數(shù)字環(huán)境下的普通機(jī)床數(shù)控改造措施
2018-3-26 來源：梧州學(xué)院 作者：謝朝明
摘 要：本文首先提出了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性，然后指出了普通機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn)及其內(nèi)容，重點(diǎn)闡述了數(shù)字環(huán)境下普通機(jī)床如何進(jìn)行數(shù)控化改造措施，并提出了數(shù)控化改造普通機(jī)床技術(shù)路線。
關(guān)鍵詞：數(shù)字環(huán)境；數(shù)控化改造；普通機(jī)床
0 引言
制造技術(shù)是衡量一個(gè)國家工業(yè)化水平的標(biāo)志，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，我國制造業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
數(shù)控機(jī)床的擁有量和技術(shù)水平的高低是一個(gè)國家現(xiàn)代制造業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志，當(dāng)前我國正處于從機(jī)械制造大國向機(jī)械制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，數(shù)控機(jī)床在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具等行業(yè)已廣泛應(yīng)用。
它提高了零部件的性能水平、加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為數(shù)控機(jī)床的使用者創(chuàng)造了巨大的效益。
1 、國內(nèi)外數(shù)控改造研究現(xiàn)狀
日本、美歐等一些發(fā)達(dá)國家對(duì)數(shù)控改造非常重視，一些制造企業(yè)為提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力想盡辦法把普通機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床，甚至有些公司將普通機(jī)床數(shù)控化改造發(fā)展成一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，如德國的 Schioess公司、美國的 US 設(shè)備公司，這些公司都是世界知名普通機(jī)床數(shù)控化改造公司。
受到當(dāng)時(shí)制造技術(shù)限制，我國機(jī)械制造業(yè)普通機(jī)床在機(jī)械制造加工業(yè)中有約 80%設(shè)備比例，數(shù)控化程度很低。由于當(dāng)時(shí)數(shù)控化改造技術(shù)相對(duì)落后，我國數(shù)控化機(jī)床改造技術(shù)主要應(yīng)用在國防軍用機(jī)床設(shè)備，從 20 世紀(jì) 80 年代未起，一大批精通數(shù)控機(jī)床技術(shù)專家對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)進(jìn)行大量卓有成效的開發(fā)研究，取得了相當(dāng)顯著的成就。
2 、普通機(jī)床數(shù)控化改造的必要性
2.1 普通機(jī)床在數(shù)字環(huán)境下存在不足
普通機(jī)床受技術(shù)限制，在加工精度、加工質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性、生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件、生產(chǎn)管理現(xiàn)代化方面與數(shù)控機(jī)床相比相差甚遠(yuǎn)。普通機(jī)床工藝簡(jiǎn)單、功能單一，只能進(jìn)行單一工序操作，而對(duì)于較多工序零部件、復(fù)雜零部件生產(chǎn)要求無法完成。
加工時(shí)間以及輔助時(shí)間多影響效率，普通機(jī)床加工精度低、自動(dòng)化程度低，很多操作工序依賴工人操作，勞動(dòng)強(qiáng)度高，產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，常常無法保證加工零件高質(zhì)量。
2.2 普通機(jī)床數(shù)控化改造后所具有的優(yōu)點(diǎn)
柔性較好，數(shù)控機(jī)床不同普通機(jī)床在加工零部件時(shí)需制作許多夾具、模具并經(jīng)常更換，零件在改造后的數(shù)控機(jī)床上加工，關(guān)鍵取決于程序的設(shè)計(jì)、輸入、編輯，并不需要對(duì)機(jī)床經(jīng)常調(diào)整；加工零件質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好，在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上加工一批零件使用同樣的加工程序和刀具，加工條件完全一致，走刀軌跡完全相同；生產(chǎn)效率高，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，與加工中心的刀庫配合零件的輔助時(shí)間和加工時(shí)間可有效地減少，數(shù)控機(jī)床允許機(jī)床進(jìn)行較大切削量的強(qiáng)力切削，進(jìn)給量的范圍擴(kuò)大。
另外，與加工中心的刀庫配合使用，可實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行多道工序的連續(xù)加工，工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間大大減少，提高了生產(chǎn)率。
數(shù)控機(jī)床的加工精度一般可達(dá) 0.05mm～0.1mm，數(shù)控機(jī)床絲桿螺距平均誤差與傳動(dòng)鏈的進(jìn)給反向間隙可由數(shù)控裝置進(jìn)行曲補(bǔ)償，數(shù)控機(jī)床是通過數(shù)字信號(hào)形式來實(shí)現(xiàn)控制其加工精度，機(jī)床每移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量需由數(shù)控裝置輸出一脈沖信號(hào)，因此，數(shù)控機(jī)床定位精度比較高。
利用現(xiàn)代化生產(chǎn)管理，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工時(shí)，可對(duì)所使用的夾具、刀具進(jìn)行規(guī)范化，并精確估計(jì)該零件輔助時(shí)間、加工時(shí)間，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比改善了勞動(dòng)條件，加工前調(diào)整好數(shù)控機(jī)床，輸入程序并啟動(dòng)，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)連續(xù)地對(duì)零件進(jìn)行加工，直至零件加工完成。
3 、數(shù)字環(huán)境下數(shù)控化改造措施
3.1 充分了解被改造機(jī)床
數(shù)控機(jī)床一般是由測(cè)量系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)組成。普通機(jī)床數(shù)控化改造究竟是要局部改造還是全部改造則要由普通機(jī)床改造費(fèi)用和原有的參數(shù)性能決定。在數(shù)控化改造過程中首先要明白現(xiàn)有需改造機(jī)床的功能、參數(shù)、機(jī)械傳動(dòng)精度、運(yùn)行狀況，再預(yù)先估計(jì)普通機(jī)床改造后的性能是否能滿足要求，具體要明確如下事項(xiàng)：
（1）確定需改造普通機(jī)床的型號(hào)。
（2）對(duì)需改造的普通機(jī)床機(jī)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)要把握準(zhǔn)確。
（3）普通機(jī)床數(shù)控化改造，應(yīng)慎重選擇控制軸數(shù)目，因?yàn)檩S數(shù)目直接決定選擇哪種數(shù)控系統(tǒng)與之匹配。
（4）普通機(jī)床數(shù)控化改造前必須清楚原機(jī)床核心功能部件如變速箱、刀架等，這樣才能保證數(shù)控化改造后的機(jī)床能夠生產(chǎn)加工復(fù)雜零件。
（5）為了保證普通機(jī)床數(shù)控化改造后達(dá)到精度要求以及功能預(yù)期，對(duì)數(shù)控化改造后的數(shù)控機(jī)床所具有參數(shù)性能及機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)要有足夠的估計(jì)。
（6）普通機(jī)床數(shù)控化改造前需了解機(jī)床的一些輔助安全性能參數(shù)，以保證機(jī)床數(shù)控改造后操作人員的人身安全。
（7）普通機(jī)床數(shù)控化改造過程中還要考慮現(xiàn)有的電氣控制系統(tǒng)是否能夠滿足改造后數(shù)控機(jī)床的要求，如果不能都達(dá)到要求，就須通過可編程邏輯控制器來進(jìn)行改造。
3.2 基于數(shù)字環(huán)境下數(shù)控系統(tǒng)選型
基于數(shù)字環(huán)境下普通機(jī)床數(shù)控化改造關(guān)鍵是數(shù)控系統(tǒng)選型。選型時(shí)依據(jù)需改造機(jī)床的機(jī)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)與之匹配，才能保證普通機(jī)床在改造后按照事先預(yù)設(shè)計(jì)好的功能要求進(jìn)行零件加工，否則無法達(dá)到功能預(yù)期。
市場(chǎng)上功能不一、類型不同的數(shù)控系統(tǒng)紛繁眾多，因而在基于數(shù)字環(huán)境下選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮改造前普通機(jī)床的功能及特性、數(shù)控化改造后所要達(dá)到的精度要求、功能預(yù)期以及預(yù)期改造費(fèi)用；而且在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)要特別注意改造時(shí)所選數(shù)控系統(tǒng)的廠家能提供的技術(shù)支持。
不同數(shù)控系統(tǒng)對(duì)需改造的機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置都有不同的具體要求，不是全部機(jī)床都能進(jìn)行數(shù)控化改造，更不是任何需數(shù)控化改造機(jī)床與所有不同數(shù)控系統(tǒng)都匹配，必須選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)與之匹配，才能達(dá)到數(shù)控化改造目的。
3.3 基于數(shù)字環(huán)境下的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改造
普通機(jī)床數(shù)控化改造關(guān)鍵是數(shù)控系統(tǒng)選型，但是為了使數(shù)控化改造機(jī)床達(dá)到加工精度、功能參數(shù)、電氣供給系統(tǒng)以及機(jī)床安全操作規(guī)程等要求，在改造過程中對(duì)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)部分不得不重新設(shè)計(jì)、改造。首先，基于數(shù)字環(huán)境下的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。必須要對(duì)機(jī)床傳動(dòng)軸等機(jī)械部件進(jìn)行受力分析，以確保數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行較大切削量的強(qiáng)力切削，進(jìn)行受力分析時(shí)依據(jù)機(jī)床行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
根據(jù)受力分析、計(jì)算結(jié)果，確定為了保證數(shù)控化改造機(jī)床達(dá)到加工精度、功能參數(shù)、電氣供給系統(tǒng)以及機(jī)床安全操作等要求所需要的主要受力機(jī)械零件的大小尺寸以及供給動(dòng)力裝置，數(shù)控化改造機(jī)床在對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造時(shí)，可參照改造成功案例，查閱相關(guān)技術(shù)文件資料，到改造成功企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研。
將 CA6140 型普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中必須實(shí)現(xiàn)如下要求：原車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)予以保留，橫向進(jìn)給系統(tǒng)由微機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，兩軸聯(lián)動(dòng)；刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，具有切削螺紋的功能；在 X 向上，進(jìn)給脈沖當(dāng)量為 0.005mm / 脈沖；在 3～1000mm/min 進(jìn)給速度范圍進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，在X 向、1000～3000mm/min 內(nèi)任意設(shè)定快進(jìn)速度。
其次，基于數(shù)字環(huán)境下的機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)改造要求。盡可能在機(jī)械構(gòu)件改造時(shí)尺寸不變或者變化不大，并采用理想的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝置滿足最大傳動(dòng)比，以提高生產(chǎn)加工效率；所需改造的機(jī)械零部件必須達(dá)到一定的精度要求，如表面粗糙度、形位公差、硬度、強(qiáng)度等以確保運(yùn)動(dòng)部件之間光滑，減少摩擦阻力；在不需增加動(dòng)力的情況下，可保證數(shù)控化改造后
的機(jī)床能夠生產(chǎn)加工更多復(fù)雜的零件。
將 CA6140 型普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：將小拖板和手動(dòng)刀架改造成數(shù)控刀架；滾珠絲杠螺母副取代溜板箱、光桿進(jìn)給箱和普通絲桿；調(diào)整操作的手動(dòng)機(jī)構(gòu)保留不變，同時(shí)保留支撐結(jié)構(gòu)，齒輪箱體、步進(jìn)電機(jī)安裝在中拖板的后側(cè)，齒輪箱采用一級(jí)齒輪減速。
4、結(jié)束語
本文已重點(diǎn)闡述將普通機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵措施，并提出了數(shù)控化改造普通機(jī)床技術(shù)路線，以期對(duì)需要進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造的企業(yè)有所幫助。
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