基於工作台自動分度的鑽床數（shù）控化改（gǎi）造-數控機床市場網

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基於工（gōng）作台自動分度的鑽（zuàn）床數控化改造

2017-3-20 來源：湄洲灣職業技術學（xué）院作者：陳威蔡明雄郭渭萍

摘要：針對目前（qián）機械加工、製造和維修行業中（zhōng）難以一次性（xìng）完成任意角度分度鑽孔的問題，以台式鑽床為例，重點介紹工作台（tái）的自（zì）動分度和（hé）鑽床數控化改造的方案和工作原理：將（jiāng）傳統的機械（xiè）與現有的數控技術相（xiàng）結（jié）合，使鑽床具有工（gōng）作台自動分度、主軸自動進（jìn）給功能。改造後的鑽床經（jīng）濟適用、簡單（dān）易行，可降（jiàng）低勞動強度、提高生（shēng）產效率（lǜ），已成功運用到實際生產中。

關鍵詞：數控改造；鑽床（chuáng）；自動進（jìn）給；自動分度

數（shù）控機床具有操作簡單、自動化（huà）作業（yè）、加工工件質量穩定等特（tè）點，能較好地解決結構複雜、精（jīng）密、批量小、樣式多變等的零件加（jiā）工問題，保證產品的加工質量穩定，且能大幅提高（gāo）生產率。

在我國機械加工（gōng）、製造業和維修行業中，很多小型企業、家庭作坊（fāng）和個體經營戶所用的老、舊機床在設備中還占相當大的（de）比例，已滿足不了產品種類迅速增加和質量不斷提高的生產需（xū）求。但一次性投（tóu）入巨資購買新的數控機床不太（tài）現（xiàn）實。對現有的（de）普通機床進行數（shù）控（kòng）改造，無（wú）疑是一種投資少、見效快，且能在短期內使企業加工生產能力上規模、上檔次的有效方法。

本文以台式鑽床鑽削多孔零件為例，具體闡述台式鑽床工作台自動分度的實現和鑽床數控化改造的方法。

1.問題的提（tí）出

隨（suí）著國內汽車配件行業的發展，多孔（kǒng）零部件的鑽孔攻絲加工等也隨之增加。如汽車、摩托車多孔零部（bù）件：發（fā）動機箱體、鋁鑄件殼體、製動鼓、刹車（chē）盤、轉向器、輪（lún）轂、差速（sù）殼、軸頭、半軸、車橋等，泵（bèng）類、閥類、液（yè）壓元件、太陽能配件，等等。這類工件往往要求加工（gōng）精度高（gāo）、工效快。而以往加工這類零（líng）件（jiàn）的多孔部份，通常是先人工劃線或設計一個專用的（de）鑽模，再在（zài）鑽床上鑽孔。這種（zhǒng）加工方法（fǎ）不僅勞動強度大、效率低，而且加工精度差，經常出現孔距超差而造成工件報廢和返工。因（yīn）此應用高精度、自動化程度高的數控鑽床已勢在必（bì）行.

為了節約投資資金、降低加工成本，擬對現有（yǒu）台鑽進行數控化改（gǎi）造。以實現對圖（tú）1所示零件多孔部（bù）份的自動鑽削加工為（wéi）例。改造前，需要人（rén）工取放工件（jiàn）、鑽模進行夾（jiá）緊，1 個人隻能操作 1 台鑽床，不僅生產效（xiào）率低、勞動強度大而且不安全；改造後，隻（zhī）需人工取放（fàng）工件，其他工序全部自動完成，1人就可操作3~5台（tái）鑽床，生產效率提高數倍，勞動強度也大為降低，且產品加工（gōng）精度高、參數一致性好。

圖1 零件圖

2.數控化改造方案

圖2 數控係統工作原理圖

以原鑽床為基礎，保持主要結構基本不變，設計一套可控製主軸自動進給和工作台自動分度的係（xì）統，如圖2所（suǒ）示。具體方案如（rú）下：

1）保持原鑽床基本結構不變（biàn）。保留原鑽床主傳動鏈、工作（zuò）台，在原工作台上安裝一套由數控係統控製的自動分度裝置。

2）將控製（zhì）鑽床進給運動的手柄拆去，在鑽床的主軸上加步進電機，步進電機通過蝸輪蝸杆副齧合，從（cóng）而（ér）實現了主軸向（xiàng）下進給或向上退出，加工完成後，由數控係統控製返回起始點。

3）為方便鑽床步進電機的互檢、降低售後維修（xiū）保（bǎo）養成本，改造後的鑽床所（suǒ）選用的（de）步進電機盡量為同（tóng）一型號。

4）數控係統的選用。考慮到經濟性和操作的簡易性，采用現成的廣數係統來實現點位控製。

2.1 機械部份改造

1）主軸（Z軸）自動進給（gěi）。

考慮到主傳動（dòng）係統不變，根據台鑽主軸的進給與主軸的轉速在（zài）鑽孔加工時並不需要嚴格匹配，而隻需要根據所加工的孔徑（jìng）的大小將主軸進給速度控製在一個合適的範圍內即可的特點，設（shè）計了兩種主（zhǔ）軸（Z 軸）自動進給實現方案：第一種選用滾（gǔn）珠（zhū）絲杆副；第二種是在主軸（zhóu）原來（lái）操作杆的位置上安裝蝸輪、聯軸器和步進電機，再加裝一蝸杆，使其與蝸輪形（xíng）成運動副。這兩種方案都可以把旋轉運動變（biàn）為直（zhí）線運動，也可以起到減速作用（yòng）。但是由於該（gāi）台式鑽床設備老舊，所以滾珠絲杆副雖然在傳運精度和效率上比蝸輪蝸杆副要高，但是在安裝時其結構比後者要複雜（zá）得多。故綜合（hé）考慮設備本身實際、所加工零件（jiàn）的要求和經濟性，最終選擇第二種方案實現主（zhǔ）軸（Z 軸）自動進給。

2）工（gōng）作台的自動分度裝置。

在（zài）台鑽原有的工作台上安裝一台步進電機，步進電機旋轉（zhuǎn）帶動根據產品（pǐn）大小而設計的夾緊（jǐn）裝置（zhì），以達到（dào）自動分度的效果。

2.2 數控係統部份

采用現有市場常用的廣數（shù）係統 928TE，該（gāi）係統性價比高。借鑒加工中（zhōng）心配一旋轉軸的原理，將主軸（zhóu）設為 Z 軸，將工作台（tái）的自動（dòng）分度裝（zhuāng）置設定為 X 軸。借助廣數（shù）係統的兩個驅動器，其中一個驅動單元控製步進電機（jī）的轉動，從而（ér）帶動蝸輪蝸杆副傳動實現鑽床（chuáng）主軸的進給；另一個驅動單元控製工作台上步進電機（jī）的轉動，從（cóng）而（ér）帶動（dòng）夾緊裝置實現自動分度。

改造後，機床的手動進給變成了自（zì）動進給。鑽孔時，主軸的自動進給可（kě）通過數控係（xì）統來給定。可以根據需要加工零件孔（kǒng）的分布數量在數控係統中進行編程，使鑽（zuàn）床可以加工出不（bú）同數量（liàng）均布的孔係。

2.3 步進電（diàn）機的選擇

步進電機是一種將電脈衝轉化成角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈衝信號，就驅動步（bù）進電機按設定的方向旋轉一個固定的角度（稱為步距角），步進電機的旋轉是以固定的角度一步一（yī）步運行的。可以通過控製脈衝個數來控（kòng）製角位移量，從而（ér）達到準（zhǔn）確定位的（de）目的；同時可以通過控製脈（mò）衝頻率來控製電機旋轉的速度和加速度（dù），從而（ér）達到（dào）調速的目的。步（bù）進電機（jī）結構和功能都比較簡單，不易發生故障。

本次改（gǎi）造是根（gēn）據最（zuì）大靜轉距和最高工作頻率進（jìn）行電機的（de）選擇。經過計算確（què）定傳（chuán）動係統采用110BYG3502 步進電機，其主要技術參數為：步距角θb=0.6°；最大靜轉距（jù）Tm=12 N·m；相數為3；電壓為30~300 V；電流為3.4 A。

考慮到方便機床步進電機的互（hù）檢且降低售後維修保養成本，工作台自動（dòng）分度所選用的步進電機也（yě）為同一型號。

3.台式鑽床數控化改造的優缺點（diǎn）

1）成本低、周期快。由於很多零配件市場上都有現成的貨源，因此同購置新鑽床（chuáng）相比可節省70%左右的費用，而（ér）且廠家（jiā）可以自行完成改造。

2）便於掌握操作和維修。由（yóu）於是自行改造，操作者對（duì）改造後的鑽床的加工能力及（jí）其它性能了如指掌，在操（cāo）作使用和維修（xiū）方麵見效快（kuài）。

3）機（jī）械性能穩定性（xìng）相對較差（chà）。由於受原鑽床機械結構的限製而不宜做（zuò）突破性的改造（zào），改造後的鑽床機械性能穩定性（xìng）相對較差。

4.結語

本設計改造周期短、費用低，改造後的鑽床操作、使用（yòng）方便。機床增加了自動進給的功能，操作者可以運用（yòng）廣數係統對不同加工直徑、分布不同的孔係零件進行編程加工。機床自動化程度高，能（néng）靈（líng）活、迅速地適應加工零件的變更，對工人的技術水平（píng）要求也不高，特別適宜中小型企業的鑽床改（gǎi）造。本數控化改造對於想節約資金又要擴大（dà）機（jī）床的（de）加工（gōng）工藝範圍的企業而言，不（bú）失為一項（xiàng）可行的方案。

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