編程標（biāo）準等（děng）等。

按係統操（cāo）作編程說明書規定的各種指令及功能（néng）均可正（zhèng）常使（shǐ）用，保證（zhèng）參數設定合理。

4 、結語

綜上所述，普通（tōng）機床（chuáng）是（shì）加工行業普遍使用的設備之一，在這個基礎做出的數控改造，投入較小，改造周（zhōu）期縮短，可以盡快使設備在生產中創造（zào）效益。因此，做好（hǎo）普通機床設備的維修和數控改造工（gōng）作，按照不同的需求有製定（dìng）改造解決方案，保障設備精度，提高壽命，提高加工工藝和加（jiā）工效率，創（chuàng）造出（chū）更（gèng）多的經濟效益和社會效益。

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