普通机床数控化改造技术

2015-11-04郑国华

建材与装饰 2015年39期

关键词：刀架丝杠机床

郑国华

（福建群峰机械有限公司）

普通机床数控化改造技术

郑国华

（福建群峰机械有限公司）

近年来，数控机床在我国机械加工生产领域已经趋于普及，究其原因主要因为它本身加工精度高、生产效率高等优势突出，有效地保证了产品的生产质量和产量，也为我国机械产业的现代化、智能化发展做出了积极贡献。本文从数控加工技术的概念入手，简单阐述了其数控化改造技术的应用要点，以供同行工作参考。

机床；数控技术；改造；机械加工

引言

机床数控技术在我国起步较晚，属于一种自动化的机床控制技术，是比较先进的世界机械产业。随着科学技术的进步，电子信息技术水平不断提高，使得普通机床的生产更加高效，精度也更高，这就提高了机械产业与制造业的整体生产能力。在此基础上，可以对比较落后或者性能不完善的机床进行改造。

1　数控技术概述

所谓的数控技术主要指的是在机床加工、生产过程中通过数字信息来对整个加工流程、加工内容进行全过程、全方位的现代化控制，从而提高机械设备的加工效率以及生产管理的自动化程度，这也是实现机械加工智能化、现代化和综合化的重要依据。目前的数控加工技术应用中主要包含了：传感检测技术、光电子技术、网络通信技术以及机械自动化加工技术等，但不管是针对哪一种加工内容，都必须提前预编程序，然后采用合理、科学的程序对设备发出指令，然后给予控制。

2　机床数控化改造的关键环节

2.1进给轴的改造

一般的车床的X、Z轴都是同一个电机进行驱动的。进给运动的完成是在光杠、丝杠和滑动驱动变速箱共同完成，切削运动主要是借由溜板箱实现的。在改造数控车床的过程中，需要先将溜板箱以及光杆清除，然后依赖进给伺服或者是步进传动链完成进给运动。其具体实现如图1。

图1　进给轴的改造流程示意图

横向按照数控的指令的不同决定走道量的多少。在改造之后，整个传动链的传动精度都在保证机床的刚度的基础之上，再由滚珠丝杠副、布置结构形式、机床导轨等决定。

2.2主轴部分的改造

车床主运动就是车床可以按照速度的不同进行运动，从而带动其他构件的运转，也就是所谓的主要耗能部件。普通机床就是通过主电机、齿轮箱手动或者是自动变速器等，其速度大多是九～二十四级。普通机床可以操作电磁以及液压离合器实现主轴速度的转变以及反向运转。但是需要注意的是，数控机床速度变化以及反向运转需要依靠电主轴、变频电机以及逆变器等等共同完成。

2.3刀架部分的改造

目前，数控车床中刀架中最为常见的刀架就是电动刀架，其主要优势为位置锁定速度快，定位精度也比较高。但是普通车床中电动刀架的使用频率比较低，比较常见的工作模式是手动、液压驱动或者是电动驱动综合运用。在改造过程中，可以根据改造需求做些许调整，如将部分位置改为电动操作。使用频率比较高得电动刀架有前置平转电动刀架和后置砖塔刀架，会按照8～12把刀，其造价比较低。

2.4润滑部分的改造

在改造普通机床时，一般不会对主轴箱的润滑有任何变动，润滑时间和油量等都是人工操作的，但是这种方式会对机床造成很大的损坏，且会影响导轨、滚珠丝杠的精度。同时，机床驱动的灵便型也会有所影响。在改造阶段，经常会使用定时、定量的润滑方法。油润滑方式可以分为两种，即手动润滑和自动软化，可以按照被改造的机床的具体情况进行合理选择。

2.5机床防护

普通的机床都是开放式的，其防护方式大约分为局部防护、半防护、全防护三种。局部防护和普通机床防护基本一致，对于丝杠副、电机以及走线等都需要采取必要的保护措施。半防护是加装了切削，全防护也就是先做好局部防护，然后再封闭整个机床。

3　实例XK5040机床数控化改造

3.1改造总体方案

该次数控化改造分为两个主要阶段，分别为机械改造和电气控制系统改造。因为机床长期使用，多个零件都有损坏，需要进行更换。CNC全称为计算机数字控制机床，是利用数控加工程序对机床的操作进行改造，使其趋于自动化。图2旧机床的数控化工艺流程。图3总体改造方案结构示意图。

3.1.1进给系统的横纵向改造

进给系统主要是由数控机床的反馈电路组成的，其最为重要的性能就是检测，该系统的主要特点为使用寿命长，刚度强，间隙小等。一般数控机床进给系统中使用比较普遍的是机械传动装置时滚丝、丝杠副、静压蜗杆等。对此，上述改造主要是对进给系统的个性指标进行完善，如横纵向滚珠丝杠的刚度、效率、强度和稳定性等，最终需要保证原丝杠的运行可以满足当前的技术要求。首先，需要对横纵向伺服电机的负载转矩也就是T负载惯量JL，然后再按照其基本条件对转子惯量JM进行排序，1

图2　旧机床的数控化工艺流程示意图

图3　总体改造方案结构示意图

在计算X、Y轴传动轴的齿轮和模数时，可以按照下式进行：

式中：i-X、Y轴的传动比。将电机的相关参数以及丝杠螺距带入上式就可以得到两个齿轮的模式，计算结果如下：

式中：z1=17；z2=51，m=3mm。

3.1.2主传动系统的改造

主传动系统是上述机床最为主要的动力执行结构，必须依据机床的实际情况制定具有针对性的制造方案。但是本次改造有一个前提，即不能够改变铣床的机械部分，但是需要对电气部分进行大的改动，这是为了将其改变为变频器变频调速。就变频器部分，利用了性能较为突出的电流矢量控制型的常用变频器类型。其突出特点为可以有效抵抗干扰，并且很好地地质电机产生的冲击电压，噪音也比较小。

3.1.3数控控制方式的改造

数控控制方式的改造是需要基于一定原则进行的，其基本标准就是要按照原有控制形式合理制造改造计划。机床控制方式主要分为三种类型：①开环控制；②半闭环控制；③闭环控制。所谓的开环控制，就是指数控系统不能立即接受到相关的反馈数据，只能够向外输出，且不能对其所处的方位进行鉴定。所谓的闭环控制就是在选择适宜的专业检测仪器的基础之上，对具体位置进行检测，并将相关信息反馈给数控系统中心。所谓的半闭环伺服系统和闭环伺服系统的工作流程大约相同，主要的差异存在于检测仪器安装位置的不同，前者检测仪器是安装在工作台上的，后者是安装在伺服电动机轴上。

一般情况下，可以根据机床的具体情况选择适宜的方式，而数控方式的选择对于机床的改造的要求也日益提高，尤其是机床的精度和性能。所以，机床数控化改造最为重要的内容就是机床的功能化完善以及精度的提高。一般企业都会采用半闭环控制方式，因为其适用范围较广，其经济性也会提高。

3.2改造后的机床调试及故障分析

3.2.1伺服电机噪声过大

该问题的出现主要是由于伺服电机内的主动齿轮与丝杠装配间隙太小，导致齿轮安装过程中出现歪斜的现象，无法实现正常的咬合。对此，必须对电机的位置进行合理的调整，可采取将偏心套移动的方法实现齿轮中心距离的有效调节。

3.2.2工作台回程误差大

在移动工作台的过程中可能会产生反向误差，这是因为丝杠间隙或者是传动齿轮侧隙较大直接造成的。对此，可以缩小中心距离，并对齿轮侧隙进行一定的调整，或者是设置反向的间隙补偿值，使得数控系统实现自动补偿。

3.2.3主轴电机不变速

在系统AUTO工作方式下，输入程序：