机床数控改造探讨

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    我国作为机床大国，为了提高机床的数控化率，对普通机床进行数控改造不失为一种良策。一些发达国家如德国、美国、日本等就非常重视对旧机床的改造，而且已形成了一个完善的产学研结合的改造体系。由于技术的不断进步，机床改造已成为一个永恒的课题。我国应在这方面加大宣传力度，走出一条适合我国国情的机床的数控改造之路。
    一、机床数控改造的意义
    1．节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比，一般可节省60%~80％的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60％的费用，并可以利用现有地基。
    2．性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
    3．提高生产效率。机床经数控改造后，即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3~7倍。对复杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。
    二、机床数控改造的方案
    1．数控系统的选择
    数控系统是机床的核心，在选择时，要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑，五金机械模具网金机通提示尽量选用名牌产品。根据被改机床的结构、性能及被加工零件的精度来选择数控系统。既要功能相匹配，又要尽量减少过剩的数控功能。这样一方面可避免资金浪费，另一方面也可避免因数控系统复杂而增加的故障率。
    目前数控系统主要有三种类型：步进电机拖动的开环系统；异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统；交／直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统，其伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该系统位移精度较低，但结构简单、调试维修方便、质量稳定可靠、成本低、抗干扰性能强、对环境室温要求不高，易改装成功。适用于精度要求一般的中小型机床的改造，也是目前数控改造中应用最为广泛的一种。金机通提示，异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统控制精度高，但在结构上比开环进给系统复杂，工作量大，成本也高，调试困难，一般不采用。交／直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统，其精度介于前二者之间，结构与调试都较闭环系统简单，适用于控制精度要求较高的大、中型机床的改造。
    2．机械部分改造
    机床数控改造后应达到较高的静动态刚度，为此要求运动副之间的摩擦系数小、传动无间隙、功率大，并且便于操作和维修等。
    对数控车床来说，导轨除应具有原精度外，还要有良好的耐摩性和小的摩擦阻力。目前多使用在原导轨上粘接聚四氟乙烯软带，能防爬，并具有自润滑性，可提高导轨寿命，工作量小、周期短、费用低。
    传动链的精度受传动丝杠和齿轮副的影响。滑动丝杠价格低，但难以满足精度要求较高的零件加工；金机通提示，当滚珠丝杠摩擦损失小，传动效率可在90％以上，传动灵敏、精度高、寿命长，且可以降低电机启动力矩，可满足较高精度零件的加工要求。
    为保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高，要达到无隙传动。金机通提示，消除齿轮副的传动间隙有柔性调整法和刚性调整法两种。柔性调整法结构复杂，传动刚度低；刚性调整法传动刚度高，结构简单。
    三、机床数控改造实例分析
    现以经济型数控车床为例说明改造要点。
    1．选择数字控制系统。进口数控系统有日本Fanue、德国Siemens、美国MCS-8051系统等。国产数控系统主要有华中数控、广州数控系统等。这些系统均有直线插补、圆弧插补、车公／英制螺纹、刀具补偿、间隙补偿、刀具自动转位等功能，性能稳定，价钱适中，操作面板简单直观，有启动键、暂停键、单段／连续开关、连续进给键、急停键、键盘、显示屏等。不但控制弱电，而且对主轴变速、刀架转位、主轴启停与换向及其他一些辅助性动作也能通过指令控制。
    2．滚珠丝杠副改造。为了实现丝杠无隙传动，应将原机床的滑动丝杠改换成滚珠丝杠副。此项不属必改项，如对机床精度要求不高时，可以通过预紧原螺母的方法消除传动间隙。
    3．步进电机选用。金机通提示，车床在进给传动部分改造时要拆除机械传动机构，代之以步进电机经齿轮或同步带、减速驱动丝杠，带动刀架移动。纵向步进电机固定在床身上，横向步进电机固定在床鞍上。如步进电机的转矩足够大及结构许可的情况下，也可以不用减速驱动机构，由步进电机直接与滚动丝杠相连。
    4．自动刀架安装。将原车床的刀架换成自动转位刀架。卧式车床自动转位刀架最常见的型式是螺旋型四转位刀架，拆除小拖板后将刀架调整好高度安装在中拖板上，由数控系统直接控制，效率高，工艺性能可靠。
    5．安装光电编码器。加工螺纹时为了保证步进电机进给与主轴的旋转相配合，切削出固定螺距、固定起点、多头螺纹等量分度的螺纹，通常在主轴尾部安装增量式光电编码器。金机通提示，切制螺纹时，编码器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，控制刀架纵向移动。
    6．导轨改造。为防进给部件爬行，影响运动平稳性和定位精度，可采用两种方法，一种是将原导轨贴软带；另一种是改为滚动导轨。当机床精度要求不高时，一般不做导轨改造。
    7．主轴变速机构。主轴变速改造一般采用交流异步电动机变频调速系统，由CNC控制变频器、变频器驱动交流异步电动机实现自动无级变速。在自动化程度要求不高的情况下，机床主轴变速部分可不做改动，这样可大大降低改造成本。www.jinjitong.com