普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計

杭州機床維修

一,、機床數(shù)控改造的意義
& {5 N. T* |8 e4 K' t: U. `. B    1,、節(jié)省資金
6 }8 Q1 h2 L9 J! j) F* p    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,。
, w2 C7 w5 x, p9 p' j    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
1 p4 U, C( e; m0 ~, G    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,。
/ f$ s* L2 X0 }! T    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,。
0 v# b  U5 z7 x$ o+ y' M    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）。
. Q$ Y' {8 p* E" ?# K# O0 V    脈沖當量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取,，通常Z向為X向的2倍,。
0 h0 f' w9 n, p7 _    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、其他性能指標選擇
& F! w0 ]  ?3 o* F    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，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,。
/ T3 w! z7 x; c: m8 z4 Q四、車床數(shù)控改造方案選擇
6 c: J2 g: E, e% f    當數(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)碼管二坐標同時顯示,、自動轉(zhuǎn)位刀架控制,、螺紋加工等控制功能。
6 d+ ^! `# a5 b0 c  r7 x    2,、配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm,，X向為0.005mm（要與相應(yīng)導程的絲杠相配套）,。
# J/ a0 Z! U  [  t+ F  Z4 j    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量的量值靠步進電機步距角,、減速齒輪比、絲杠導程三者協(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）,；  
+ ]) K* V+ V1 S& h5 U8 i    T——所驅(qū)動絲杠導程（mm）;  
1 @' Y7 N, ^+ t# f# |    a,b,c,d——齒輪齒數(shù)，當單級減數(shù)時,，令c,、d等于1；  
    δ——脈沖當量值（mm）,。
2 e* \( h( N; d& ~  M$ n    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。
' W6 h! a$ @" x; b$ l    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),，車刀移動一個導程,。
    上述改造方案中，不更換絲杠方法當數(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。
$ z& z, }* p- t/ f3 ]. @    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,，恢復報警設(shè)定,，準備通電試車。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,。