機床的數控化改造研究
機床數控化改造是一門(mén)綜合性很強的機電一體化技術(shù).通過(guò)對機床數控化改造應考慮的問(wèn)題進(jìn)行了分析,同時(shí)對數控系統的選型與機電匹配計算作了較為詳細的論述,對于從事機床數控化改造工作具有一定的指導意義.
摘 要：由于機床的數控化改造有較大的經(jīng)濟效益與社會(huì )效益，在日本、德國和美國等發(fā)達國家已經(jīng)得到政府的大力扶持，而在中國這種改造才剛剛起步，機床的數控化改造是一項復雜的系統工程，只有抓好改造全過(guò)程的設計與管理，才能改造出高質(zhì)量的數控機床。
關(guān)鍵詞：數控化改造;數控系統;伺服系統
機床數控化改造有多種方案，機床類(lèi)型不同，改造的內容也不同，所以機床改造內容并非一成不變，而要根據實(shí)際情況選取合適的方式，以使普通機床數控化改造后的性能與新的同類(lèi)數控機床相近或相同。同時(shí)，在機床數控化改造完成后，還應注意培訓數控機床的操作人員和編程人員，以使改造后的數控機床能夠盡快發(fā)揮作用。
1、改造數控機床的因素分析
數控機床的使用提高了機床加工生產(chǎn)的效率。普通機床進(jìn)行數控化技術(shù)改造后可以實(shí)現零件加工自動(dòng)化;其次，零件加工性能更加穩定安全更加可靠。這是由于經(jīng)數控技術(shù)改造的數控機床的各主要部件經(jīng)過(guò)長(cháng)期工作，幾乎不會(huì )因刀刃變形而影響生產(chǎn)件的精度;再次，可以為零件生產(chǎn)廠(chǎng)家節約資金。與購買(mǎi)新的普通機床相比，普通機床的數控化改造一般可以節省一半以上的費用;最后，對于復雜的加工零件而言，改造難度越高，其功效提高的越顯著(zhù)：且可不用或少用工裝，這樣不但節約費用，還可以縮短零件生產(chǎn)的準備時(shí)間。由于所需加工產(chǎn)品的尺寸誤差較小，精度要求高，不需要再進(jìn)行修配。而數控機床由于實(shí)現了加工的自動(dòng)化，計算機系統可以對刀具進(jìn)行自動(dòng)化管理，從而不會(huì )因為刀具的磨損而影響加工零件的精度與一致性;由于數控機床可以實(shí)現多種加工功能，因此可以加T出復雜的零件;由于實(shí)現了加工產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，數控機床的加工效率可以提高許多。計算機擁有強大的記憶和存儲功能，因而可以把所需的程序存儲下來(lái)，然后根據程序的規定自動(dòng)去執行加工工序，實(shí)現加工的自動(dòng)化;數控機床實(shí)現了多道工序集中完成，減少了頻繁搬運被加工的零件，當零件裝夾好后，可以實(shí)現多道工序的加工。
2、數控化改造的內容
2.1精度的恢復和機械傳動(dòng)部分的改進(jìn)
機床改造過(guò)程中首要任務(wù)是對舊機床進(jìn)行類(lèi)似于通常的機床大修，以恢復機床精度，達到新機床的制造標準。但是機床數控化后對機床精度的要求與普通機床的大修是有區別的，即整個(gè)機床精度的恢復與機械傳動(dòng)部分的改進(jìn)，都要為滿(mǎn)足數控機床的結構特點(diǎn)和數控自動(dòng)化加工的要求來(lái)進(jìn)行。數控機床的主軸驅動(dòng)系統和進(jìn)給驅動(dòng)系統分別采用交、直流主軸電動(dòng)機和伺服電動(dòng)機驅動(dòng)。這兩類(lèi)電動(dòng)機調速范圍大，并可無(wú)極變速，因此使主軸箱、進(jìn)給變速箱及其傳動(dòng)系統大為簡(jiǎn)化。由電動(dòng)機直接連接主軸或滾珠絲杠。目前數控機床進(jìn)給系統中常用的機械傳動(dòng)裝置主要有滾珠絲杠副、靜壓蝸桿蝸母條和預加載荷雙齒輪齒條三種。機床采用的導軌是新材料低摩擦因數的導軌，如滑動(dòng)導軌、滾動(dòng)導軌和靜壓導軌。
2.2選定數控系統
根據要進(jìn)行數控化改造機床的控制要求，選擇合適的數控系統是至關(guān)重要的。選擇時(shí)，除了考慮各項功能滿(mǎn)足要求外，還一定要確保系統工作可靠性。一般以性能價(jià)格比來(lái)選取，并適當考慮售后服務(wù)和故障維修等有關(guān)情況。如選用企業(yè)內已有數控機床中相同型號的數控系統，對今后操作、編程、維修等都帶來(lái)較大的方便。伺服驅動(dòng)系統的選取，也按改造數控機床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應的數控系統和伺服驅動(dòng)系統，改造產(chǎn)品的質(zhì)量和維修更容易得到保證。國產(chǎn)系統在目前市場(chǎng)上有各種經(jīng)濟型和標準型數控系統供應。其中，經(jīng)濟型數控系統具有結構簡(jiǎn)單，操作方便，技術(shù)易于掌握及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，系統性能相對較差，可靠性不高。
2.3伺服系統設計
伺服系統分為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)系統三種。開(kāi)環(huán)控制系統主要由驅動(dòng)控制單元、執行元件和機床組成。閉環(huán)伺服驅動(dòng)由執行元件、驅動(dòng)控制單元、機床以及反饋檢測單元、比較控制環(huán)節組成。在普通機床的數控化改造中一般采用步進(jìn)電動(dòng)機和交流伺服電動(dòng)機。交流伺服電動(dòng)機調速方便，體積小，目前廣泛用于數控機床的傳動(dòng)系統。與步進(jìn)電動(dòng)機相比， 其精度高、價(jià)格昂貴，考慮到改造本身是經(jīng)濟型改造，因此一般選用步進(jìn)電動(dòng)機作為驅動(dòng)裝置。檢測反饋單元一般用光柵、脈沖編碼器等。在選擇驅動(dòng)裝置時(shí)，一定要考慮其運轉性能與電動(dòng)機的匹配，同時(shí)也要考慮其接口數據與數控裝置接口數據的匹配。目前國內外的數控系統廠(chǎng)家，都開(kāi)發(fā)了與自己系統配套的驅動(dòng)器，如廣州數控適配DA98 系列驅動(dòng)器，華中適配HSV 系列動(dòng)器，FANUC(發(fā)那科)本身開(kāi)發(fā)了集成程度很高的多軸驅動(dòng)器，所以一般優(yōu)先考慮配套的驅動(dòng)器。
2.4電氣系統的改造設計
在進(jìn)行機床數控化改造時(shí)，原機床的電氣控制部分一般只能報廢，重新按數控化改造要求進(jìn)行設計制作。數控機床的強電控制部分設計中要特別注意的是，數控系統各接口信號的特點(diǎn)和形式要相配，并且在設計過(guò)程中應盡量簡(jiǎn)化強電控制線(xiàn)路。在電氣控制系統的改造設計中，應該遵循：機床在滿(mǎn)足控制要求的前提下，設計方案力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標，力求控制系統操作簡(jiǎn)單、車(chē)床使用與維修方便。機床中的主軸電動(dòng)機、冷卻泵電動(dòng)機、刀架電動(dòng)機等均需系統自動(dòng)控制。數控機床中電氣控制系統除了對機床輔助運動(dòng)和輔助動(dòng)作控制外，還包括對保護開(kāi)關(guān)、各種行程、極限開(kāi)關(guān)的控制， 以及在操作盤(pán)上所有按鍵、操作指示燈等的控制。改造后的電氣控制系統，不僅保留了機床傳統控制系統的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有體積小、功能強、通用性和靈活性強、使用維護方便等特點(diǎn)。
3、結語(yǔ)
由于機床數控化改造有多種方案，機床類(lèi)型不同，改造的內容也不同，所以上述機床改造內容并非一成不變，而要根據實(shí)際情況選取合適的方式，以使普通機床數控化改造后的性能與新的同類(lèi)數控機床相近或相同。另外，在機床數控化改造完成后，還應注意培訓數控機床的操作人員和編程人員，以使改造后的數控機床能夠盡快發(fā)揮作用。
參考文獻：
[1]袁建華.普通機床數控改造的實(shí)踐與探討[J].裝備制造技術(shù)，2011
[2]方旺.普通車(chē)床的數控化改造[J].機電工程技術(shù)，2013
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