基于普通車床數控改造研究

摘 要：科技的發展縮短了產品的周期，加劇了市場的競爭，企業要想在競爭中凸顯自身的實力，就必須開發出新的產品滿足市場的需求。數控機床具有精度高、效益高、柔性高的特點，對于制造企業如果購買新的數控機床滿足生產需要會投入大量的資金，造成原有機床的浪費。

關鍵詞：C6140 數控化改造 數控系統

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0046-02

制造業是推動國家科技進步的主要力量，是一個國家綜合國力的標志。根據我國現有的制造業的裝備水平與美國等發達國家相比仍有一定的差距，因此要改變這種落后的局面需要對原有的普通機床進行數控化改造，提高機床的工作效率，增強企業的市場競爭力。

1 數控系統的選擇

機床的數控化改造中最核心的部分就是數控系統的選擇，因此在選擇時要正確的對比常用的數控系統和國產數控系統的優缺點，詳細的了解數控系統各項的功能和參數等。

1.1 數控系統選型

目前在我國的數控市場上存在著多種多樣的數控系統，常用的有德國的西門子、國產的華中系統、廣數系統等。每種系統的價格和性能有很大的差別，因此合理的選擇數控系統可以有效的節約企業的成本。數控系統的選擇不能一味的追求高端，必須要通過市場的綜合分析，滿足改造的性能和要求且壽命較長的系統。

1.2 數控系統功能

（1）編程語言采用國際通用的G代碼編程，具有直線、圓弧、螺旋線插補功能，支持程序的旋轉、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序、子程序調用、多種坐標系設定等功能。支持MasterCAM、UG、ProE等CAD/CAM系統生成的數控加工程序。

（2）支持公制/英制輸入，絕對值/增量值編程，每分鐘/每轉進給和直徑/半徑編程功能。

（3）支持公制/英制輸入，絕對值/增量值編程，每分鐘/每轉進給和直徑/半徑編程功能。

（4）車床支持倒角（直角、圓角）、螺紋切削，螺紋切削具有多頭螺紋加工功能，并可加工變螺距螺紋。銑床既支持柔性攻絲也支持剛性攻絲，剛性攻絲的使用提高了加工效率，保證螺紋精度。

（5）支持恒線速度切削功能，根據刀尖的位置自動變化主軸速度，使切削線速度保持恒定，以滿足工件加工的工藝要求，大大提高精加工面粗糙度，延長刀具的使用壽命。

（6）具有小線段連續高速加工功能（G64）和準確定位功能（G61），加減速控制采用S曲線加減速。G64支持程序超前預處理，超前預讀程序，將小線段按連續軌跡高速進給，根據拐角大小，自適應控制進給速度，保證拐點處的誤差小于跟蹤誤差的允差設定，特別適合加工CAD/CAM生成的復雜模具加工程序。

2 數控車床機械部分改造設計

2.1 主傳動系統的改造設計

為了提升數控車床的加工質量，要求改造后的車床從原來的手動變為自動，確保零件在加工過程中的質量具有一致性。因此在節約成本的基礎上采用直接在原車床主傳動系統的基礎上，通過變頻器驅動主軸電機的方式達到主軸無級變速的效果。由于拆除了原車床的進給變速箱以及縱向絲杠，因此在車削螺紋時不能確保零件能夠轉動一周。為了使車床在改造后具備螺紋車削的功能，在主軸上安裝了一個增壓式光電脈沖編碼。

2.1.1 主軸變頻器的選擇

變頻器在市場上種類多樣，基于本次的改造要求以及對市場上變頻器的綜合分析，選擇使用丹佛斯-VLT2800型通用變頻器，其外觀小巧，安裝靈活方便，可以有效地節約電氣控制柜的空間，屬于多功能控制，抗過載能力強，安全性能好。具有較高的精確度和響應速度。PLC功能簡易、實用。如1圖所示。

2.1.2 主軸脈沖編碼器選擇

脈沖編碼器的選擇主要是根據機床主軸的最高轉速以及縱橫向滾珠絲杠的導程，在滿足基本要求的基礎上盡量以節約成本為本，通過市場的分析和對比最終選擇長春偉恒光電公司生產的HZ50S系列脈沖編碼器，外形以及參數如圖2所示。

為了將主軸的角位移信號準確的傳遞，要同時安裝編碼器和主軸。為了確保編碼器在轉動時的平穩性，減少車床主軸振動對脈沖編碼器轉動的影響，采用橡膠管柔性連接代替脈沖編碼器與主軸剛性連接的方案，具體的連接方式如圖3所示。

2.2 進給系統改造

2.2.1 縱向進給傳動系統的改造設計

在經濟實用的基礎上對車床的縱向進給系統進行改造時只需將進給箱、光桿一級絲杠拆除，保留滑板箱和絲杠和安裝軸承。將步進電機和減速齒輪安裝在原來的進給箱的位置，滾動絲杠安裝在遠絲杠的位置。

2.2.2 橫向進給系統的改造

機床橫向進給系統的改造設計與縱向的設計基本上一致，步進電機經齒輪傳動驅動滾珠絲杠，從而帶動中托班橫向運動。步進電機安裝在滑板箱上，橫向滾珠絲杠安裝在原有橫向絲杠的位置，將螺母固定在中拖板上。

2.3 刀架系統改造

采用自動轉位刀架來替代原車床的手動轉位刀架，這樣的機床刀架系統改造可以在加工過程中實現自動換刀，從而節約換刀的時間，提高生產的效率。自動轉位刀架的類型主要是依據被加工工件的工藝要求和數控系統的控制方式來確定的。

2.3.1 數控車床刀架的基本要求

刀架在加工過程中的主要功能用于夾持切削，是車床的重要組成部分。改造時刀架的選擇對車床改造的效果以及投入工作使用時的性能有著重要的影響，因此在選擇自動刀架時候要確保轉位迅速安全性高，轉位的精確度高，具有良好的密封性和夾持剛性，能夠適應重載切削。

2.3.2 數控車床刀架選型

通過對數控車床刀架的市場分析，最終選用江蘇宏大機電設備有限公司生產的LD4-CK6140型數控轉塔刀架。這種類型的刀架一共有4個刀位，比普通的刀架速度快。精確度高，能夠滿足對機床的改造要求，且價格經濟實惠，有利于公司節約成本。

2.4 機床導軌的改造設計

機床導軌的精確度對改造后的機床有著很重要的作用和影響。改造前的機床由于長期的操作不當，缺乏保養和維修，導致導軌的表面發生磨損的現象，長期以來影響導軌的精確度。如果不能及時的進行改造會影響滑板箱在進給時的平穩性。因此為了恢復機床導軌的精確度，采用刨削原有的導軌并進行表面的熱處理。這樣不但可以縮短改造的周期，而且還能起到良好的吸收震動的效果。

3 電氣部分改造設計

電氣部分的改造主要是對數控機床的電器控制柜進行重新的設計，設計了數控系統總線以及各個接口的連接圖，并對機床的主路圖和主軸控制電路圖進行設計。

3.1 電器控制柜的設計

數控機床的電器控制柜的內部主要與數控系統的主軸電機、變頻器等進行連接，因此對電氣控制柜的安裝面板要與后側壁柜之間有一定的空隙，以便可以通風散熱和接線。電氣控制柜的安全必須與既定的要求符合，電氣材料要具有一定的強度和耐腐蝕性，且密封性良好，使用時能夠容易的打開控制柜。

3.2 數控系統各部分的連接及接口設計

數控系統可以通過串口與外界的計算機相連接，并完成數據的交換和傳遞，也可以通過USB接口與外界的存儲裝置進行連接進行數據的交換。USB接口的連接主要用于數控系統與外部的存儲裝置之間的連接。進行USB接口的連接時可以直接的將外部的存儲裝置插到控制面板的USB接口中，系統就會自動的對外部的存儲裝置進行識別，并打來符合系統要求的文件和信息內容。

串口RS232的技術規格電平主要是標準的RS232電平，通信波特率主要有3種9600 bps、19200 bps和38400 bps，具體可以根據裝置的參數進行設置。這種系統必須利用廣數的專用通信軟件與外部的計算機進行相連，建立通信渠道，從而完成數據的交換。連接時，通信電纜的長度不能超過15 m，不然會導致傳輸失真。連接CNC與PC機的外殼時應各接一條接地線，防止出現線路的損壞。數控系統通過RS232接口與其他的數控系統連接時且只能與同一型號的系統相連接，通信電纜的長度不能超過15 m，否則會導致數據的傳輸失真。

4 結語

我國是制造業大國，擁有大量的普通機床。為了適應時代的發展和科技的進步，需要對原有的車床進行更新換代，但這會增加企業的經濟負擔，因此基于經濟實用的因素對原有的車床進行改造和設計，既節約了企業的制造成本，又不斷的提高企業的技術水平。改造后的數控車床不但能夠滿足生產的需要，還能夠提高車床的精度，極大的提高了企業的生產效益。

參考文獻

[1]伍倪燕.CA6140普通車床改造為GSK928TC數控車床的研究與實踐[D].西華大學，2014.

[2]蔡云松.C6140普通車床數控化改造[D].西南交通大學，2014.

[3]劉峰，羅天鑫.普通車床的數控化改造研究[J].科技資訊，2014（28）：57.