普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計
發(fā)布時間：2019-08-01 10:50:05來源：
普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計
機(jī)床數(shù)控改造的意義 1）節(jié)省資金。 機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級也只需花費購買新機(jī)床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。 2）性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 3） 提高生產(chǎn)效率。 機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 1 普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計 機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計，比較終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進(jìn)而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。 2 數(shù)控車床的性能和精度的選擇 并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控改造，機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個條件：第一，機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二，改造的費用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。在改裝車床前，要對機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定。改裝后的車床能加工工件的比較大回轉(zhuǎn)直徑以及比較大長度、主電動機(jī)功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。 1）軸變速方法、級數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。 2）進(jìn)給運動： 進(jìn)給速度：Z向（通常為8～400mm/min）；X向（通常為2～100 mm/min）。 快速移動：Z向（通常為1.2～4m/min）；X向（通常為1.2～3m/min）。 脈沖當(dāng)量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向為X向的2倍。 加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達(dá)到。 3）進(jìn)給運動驅(qū)動方式（一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動）。 4）給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。 5）刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。 6）其他性能指標(biāo)選擇： 插補(bǔ)功能：車床加工需具備直線和圓弧插補(bǔ)功能。 刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償功能。 顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示，顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實際需要確定，一般來說，顯示越簡單成本越低，也容易實現(xiàn)。 診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯和隨之出現(xiàn)的錯誤動作，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設(shè)計時加入必要的器件和軟件，使其能指示出機(jī)床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實現(xiàn)有限的診斷功能。 以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標(biāo)，有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門的要求，如車削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對刀等，這個時候應(yīng)有針對性的專門設(shè)計。 3 車床數(shù)控改造方案選擇 當(dāng)數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目前機(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進(jìn)給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。 目前較典型的經(jīng)濟(jì)型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能： 1）采用單片微機(jī)為主控CPU，具有直線和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能、數(shù)碼管二坐標(biāo)同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。 2） 配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當(dāng)量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm（要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套）。 3）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護(hù)存儲器存儲；可以對程序進(jìn)行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。 4）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機(jī)械極限位置自動限位、超程報警，以及進(jìn)給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。 4 車床數(shù)控改造實例 如圖1-1所示為CA6140型普通車床數(shù)控化改造例，它采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造后的車床進(jìn)給運動由步進(jìn)電機(jī)A和B驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進(jìn)給運動。（插圖1-1） 為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當(dāng)利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機(jī)及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應(yīng)使處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)若未拆除，工作時也應(yīng)使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進(jìn)給脈沖當(dāng)量的量值靠步進(jìn)電機(jī)步距角、減速齒輪比、絲杠導(dǎo)程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關(guān)系可以以下式表示： （θ/360）×（ac/bd）×T=δ 式中θ