建筑机械机床数控化改造技术探析

■郑 芳，张 红 ■.南山集团公司，山东 烟台 6573;.烟台南山学院，山东 烟台 6573

目前许多建筑工程企业都存有大批闲置的普通机床，如果能对这些普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些闲置机床在经济发展中发挥作用、创造效益，其对建筑企业的发展又提供了一定空间，对普通机床进行数控化改造技术探究情况如下:

1 普通机床数控改造后的优点

(1)性能稳定可靠，可以实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3～7倍。(2)加工零件的精度高，可实现多工序的集中加工，减少零件在机床间的频繁搬运。(3)投资额少，交货期短。

2 机床数控化改造后组成

一般分为五部分:机床主机、数字控制系统、驱动装置、辅助装置、其它附属设备。

2.1 机床主机

机床主机是数控机床的主体，它包括床身、主柱、主轴、进给机构等机械部件。

2.2 数字控制系统

数字控制系统是数控机床的核心。当前一般采用计算机数控(Computered NumericalControl简称CNC)系统。它是一台专用控制计算机，包括硬件(印制电路板、显示器、键盘、阅读机等)项控制功能。

2.3 驱动装置

驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件。一般通用机床的主轴和进给系统是由电动机驱动主轴箱中转动齿轮来实现速度变换和加工运动。

2.4 辅助装置

辅助装置是保证数控机床的功能得以充分发挥的配套部件。它包括的面很广，有电器、液压、气压等器件及系统，冷却、润滑、输送等装置，由于它们对发挥数控机床功能起重要作用，因此受到重视，发展极为迅速。

2.5 其它附属设备

为了提高数控机床工作效率，常常还配置一些附属设备，如自动编程机，机外对刀仪等。

3 普通车床数控化改造的总体方案

整个改造的过程为经济性改造，因此，在进行改造方案的设计时，除了满足基本性功能要求之外，应当对整个机床的改动尽量小，从而更好的降低成本，本文以CA6140金属切削机床的改造为实例，其主要的改造方案如下。

3.1 主传动系统和进给系统的改造

CA6140金属切削机床包含的进给系统与传统系统的控制均为主轴电机控制，经过这次数控改造之后，将其原有的给进系统与传动系统相分离，动力的来源转变为步进电机控制。此外，为了更好的确保两者的联系，在进行进给系统的改造时，应在主轴上装订合适的脉冲发生器，从而保证两者之间联系的有效性。

3.2 丝杠改造—采用滚珠丝杠螺母副

为了更好的提升CA6140机床的工作效率与工作精度，将原有金属切削机床的光杆改造为滚珠丝杆的方式，其控制也是由步进电机负责，这在很大程度上不仅能够提升整个机床的工作效率与工作精度，同时整个机床的使用性能也会得到较大的提升。

改造成为的滚珠丝杠工作原理为在螺母与丝杠之间采用滚动体作为两者的传动性元件，将金属切削机床光杆原先的旋转运动转变为滚珠丝杠的直线性运行方式，所以，滚珠丝杠及时一种传动性的元件，同时也是一种实现旋转运动和直线运动进行转化的元件。

采用滚珠丝杠相对于先前的光杆有着较大的优势。首先其为滚动传动，整体的磨损较少，机械传动的总体效率较高，能够达到0.95左右。当整个螺母预紧之后，间隙能够完全的消除，整体的刚性非常好，传动的精度也非常高，此外，传动过程中摩擦阻力也是非常小的，并且摩擦阻力与运动速度没有较大的关系，不容易发生低速爬行的情况，在很大程度上更为提升了运行的稳定性。

3.3 刀架改造

传统普通型车床刀架在很大程度上不能够达到改装之后车床整

体精度与性能的标准。因此，需将普通车床的刀架转变为数控刀架。数控刀架相对于普通车床的刀架存储量是非常大的，同时工作的精度也是非常高的，特别是其安全可靠性能较高。

现阶段数控自动进行换刀的装置已经在实际生产的过程中得到

较为广泛的应用，这在很大程度上不仅提升了整个机床工作生产的效率，同时也拓宽了整个机床使用的范围，特别是在加工能够完成多道工序的一次性安装，降低了零件定位安装次数，提升了工作的总体效率。

3.4 步进电机的改造

步进电机的工作方式和一般电机不同，是采用脉冲控制方式工作的，必须按一定的规律对各相绕组轮流通电，步进电机才能实现转动。数控机床中采用的功率步进电机有3相、4相、5相、和6相等。由步距角计算可知，循环拍数越多，步距角越小，因此定位精度越高。

3.5 导轨改造

目前比较常见的导轨软带有国外的Turcite－B导轨软带以及国产TSF塑料软带。塑料导轨软带的粘结方法简单，通常采用黏结材料将其贴在所需处，作为导轨表面;用汽油或金属清洗或丙酮清洗导轨粘贴面后，用胶黏剂粘合导轨软带，加压初固化1～2h后再合拢到配对的固定导轨或专用夹具上施以一定的压力，并在室温固化24h，取下清除余胶，即可开油槽和加工。

3.6 数控系统硬件电路改造

任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。机床数控系统的硬件电路概括起来由以下4部分组成。

(1)中央处理单元CPU。(2)总线。包括数据总线(DB)、地址总线(AB)和控制总线(CB)。(3)存贮器。包括只读可编程存贮器和随机读写存贮器。(4)I/O输入/输出接口电路。

由于MCS—51系列单片机在我国机床数控改造方面应用较普遍，其配套芯片价廉，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能够满足经济型数控车床改造的需要。C6140数控改造以8031CPU组成的单板机为数控控制系统。也可直接购买国内较好的数控系统系列产品做为数控装置，如南京大方数控设备公司生产的JWK系列数控产品。

4 金属切削机床数控化改造成本分析

当金属切削机床经过完善的数控改造之后，床头箱仍旧为未改造之前的，也就是整个系统其主动传统的系统没有变化，而是将金属切削机床传统系统中道家转变为数控的形式。金属切削机床原有的横向与纵向进给系统改造成为了滚珠丝杠传统的方式，刀架的形式也改装成为了六方刀架的方式，此外，在金属切削机床的床鞍部位也有着一定的改动。

整个金属切削机床改造的成本在一万元以内，例如AC6140金属切削机床，其生产厂家为牡丹江机床厂，该金属切削机床的出厂价位在四万以内，经过完整的数控改造之后，其所需的改造成本不到一万元，但是在其实际的运行过程中，工作的效率大大的提升，较大的节约了构件加工所需的时间。

5 结论

建筑企业对闲置金属切削机床进行数控化改造，其性价比高，机床的自动化程度也大幅提高，而且还能解决复杂建筑零件的加工精度问题，节约大量建筑工装费用，减轻建筑工人的劳动强度，提高建筑工人素质，为提高建筑企业竞争能力创造了条件;同时，也提高了建筑设备自身对产品更新换代所需要的应变能力，金属切削机床进行数控化改造确实是一件利国利民的好事。

［1］谭浩强.微型计算机原理及应用.清华大学出版社.2002∶77－8.

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［3］宋天麟.数控机床及其使用与维修.东南大学出版社.2003∶85－88.

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