CL6140型普通車床數(shù)控化改造初探究

石培晶 薛冬

摘 要：在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，作為國家產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的制造業(yè)，對(duì)生產(chǎn)型數(shù)控機(jī)床的需求不斷增長，且缺口極大。而對(duì)中小企業(yè)而言，采購滿足生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床整機(jī)費(fèi)用太高，難以承受。而機(jī)床數(shù)控化改造作為綠色制造的一種新方式，具有節(jié)約資源，降低成本，減少碳排放的效果。本文分析了數(shù)控化改造的必要性，又以CL6140型普通車床的改造為例，探索車床數(shù)控化改造。

關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；必要性；普通機(jī)床；CL6140型普通車床

綠色制造是從環(huán)境影響和資源利用等多方面綜合考慮的現(xiàn)代化制造方法。目標(biāo)在于考慮采用什么樣的辦法和措施使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用和報(bào)廢處理的生產(chǎn)周期中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小、資源利用率最高和成本最低，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益最優(yōu)化。機(jī)床的數(shù)控化改造是一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保的綠色制造技術(shù)，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。現(xiàn)在，國內(nèi)外不少廠家已把目光投向了機(jī)床數(shù)控化改造，且發(fā)展為一行新興產(chǎn)業(yè)，如德國的Schiess公司，美國的Maintenance Service Corp，日本的崗三機(jī)械等。

一、數(shù)控化改造機(jī)床必要性

目前，我國各類機(jī)床保有量約800萬臺(tái)，居世界首位，但是服役超過10年的傳統(tǒng)機(jī)床就占到60%以上，由于技術(shù)和功能等方面的原因，老舊機(jī)床的報(bào)廢期將要到來，未來會(huì)有大批的機(jī)床面臨淘汰，其中不乏有機(jī)械性能完好的機(jī)床，如此多的機(jī)床，直接進(jìn)入高爐冶煉成鋼鐵，是對(duì)資源和人力的一種浪費(fèi)。那么如何使這些機(jī)床發(fā)揮其效應(yīng)，對(duì)其數(shù)控化改造的綠色再制造是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，不僅可以使機(jī)床資源循環(huán)利用，減少資源浪費(fèi)，又可以降低重復(fù)冶煉對(duì)環(huán)境的污染。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在對(duì)老舊機(jī)床進(jìn)行改造中，舊件的再制造率能達(dá)到90%，成本卻只有新產(chǎn)品的50%，而且同時(shí)能夠節(jié)約能源消耗60%和節(jié)約原材料消耗70%。這樣的方式將在未來成為我國可持續(xù)發(fā)展中的新模式。

二、機(jī)床數(shù)控化改造的內(nèi)容

普通機(jī)床的數(shù)控化改造就是將普通機(jī)床的某些部位進(jìn)行改造，配置數(shù)控系統(tǒng)，使再制造的新機(jī)床能夠數(shù)控加工產(chǎn)品，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。機(jī)床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容有：①恢復(fù)原有機(jī)床功能。通過對(duì)機(jī)床的故障診斷，評(píng)估其性能，分析可利用程度，做對(duì)應(yīng)維護(hù)和維修，使之恢復(fù)原有功能。②改造機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)。普通機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)比較復(fù)雜，主要通過齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的傳動(dòng)需求，拆除、更換、加裝相應(yīng)部件，重新配置，從而提高機(jī)床的自動(dòng)化水平，使其能夠恢復(fù)機(jī)床的精度。③機(jī)床的數(shù)控化。在機(jī)床上裝備數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)顯裝置，與機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，使新機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控化加工產(chǎn)品。④電器系統(tǒng)的改造。普通機(jī)床多采用控制功能要求與數(shù)控機(jī)床的完全不一樣，所以原機(jī)床電器系統(tǒng)要完全報(bào)廢拆除，重新按數(shù)控化再制造的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。⑤整機(jī)連接調(diào)試。普通機(jī)床的各部件再制造完成后，要對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試，先對(duì)電器控制部分調(diào)試，然后在聯(lián)機(jī)調(diào)試。

三、CL6140型普通車床的改造

（一）改造定位

CL6140型普通車床是我校購買的主要型號(hào)，生產(chǎn)廠家是浙江聯(lián)強(qiáng)，與CA6140型相比較，主軸箱控制手柄為分立式設(shè)置，將高速檔和低速檔分開，這樣使得車床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，目前主要做教學(xué)用。結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)于普通車床的數(shù)控化改造來說，主要是以實(shí)現(xiàn)教學(xué)為目的，不以加工為中心，因此改造方案要遵循的原則是：數(shù)控化改造后的車床要求在運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)控系統(tǒng)合理匹配的前提下對(duì)機(jī)床改動(dòng)盡可能少，以降低成本。

（二）機(jī)械部分的改造

1.主軸系統(tǒng)的改造。主軸是車床的主要部件，實(shí)現(xiàn)車削加工的主運(yùn)動(dòng)，要求有良好的剛性和精度，且噪聲要低。CL6140型普通車床改造時(shí)，主軸箱內(nèi)變速換擋機(jī)構(gòu)要保留，拆除主軸正、反轉(zhuǎn)及停轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)；齒輪傳動(dòng)保留帶輪軸至主軸的最短傳動(dòng)路徑，傳動(dòng)比盡可能選擇為1：1或者接近1：1的，使得傳動(dòng)速度的恒定，降低電機(jī)輸出功率的損失；拆除其余齒輪和傳動(dòng)軸。

2.進(jìn)給系統(tǒng)的改造。進(jìn)給傳功主要是實(shí)現(xiàn)刀具的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使得機(jī)床能夠加工回轉(zhuǎn)體工件表面各種結(jié)構(gòu)，完成零件加工。CL6140型普通車床改造時(shí)，將掛輪箱傳功齒輪全部拆除；拆除絲杠和光杠，替換為滾珠絲杠螺母副，加設(shè)伺服電機(jī)做驅(qū)動(dòng)元件，通過聯(lián)軸器和齒輪減速器實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；拆除溜板箱機(jī)構(gòu)，保留原有的中滑板手動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，更換絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠螺母副，將伺服電機(jī)及減速器置于溜板后方，實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

3.刀架的改造。刀架是夾持刀具的主要部件。拆除原有手動(dòng)刀架，更換為外購四刀位自動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)多刀位夾持和自動(dòng)換刀功能，完成工件一次性多道工序的加工。

（三）數(shù)控部分的改造

1.數(shù)控車床工作原理。數(shù)控車床加工零件時(shí)，需要工具圖紙要求，選擇合適的毛坯材料，確定切削參數(shù)，選擇合理的工藝路線，編制符合車床系統(tǒng)要求的加工程序，并輸入到數(shù)控裝置中，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)，按設(shè)定好的坐標(biāo)，帶動(dòng)主軸及X軸和Z軸運(yùn)動(dòng)，使刀具實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且嚴(yán)格的按照加工程序設(shè)定的加工順序和參數(shù)完成軌跡運(yùn)動(dòng)，從而加工出符合圖紙要求的工件。

2.數(shù)控系統(tǒng)的類型。數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)行方式可分為：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)，區(qū)別在于有無檢測(cè)反饋裝置，及其安裝位置。鑒于CL6140型普通車床改造對(duì)加工精度要求不高，為降低成本，我們選擇相對(duì)便宜的開環(huán)控制系統(tǒng)。

3.數(shù)控系統(tǒng)的選擇。在確定了數(shù)控系統(tǒng)的類型后，就要選擇采用那一數(shù)控系統(tǒng)。目前國內(nèi)主流數(shù)控系統(tǒng)有德國的西門子，日本的法拉克，中國本土的華中數(shù)控和廣州數(shù)控。本次改造在數(shù)控系統(tǒng)選擇上，以降低成本為主，所以可以選取相對(duì)便宜的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，如華中數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控系統(tǒng)。

綜上所述，機(jī)床的數(shù)控化改造，是一項(xiàng)符合綠色再制造技術(shù)，不僅能夠使企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，還能夠保護(hù)環(huán)境和節(jié)省資源，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。改造機(jī)床要根據(jù)實(shí)際情況和需要，攻克技術(shù)上的難題，使得老舊設(shè)備繼續(xù)發(fā)揮作用，延長設(shè)備壽命。對(duì)要中小企業(yè)來說，數(shù)控化改造能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省資金，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。

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（作者單位：石培晶/陜西科技大學(xué)、阿拉善職業(yè)技術(shù)學(xué)院；薛冬/渭南技師學(xué)院）