普通机床数控改造在职业技能大赛中的应用

周树强，周丽霞，覃 琴，何正琛

（成都航空职业技术学院，四川成都 610100）

普通机床数控改造在职业技能大赛中的应用

周树强，周丽霞，覃 琴，何正琛

（成都航空职业技术学院，四川成都 610100）

根据全国职业院校技能大赛要求，对一台普通车床进行数控改造。详细阐述了改造方案，包括总体设计、主轴系统改造、进给系统改造、刀架改造和数控系统选用与调试等。改造后的车床能够满足比赛要求，既节约了资金，又锻炼了学生。

技能大赛；数控改造；促进作用

根据2013全国职业院校技能大赛要求，数控设备运用与维护专业比赛项目是数控机床装配、调试与维修，选用的是卧式平床身CKA6150数控车床。由于学校没有这类数控机床，考虑到购置新设备对比赛来说成本太高，于是用一台报废的普通车床进行数控改造。在改造过程中，结合比赛内容，进行针对性的改造，让学生完全参与到改造过程中，既促进学生对数控机床装配、调试与维修更深刻的理解，更利于学生参加比赛。

1 技能大赛的重要性

全国职业院校技能大赛是中华人民共和国教育部发起，联合国务院有关部门、行业和地方共同举办的一项年度全国性职业教育学生竞赛活动。数控机床装配、调试与维修比赛项目，目的是检验参赛选手的团队协作能力、计划组织能力和数控机床机械、电气装调、精度检验、故障诊断和排除技能，考察选手的质量、效率、成本、安全和环保意识；推动高职院校数控设备应用与维护专业的教育教学改革；加快工学结合人才培养模式改革与创新的步伐，促进高职院校紧贴产业需求，培养制造企业急需的数控设备机械、电气维修人员等高端技能型人才[1]。根据全国职业院校技能大赛要求，2013年数控设备应用与维护专业比赛项目选用的是卧式平床身CKA6150数控车床作为比赛平台。由于学校没有这类数控机床，考虑到购置新设备对比赛来说成本太高，用一台C620-l普通车床进行数控改造。

2 数控改造方案

2.1 总体改造方案设计

根据“2013年全国职业院校技能大赛”高职组数控机床装配、调试与维修赛项规程，比赛内容分为五部分：机械组件安装与调试；机床功能检查、故障排除；全闭环控制方式下机械、电气安装调试；半闭环和全闭环控制方式下机床运动精度检测、对比与分析；试切件的编程与加工[2]。根据比赛规程，在这次比赛中需要进行机床半闭环和全闭环的比较，所以对机床X轴进行全闭环改造，Z轴半闭环改造，并且Z轴用同步齿形带传动的结构、主轴机械部件和机床导轨不做改造，数控系统选用FANUC 0i mate TD数控系统。

图1 Z轴传动系统结构图

2.2 主轴系统改造方案

根据比赛要求，主轴系统需要进行高、中、低三档手动变速，选择原机床主轴系统中间三档作为手动变速。主轴电机可以使用原有的普通三项异步交流电机拖动，要实现无级变速，考虑到经济性，选择用主轴交流变频调速系统。

根据试切零件样题得知，机床要实现螺纹切削功能，主轴部位安装主轴编码器。为了保证螺纹加工的质量，主轴编码的转速、方向必须和主轴同步，所以选择用同步轮、同步带的连接方式与车床主轴同步。

2.3 进给系统改造方案

普通机床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，而数控机床则是单独驱动。在能够满足车床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，一般多将电机与丝杠副通过联轴器直接连接，所以X轴选择联轴器直接与丝杠连接，并且安装直线光栅尺。而Z轴对应丝杠较长，直径较大，所以考虑到动力问题，中间通过同步齿形带减速传动。Z轴传动系统结构如图1所示。

普通车床导轨大多数采用滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时间后会有不同程度的磨损，对车床传动精度和其保持性有一定的影响，一般数控改造时都要进行必要的修理。由于考虑到比赛经济性，导轨修复成本比较高，而且对比赛影响较小，所以对导轨不做改造。

机床丝杠的改造，普通机床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，摩擦阻力大、传动效率低，不能适应高速运动[3]。而滚珠丝杠摩擦损失小，传动效率高，所以选择滚珠丝杠作为X轴和Z轴的传动。对应滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相当。

2.4 刀架改造

目前数控车床大部分都是自动刀架，定位更准确、迅速。电动刀架分为卧式转塔式（一般安装8～12把刀）、立式电动刀架（一般安装4～6把）和排式刀架，卧式转塔式价格比较昂贵，排式刀架自动车床用得比较普遍，改造中常用电动四方刀架。

2.5 数控系统选用

根据比赛要求，数控系统可以选择FANUC 0i Mate TD、Siemens 808D、华中8型数控系统，通过调研多家机床生产企业和多家数控设备加工企业，并从教学比赛贴近生产的实际情况，选择使用FANUC 0i Mate TD数控系统。

2.6 数控系统连接与调试

FANUC 0i Mate TD数控系统是FANUC公司推出的经济型车床数控系统，系统连接如图2所示[4-5]。

根据比赛要求和C620-l车床的实际情况，设计出机床的主电气原理图如图3所示。

图2 FANUC 0i Mate TD数控系统连接图

图3 C620-l车床改造主电气原理图

根据设计的机床电路图完成连接，进行数控系统的PMC程序、基本参数、主轴参数、伺服参数的调试，让机床能正常运行。

3 促进作用

通过这次利用普通机床改造成数控机床，整个过程都是由学生参与，并且首先让学生根据比赛规程提出设计方案，然后老师再根据学生的方案讲解具体的实施过程，学生动手去做，这样不仅达到训练比赛的目的，而且更清楚让学生明白比赛的难点在什么地方。

4 结束语

通过本次普通机床的成功改造，节约了资金，锻炼了学生，同时也为在其他传统设备的数控化改造方面，提供了理论和实践依据。

［1］2013年全国职业院校技能大赛手册［Z］.全国职业院校技能大赛组委会，2013.

［2］2013年全国职业院校技能大赛赛项指南［Z］.全国职业院校技能大赛组委会，2013.

［3］王印力，周新民，叶选林.普通车床机械部分的数控改造［J］.林业机械与木工设备 ，2008（11）：56-57.

［4］FANUC Series 0i-MODEL D连接说明书（功能）［Z］.北京发那科机电有限公司，2009.

［5］FANUC Series 0i-MODEL D维修说明书［Z］.北京发那科机电有限公司，2009.

The Application of General-Purpose Machine Tool NC Transformation in the Vocational Skills Competition

ZHOU Shu-qiang，ZHOU Li-xia，QIN Qin，HE Zheng-chen
（Chengdu Aeronautic Polytechnic，Chengdu610100，China）

According to the requirements of the National Vocational Student Skills Competition，to study the NC transformation of a General-purpose Machine Tool.This article expounds the transformation program in detail，including the overall design，the spindle system transformation， feeding system transformation，transformation turret，and CNC system selection and debugging.After transforming，the lathe can meet the requirements of the competition，which saves money，and also exercise the students.In vocational skills contest training，lets the student participate in ordinary lathe of numerical control technology，the game has a very good role in promoting，at the same time reduces the cost.

skills competition；NC transformation；promoting effect

TG659

B

1009－9492(2015)10－0130－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.034

周树强，男，1987年生，四川资中人，大学本科，助教。研究领域：机械制造与自动化。

(编辑：王智圣)

2015－04－13