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試論普（pǔ）通車床機械結構的數控化改造

2017-7-12 來（lái）源：平高集團有限公司作者：李曉輝

摘要：本文首先對普通車床機（jī）械結構進行數控化改造的必要性（xìng）進（jìn）行簡單介紹，了解本論文研究課題的意義，重點介紹普通車床機械結構的數控化改造過（guò）程中機床機械部分（fèn）的改造方案以及數控係統設計方案，希望通過本文的研究能夠更加（jiā）全麵（miàn）的掌握普通車床機械結構的（de）數控化改造，也為後期進行普通車床的數控化改造提供參考（kǎo）。

關鍵詞：車床（chuáng）機械結構數（shù）控化（huà）改造

1.前言

車床是機械加工中最重要的一種加工工具，可（kě）以實現多種造型零件的加（jiā）工。隨（suí）著（zhe）我（wǒ）國製造業的不斷發展，機械加工的水平不斷提高，越來越多（duō）的數控機床取（qǔ）代（dài）了傳（chuán）統的機（jī）床。但（dàn）是由於數控車床價（jià）格較高，普通企業無法（fǎ）負擔，因此對普通車床進行（háng）數控化改造成為（wéi）一種比較合理的方式，能夠在控（kòng）製成本的基礎上有效（xiào）提高（gāo）機床的自動加工（gōng）能力，提高加工效果（guǒ）。因此在現階段加強對於普通車床機械結構數（shù）控化改造（zào）的研究具有重要的現實意義（yì），能夠更加全麵的掌握普通車床數控化改造的相（xiàng）關技術，提高數控化改造的效果，從而提高車床工作效率，更好的發揮老舊設備的潛在價值，提高機械加工企（qǐ）業的經濟效益。

2.數控化改造的必要性

首先將普通車床機械結構進行數控化改造後（hòu）能夠大幅度提高車床整體的加工精度，能（néng）夠生產加工更高精度要求的工件產（chǎn）品。其次在（zài）經過數控化改造後，普通的車床將由於獨立的運行電（diàn）機，依靠電機能夠（gòu）同時實現在多個坐標（biāo）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（cǐ）經過數控化改造的普通車床就可以用來生產複（fù）雜造型（xíng）工件，擴大自身的加工範圍。而且會增加（jiā）自動換刀功能，可以在（zài）加工過程中縮短換刀時間，提高（gāo）生產加工的速度（dù）。另（lìng）外再進行數控化改造後，大部分工作可以有數控完成，操作人員（yuán）的工作強度得以減輕，一個操作人員可以同時操作多台數控車床，車間整體的生（shēng）產效率大幅（fú）度提高。最重（chóng）要的是對普通車床進行數控化改造成本比較低（dī），改（gǎi）造後車床操作能（néng）力比較（jiào）高，這樣可以利用更少的成本，實現更大的作用。經過改造後，整個企業的經濟效益將大幅度提高，有利於經（jīng）濟（jì）社會更好的發展。

3.機（jī）床機械（xiè）部分改造方案

3． 1 主傳動係統的改造設計

數控車床（chuáng）的變速範圍比普通車床要寬，而且需要實現自動變速，因此在改造時用多（duō）速電機替換原來的單（dān）速電機。同時為了保持電機功（gōng）率變（biàn）化過程中的穩定（dìng）運行，需要（yào）在電機上附加一套電機（jī）變速係統。首先上將原來的主軸傳動鏈、掛輪拆除（chú），將（jiāng）主電機（jī）改為變頻調速，這樣就可以實現機床改造（zào）後的無（wú）級（jí）變速。其次是要在主軸的（de）末端安裝一個脈衝編碼器來反饋主軸的位置，這樣（yàng）就可以將主軸（zhóu）的轉角隨（suí）時（shí）傳動（dòng）到數控係統中，用以實現對機床在平麵（miàn）上的移動控製，這樣就可（kě）以利用（yòng）改造後（hòu）的車床（chuáng）進行螺紋加工（gōng）。一般情況下選擇同軸安裝的方式來安裝脈衝編碼器（qì），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（hé）脈衝編碼器。

3． 2 進給傳動係統（tǒng）的改造設計

第一（yī）步是（shì）把原來（lái）的變速傳動裝置和操縱機構拆除; 然後在各個方向安裝獨立的步進電機，利（lì）用（yòng）減（jiǎn）速齒輪連接電機和絲杆，實現（xiàn）帶動滑板（bǎn）的移動，進而實現機床在各個方向的移動，通過電機的轉動控製刀具進給及其坐標。最終（zhōng）實（shí）現同時具（jù）備微機控製和原機床操作。在 Z 軸縱向上，利用原有的安裝孔直接安裝齒輪箱（xiāng）體，將滾珠絲杠代替原絲杆，仍然安裝（zhuāng）在原來的（de）位置，並（bìng）采用同樣的方式對絲杠兩端進行固定。然後需要對進（jìn）給進行（háng）限位保護，安裝限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（jīng）度以及關鍵傳動齒輪的間隙。利用剛度、柔性（xìng）調整法調整驅動電機到絲杠間的傳動齒輪的（de）間隙，將間隙降低消除（chú），從而實現更高的（de）傳動精度和靈（líng）敏（mǐn）度。另外需要對橫向和縱向的齒輪箱（xiāng）、絲杠等加裝防護（hù）罩，從（cóng）而保持內部（bù）的清潔以及整體的美觀。同（tóng）時要對車床導（dǎo）軌（guǐ）進（jìn）行改造，由於普通車床的床身摩擦係（xì）數比較大，因此需要（yào）對原車床的導軌進行（háng）刮研、修磨，降低摩擦係數，然後再貼上聚四氟飛烯軟帶，就可以達到數控機床的導（dǎo）軌要求。然後把之前的絲（sī）杠和光杠去掉，安裝上新型的滾珠絲杠，用同（tóng）步齒輪帶變速的方式連接步進電機和滾珠絲杠。

3． 3 刀架的改造設計

刀架的改造（zào）是實現數控（kòng）加工改造的關鍵，一般情況下至少需要（yào）四種不（bú）同的刀（dāo）具來實現相對（duì）複雜的加工。因此將原來（lái）的手動刀架（jià）和小拖（tuō）板（bǎn）拆除（chú），安裝新型的 LD4 型自動回轉數控刀架。這種刀架的重複定位精度比較高，性能也比較可靠。刀架定軸上有四個霍爾開關和永久（jiǔ）磁（cí）鐵，能夠精確獲取刀架的（de）到位信號，實現高精（jīng）度的定位。

3． 4 溜（liū）板箱（xiāng）的改造（zào）

在對以上機械結（jié）構改造完成之後，最後（hòu）要對車床溜板箱進行改造，將原來的溜（liū）板箱拆除（chú），然後把新的溜板箱安裝到改造（zào）完成的滾珠絲（sī）杠上。同時要改造整體的潤滑結構，確（què）保車床的穩定運行。整個（gè）機械（xiè）結構改造完（wán）成（chéng）後，要對車（chē）床的（de）運行性能進行檢（jiǎn）驗，主要包括傳動性能、主軸進給性能以及車床運行過程中噪聲的大小等。相關性能的監測要（yào）分別在空（kōng）載荷負載狀態下進行，確保各項基本操作能夠實現數控化。

4.數（shù）控係統設計方案

4． 1 數控係統運動方式的確定

一般可以按運動軌跡將數控係統可分為點位控製和連續控製係統兩種。前者隻是控製刀具從一點移到另外一點，對於運（yùn）動軌跡不加控製。後者則是不同坐標方向上位移進行嚴格（gé）連續的（de）控製。對於加工簡（jiǎn）單元件的車床，使用（yòng）定位控製係統即可; 對於需（xū）要加（jiā）工複雜輪廓（kuò）零件的車床可以選擇連續控製係統。

4． 2 伺服進（jìn）給係統的設計（jì）改造

數控機床的伺服進給係統的區別主要在於係統中是否設計（jì）位（wèi）置（zhì）檢測和反饋線路。一般可以分為開環伺服（fú）、半閉環伺服（fú）和閉環伺（sì）服三種係統。三種係統的精度控製依（yī）次升高，誤差控製依次減小，相（xiàng）應的其控製（zhì）難度、技（jì）術難度（dù）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（yī）次可以選擇三（sān）種不同的伺服進給係（xì）統，精度要求最高的需要（yào）選擇閉（bì）環（huán）伺服係統。

4． 3 數（shù）控（kòng）係統的硬件電路設計

任何數控車床（chuáng）的數控（kòng）係統都是由硬（yìng）件和軟件兩部（bù）分組成。其中硬件部分是整個控（kòng）製係（xì）統的基礎，硬件電路（lù）的設計（jì）以及硬（yìng）件設備性能的好壞直接影響到係（xì）統的工作性能。因（yīn）此在選擇硬件電路（lù）的時候最佳的方案就是（shì）選用現成（chéng）的數控裝置，根據係（xì）統的特殊需要適當進行少（shǎo）量改動，保持整（zhěng）個數控係（xì）統的穩定（dìng）性能。

5.結語

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

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