普通車(chē)床數控化改造
摘要：這次設計主要是將一臺普通車(chē)床進(jìn)行經(jīng)濟型數控改造設計，設計改造后的經(jīng)濟型數控機床具有定位、直線(xiàn)插補、順逆圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，且加工質(zhì)量穩定可靠。零件加工的適應性強，自動(dòng)化程度高。
關(guān)鍵詞：車(chē)床 ;數控 ;改造
一、引言
計算機技術(shù)與車(chē)床制造業(yè)的高速發(fā)展，特別是面向柔性制造技術(shù)的出現，使得數控車(chē)床得到了迅速普及。這次設計主要是將一臺普通車(chē)床進(jìn)行經(jīng)濟型數控改造設計，由于定位精度高，所以縱、橫向導軌均采用貼塑導軌，傳動(dòng)系統采用滾珠絲杠，同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，對絲杠進(jìn)行預拉伸，傳動(dòng)齒輪采用雙片錯齒消隙齒輪，驅動(dòng)元件采用步進(jìn)電機。為了保證加工螺紋時(shí)，主軸轉一轉，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工導程，主軸用脈沖發(fā)生器通過(guò)波紋管聯(lián)接，并將縱向和橫向進(jìn)給系統用單片機控制，是其成為一個(gè)能獨立運動(dòng)的開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統。數控系統采用MCS—51系列的8031單片機擴展系統�？刂葡到y由微機部分、鍵盤(pán)及顯示器I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機功率放大電路組成。系統的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現，顯示器采用數碼管，以顯示加工數據及機床狀態(tài)等信息。為了達到機床要求的脈沖當量，傳動(dòng)系統采用步進(jìn)電機齒輪減速后，帶動(dòng)絲杠。
二、數控改造的優(yōu)點(diǎn)和意義
數控機床是實(shí)現柔性制造、計算機系統、敏捷制造等先進(jìn)制造技術(shù)的重要基礎裝備，它關(guān)系到一個(gè)國家發(fā)展的戰略地位。數控系統可分為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)等幾種形式。開(kāi)環(huán)具有穩定性好、環(huán)境是適應性強、造價(jià)底等特點(diǎn);閉環(huán)定位精度和重復定位精度高，但造價(jià)高;而半閉環(huán)既有高檔全閉環(huán)機床的加工精度，又有開(kāi)環(huán)機床的穩定性和環(huán)境適應性，適合復雜零件的加工。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數控技術(shù)的應用范圍日益擴大，數控機床及其系統已成為機械制造業(yè)中不可缺少的組成部分。
我國在普及應用數控技術(shù)方面近幾年來(lái)取得了很大的進(jìn)展，從計算機數控(CNC)發(fā)展到直接數控(DNC)，并能獨立設計和制造機械加工中心及柔性制造系統(FMS)。但鑒于我國機床擁有量大、工業(yè)規模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強度，提高經(jīng)濟效益，而實(shí)現這一任務(wù)的有效的基本途徑就是普及應用經(jīng)濟型數控機床，并對原有機床進(jìn)行數控改造。利用經(jīng)濟型數控技術(shù)改造普通車(chē)床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。
數控改造一般是指對普通機床某些部位做一定的改造，配上數控裝置，從而使機床具有數控加工的能力，其改造的目的有以下幾點(diǎn)：
1.從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設備。
2.為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數控改造。
3.為了適應多品種、小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)行數控改造。
4.為了使技術(shù)等級較底的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行數控改造。
5.為了減小整個(gè)設備投資計劃而進(jìn)行數控改造。
三、數控改造中主要機械部件改裝
一臺新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度;運動(dòng)副之間的摩擦因素小，傳動(dòng)無(wú)間隙;便于操作和維修。機床數控改造時(shí)應盡量達到上述要求，應對主要部件進(jìn)行相應的改造，使其達到一定的設計要求，這樣才能獲得預期的改造目的。不能認為將數控裝置與普通機床聯(lián)接在一起就達到了數控機床的要求。
1.滑動(dòng)導軌副。對數控車(chē)床來(lái)說(shuō)，導軌除了具有普通車(chē)床的導向精度和工藝外，還要有良好的耐摩擦、耐磨損性能，并能減少因摩擦阻力而致的死區。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑裝置。
2.齒輪副。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上，要能達到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機床主要齒輪必須滿(mǎn)足數控機床的要求，以保證加工精度。
3.滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)精度。絲杠的選用主要取決于加工工件的精度要求和拖動(dòng)轉矩要求。被加工工件精度不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應檢查原絲杠磨損的情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相匹配螺母間隙。一般情況下，滑動(dòng)絲杠應不低于6級，螺母間隙過(guò)大時(shí)，則要更換螺母�；瑒�(dòng)絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較底，但采用滑動(dòng)絲杠難以滿(mǎn)足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上;精度高，壽命長(cháng)，啟動(dòng)力矩和運動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電動(dòng)機啟動(dòng)力矩。因此可滿(mǎn)足較高精度零件的加工要求。
4.安全防護。普通機床改造必須以安全為前提。改造中根據實(shí)際情況采用相應的防護措施，如滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴防灰塵，特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也加上整體鐵板防護罩。在拖板與滑動(dòng)導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面而損傷導軌。
四、數控改造機械傳動(dòng)系統的要求
對現有的普通車(chē)床進(jìn)行改造，主要應解決的問(wèn)題是：如何將機械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉位進(jìn)給改造成由數控系統控制的刀架自動(dòng)轉位以及自動(dòng)進(jìn)給的自動(dòng)加工車(chē)床，即經(jīng)濟型數控車(chē)床。經(jīng)濟型數控車(chē)床，主要依靠?jì)煞矫鎭?lái)保證和提高加工零件的精度：一是系統的控制精度;二是機床本身的機械傳動(dòng)精度。數控車(chē)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統，由于必須對車(chē)床進(jìn)給的位移和速度同時(shí)實(shí)現自動(dòng)控制，所以，數控車(chē)床與普通臥式車(chē)床相比，應具有更好的精度，以保證機械傳動(dòng)系統的傳動(dòng)精度和工作平穩性。
數控改造對機械傳動(dòng)系統的要求為：
1.盡量采用底摩擦的傳動(dòng)副，如滾動(dòng)導軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。
2.盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預緊的辦法提高傳動(dòng)系統的剛度。
3.盡量滿(mǎn)足底振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此，應選擇精度高，運動(dòng)平穩，效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)元件。
4.盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差，如采用消除間隙的聯(lián)軸器和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機構等。
從應用的方面考慮，結合目前國內大多數工礦企業(yè)的現狀，普通臥式車(chē)床改造，可以采用更換滾珠絲杠來(lái)替換原機床上的T形絲杠，也可以對原有車(chē)床上的T形絲杠加以修復，但此時(shí)，必須相應修配與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提高其配合精度。
普通機床的數控化改造事業(yè)方興未艾，在我國目前形勢下將大批故障機床尤其是一大批進(jìn)口的數控機床、精密機床和二手機床進(jìn)行改造、升級，以較小的投入盡快使這些設備在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng )造效益，的確是許多企業(yè)的一項不可忽視的問(wèn)題。
五、總結
數控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著(zhù)巨大的作，很好地解決了現代機械制造中復雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數控機床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機床大國，對普通機床數控化改造不但提高了機床的加工精度，擴大了機床的使用范圍，提高了生產(chǎn)率，而且降低了工人的勞動(dòng)強度，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，減少對工夾具的投資和數量，而且適合我國的國情。
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