普通機床數(shù)控化改造技術

鄭國華

（福建群峰機械有限公司）

普通機床數(shù)控化改造技術

鄭國華

（福建群峰機械有限公司）

近年來，數(shù)控機床在我國機械加工生產(chǎn)領域已經(jīng)趨于普及，究其原因主要因為它本身加工精度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢突出，有效地保證了產(chǎn)品的生產(chǎn)質量和產(chǎn)量，也為我國機械產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化、智能化發(fā)展做出了積極貢獻。本文從數(shù)控加工技術的概念入手，簡單闡述了其數(shù)控化改造技術的應用要點，以供同行工作參考。

機床；數(shù)控技術；改造；機械加工

引言

機床數(shù)控技術在我國起步較晚，屬于一種自動化的機床控制技術，是比較先進的世界機械產(chǎn)業(yè)。隨著科學技術的進步，電子信息技術水平不斷提高，使得普通機床的生產(chǎn)更加高效，精度也更高，這就提高了機械產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)的整體生產(chǎn)能力。在此基礎上，可以對比較落后或者性能不完善的機床進行改造。

1　數(shù)控技術概述

所謂的數(shù)控技術主要指的是在機床加工、生產(chǎn)過程中通過數(shù)字信息來對整個加工流程、加工內(nèi)容進行全過程、全方位的現(xiàn)代化控制，從而提高機械設備的加工效率以及生產(chǎn)管理的自動化程度，這也是實現(xiàn)機械加工智能化、現(xiàn)代化和綜合化的重要依據(jù)。目前的數(shù)控加工技術應用中主要包含了：傳感檢測技術、光電子技術、網(wǎng)絡通信技術以及機械自動化加工技術等，但不管是針對哪一種加工內(nèi)容，都必須提前預編程序，然后采用合理、科學的程序對設備發(fā)出指令，然后給予控制。

2　機床數(shù)控化改造的關鍵環(huán)節(jié)

2.1進給軸的改造

一般的車床的X、Z軸都是同一個電機進行驅動的。進給運動的完成是在光杠、絲杠和滑動驅動變速箱共同完成，切削運動主要是借由溜板箱實現(xiàn)的。在改造數(shù)控車床的過程中，需要先將溜板箱以及光桿清除，然后依賴進給伺服或者是步進傳動鏈完成進給運動。其具體實現(xiàn)如圖1。

圖1　進給軸的改造流程示意圖

橫向按照數(shù)控的指令的不同決定走道量的多少。在改造之后，整個傳動鏈的傳動精度都在保證機床的剛度的基礎之上，再由滾珠絲杠副、布置結構形式、機床導軌等決定。

2.2主軸部分的改造

車床主運動就是車床可以按照速度的不同進行運動，從而帶動其他構件的運轉，也就是所謂的主要耗能部件。普通機床就是通過主電機、齒輪箱手動或者是自動變速器等，其速度大多是九～二十四級。普通機床可以操作電磁以及液壓離合器實現(xiàn)主軸速度的轉變以及反向運轉。但是需要注意的是，數(shù)控機床速度變化以及反向運轉需要依靠電主軸、變頻電機以及逆變器等等共同完成。

2.3刀架部分的改造

目前，數(shù)控車床中刀架中最為常見的刀架就是電動刀架，其主要優(yōu)勢為位置鎖定速度快，定位精度也比較高。但是普通車床中電動刀架的使用頻率比較低，比較常見的工作模式是手動、液壓驅動或者是電動驅動綜合運用。在改造過程中，可以根據(jù)改造需求做些許調(diào)整，如將部分位置改為電動操作。使用頻率比較高得電動刀架有前置平轉電動刀架和后置磚塔刀架，會按照8～12把刀，其造價比較低。

2.4潤滑部分的改造

在改造普通機床時，一般不會對主軸箱的潤滑有任何變動，潤滑時間和油量等都是人工操作的，但是這種方式會對機床造成很大的損壞，且會影響導軌、滾珠絲杠的精度。同時，機床驅動的靈便型也會有所影響。在改造階段，經(jīng)常會使用定時、定量的潤滑方法。油潤滑方式可以分為兩種，即手動潤滑和自動軟化，可以按照被改造的機床的具體情況進行合理選擇。

2.5機床防護

普通的機床都是開放式的，其防護方式大約分為局部防護、半防護、全防護三種。局部防護和普通機床防護基本一致，對于絲杠副、電機以及走線等都需要采取必要的保護措施。半防護是加裝了切削，全防護也就是先做好局部防護，然后再封閉整個機床。

3　實例XK5040機床數(shù)控化改造

3.1改造總體方案

該次數(shù)控化改造分為兩個主要階段，分別為機械改造和電氣控制系統(tǒng)改造。因為機床長期使用，多個零件都有損壞，需要進行更換。CNC全稱為計算機數(shù)字控制機床，是利用數(shù)控加工程序對機床的操作進行改造，使其趨于自動化。圖2舊機床的數(shù)控化工藝流程。圖3總體改造方案結構示意圖。

3.1.1進給系統(tǒng)的橫縱向改造

進給系統(tǒng)主要是由數(shù)控機床的反饋電路組成的，其最為重要的性能就是檢測，該系統(tǒng)的主要特點為使用壽命長，剛度強，間隙小等。一般數(shù)控機床進給系統(tǒng)中使用比較普遍的是機械傳動裝置時滾絲、絲杠副、靜壓蝸桿等。對此，上述改造主要是對進給系統(tǒng)的個性指標進行完善，如橫縱向滾珠絲杠的剛度、效率、強度和穩(wěn)定性等，最終需要保證原絲杠的運行可以滿足當前的技術要求。首先，需要對橫縱向伺服電機的負載轉矩也就是T負載慣量JL，然后再按照其基本條件對轉子慣量JM進行排序，1

圖2　舊機床的數(shù)控化工藝流程示意圖

圖3　總體改造方案結構示意圖

在計算X、Y軸傳動軸的齒輪和模數(shù)時，可以按照下式進行：

式中：i-X、Y軸的傳動比。將電機的相關參數(shù)以及絲杠螺距帶入上式就可以得到兩個齒輪的模式，計算結果如下：

式中：z1=17；z2=51，m=3mm。

3.1.2主傳動系統(tǒng)的改造

主傳動系統(tǒng)是上述機床最為主要的動力執(zhí)行結構，必須依據(jù)機床的實際情況制定具有針對性的制造方案。但是本次改造有一個前提，即不能夠改變銑床的機械部分，但是需要對電氣部分進行大的改動，這是為了將其改變?yōu)樽冾l器變頻調(diào)速。就變頻器部分，利用了性能較為突出的電流矢量控制型的常用變頻器類型。其突出特點為可以有效抵抗干擾，并且很好地地質電機產(chǎn)生的沖擊電壓，噪音也比較小。

3.1.3數(shù)控控制方式的改造

數(shù)控控制方式的改造是需要基于一定原則進行的，其基本標準就是要按照原有控制形式合理制造改造計劃。機床控制方式主要分為三種類型：①開環(huán)控制；②半閉環(huán)控制；③閉環(huán)控制。所謂的開環(huán)控制，就是指數(shù)控系統(tǒng)不能立即接受到相關的反饋數(shù)據(jù)，只能夠向外輸出，且不能對其所處的方位進行鑒定。所謂的閉環(huán)控制就是在選擇適宜的專業(yè)檢測儀器的基礎之上，對具體位置進行檢測，并將相關信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)中心。所謂的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作流程大約相同，主要的差異存在于檢測儀器安裝位置的不同，前者檢測儀器是安裝在工作臺上的，后者是安裝在伺服電動機軸上。

一般情況下，可以根據(jù)機床的具體情況選擇適宜的方式，而數(shù)控方式的選擇對于機床的改造的要求也日益提高，尤其是機床的精度和性能。所以，機床數(shù)控化改造最為重要的內(nèi)容就是機床的功能化完善以及精度的提高。一般企業(yè)都會采用半閉環(huán)控制方式，因為其適用范圍較廣，其經(jīng)濟性也會提高。

3.2改造后的機床調(diào)試及故障分析

3.2.1伺服電機噪聲過大

該問題的出現(xiàn)主要是由于伺服電機內(nèi)的主動齒輪與絲杠裝配間隙太小，導致齒輪安裝過程中出現(xiàn)歪斜的現(xiàn)象，無法實現(xiàn)正常的咬合。對此，必須對電機的位置進行合理的調(diào)整，可采取將偏心套移動的方法實現(xiàn)齒輪中心距離的有效調(diào)節(jié)。

3.2.2工作臺回程誤差大

在移動工作臺的過程中可能會產(chǎn)生反向誤差，這是因為絲杠間隙或者是傳動齒輪側隙較大直接造成的。對此，可以縮小中心距離，并對齒輪側隙進行一定的調(diào)整，或者是設置反向的間隙補償值，使得數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動補償。

3.2.3主軸電機不變速

在系統(tǒng)AUTO工作方式下，輸入程序：

圖4　程序示意圖

然后開啟該程序，并安排專人對主軸的變化和運行狀態(tài)進行密切觀察。如果主軸的運行不正常，如速度不能順利變化，那么就要對數(shù)控系統(tǒng)的主軸輸出接口是否會有模擬的電壓向外輸送，這樣做的主要目的是確認變頻器的參數(shù)設置是否合理，輸出接口是否有故障發(fā)生。

4　結束語

綜上所述，機床的數(shù)控化改造環(huán)節(jié)多，流程較為復雜，需要根據(jù)機床的不同進行據(jù)相關數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，我國擁有的各類的普通機床共計400多萬臺，其中，有改造可能性的只有50%，由此可見，機床的數(shù)控化改造技術相關研究十分必要的，且當前的該行業(yè)對于人才的需求較大，有很大的發(fā)展空間。

[1]楊紹榮，方虹.普通機床數(shù)控化改造思路探討[J].機電工程技術，2011（2）：88～90.

[2]金成功，張云峰.普通機床數(shù)控化改造的研究與分析[J].中國新技術新產(chǎn)品，2009（20）：126.

[3]張云峰.淺談普通機床的數(shù)控化改造[J].黑龍江科技信息，2009（29）：47～48.

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