普通機(jī)床的數(shù)控化改造

1、普通機(jī)床的數(shù)控化改造   一、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，它的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強(qiáng)弱，具有超越其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國企業(yè)機(jī)械制造整體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。由于我國企業(yè)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進(jìn)口，企業(yè)承受不了巨額購置費(fèi)，且易受國外的控制，另外數(shù)控機(jī)械設(shè)備維修力量薄弱，進(jìn)口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，大部分進(jìn)口機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進(jìn)口后還沒使用就已因?yàn)楦鞣矫嬖虿荒苁褂玫鹊?。因此目前我國企業(yè)機(jī)床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機(jī)床，很難滿足

2、企業(yè)高技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進(jìn)一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機(jī)床的功效和潛在價(jià)值，將大批傳統(tǒng)老式機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床是一種必然性和趨勢。二、機(jī)床數(shù)控化改造的分類機(jī)床的數(shù)控化改造可以分為以下幾種：1、其一是恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；2、其二是NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床；3、其三是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；4、其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的

3、技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。三、機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容下面按第三種改造方式以車床數(shù)控化改造為例，結(jié)合我公司在機(jī)床改造中的實(shí)際操作情況介紹一下其改造的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式。1、進(jìn)給軸的改造普通車床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運(yùn)動(dòng)；走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)光桿及溜板箱，獲得不同的進(jìn)刀量即X軸運(yùn)動(dòng)。普通車床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈分別代替，具體體現(xiàn)為：Z軸：縱向電機(jī)減速箱（或聯(lián)軸器）縱向滾珠絲杠大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。X軸：橫向電機(jī)減速箱（或聯(lián)軸器）橫向

4、滾珠絲杠橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。改造后整個(gè)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。1）、滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng)。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.900.96；若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，

5、不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長、精度保持性好。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中

6、多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對(duì)有特殊要求的機(jī)床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導(dǎo)程在滿足機(jī)床改造后性能的前提下越小，對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。機(jī)床的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中絲杠副選P4級(jí)即可滿足要求，特殊精密機(jī)床選P3級(jí)甚至更高。絲杠副軸承常見的布置形式根據(jù)不同的需要可以分為以下幾種，如圖1。圖1  絲杠副軸承的布置形式(1).圖1a中為一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如

7、數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。(2).圖1b中為一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。(3).圖1c和1d中為兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意。2）、機(jī)床導(dǎo)軌普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)

8、軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤滑，充分保證其精度。3）、電機(jī)與絲杠的聯(lián)接在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來定。一般對(duì)于小型車床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動(dòng)；對(duì)于大型車床如C6150,床身長5米的車床，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動(dòng)力的問題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問題，往往電機(jī)都要通過幾級(jí)減速來傳動(dòng)。無論是采用齒輪還是同步帶論來傳動(dòng)，其傳動(dòng)間隙的消

9、除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動(dòng)中常用的方法有錯(cuò)齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動(dòng)中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。2、主軸部分的改造車床主軸帶動(dòng)工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車削加工中的主運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)床大部分動(dòng)力。普通車床由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)，經(jīng)主軸變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動(dòng)或自動(dòng)變速獲得（924）級(jí)轉(zhuǎn)速，通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器組成。普通車床在數(shù)控化改造時(shí)大部分情況下保留原主軸箱，不做改動(dòng)或少做改動(dòng)。如需改動(dòng)則要注意以下幾點(diǎn)：如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤滑功能，則需對(duì)其增裝單獨(dú)普通電機(jī)加以驅(qū)動(dòng)，避免液壓系

10、統(tǒng)受到主電機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。如不需要原有機(jī)械變速換擋時(shí)，則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死以免因?yàn)檎`操作出現(xiàn)事故。機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時(shí)往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。改造圖2 主軸編碼器安裝圖時(shí)如圖2，我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過反饋給系統(tǒng)控制進(jìn)給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對(duì)式光電碼盤，目前國內(nèi)常用的為增量式光電碼盤

11、。根據(jù)光電碼盤上刻線條數(shù)可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。3、刀架部分的改造目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電動(dòng)，改造時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)其加以更換。電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝812把刀）和立式電動(dòng)刀架，立式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價(jià)格相對(duì)較貴，改造中常用立式四工位電動(dòng)刀架。4、潤滑部分的改造老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持

12、很不利，在同等驅(qū)動(dòng)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。圖3 機(jī)床的潤滑在對(duì)這些機(jī)床改造時(shí)一般都要對(duì)其潤滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，采用稀油集中定量、定時(shí)供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動(dòng)潤化兩種，在機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。5、機(jī)床防護(hù)機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。半防護(hù)是在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)，即增加擋屑裝置。全防護(hù)即在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)機(jī)床加以封閉，此種防護(hù)最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等

13、。實(shí)際操作起來以前兩種最多，也最易操作。四、機(jī)床數(shù)控化改造的聯(lián)調(diào)機(jī)床安裝、系統(tǒng)各參數(shù)按要求設(shè)置完成之后，在機(jī)電聯(lián)調(diào)時(shí)還需完成各種動(dòng)作試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、空運(yùn)轉(zhuǎn)、負(fù)荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)床數(shù)控化改造后是否滿足要求。1、空運(yùn)轉(zhuǎn)前的檢查通電前機(jī)床外觀檢查（檢查機(jī)床各部位的裝配質(zhì)量，使他們能在通電后正常工作）。（1）重要固定結(jié)合面應(yīng)緊密貼合，用0.03塞尺檢查時(shí)應(yīng)該插不進(jìn)，滑動(dòng)導(dǎo)軌面的端部用0.03塞尺檢查深度小于20mm。重要固定結(jié)合面為床頭箱與床身的結(jié)合面，轉(zhuǎn)塔刀架底座與滑板的結(jié)合面，尾座體與尾座底板的結(jié)合面，床身與床身（拼結(jié)床身）的結(jié)合面，鑲鋼導(dǎo)軌與基礎(chǔ)件的結(jié)合面等。（2）仔細(xì)檢查各個(gè)箱體及各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件是否

14、按要求加油，箱體中的油平面不得低于油標(biāo)線以下。冷卻箱中是否有足夠的冷卻液，液壓站、自動(dòng)間歇潤滑裝置的油是否到油位指示器規(guī)定的油位，電器控制箱中的各開關(guān)及元器件是否正常，各插裝集成電路板是否到位，通電啟動(dòng)集中潤滑裝置使各潤滑部位及潤滑油路充滿潤滑油。2、各種動(dòng)作試驗(yàn)（1）手動(dòng)操作試驗(yàn)如車床依靠手動(dòng)使刀架沿X、Z正負(fù)方向運(yùn)動(dòng)和單向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主要是試驗(yàn)手動(dòng)操作的準(zhǔn)確性，此功能多在加工對(duì)刀時(shí)要用。（2）點(diǎn)動(dòng)試驗(yàn)在點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)下使刀架先慢后快運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行倍率變換。（3）主軸變檔試驗(yàn)主軸變擋試驗(yàn)可按說明書中規(guī)定的變檔指令進(jìn)行。（4）超程試驗(yàn)各軸做正負(fù)兩個(gè)方向的超程試驗(yàn)。機(jī)床超程保護(hù)有兩種，一是軟件存儲(chǔ)極限保護(hù)

15、，另一種硬件保護(hù)。超程狀態(tài)表現(xiàn)為控制機(jī)報(bào)警和屏幕上有顯示，另外液壓站電源切斷。如果超程保護(hù)不起作用，將造成機(jī)械部件損壞。3、功能試驗(yàn)（1）功能試驗(yàn)用按鍵、開關(guān)、人工操縱對(duì)機(jī)床進(jìn)行功能試驗(yàn)。試驗(yàn)其動(dòng)作的靈活性、平穩(wěn)性以及功能的可靠性。（2）任選一種主軸轉(zhuǎn)速做主軸啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止（包括制動(dòng)）的連續(xù)試驗(yàn)，連續(xù)操作不少于七次。（3）主軸高、中、低轉(zhuǎn)速變換試驗(yàn)。轉(zhuǎn)速的指令值與顯示值允差為±5%。（4）任選一種進(jìn)給量，將啟動(dòng)、進(jìn)給和停止動(dòng)作連續(xù)操作，在X、Z軸的全部行程上，連續(xù)做工作進(jìn)給和快速進(jìn)給試驗(yàn)?？焖傩谐虘?yīng)大于1/2全行程，正反方向連續(xù)操作不少于七次。（5）在X、Z軸的全行程上，做低

16、、中、高進(jìn)給量變換試驗(yàn)。（6）轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行正反方向轉(zhuǎn)位和各種轉(zhuǎn)位夾緊試驗(yàn)。（7）液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)做密封、潤滑、冷卻性能試驗(yàn)，做到不滲漏。（8）卡盤做夾緊、松開、靈活性及可靠性試驗(yàn)。（9）主軸做正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及變換主軸轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。（10）進(jìn)給機(jī)構(gòu)做低、中、高進(jìn)給量及快速進(jìn)給的變換試驗(yàn)。（11）用數(shù)字控制指令進(jìn)行機(jī)床的功能試驗(yàn)，試驗(yàn)動(dòng)作的靈活性和功能的可靠性。（12）試驗(yàn)進(jìn)給坐標(biāo)超程、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入、位置顯示、回基準(zhǔn)點(diǎn)，程序序號(hào)顯示和檢索、程序暫停、程序刪除、直線插補(bǔ)、直線切削循環(huán)、錐度切削循環(huán)、螺紋切削循環(huán)、圓弧切削循環(huán)、刀具位置補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償?shù)裙δ艿目煽啃?、?dòng)作靈活性等。4、空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)（1）主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)在不切削狀態(tài)下，試驗(yàn)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的溫度變化和空載功率。機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械由低、中、高三檔轉(zhuǎn)速，有級(jí)變速為全部轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于2分鐘，在最高轉(zhuǎn)速段不