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普通车床数控化改造与机械结构设计要点
May 26, 2021  来源:钟山职业技术学院   作者:徐留明


     摘要:车床改造过程中,机械结构属于不可缺少的内容,其设计的科学性密切关联于车床的总体质量以及运行水平。本文分析普通车床在数控化改造中机械结构的设计情况,带给实践工作有价值的借鉴。

     车床属于机械加工中的关键工具,可以加工多种多样的工件。当前在不断提升机械加工技术的情况下,数控车床已经逐渐取代了传统车床。所以,面对此发展形势,很多的加工企业开始着手于革新机械加工工艺。为了充分地运用好普通机床,就要做到科学的数控化机床改造。但是为了提升改造机床的数控加工效果,必须要合理的设计机床机械结构,达到普及运用数控机床的目标。 
  
     一、普通车床机械结构改造的总体方案分析
   
     1.做好工艺分析 
   
     对于普通车床来说,其主要产生的作用就是,进行加工螺纹零件以及回转类零件等,而且零件的种类繁杂,不同的零件,需要各具差异性的形状以及技术等标准,加工的方式要具备针对性、个体化,而且也在车床改造后的要求上出现一定的差异。所以,进行机械结构改造之前,应该科学分析整体的工艺,准确计算出切削力、切削功率,了解到进给系统、主轴需要的相应参数指标。

     2.掌握原始车床数据 
   
     进行车床改造期间,可能会拆掉一些零件,同时也往往需要相应增添新的零件,所以应该掌握住有关联零件的尺寸、连接的方式。正式改造车床以前,要全面了解相应的参数指标,考虑到目前车床的缺陷问题,就可以在以后的改造操作中,及时的解决问题。另外,其他需要明确的指标还包括车床实际载荷、部件刚度、整机刚度等,确保车床改造以后有效的增强性能、精确度。
  
     3.制定总体改造设计方案 
  
     全面分析掌握住车床现状,以及技术工艺以后,需要按照车床已有的规格,对改造期间需要应用到的零件型号、数量进行确定。进行改造机械结构期间,主要会运用到刀架、轴承、丝母、丝杠等。电气改造期间,需要应用到强电元器件、变频器以及驱动电机等。例如,数控改造普通车床时,要分析关键的技术参数,对步进电动机以及滚珠丝杠副等科学的选择,提出实用性较高的改造方案。
  
     二、普通车床数控改造中的机械结构
  
     设计方案
  
     1.改造目标
  
     案例以CQ6123车床数控改造为例,机械传动部件设计质量水平,密切的关联于工件的表面平整度、车床加工精度等。普通车床数控改造期间,需要全面的分析各方面的因素,诸如资金投入以及改造技术等,充分确保被改造以后的车床系统能够具备以下几方面标准。
  
    (1)维持主传动系统处于不变的状态中,将螺纹加工系统进行拆除,并且经过改造之后的车床,不再在螺纹加工中应用。
  
    (2)进给系统为开环控制,为了达到纵向进给的模式,主要是落实滚珠丝杠传动举措实现,为了实现横向进给,通常以普通螺纹传动模式实现。
  
    (3)为达到自动转位的效果,主要是采取微机控制刀架。
  
     2.改造方案设计
  
    (1)设计纵向进给系统。改装CQ6123车床中进给系统期间,需要进行拆除掉原本系统中的溜板箱,以及拆除进给箱中传动件、操作件等,将箱体进行保留即可。
  
    一级齿轮减速后,步进电机会驱动丝杠,在溜板箱中严密的固定螺母,促进移动刀架、小拖板以带动纵拖板的转动,实现纵向进给运动。为节约成本支出,把原始车床内进给箱进行转化,发展为一级齿轮减速箱,保障不改变滚珠丝杠部位,并且在丝杠的右方建立手轮设施,便捷手动与对刀的灵活操作。运用时,将其安装,结束以后及时的拆卸。
  
    固定原始车床中的拖板,保持部位不改变,将螺母座架架设其中,连接起螺母。在丝杠的左端进给箱部位,给步进电机安置丝杠,固定于电机止口的部位,并且通过定位稍、螺钉,紧密的连接起床体。丝杠的两侧建立起支架、轴承支架,以向心球在一端做好严格的固定,避免移动,轴承支撑另一端。

   (2)设计横向进给系统。改造纵向系统以后,步进电机能够基于减速齿轮作用下,对于丝杠螺母产生驱动的效果,这时可以让刀架拖板出现相应的横向运动。针对小型台式车床而言,丝杠本身具备较小的直径,成品丝杠定价过高就不利于购买,可以运用普通的螺纹螺母取代。尽管具有不同的传动效果,但是可以良好的适应于纵向滚珠丝杠传动,得到横向传动性能、纵向传动性能信息,展开比较,同时良好的符合改造设计标准。横向进给系统改造实际上比较相近于纵向系统,改造期间,也要保障不改变进给系统手动机构,方便进行手动与对刀。在丝杠后段部位,安装相应的步进电机,并且定位于电机中止口,通过盖板严密的固定于床体。基于减速齿轮产生的作用,电机推动丝杠运动,同时联合小拖板,使得刀架运动,面向横向的方向,方便进行安装步进电机。定制横向丝杠中,为加强支撑效果,主要是采取支架延伸拖板实现。

    (3)刀架设计。在车床中,不可缺少的部件就是刀架。通过科学的改造刀架,能够达到的目标就是多刀挟持、自动传位。

    改造环节,换下原始车床中刀架,用LD4-1型自动刀架对其取代,此产品具备的主要特点就是刚性较强,拥有较优的工艺性能,而且可以精准的定位,增加应用的年限等。

    改造横向与纵向系统减速机构过程中,应用有机玻璃罩壳,可以达到更好地清除灰尘的效果,而且有助于试验环节及时的观察了解齿轮啮合状态。按照以下的公式进行计算齿轮传动比i=360 p/θb·L0公式中,i、θb、δp、L0分别代表的是齿轮传动比、步距角、脉冲当量、滚珠丝杠导程。改造以后,可以将齿轮减速箱的输出轴转速明显的减小,增加输出轴的扭矩,发挥出良好的减速增扭效果。

    三、普通车床数控化改造中机械结构设计要点
  
    1.主传动结构设计
  
    数控化改造期间,应该科学合理的设计好主传动结构,保障车床改造后,可以进行速度的自动化改变,同时具备较宽泛的速度变化区间。以多速电机改造传统结构,可以达到此标准。为维护正常的运行电动机,设置电机变速系统,把原主轴传动链等结构拆除掉,换掉主电机,即以变频调速装置替换。电机主轴上展开确认主轴部位,应用脉冲编码器明确,向控制中心及时的传输反馈的信息数据,考虑到机床的运转状态,进行加工控制零件。

    选取电机的过程中,应该展开合理的分析各种各样工况下的电机等效力矩,这样可以保障所选电机满足系统加工精度等。按照负载力矩对于电机启动频率合理的明确,让电机可以对负载进行直接的带动。基于能够调速的区间之内,需要保障主轴电机转速平稳,避免数控加工时产生不均匀的速度问题。持续负载状态中,主轴电机应该保障转速是平稳的,让电机具备尽可能较小的转速波动范围。所用电机需要散热性能优越,防范长期的工作振动过大,或者是形成高分贝噪声。
  
     2.传动结构设计
  
    设计进给传动结构过程中,拆除掉传动装置、操纵结构,同时将电机进行安装至不同的转动方向,达到自动化的控制电机的目标,促进将车床的生产效率有效的提升。机床操纵方面,Z轴纵向上,把齿轮箱体安装到原本丝杠安装的部位,之后严密的固定好滚珠丝杠。X轴方向上,先展开相应的改造拖板的操作,对于结构精度严格的管控。

    在拖板、重点的传动齿轮方面,应该做好双方之间的间隙控制工作,一般的需要对间隙进行有效的缩小,可以采取的方法就是柔性调整、刚度调整,将齿轮传动灵敏性提升,并且增强其精度。对于原有导轨,为了将摩擦阻力降低,采取刮研以及修磨等方式实现,也可以明显的降低磨损齿轮的几率。
 
    3.其他结构设计
  
    刀架的改造方面,需要刀架提供给复杂元件加工关键的支撑,以安装丰富类型的刀具。将手动刀架进行拆除掉以后,也要联系实际的数控车床生产需要,安装相应的自动回转数控刀架,充分的保障刀架定位自动化,而且可以多次的定位,切实的增强零件加工精准度。
  
    溜板箱结构方面,原本结构拆除以后,方可将新的结构在滚珠丝杠安装。加工作业环节,结构产生的功效就是将主轴转动进行暂停,维护顺利的交换刀具。改造结构的操作结束以后,展开检测整体机械结构,应该严格的检测掌握住车床传动性能、主轴进给性能情况,同时掌握住运行噪声状态等,让车床运行性能满足数控加工提出的标准。
  
    四、结束语
 
    本文主要进行探究普通车数控改造工作的设计方案,在步进电动机、滚珠丝杠副选择和应用方面展开相应的探究,同时阐述了纵向进给系统以及横向进给系统、刀架改造设计的方法,保障关键的部件能够有效的运行于设备之中,实现运动性能充分的发挥,并且保障设备具备可靠的精度,推动数控行业稳定向前发展。
  

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