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標(biāo)題: 普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計 [打印本頁]

作者: 杭州機床維修 時間: 2010-1-24 18:49
標(biāo)題: 普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計
一,、機床數(shù)控改造的意義
1,、節(jié)省資金
機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用,，大型及特殊設(shè)備尤為明顯,。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用,，并可以利用現(xiàn)有地基,。
2、性能穩(wěn)定可靠
因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效,，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度,。
3、提高生產(chǎn)效率
機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍,。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多,。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,。
二,、普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計
機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計,，最終使機床達到比較理想的狀態(tài),。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處,。然而,，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上,，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制,，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點,，如剛性不足,、抗振性差、熱變形大,、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等,，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量,、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù),，特別是加工中心,，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng),、進給傳動系統(tǒng),、刀具系統(tǒng),、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局,、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化,，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此,，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中,，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機床相接近,。
三,、數(shù)控車床的性能和精度的選擇
并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造，機床的改造主要應(yīng)具備兩個條件：第一,，機床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性,。第二，改造的費用要合適,，經(jīng)濟性好,。在改裝車床前，要對機床的性能指標(biāo)做出決定,。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長度,、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度,、直線度,、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定,。
1,、軸變速方法、級數(shù),、轉(zhuǎn)速范圍,、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。
2,、進給運動
進給速度：Z向（通常為8～400mm/min）,；X向（通常為2～100 mm/min）。
快速移動：Z向（通常為1.2～4m/min）,；X向（通常為1.2～3m/min）,。
脈沖當(dāng)量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向為X向的2倍,。
加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制,、英制、模數(shù),、徑節(jié)和錐螺紋等）,，一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達到,。
3、進給運動驅(qū)動方式（一般都選用步進電機驅(qū)動）,。
4,、給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。
5,、刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架,，若配置需要確定工位數(shù)。
6,、其他性能指標(biāo)選擇
插補功能：車床加工需具備直線和圓弧插補功能,。
刀具補償和間隙補償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置刀補和間隙補償功能,。
顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示,，顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實際需要確定，一般來說,，顯示越簡單成本越低,，也容易實現(xiàn)。
診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯和隨之出現(xiàn)的錯誤動作,，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設(shè)計時加入必要的器件和軟件,，使其能指示出機床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實現(xiàn)有限的診斷功能,。
以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標(biāo),，有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門的要求，如車削大螺距螺紋,、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾,、車刀高精度對刀等，這個時候應(yīng)有針對性的專門設(shè)計,。
四,、車床數(shù)控改造方案選擇
當(dāng)數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案,。目前機床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此,，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng),，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動,、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能,、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。
目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能：
1、采用單片微機為主控CPU,，具有直線和圓弧插補、代碼編程,、刀具補償和間隙補償功能,、數(shù)碼管二坐標(biāo)同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制,、螺紋加工等控制功能,。
2、配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng),，脈沖當(dāng)量或控制精度一般為：Z為0.01mm,，X向為0.005mm（要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套）。
3,、加工程序大多靠面板按鍵輸入,，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲,；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作,。
4、具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序,、循環(huán)執(zhí)行程序,、機械極限位置自動限位、超程報警,，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能,。
五、車床數(shù)控改造實例
以CA6140型普通車床數(shù)控化改造例,，它采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案,，改造后的車床進給運動由步進電機A和B驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和拖板后方,，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動,。為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副,。當(dāng)利用原絲杠螺母副時,，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機及減速箱一般裝在床身尾部,，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除,，工作時應(yīng)使處于脫開位置。同理,，脫落蝸桿等原橫向自動進給機構(gòu)若未拆除,，工作時也應(yīng)使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進給脈沖當(dāng)量的量值靠步進電機步距角、減速齒輪比,、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定,。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示：
（θ/360）×（ac/bd）×T=δ
式中θ——步進電機步聚角（度）；
T——所驅(qū)動絲杠導(dǎo)程（mm）;
a,b,c,d——齒輪齒數(shù),，當(dāng)單級減數(shù)時,，令c、d等于1,；
δ——脈沖當(dāng)量值（mm）,。
步進電機的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機床型號來選擇，普通車床（如C6140,、C620等）的數(shù)控改造中多采用0.08——0.15（N·m）靜力矩的步進電機,，如選0.08（N·m）的作為橫向進給電機；選0.15（N·m）的作為縱向進給電機,。
若需要,，可將原刀架換成自動轉(zhuǎn)位刀架，則可以用程序數(shù)控轉(zhuǎn)換刀具進行切屑加工,。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時,，首先繼電器K1動作，換刀電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿機構(gòu),，使上刀體上升,。當(dāng)上刀體上升到一定的高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用,，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)進行選刀,。刀架上方的發(fā)信盤中對應(yīng)每個刀位都安有一個傳感器，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某個刀位時,，該刀位的傳感器向數(shù)控系統(tǒng)輸出信號,，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號與指令刀位信號進行比較，當(dāng)兩信號相同時,，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位,。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K2吸合,，換刀電動機反轉(zhuǎn),，活動銷在反靠盤上初定位。在活動銷反靠的作用下,，螺桿帶動上刀體下降,，直到齒牙盤咬合，完成精定位,，并通過蝸輪蝸桿鎖緊螺母,，使刀架緊固,。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K2釋放，換刀電動機停轉(zhuǎn),，完成換刀動作,。也可以保留原刀架仍采用手動轉(zhuǎn)換刀具，但在換刀時必須設(shè)置程序暫停,。如果需要加工螺紋,，則要在主軸外端或其他適當(dāng)部位裝上一個脈沖發(fā)生器C，用它發(fā)出脈沖使步進電機準(zhǔn)確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生相應(yīng)的進給運動,，即保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀移動一個導(dǎo)程,。
上述改造方案中,，不更換絲杠方法當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍可以加工,，但滑動絲杠螺母副容易磨損故需要經(jīng)常檢修,，而且功率和加工精度均不如滾珠絲杠螺母副驅(qū)動方式。另外,，拖板與床身的導(dǎo)軌不夠平行或垂直,，以及兩者之間摩擦力過大，絲杠軸線與導(dǎo)軌間存在平行度誤差等問題均會使驅(qū)動阻力增加,。為了減阻力以提高步進電機的力矩有效率和加工精度,。
機床改造完畢后，還應(yīng)該對其進行安裝調(diào)試及驗收,。一般來說,，應(yīng)特別注意安裝的位置和基礎(chǔ)，使機床處于良好穩(wěn)定的工作環(huán)境,。其次是全面檢查各器件,、插件的連接情況以及各油路、電路的情況,，再進行數(shù)控系統(tǒng)的連接,。當(dāng)完成數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)整，具備了機床聯(lián)機通電試車的條件,，可切斷數(shù)控系統(tǒng)的電源,，連接電動機的動力線，恢復(fù)報警設(shè)定,，準(zhǔn)備通電試車,。試車的目的是考核機床的安裝是否穩(wěn)固，各傳動,、操縱,、控制、潤滑、液壓,、氣動等系統(tǒng)是否正常和靈敏可靠,。改造后的數(shù)控機床的驗收是和安裝調(diào)試工作同步進行的。一臺機床數(shù)控改造完好后的檢測驗收工作是一項復(fù)雜的工作,，其試驗檢測手段及技術(shù)要求也很高,，它需要使用各種高精度的儀器，對機床的機,、電,、液、氣各部分及整機進行單項性能綜合性能檢測,，包括運行剛度和熱變形等一系列試驗,，其中應(yīng)特別注意機床數(shù)控功能的檢驗，最后得出該機床的綜合評價,。
六,、結(jié)論
經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性,。其改造涉及到機械,、電氣、計算機等領(lǐng)域,，是一項理論深,、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時,，應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備,。改造過程中，機械修理與電氣改造相結(jié)合,，先易后難,、先局部后全局。

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