數字環境下的普通機床數控改造措施
2018-3-26 來源：梧州學院 作者：謝朝明
摘 要：本文首先提出了機床數控化改造的必要性，然后指出了普通機床數控化改造的優缺點及其內容，重點闡述了數字環境下普通機床如何進行數控化改造措施，并提出了數控化改造普通機床技術路線。
關鍵詞：數字環境；數控化改造；普通機床
0 引言
制造技術是衡量一個國家工業化水平的標志，隨著我國經濟飛速發展，我國制造業取得了長足的進步。
數控機床的擁有量和技術水平的高低是一個國家現代制造業實力的重要標志，當前我國正處于從機械制造大國向機械制造強國轉變的關鍵時期，數控機床在汽車工業、航空航天工業、模具等行業已廣泛應用。
它提高了零部件的性能水平、加工質量和生產效率，為數控機床的使用者創造了巨大的效益。
1 、國內外數控改造研究現狀
日本、美歐等一些發達國家對數控改造非常重視，一些制造企業為提升企業核心競爭力想盡辦法把普通機床改造成數控機床，甚至有些公司將普通機床數控化改造發展成一項產業，如德國的 Schioess公司、美國的 US 設備公司，這些公司都是世界知名普通機床數控化改造公司。
受到當時制造技術限制，我國機械制造業普通機床在機械制造加工業中有約 80%設備比例，數控化程度很低。由于當時數控化改造技術相對落后，我國數控化機床改造技術主要應用在國防軍用機床設備，從 20 世紀 80 年代未起，一大批精通數控機床技術專家對普通機床數控化改造技術進行大量卓有成效的開發研究，取得了相當顯著的成就。
2 、普通機床數控化改造的必要性
2.1 普通機床在數字環境下存在不足
普通機床受技術限制，在加工精度、加工質量穩定性、可靠性、生產效率、改善勞動條件、生產管理現代化方面與數控機床相比相差甚遠。普通機床工藝簡單、功能單一，只能進行單一工序操作，而對于較多工序零部件、復雜零部件生產要求無法完成。
加工時間以及輔助時間多影響效率，普通機床加工精度低、自動化程度低，很多操作工序依賴工人操作，勞動強度高，產品質量一致性差，常常無法保證加工零件高質量。
2.2 普通機床數控化改造后所具有的優點
柔性較好，數控機床不同普通機床在加工零部件時需制作許多夾具、模具并經常更換，零件在改造后的數控機床上加工，關鍵取決于程序的設計、輸入、編輯，并不需要對機床經常調整；加工零件質量穩定、一致性好，在一臺數控機床上加工一批零件使用同樣的加工程序和刀具，加工條件完全一致，走刀軌跡完全相同；生產效率高，數控機床與普通機床相比，與加工中心的刀庫配合零件的輔助時間和加工時間可有效地減少，數控機床允許機床進行較大切削量的強力切削，進給量的范圍擴大。
另外，與加工中心的刀庫配合使用，可實現在一臺機床上進行多道工序的連續加工，工序間周轉時間大大減少，提高了生產率。
數控機床的加工精度一般可達 0.05mm～0.1mm，數控機床絲桿螺距平均誤差與傳動鏈的進給反向間隙可由數控裝置進行曲補償，數控機床是通過數字信號形式來實現控制其加工精度，機床每移動一個脈沖當量需由數控裝置輸出一脈沖信號，因此，數控機床定位精度比較高。
利用現代化生產管理，在數控機床進行零件加工時，可對所使用的夾具、刀具進行規范化，并精確估計該零件輔助時間、加工時間，實現現代化管理。數控機床與普通機床相比改善了勞動條件，加工前調整好數控機床，輸入程序并啟動，數控機床自動連續地對零件進行加工，直至零件加工完成。
3 、數字環境下數控化改造措施
3.1 充分了解被改造機床
數控機床一般是由測量系統、伺服系統和數控系統組成。普通機床數控化改造究竟是要局部改造還是全部改造則要由普通機床改造費用和原有的參數性能決定。在數控化改造過程中首先要明白現有需改造機床的功能、參數、機械傳動精度、運行狀況，再預先估計普通機床改造后的性能是否能滿足要求，具體要明確如下事項：
（1）確定需改造普通機床的型號。
（2）對需改造的普通機床機構參數、性能參數要把握準確。
（3）普通機床數控化改造，應慎重選擇控制軸數目，因為軸數目直接決定選擇哪種數控系統與之匹配。
（4）普通機床數控化改造前必須清楚原機床核心功能部件如變速箱、刀架等，這樣才能保證數控化改造后的機床能夠生產加工復雜零件。
（5）為了保證普通機床數控化改造后達到精度要求以及功能預期，對數控化改造后的數控機床所具有參數性能及機械結構參數要有足夠的估計。
（6）普通機床數控化改造前需了解機床的一些輔助安全性能參數，以保證機床數控改造后操作人員的人身安全。
（7）普通機床數控化改造過程中還要考慮現有的電氣控制系統是否能夠滿足改造后數控機床的要求，如果不能都達到要求，就須通過可編程邏輯控制器來進行改造。
3.2 基于數字環境下數控系統選型
基于數字環境下普通機床數控化改造關鍵是數控系統選型。選型時依據需改造機床的機構參數、性能參數選擇合適的數控系統與之匹配，才能保證普通機床在改造后按照事先預設計好的功能要求進行零件加工，否則無法達到功能預期。
市場上功能不一、類型不同的數控系統紛繁眾多，因而在基于數字環境下選擇數控系統時，應充分考慮改造前普通機床的功能及特性、數控化改造后所要達到的精度要求、功能預期以及預期改造費用；而且在選擇數控系統時要特別注意改造時所選數控系統的廠家能提供的技術支持。
不同數控系統對需改造的機床的機械結構、驅動裝置都有不同的具體要求，不是全部機床都能進行數控化改造，更不是任何需數控化改造機床與所有不同數控系統都匹配，必須選擇合適的數控系統與之匹配，才能達到數控化改造目的。
3.3 基于數字環境下的機械結構設計和改造
普通機床數控化改造關鍵是數控系統選型，但是為了使數控化改造機床達到加工精度、功能參數、電氣供給系統以及機床安全操作規程等要求，在改造過程中對機床機械結構部分不得不重新設計、改造。首先，基于數字環境下的機械結構設計要求。必須要對機床傳動軸等機械部件進行受力分析，以確保數控機床能進行較大切削量的強力切削，進行受力分析時依據機床行業標準及國家標準執行。
根據受力分析、計算結果，確定為了保證數控化改造機床達到加工精度、功能參數、電氣供給系統以及機床安全操作等要求所需要的主要受力機械零件的大小尺寸以及供給動力裝置，數控化改造機床在對機械結構進行設計和改造時，可參照改造成功案例，查閱相關技術文件資料，到改造成功企業現場實地調研。
將 CA6140 型普通車床進行數控化改造，在整個設計過程中必須實現如下要求：原車床的主傳動系統予以保留，橫向進給系統由微機實現開環控制，兩軸聯動；刀架采用自動轉位刀架，具有切削螺紋的功能；在 X 向上，進給脈沖當量為 0.005mm / 脈沖；在 3～1000mm/min 進給速度范圍進行無級調速，在X 向、1000～3000mm/min 內任意設定快進速度。
其次，基于數字環境下的機床機械結構改造要求。盡可能在機械構件改造時尺寸不變或者變化不大，并采用理想的機械傳動結構裝置滿足最大傳動比，以提高生產加工效率；所需改造的機械零部件必須達到一定的精度要求，如表面粗糙度、形位公差、硬度、強度等以確保運動部件之間光滑，減少摩擦阻力；在不需增加動力的情況下，可保證數控化改造后
的機床能夠生產加工更多復雜的零件。
將 CA6140 型普通車床改造成經濟型數控車床，橫向進給機構的改造：將小拖板和手動刀架改造成數控刀架；滾珠絲杠螺母副取代溜板箱、光桿進給箱和普通絲桿；調整操作的手動機構保留不變，同時保留支撐結構，齒輪箱體、步進電機安裝在中拖板的后側，齒輪箱采用一級齒輪減速。
4、結束語
本文已重點闡述將普通機床改造為數控機床的關鍵措施，并提出了數控化改造普通機床技術路線，以期對需要進行普通機床數控化改造的企業有所幫助。
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