普通機床數控改造中需注意的若干問題

■濟柴聊城機械有限公司 （山東 252000） 劉廣強 丁延亮 蘇洪年 徐 銳

普通機床數控改造中需注意的若干問題

■濟柴聊城機械有限公司 （山東 252000） 劉廣強 丁延亮 蘇洪年 徐 銳

普通機床的數控改造需考慮多方面的因素、缺一不可，機床改造后的成敗是一個綜合結果。到目前為止我國有將近400多萬臺普通機床，其中有75%的可以進行數控化改造，機床的再制造領域仍處于上升階段，認真研究分析普通機床的數控改造方案任重道遠。

1. 普通機床數控改造的必要性

隨著工業經濟的發展，人們對產品加工精度及加工外在品質要求的提升，原來的普通機床生產效率低，對個人操作技能要求較高，操作人員的流動性也很難保證普通機床加工產品品質的穩定性。目前市場產品更新換代較快，普通機床很難適應這種變化的節奏，完全更換全新數控機床勢必給生產成本帶來相當的壓力，且存在風險，對普通機床的合理數控改造是中小型企業的首選，可以節省因全部更新造成的能源消耗及污染排放，改造后，可以由原來的專人專機，轉換為一人多機，智能控制。

2. 數控改造過程中配置的合理性

機床的數控改造前必須對機床的現狀進行合理的評估，從而制定合理的改造方案，避免不必要的配置；另外數控改造絕不是簡單的更換一下絲杠，配上數控系統就能完成的工作，要想達到理想的結果必須合理配型。

（1）明確改造的目的：弄清楚究竟是為特定產品，還是僅僅從提升機床品質而改造機床。

如果為特定產品改造機床，以下幾個方面需引起注意：改造后行程是否能滿足產品的加工要求，原機床的剛性及強度能否符合該產品的加工要求，產品及配套的加工夾具是否在合理的機床承重范圍內，改造后是否引起局部的剛性或強度下降，原機床的熱傳導性是否影響改造后機床的精度，改造后的自動化程度是否適應產品生產工藝流程的節拍，改造后機床部分配件的動平衡變化是否影響產品的加工精度，如何提升機床的加工性能及自動化程度等，這些問題均需參照國家相應類型的精度等級及機床驗收標準角度進行改造。

（2）改造前的準備：原始資料的準備，改造前機床的現有幾何精度需有明確的數據，以便以此為依據制定明確的設計任務書，參照原普通機床的出廠精度等級，討論制定切實可行的機床技術參數及改造方案。

（3）改造過程中需要注意的問題：①先要對機械導軌精度進行恢復，至于是否提升該機床的機械精度則取決于加工工件的精度要求。恢復機床導軌精度目前大多采用以下兩種方法，研傷導軌的磨削修復或刮研修復，甚至二者相結合。磨削過程中需要避免床身的變形，而刮研工作量較大，周期較長。②降低導軌摩擦力，提高機床的響應速度。對于普通機床鑄鐵與鑄鐵相摩擦的地方，采用成熟的新工藝，對導軌面貼塑處理，如果要求高剛性，則需粘貼耐磨銅板或合金鋁。對于要求高剛性的機床，可以改滑動導軌為直線滾動導軌，或采用滾動導軌塊及鑲鋼導軌的配合以降低摩擦。③增加集中自動潤滑。普通機床一般為手動潤滑，有固定的保養周期，對操作人員要求較高，為避免遺漏，改用集中自動潤滑后，機床導軌及絲杠的潤滑均可定時、定量地自動進行，避免干摩擦的發生。④簡化機床機械傳動鏈。盡量縮短傳動鏈的長度，以提高精度及可靠性。電動機與絲杠連接時需采用無反向間隙的彈性聯軸器；采用滾珠絲杠的螺旋傳動代替原來的普通梯形絲杠，個別大型機床需采用消隙齒輪齒條傳動，如需提高傳動轉矩的地方則采用直連精密行星減速機，或者通過同步帶減速增加轉矩。⑤機械裝配的合理性。裝配時必須先確定安裝基準，然后根據基準進行裝配，分清先后順序，避免精密部分的反復拆卸，熱裝及冷裝必須根據轉動部位的部位合理選擇，如安裝軸承時，采用軸承加熱器，合理預熱后，可以無創傷安裝，而如果安裝不當，勢必造成軸承精度及壽命的降低；安裝密封件時，也應該根據密封件的材質確定安裝方案，避免硬性安裝。數控系統的選擇未必進口的都是合適的，如果不能充分發揮系統的功能，反而浪費，量力而行，根據實際加工需求，合理選擇系統。對于一般半閉環的機床，國產系統已完全能替代進口產品，性價比較高，KND數控、藍天數控等都是不錯的選擇。對于閉環的機床，有些國產系統也足以滿足一些要求，如藍天NC110系統等；繼電器等電氣普通電氣元件，應選擇一些國內名牌產品，盡量采用市場較流行的新工藝，以提高動作的穩定性，對于一些反復運轉的部位，電纜必須選用有抗拉且柔韌性好的，避免電路的虛連等不穩定因素。⑥在機床的調試過程中，應該對機械及電氣分開調試完成后，再整體試車。在確認機械傳動鏈安裝無誤后，可能的話，先進行手動旋轉，利用測試轉矩大小的變化，檢查傳動鏈是否存在隱患。電氣調試則必須先空盤測試，各輸出繼電器無誤后，連接電動機，設置好系統各坐標軸的電子齒輪比，檢查各坐標軸的硬限位是否有效，機床的軟限位是否有效，然后進行機床手動回零，建立機床坐標系。⑦運行機床、檢測機床的幾何精度，先對機床精度粗調整，在靜態幾何精度合格后，必須進行試件的多次切削加工，以檢驗機床精度的穩定性，在調試的過程中，每次檢驗，繪出機床導軌的直線度曲線圖，同時記錄檢測室的溫度和濕度，通過不同時段繪制的曲線圖進行對比，找出變化規律，去掉尖端，平緩改進導軌的直線度，直到幾天的不同時段僅有微小變化時，調整初期結束。在機床運行幾個月最多半年后，再進行一次精調整。

3. 影響機床改造后機床精度的地基因素

對于一些大型或精度要求高的機床，在制作機床基礎時，必須根據國家機床地基的標準進行設計，墊層夯實，混凝土嚴格結合機床的質量及占地面積，合理布置鋼筋網，為減少周圍環境的干擾，預留減振槽。如果機床的基礎不合理，出現塌腰現象，或與周圍物體共振，機床精度勢必不會穩定。

4. 改造團隊人的因素

改造是否成敗，人員要合理配置，分工必須明確，職責明確，避免出工不出力，制定合理的激勵措施，充分調動所有人的積極性，這樣才能縮短改造加工周期，提升改造后機床的品質。

5. 改造應用

筆者結合多年改造經驗，簡單介紹一下齊一機床廠立式車床C5112A的數控改造過程。

首先弄清機床原說明書等技術資料，確定改造目的與方向，對機床工作臺轉速及橫梁升降部分保留原功能，對機床立刀架及溜板橫向進給部分更換伺服電動機，以便實現二軸聯動。并且對機床原導軌進行磨削恢復機床導軌的直線度，對鑲條作貼塑處理。機床原進給功率1.3/1.7kW，立刀架快速進給范圍0.8～86 mm/min，為減少傳動鏈，采用彈性膜片聯軸器與絲杠直連，原梯形絲杠更換為精密的滾珠絲杠，滾珠絲杠采用國產南京藝工FFZD4005-P4及FFZD3205-P4，具體選擇參照機械設計手冊螺旋傳動部分，對應的螺母座需重新設計，軸承更換為數控絲杠專用60°接觸角軸承，電動機座及絲杠的支撐方式進行重新設計，伺服電動機及驅動部分及數控系統均采用性價比較高的KND100Ti系統，X軸采用5.5kW，轉矩為27N·m的150ST系列的伺服電動機，驅動為SD100-5，Z軸采用4.7kW，轉矩為23N·m的帶抱閘功能的伺服電動機，驅動為SD100-5；刀架采用國內工藝成熟的煙臺環球320×4數控磚塔刀架，潤滑采用南京貝奇爾的2L集中潤滑泵，對原來的潤滑點接入自動潤滑系統。改造后將機床保養設備點檢卡更新相應內容。一般來說，在配件準備齊全的情況下，改造一臺C5112立式車床5～7天即可完成機床的調試，且符合國家數控車床精度驗收要求。

總之，改造后可提高加工精度，具有穩定的加工質量；可進行多坐標的聯動，能加工形狀復雜的零件；加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節省生產準備時間；機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機床的3～5倍）；機床自動化程度高，可以減輕勞動強度。參考文獻：

[1] 劉文娟，姜晶. 金屬切削機床[M]. 北京：機械工業出版社，2014.

[2] 張發軍. 機電一體化系統設計[M]. 湖北：華中科技大學出版社，2013.

20141210）