試論普通車床機械結構的數控化改造
2017-7-12 來源：平高集團有限公司 作者：李曉輝
摘要：本文首先對普通車床機械結構進行數控化改造的必要性進行簡單介紹，了解本論文研究課題的意義，重點介紹普通車床機械結構的數控化改造過程中機床機械部分的改造方案以及數控系統設計方案，希望通過本文的研究能夠更加全面的掌握普通車床機械結構的數控化改造，也為后期進行普通車床的數控化改造提供參考。
關鍵詞：車床 機械結構 數控化改造
1.前言
車床是機械加工中最重要的一種加工工具，可以實現多種造型零件的加工。隨著我國制造業的不斷發展，機械加工的水平不斷提高，越來越多的數控機床取代了傳統的機床。但是由于數控車床價格較高，普通企業無法負擔，因此對普通車床進行數控化改造成為一種比較合理的方式，能夠在控制成本的基礎上有效提高機床的自動加工能力，提高加工效果。因此在現階段加強對于普通車床機械結構數控化改造的研究具有重要的現實意義，能夠更加全面的掌握普通車床數控化改造的相關技術，提高數控化改造的效果，從而提高車床工作效率，更好的發揮老舊設備的潛在價值，提高機械加工企業的經濟效益。
2.數控化改造的必要性
首先將普通車床機械結構進行數控化改造后能夠大幅度提高車床整體的加工精度，能夠生產加工更高精度要求的工件產品。其次在經過數控化改造后，普通的車床將由于獨立的運行電機，依靠電機能夠同時實現在多個坐標上的聯動加工，聯動加工最大的特點就是可以加工造型復雜的工件，因此經過數控化改造的普通車床就可以用來生產復雜造型工件，擴大自身的加工范圍。而且會增加自動換刀功能，可以在加工過程中縮短換刀時間，提高生產加工的速度。另外再進行數控化改造后，大部分工作可以有數控完成，操作人員的工作強度得以減輕，一個操作人員可以同時操作多臺數控車床，車間整體的生產效率大幅度提高。最重要的是對普通車床進行數控化改造成本比較低，改造后車床操作能力比較高，這樣可以利用更少的成本，實現更大的作用。經過改造后，整個企業的經濟效益將大幅度提高，有利于經濟社會更好的發展。
3.機床機械部分改造方案
3． 1 主傳動系統的改造設計
數控車床的變速范圍比普通車床要寬，而且需要實現自動變速，因此在改造時用多速電機替換原來的單速電機。同時為了保持電機功率變化過程中的穩定運行，需要在電機上附加一套電機變速系統。首先上將原來的主軸傳動鏈、掛輪拆除，將主電機改為變頻調速，這樣就可以實現機床改造后的無級變速。其次是要在主軸的末端安裝一個脈沖編碼器來反饋主軸的位置，這樣就可以將主軸的轉角隨時傳動到數控系統中，用以實現對機床在平面上的移動控制，這樣就可以利用改造后的車床進行螺紋加工。一般情況下選擇同軸安裝的方式來安裝脈沖編碼器，可以安裝在床頭箱內或者后端，然后借助同步齒輪連接主軸和脈沖編碼器。
3． 2 進給傳動系統的改造設計
第一步是把原來的變速傳動裝置和操縱機構拆除; 然后在各個方向安裝獨立的步進電機，利用減速齒輪連接電機和絲桿，實現帶動滑板的移動，進而實現機床在各個方向的移動，通過電機的轉動控制刀具進給及其坐標。最終實現同時具備微機控制和原機床操作。在 Z 軸縱向上，利用原有的安裝孔直接安裝齒輪箱體，將滾珠絲杠代替原絲桿，仍然安裝在原來的位置，并采用同樣的方式對絲杠兩端進行固定。然后需要對進給進行限位保護，安裝限位保護開關和接近開關。在 X 軸橫向上，主要改造拖板，控制拖板的精度以及關鍵傳動齒輪的間隙。利用剛度、柔性調整法調整驅動電機到絲杠間的傳動齒輪的間隙，將間隙降低消除，從而實現更高的傳動精度和靈敏度。另外需要對橫向和縱向的齒輪箱、絲杠等加裝防護罩，從而保持內部的清潔以及整體的美觀。同時要對車床導軌進行改造，由于普通車床的床身摩擦系數比較大，因此需要對原車床的導軌進行刮研、修磨，降低摩擦系數，然后再貼上聚四氟飛烯軟帶，就可以達到數控機床的導軌要求。然后把之前的絲杠和光杠去掉，安裝上新型的滾珠絲杠，用同步齒輪帶變速的方式連接步進電機和滾珠絲杠。
3． 3 刀架的改造設計
刀架的改造是實現數控加工改造的關鍵，一般情況下至少需要四種不同的刀具來實現相對復雜的加工。因此將原來的手動刀架和小拖板拆除，安裝新型的 LD4 型自動回轉數控刀架。這種刀架的重復定位精度比較高，性能也比較可靠。刀架定軸上有四個霍爾開關和永久磁鐵，能夠精確獲取刀架的到位信號，實現高精度的定位。
3． 4 溜板箱的改造
在對以上機械結構改造完成之后，最后要對車床溜板箱進行改造，將原來的溜板箱拆除，然后把新的溜板箱安裝到改造完成的滾珠絲杠上。同時要改造整體的潤滑結構，確保車床的穩定運行。整個機械結構改造完成后，要對車床的運行性能進行檢驗，主要包括傳動性能、主軸進給性能以及車床運行過程中噪聲的大小等。相關性能的監測要分別在空載荷負載狀態下進行，確保各項基本操作能夠實現數控化。
4.數控系統設計方案
4． 1 數控系統運動方式的確定
一般可以按運動軌跡將數控系統可分為點位控制和連續控制系統兩種。前者只是控制刀具從一點移到另外一點，對于運動軌跡不加控制。后者則是不同坐標方向上位移進行嚴格連續的控制。對于加工簡單元件的車床，使用定位控制系統即可; 對于需要加工復雜輪廓零件的車床可以選擇連續控制系統。
4． 2 伺服進給系統的設計改造
數控機床的伺服進給系統的區別主要在于系統中是否設計位置檢測和反饋線路。一般可以分為開環伺服、半閉環伺服和閉環伺服三種系統。三種系統的精度控制依次升高，誤差控制依次減小，相應的其控制難度、技術難度和造價也是依次增高。根據加工零件精度要求從低到高依次可以選擇三種不同的伺服進給系統，精度要求最高的需要選擇閉環伺服系統。
4． 3 數控系統的硬件電路設計
任何數控車床的數控系統都是由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分是整個控制系統的基礎，硬件電路的設計以及硬件設備性能的好壞直接影響到系統的工作性能。因此在選擇硬件電路的時候最佳的方案就是選用現成的數控裝置，根據系統的特殊需要適當進行少量改動，保持整個數控系統的穩定性能。
5.結語
普通車床的數控化改造對于整個機械加工行業具有重要的意義。本文研究的普通車床數控化改造方案能夠很好的滿足改造的各項要求，可以作為今后進行車床數控改造的參照。
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