普通機床數控化改造要點探討

楊秋平等

摘 要：隨著數控及自動化的發展，普通機床在能耗、效率及精度方面較現代化數控機床差距很大，并且普通機床精度下降后的大修耗時長，對維修技術工人的技能依賴度高，本文旨在通過對普通機床數控化自動化改造要點進行探討，目的在于解決普通機床能耗高、效率低、精度低及維修依賴度高等方面的問題。

關鍵詞：普通機床；數控；改造

1 普通機床的概念及常規大修方法

本文探討的普通機床均是指由三相異步電動機作為動力，有一定長度的滑動摩擦平面或V型導軌，且導軌往復運動使用頻率較高，機床大修周期較短的通用設備或專用設備。

普通機床的大修主要是解決由于導軌的磨損導致的機床精度下降問題。導軌磨損較少、一般采用刮研導軌修復的方法，由專業技術鉗工完成，對鉗工的經驗及技能依賴很大，鉗工的經驗和技能直接決定導軌刮研質量的好壞，導軌刮研工作量大，特別是大型機床，對鉗工的體能也是一種考驗，而且普通機床不能無限次的刮研，刮研次數過多或刮研量較大會影響機床的中心等參數；導軌磨損嚴重時一般采用在導軌上下摩擦面上粘貼導軌板的方法修復，此方法與刮研修復相比除同樣對維修鉗工技能要求較高外，同樣設備情況下維修工作量較小，且對機床的中心等參數影響小，

目前由于數控機床標準化導軌的出現以及鉗工工種本身的高勞動強度，年輕的鉗工技術工人越來越少，企業也在探尋能夠替代維修周期長、勞動強度高、鉗工技能依賴嚴重的設備改造方法，期待通過設備改造，將導軌更換成精度及剛性合適的標準件，這樣就能大大縮短維修周期，減輕維修鉗工勞動輕度，降低對維修鉗工的技能依賴。

2 普通機床數控化改造

對普通機床進行數控化改造主要解決兩方面的問題，一是導軌改造、二是數控系統選用。導軌改造可以將導軌標準化，降低電機負載（或直接降低電機額定功率選擇），數控系統選用，主要是根據機床加工特點選用步進電機或伺服電機，確定加工軸數（電機數），安裝限位等。

2.1 導軌改造

（1）導軌選用

從導軌的經濟性、剛性、安裝尺寸、負荷及扭矩等方面綜合考慮選用。

經濟性方面主要考慮選用線性滑軌和交叉滾子導軌，線性滑軌是順應現今機械高精度、高性能化的趨勢而研發的，具有高精度、高負載能力、高剛性、全密封防護、低噪音、低摩擦力、互換性及安裝方便等特點，由導軌和滑塊配合使用；交叉滾子導軌是由兩根帶有V型滾道的導軌、特殊材質的塑料保持架、圓柱滾子組成，相互交叉排列的圓柱滾子在經過精密磨削的V型滾道上做往復運動，可承受各個方向的載荷，實現高精度、平穩的直線運動，具有滾動摩擦力小、穩定性能好、啟動摩擦力小、隨動性能好、接觸面積大、彈性變形量小、安裝使用方便等特點。相近規格的情況下交叉滾子導軌價格較高，不過交叉滾子導軌主要是小規格的。

剛性方面，若機床對剛性要求較高，可以從交叉滾子導軌、圓球線性滑軌和圓柱線性滑軌中選擇，交叉滾子導軌剛性一般，線性滑軌中的滾動體分為圓球和圓柱，滾動體為圓柱的線性滑軌剛性最大，滾動體為圓球的次之。另外對于交叉滾子導軌可以從增加圓柱滾子數量上增加剛性，但是床面行程將會縮短。線性滑軌還可以從同種規格中選用不同預壓等級的滑塊，預壓等級中的預壓力是預先給滾動體負荷力，亦即加大滾動體直徑，利用滾動體與滾道之間負向間隙給予預壓，此舉能夠提高線性滑軌剛性及消除間隙，但是過大的預壓力會提高摩擦阻力和降低使用壽命。

安裝尺寸方面，以水平安裝兩個導軌為例，同種規格線性滑軌垂直方向的安裝尺寸大于交叉滾子導軌，交叉滾子導軌水平方向安裝尺寸大于線性滑軌，機床改造時要結合機床本省是否有足夠安裝空間。

負荷及扭矩方面，相同規格的交叉滾子導軌和線性滑軌靜動額定負荷基本相同，但是線性滑軌的各方向扭矩遠遠大于交叉滾子導軌，同種規格的圓柱線性滑軌各方向扭矩比圓球線性滑軌高約50%，同樣的圓柱線性滑軌或圓球線性滑軌的滑塊分為四方型和法蘭型，法蘭型的滑塊線性滑軌組合高度低，承靠面積大，使用于承受負載扭矩較大的場合，四方型滑塊寬度較小，適合有安裝空間限制的設備

（2）機床床身尺寸加工

對于線性滑軌或交叉滾子導軌的安裝主要會影響機床的中心高，機床水平中心等尺寸，為了達到合適的中心高只有采用將原有平面導軌銑出矩形槽或直接在平面導軌安裝，通過墊高主軸箱或尾座的方法使機床中心高一致，但是墊高的方式不如采用銑出下沉矩形槽的方式機床剛性好。對于承受垂直翻轉扭矩較大的機床還要考慮水平方向兩組導軌的間距，間距越大承受的受垂直翻轉扭矩越大，反之，則越小，但是這種間距同樣受到原有機床導軌位置的制約。

2.2 數控系統選用

機床數控化改造加工好床面導軌后就要考慮數控系統選用，數控系統選用主要根據機床的加工精度是選用不帶反饋系統的步進電機數控系統還是選用帶反饋系統的伺服電機數控系統，選擇時兼顧實用性和經濟性原則；根據導軌改造后負載的變化重新選用合適扭矩的步進電機或伺服電機，這是一個難點，以下重點來探討電機扭矩的選擇。

普通機床導軌由平面或V型導軌改造成摩擦阻力更小的交叉滾子導軌或線性滑軌后，原來作為動力的交流三相異步電機負載將減小，因此在選用電機的扭矩時以不超過原有交流三相異步電機扭矩為上限原則，例如：原有的三相異步電機為額定功率5.5KW，額定轉速1440r/min，根據公式T=9549*P/n（T為扭矩，單位N/m，P為電動機額定功率，單位KW，n為電動機額定轉速，單位r/min）得出T約為36.5N/m，因此選用電機的扭矩就在36.5N/m以下根據實驗或經驗確定。

3 結束語

對普通機床的數控化改造由于受到原有設備尺寸及安裝位置等的影響，這種改造某些方面沒有重新設計制造的新設備合理，但是對于改動較小就能實現數控化自動化的普通機床來說還是具有一定的經濟性，因此在對普通機床數控化改造時應綜合考慮經濟性、實現難易度、改造后的效率及故障率等各方面因素。

參考文獻

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