數(shù)控機(jī)床原理、結(jié)構(gòu)與維修第9章

第9章普通機(jī)床數(shù)控化改造學(xué)習(xí)目的與要求了解機(jī)床數(shù)控改造的條件和原則；理解機(jī)床數(shù)控改造的方向和途徑；了解機(jī)床改造的一般步驟；掌握數(shù)控改造主要技術(shù)方案的選擇；了解車(chē)床和銑床的數(shù)控改造方法。[學(xué)習(xí)導(dǎo)引示例]C616型臥式普通車(chē)床的數(shù)控化改造

目前我國(guó)機(jī)床的擁有量約為400萬(wàn)臺(tái)，其中40﹪以上是車(chē)床，而且多數(shù)役齡都很長(zhǎng)。采用價(jià)格較低、性能適宜的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)一般臥式車(chē)床的改造，而且經(jīng)濟(jì)效果也比較明顯。這種改造方法在許多工廠都已獲得成功。以下通過(guò)介紹普通機(jī)床數(shù)控化改造方法來(lái)進(jìn)行C616型臥式車(chē)床的數(shù)控化改造，如圖9-1所示改造后的車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)。圖9-1改造后的車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)床的技術(shù)改造是以應(yīng)用新的技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的成就和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，改變?cè)袡C(jī)床的結(jié)構(gòu)，裝上或更換新部件、新附件、新裝置，或?qū)闻_(tái)機(jī)組成流水線、自動(dòng)線所采取的技術(shù)措施，以補(bǔ)償機(jī)床的有形磨損和無(wú)形磨損。9.1.1機(jī)床數(shù)控改造的條件

(1)機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。數(shù)控機(jī)床屬于高精度機(jī)床，工件或刀具的移動(dòng)精度要求很高。如果基礎(chǔ)件剛性不好則受力后容易變形，這種變形具有不確定性，無(wú)法用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償機(jī)能進(jìn)行補(bǔ)償。

(2)改造費(fèi)用合適、經(jīng)濟(jì)性好。機(jī)床改造費(fèi)用分為機(jī)床與電氣兩部分。改造費(fèi)用與原機(jī)床。零件的利用率有關(guān)．也與采用何種數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)。出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，目前國(guó)內(nèi)除重型機(jī)床和有特殊要求的機(jī)床外，通常均采用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)床改造。改造總費(fèi)用要因用戶而異。一般來(lái)說(shuō)，如果不超過(guò)同類(lèi)規(guī)格設(shè)備價(jià)格的一半，在經(jīng)濟(jì)上就算合適。

9.1機(jī)床改造概述機(jī)床數(shù)控改造要遵循針對(duì)性、先進(jìn)適用性、可能性和經(jīng)濟(jì)的原則。9.1.3機(jī)床數(shù)控改造的方向和途徑

推廣應(yīng)用數(shù)控及微機(jī)、數(shù)顯、可編程控制器。靜壓(靜動(dòng)壓)技術(shù)改造機(jī)床，重點(diǎn)是改造大型、中型機(jī)床，精密、關(guān)鍵技術(shù)和在生產(chǎn)中起重要作用的中小型機(jī)床。普通車(chē)床、磨床、齒輪加工機(jī)床，可采用數(shù)控技術(shù)及微機(jī)加以改造。加工一定批量的軸、套、盤(pán)類(lèi)零件的小型機(jī)床，一般可選用單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)加以改造。大批量流水線生產(chǎn)的自動(dòng)線，自動(dòng)、半自動(dòng)機(jī)床和一些專用、高效精密機(jī)床，可用一位機(jī)等組成可編程控制器加以改造。大中型、重型機(jī)床改造時(shí)重復(fù)利用形狀復(fù)雜、噸位重的基礎(chǔ)件，如底座、工作臺(tái)、床身、立柱、橫梁等，大大縮短改造周期，降低成本費(fèi)用。可安裝數(shù)顯裝置(感應(yīng)同步器、光柵等)加以改造。對(duì)于需要解決零件加工定位精度和進(jìn)給精度的鏜床、車(chē)床、銑床、磨床、鉆床等，一般用數(shù)顯技術(shù)改造。這在國(guó)外已被廣泛采用，并取得了良好的效果。

9.1.2機(jī)床數(shù)控改造的原則運(yùn)作

(1)明確微機(jī)改造的任務(wù)和目標(biāo)。

(2)總體方案設(shè)計(jì)。(3)設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)改裝。(4)繪制機(jī)床改裝零件圖和完成機(jī)床數(shù)控改造的所有技術(shù)資料。

(5)制造、安裝、調(diào)試。（6）設(shè)備投產(chǎn)后要及時(shí)總結(jié)。9.1.4機(jī)床數(shù)控改造的一般步驟9.2.1數(shù)控改造主要技術(shù)方案的選擇

(1)數(shù)控系統(tǒng):經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，技術(shù)容易掌握及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，在中、小型機(jī)床數(shù)控化改裝中應(yīng)用較多。只有需要進(jìn)行輪廓控制的場(chǎng)合，才需選用具有聯(lián)動(dòng)功能的數(shù)控系統(tǒng)。例如，改裝鉆床時(shí)，可選用兩個(gè)控制軸的點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng).

（2）控制方式:開(kāi)環(huán)系統(tǒng)無(wú)位置檢測(cè)反饋裝置，該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此，適用于精度要求一般的中小型機(jī)床改裝。半閉環(huán)控制方式控制精度較高，且多以直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，速度也比開(kāi)環(huán)控制方式高，適用于控制精度要求高的大、中型機(jī)床的改裝。（3）伺服驅(qū)動(dòng)元件:在機(jī)床數(shù)控化改裝中常用的驅(qū)動(dòng)元件有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)。

9.2機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)改造三種不同生產(chǎn)類(lèi)型的生產(chǎn)管理特點(diǎn)

（4）主運(yùn)動(dòng)變速

1)主傳動(dòng)系統(tǒng):對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造時(shí)，一般可保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)。如果要提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，可用雙速和四速電動(dòng)機(jī)代替原機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床加工螺紋或絲杠時(shí)，需配置主軸脈沖發(fā)生器作為車(chē)床主軸位置信號(hào)的反饋元件.2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，適用微機(jī)控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)執(zhí)行機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為使進(jìn)給傳動(dòng)鏈最短，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的絲杠聯(lián)接.3)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的安裝快速準(zhǔn)確的換刀是每臺(tái)數(shù)控機(jī)床所必須具備的功能(5)機(jī)械系統(tǒng)

1)導(dǎo)軌副在原動(dòng)導(dǎo)軌上粘接上聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，能有效的防止爬行，具有自潤(rùn)滑性，提高導(dǎo)軌壽命.2)傳動(dòng)元件凡希望角位移和實(shí)現(xiàn)位移精確轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合大多是用滾珠絲杠副。

9.3C616型臥式普通車(chē)床的數(shù)控化改造實(shí)例1.總體方案設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)任務(wù)。利用微機(jī)對(duì)C616型臥式車(chē)床的縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。改造后的機(jī)床能完成一般車(chē)削及加工任意錐面、球面、螺紋等加工工序，并能控制主軸開(kāi)停變速、刀架轉(zhuǎn)位及一些輔助功能。(2)總體方案確定。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用輪廓控制形式?？刂葡到y(tǒng)硬件由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器等組成?？v向、橫向均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一減速齒輪一滾珠絲杠螺母一溜板的傳動(dòng)方式。刀架更換為四刀位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。改造后的車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖9-1所示。

2.機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算、機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：傳動(dòng)元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，運(yùn)動(dòng)部件的慣性計(jì)算，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。

3.車(chē)床改造后的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)主傳動(dòng)系統(tǒng)為保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，保留機(jī)床的原有功能，簡(jiǎn)化改造量，只選擇了功率大一些的電動(dòng)機(jī)。(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)它包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)和導(dǎo)軌副等。①縱向進(jìn)給系統(tǒng)拆除原進(jìn)給箱，在原機(jī)床進(jìn)給箱的位置安裝齒輪箱體，在原絲杠位置安裝縱向給滾珠絲杠。縱向滾珠絲杠采用三點(diǎn)支撐形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置，可放在絲杠的一端。可在滾珠絲杠的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支撐座，而在絲杠托架處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速箱。車(chē)床縱向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。圖9-5車(chē)床縱向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)1、4一推力球軸承2、10一徑向滑動(dòng)軸承3一左端軸承座5一左接桿6、9一聯(lián)軸套；

7一滾珠絲杠螺母副8一螺母座11一絲杠托架12一消隙減速箱13一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖9-6車(chē)床橫向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)1一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2一消隙減速箱3一支撐架4、5、8一聯(lián)軸套6一滾珠絲杠螺母副7一螺母座9一支承短軸

②橫向進(jìn)給系統(tǒng)橫向進(jìn)給系統(tǒng)的橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)支撐形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都安裝在床鞍的后部。在靠近操作者一端，布置一根支撐短軸，通過(guò)一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來(lái)。利用車(chē)床原橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸套作為徑向支撐，并對(duì)原支撐處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置一對(duì)推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支撐。在遠(yuǎn)離操作者的一端，用一個(gè)聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來(lái)。滾珠螺母直接同定在中滑板上。車(chē)床橫向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)如圖9-6所示。③導(dǎo)軌副床鞍和刀架移動(dòng)部件的導(dǎo)軌上可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。

(3)掛輪箱。拆除原掛輪箱，在此位置安裝主軸編碼器。同軸安裝方式如圖9-7所示，連接方式如圖9-8所示。圖9-7同軸安裝方式圖9-8連接方式

(4)安裝電動(dòng)盤(pán)。為了提高經(jīng)濟(jì)犁數(shù)控車(chē)床的加工效率，還可考慮安裝電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)裝置。這種裝置可與數(shù)控裝置的收發(fā)信電路相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、松開(kāi)動(dòng)作．以提高加工過(guò)程的自動(dòng)化程度。

(5)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的安裝。采用LD4系列電動(dòng)刀架取代原手動(dòng)四方刀架，如圖9-9所示。刀架的定位過(guò)程如下：系統(tǒng)發(fā)生換刀信號(hào)→刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)→刀臺(tái)上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位發(fā)出信號(hào)→刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)→初定位→精定位夾緊→刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)→換刀應(yīng)答。刀架的到位信號(hào)由刀架定軸上二端的4個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)和永久磁鐵檢測(cè)獲得。4個(gè)霍爾開(kāi)爾分別為4個(gè)刀位的位置，當(dāng)?shù)杜_(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定刀位時(shí)，通過(guò)霍爾行關(guān)輸出到位信號(hào)。圖9-9LD4系列電動(dòng)刀架

1一罩殼2一刀臺(tái)3一刀架座4一刀架電動(dòng)機(jī)5一霍爾開(kāi)關(guān)6一永久磁鐵【實(shí)例9-1】加工雙人字槽經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床改造實(shí)例在普通銑床上用常規(guī)方法是無(wú)法對(duì)圖9-10所示人字槽零件進(jìn)行加工的。普通機(jī)床選用了X62W銑床進(jìn)行改造。銑床回轉(zhuǎn)盤(pán)可用來(lái)擴(kuò)大機(jī)床功能，將銑刀水平裝入主軸7：24孔即可免去繁瑣改造垂直方向機(jī)構(gòu)和所需力矩大等不足，再配上萬(wàn)能銑頭等機(jī)床附件，使人字槽的軸類(lèi)及套類(lèi)零件的加工更加方便。圖9-10人字槽零件2．故障診斷與維修的步驟和原則銑床經(jīng)數(shù)控改造后，如圖9-11所示，不但可對(duì)多種系列的軸套類(lèi)人字槽配合零件進(jìn)行加工，而且還可以對(duì)其它種類(lèi)的同種零件進(jìn)行加工，達(dá)到一機(jī)多用的目的。圖9-11改造后的銑床結(jié)構(gòu)

1一銑刀2一分度頭

3、5、6一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4一支架

2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的選擇

(1)數(shù)控系統(tǒng)類(lèi)型的選擇系統(tǒng)應(yīng)具有編程、空行程、回零、手動(dòng)、自動(dòng)、MDI方式及G功能、M功能、T功能、刀具半徑補(bǔ)償、平面設(shè)定、尖角過(guò)渡等功能。選用了JBK-30M型。

(2)主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的選擇及校核驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇可用估算法求其參數(shù)。對(duì)機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造時(shí)，一般仍采用原機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)，仍采用原機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng).在使用滾珠絲杠情況下，選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，則要根據(jù)能量守恒原理先求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸上的啟動(dòng)力矩：

查步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)、拍數(shù)對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)力矩表，如三相六拍：/=0.866，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜矩=／0