试论普通车床机械结构的数控化改造
2017-7-12 来源：平高集团有限公司 作者：李晓辉
摘要：本文首先对普通车床机械结构进行数控化改造的必要性进行简单介绍，了解本论文研究课题的意义，重点介绍普通车床机械结构的数控化改造过程中机床机械部分的改造方案以及数控系统设计方案，希望通过本文的研究能够更加全面的掌握普通车床机械结构的数控化改造，也为后期进行普通车床的数控化改造提供参考。
关键词：车床 机械结构 数控化改造
1.前言
车床是机械加工中最重要的一种加工工具，可以实现多种造型零件的加工。随着我国制造业的不断发展，机械加工的水平不断提高，越来越多的数控机床取代了传统的机床。但是由于数控车床价格较高，普通企业无法负担，因此对普通车床进行数控化改造成为一种比较合理的方式，能够在控制成本的基础上有效提高机床的自动加工能力，提高加工效果。因此在现阶段加强对于普通车床机械结构数控化改造的研究具有重要的现实意义，能够更加全面的掌握普通车床数控化改造的相关技术，提高数控化改造的效果，从而提高车床工作效率，更好的发挥老旧设备的潜在价值，提高机械加工企业的经济效益。
2.数控化改造的必要性
首先将普通车床机械结构进行数控化改造后能够大幅度提高车床整体的加工精度，能够生产加工更高精度要求的工件产品。其次在经过数控化改造后，普通的车床将由于独立的运行电机，依靠电机能够同时实现在多个坐标上的联动加工，联动加工最大的特点就是可以加工造型复杂的工件，因此经过数控化改造的普通车床就可以用来生产复杂造型工件，扩大自身的加工范围。而且会增加自动换刀功能，可以在加工过程中缩短换刀时间，提高生产加工的速度。另外再进行数控化改造后，大部分工作可以有数控完成，操作人员的工作强度得以减轻，一个操作人员可以同时操作多台数控车床，车间整体的生产效率大幅度提高。最重要的是对普通车床进行数控化改造成本比较低，改造后车床操作能力比较高，这样可以利用更少的成本，实现更大的作用。经过改造后，整个企业的经济效益将大幅度提高，有利于经济社会更好的发展。
3.机床机械部分改造方案
3． 1 主传动系统的改造设计
数控车床的变速范围比普通车床要宽，而且需要实现自动变速，因此在改造时用多速电机替换原来的单速电机。同时为了保持电机功率变化过程中的稳定运行，需要在电机上附加一套电机变速系统。首先上将原来的主轴传动链、挂轮拆除，将主电机改为变频调速，这样就可以实现机床改造后的无级变速。其次是要在主轴的末端安装一个脉冲编码器来反馈主轴的位置，这样就可以将主轴的转角随时传动到数控系统中，用以实现对机床在平面上的移动控制，这样就可以利用改造后的车床进行螺纹加工。一般情况下选择同轴安装的方式来安装脉冲编码器，可以安装在床头箱内或者后端，然后借助同步齿轮连接主轴和脉冲编码器。
3． 2 进给传动系统的改造设计
第一步是把原来的变速传动装置和操纵机构拆除; 然后在各个方向安装独立的步进电机，利用减速齿轮连接电机和丝杆，实现带动滑板的移动，进而实现机床在各个方向的移动，通过电机的转动控制刀具进给及其坐标。最终实现同时具备微机控制和原机床操作。在 Z 轴纵向上，利用原有的安装孔直接安装齿轮箱体，将滚珠丝杠代替原丝杆，仍然安装在原来的位置，并采用同样的方式对丝杠两端进行固定。然后需要对进给进行限位保护，安装限位保护开关和接近开关。在 X 轴横向上，主要改造拖板，控制拖板的精度以及关键传动齿轮的间隙。利用刚度、柔性调整法调整驱动电机到丝杠间的传动齿轮的间隙，将间隙降低消除，从而实现更高的传动精度和灵敏度。另外需要对横向和纵向的齿轮箱、丝杠等加装防护罩，从而保持内部的清洁以及整体的美观。同时要对车床导轨进行改造，由于普通车床的床身摩擦系数比较大，因此需要对原车床的导轨进行刮研、修磨，降低摩擦系数，然后再贴上聚四氟飞烯软带，就可以达到数控机床的导轨要求。然后把之前的丝杠和光杠去掉，安装上新型的滚珠丝杠，用同步齿轮带变速的方式连接步进电机和滚珠丝杠。
3． 3 刀架的改造设计
刀架的改造是实现数控加工改造的关键，一般情况下至少需要四种不同的刀具来实现相对复杂的加工。因此将原来的手动刀架和小拖板拆除，安装新型的 LD4 型自动回转数控刀架。这种刀架的重复定位精度比较高，性能也比较可靠。刀架定轴上有四个霍尔开关和永久磁铁，能够精确获取刀架的到位信号，实现高精度的定位。
3． 4 溜板箱的改造
在对以上机械结构改造完成之后，最后要对车床溜板箱进行改造，将原来的溜板箱拆除，然后把新的溜板箱安装到改造完成的滚珠丝杠上。同时要改造整体的润滑结构，确保车床的稳定运行。整个机械结构改造完成后，要对车床的运行性能进行检验，主要包括传动性能、主轴进给性能以及车床运行过程中噪声的大小等。相关性能的监测要分别在空载荷负载状态下进行，确保各项基本操作能够实现数控化。
4.数控系统设计方案
4． 1 数控系统运动方式的确定
一般可以按运动轨迹将数控系统可分为点位控制和连续控制系统两种。前者只是控制刀具从一点移到另外一点，对于运动轨迹不加控制。后者则是不同坐标方向上位移进行严格连续的控制。对于加工简单元件的车床，使用定位控制系统即可; 对于需要加工复杂轮廓零件的车床可以选择连续控制系统。
4． 2 伺服进给系统的设计改造
数控机床的伺服进给系统的区别主要在于系统中是否设计位置检测和反馈线路。一般可以分为开环伺服、半闭环伺服和闭环伺服三种系统。三种系统的精度控制依次升高，误差控制依次减小，相应的其控制难度、技术难度和造价也是依次增高。根据加工零件精度要求从低到高依次可以选择三种不同的伺服进给系统，精度要求最高的需要选择闭环伺服系统。
4． 3 数控系统的硬件电路设计
任何数控车床的数控系统都是由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分是整个控制系统的基础，硬件电路的设计以及硬件设备性能的好坏直接影响到系统的工作性能。因此在选择硬件电路的时候最佳的方案就是选用现成的数控装置，根据系统的特殊需要适当进行少量改动，保持整个数控系统的稳定性能。
5.结语
普通车床的数控化改造对于整个机械加工行业具有重要的意义。本文研究的普通车床数控化改造方案能够很好的满足改造的各项要求，可以作为今后进行车床数控改造的参照。
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