建筑機(jī)械機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)探析

■鄭 芳，張 紅 ■.南山集團(tuán)公司，山東 煙臺(tái) 6573;.煙臺(tái)南山學(xué)院，山東 煙臺(tái) 6573

目前許多建筑工程企業(yè)都存有大批閑置的普通機(jī)床，如果能對(duì)這些普通機(jī)床進(jìn)行改造、升級(jí)，以較小的投入盡快使這些閑置機(jī)床在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮作用、創(chuàng)造效益，其對(duì)建筑企業(yè)的發(fā)展又提供了一定空間，對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造技術(shù)探究情況如下:

1 普通機(jī)床數(shù)控改造后的優(yōu)點(diǎn)

(1)性能穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。(2)加工零件的精度高，可實(shí)現(xiàn)多工序的集中加工，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。(3)投資額少，交貨期短。

2 機(jī)床數(shù)控化改造后組成

一般分為五部分:機(jī)床主機(jī)、數(shù)字控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、其它附屬設(shè)備。

2.1 機(jī)床主機(jī)

機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，它包括床身、主柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。

2.2 數(shù)字控制系統(tǒng)

數(shù)字控制系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心。當(dāng)前一般采用計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computered NumericalControl簡(jiǎn)稱CNC)系統(tǒng)。它是一臺(tái)專用控制計(jì)算機(jī)，包括硬件(印制電路板、顯示器、鍵盤(pán)、閱讀機(jī)等)項(xiàng)控制功能。

2.3 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件。一般通用機(jī)床的主軸和進(jìn)給系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸箱中轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)速度變換和加工運(yùn)動(dòng)。

2.4 輔助裝置

輔助裝置是保證數(shù)控機(jī)床的功能得以充分發(fā)揮的配套部件。它包括的面很廣，有電器、液壓、氣壓等器件及系統(tǒng)，冷卻、潤(rùn)滑、輸送等裝置，由于它們對(duì)發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能起重要作用，因此受到重視，發(fā)展極為迅速。

2.5 其它附屬設(shè)備

為了提高數(shù)控機(jī)床工作效率，常常還配置一些附屬設(shè)備，如自動(dòng)編程機(jī)，機(jī)外對(duì)刀儀等。

3 普通車(chē)床數(shù)控化改造的總體方案

整個(gè)改造的過(guò)程為經(jīng)濟(jì)性改造，因此，在進(jìn)行改造方案的設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足基本性功能要求之外，應(yīng)當(dāng)對(duì)整個(gè)機(jī)床的改動(dòng)盡量小，從而更好的降低成本，本文以CA6140金屬切削機(jī)床的改造為實(shí)例，其主要的改造方案如下。

3.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造

CA6140金屬切削機(jī)床包含的進(jìn)給系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的控制均為主軸電機(jī)控制，經(jīng)過(guò)這次數(shù)控改造之后，將其原有的給進(jìn)系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)相分離，動(dòng)力的來(lái)源轉(zhuǎn)變?yōu)椴竭M(jìn)電機(jī)控制。此外，為了更好的確保兩者的聯(lián)系，在進(jìn)行進(jìn)給系統(tǒng)的改造時(shí)，應(yīng)在主軸上裝訂合適的脈沖發(fā)生器，從而保證兩者之間聯(lián)系的有效性。

3.2 絲杠改造—采用滾珠絲杠螺母副

為了更好的提升CA6140機(jī)床的工作效率與工作精度，將原有金屬切削機(jī)床的光桿改造為滾珠絲桿的方式，其控制也是由步進(jìn)電機(jī)負(fù)責(zé)，這在很大程度上不僅能夠提升整個(gè)機(jī)床的工作效率與工作精度，同時(shí)整個(gè)機(jī)床的使用性能也會(huì)得到較大的提升。

改造成為的滾珠絲杠工作原理為在螺母與絲杠之間采用滾動(dòng)體作為兩者的傳動(dòng)性元件，將金屬切削機(jī)床光桿原先的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠絲杠的直線性運(yùn)行方式，所以，滾珠絲杠及時(shí)一種傳動(dòng)性的元件，同時(shí)也是一種實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的元件。

采用滾珠絲杠相對(duì)于先前的光桿有著較大的優(yōu)勢(shì)。首先其為滾動(dòng)傳動(dòng)，整體的磨損較少，機(jī)械傳動(dòng)的總體效率較高，能夠達(dá)到0.95左右。當(dāng)整個(gè)螺母預(yù)緊之后，間隙能夠完全的消除，整體的剛性非常好，傳動(dòng)的精度也非常高，此外，傳動(dòng)過(guò)程中摩擦阻力也是非常小的，并且摩擦阻力與運(yùn)動(dòng)速度沒(méi)有較大的關(guān)系，不容易發(fā)生低速爬行的情況，在很大程度上更為提升了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.3 刀架改造

傳統(tǒng)普通型車(chē)床刀架在很大程度上不能夠達(dá)到改裝之后車(chē)床整

體精度與性能的標(biāo)準(zhǔn)。因此，需將普通車(chē)床的刀架轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控刀架。數(shù)控刀架相對(duì)于普通車(chē)床的刀架存儲(chǔ)量是非常大的，同時(shí)工作的精度也是非常高的，特別是其安全可靠性能較高。

現(xiàn)階段數(shù)控自動(dòng)進(jìn)行換刀的裝置已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中得到

較為廣泛的應(yīng)用，這在很大程度上不僅提升了整個(gè)機(jī)床工作生產(chǎn)的效率，同時(shí)也拓寬了整個(gè)機(jī)床使用的范圍，特別是在加工能夠完成多道工序的一次性安裝，降低了零件定位安裝次數(shù)，提升了工作的總體效率。

3.4 步進(jìn)電機(jī)的改造

步進(jìn)電機(jī)的工作方式和一般電機(jī)不同，是采用脈沖控制方式工作的，必須按一定的規(guī)律對(duì)各相繞組輪流通電，步進(jìn)電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電機(jī)有3相、4相、5相、和6相等。由步距角計(jì)算可知，循環(huán)拍數(shù)越多，步距角越小，因此定位精度越高。

3.5 導(dǎo)軌改造

目前比較常見(jiàn)的導(dǎo)軌軟帶有國(guó)外的Turcite－B導(dǎo)軌軟帶以及國(guó)產(chǎn)TSF塑料軟帶。塑料導(dǎo)軌軟帶的粘結(jié)方法簡(jiǎn)單，通常采用黏結(jié)材料將其貼在所需處，作為導(dǎo)軌表面;用汽油或金屬清洗或丙酮清洗導(dǎo)軌粘貼面后，用膠黏劑粘合導(dǎo)軌軟帶，加壓初固化1～2h后再合攏到配對(duì)的固定導(dǎo)軌或?qū)Ｓ脢A具上施以一定的壓力，并在室溫固化24h，取下清除余膠，即可開(kāi)油槽和加工。

3.6 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路改造

任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下4部分組成。

(1)中央處理單元CPU。(2)總線。包括數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)和控制總線(CB)。(3)存貯器。包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫(xiě)存貯器。(4)I/O輸入/輸出接口電路。

由于MCS—51系列單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價(jià)廉，普及性、通用性強(qiáng)，制造和維修方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床改造的需要。C6140數(shù)控改造以8031CPU組成的單板機(jī)為數(shù)控控制系統(tǒng)。也可直接購(gòu)買(mǎi)國(guó)內(nèi)較好的數(shù)控系統(tǒng)系列產(chǎn)品做為數(shù)控裝置，如南京大方數(shù)控設(shè)備公司生產(chǎn)的JWK系列數(shù)控產(chǎn)品。

4 金屬切削機(jī)床數(shù)控化改造成本分析

當(dāng)金屬切削機(jī)床經(jīng)過(guò)完善的數(shù)控改造之后，床頭箱仍舊為未改造之前的，也就是整個(gè)系統(tǒng)其主動(dòng)傳統(tǒng)的系統(tǒng)沒(méi)有變化，而是將金屬切削機(jī)床傳統(tǒng)系統(tǒng)中道家轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控的形式。金屬切削機(jī)床原有的橫向與縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造成為了滾珠絲杠傳統(tǒng)的方式，刀架的形式也改裝成為了六方刀架的方式，此外，在金屬切削機(jī)床的床鞍部位也有著一定的改動(dòng)。

整個(gè)金屬切削機(jī)床改造的成本在一萬(wàn)元以內(nèi)，例如AC6140金屬切削機(jī)床，其生產(chǎn)廠家為牡丹江機(jī)床廠，該金屬切削機(jī)床的出廠價(jià)位在四萬(wàn)以內(nèi)，經(jīng)過(guò)完整的數(shù)控改造之后，其所需的改造成本不到一萬(wàn)元，但是在其實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，工作的效率大大的提升，較大的節(jié)約了構(gòu)件加工所需的時(shí)間。

5 結(jié)論

建筑企業(yè)對(duì)閑置金屬切削機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，其性價(jià)比高，機(jī)床的自動(dòng)化程度也大幅提高，而且還能解決復(fù)雜建筑零件的加工精度問(wèn)題，節(jié)約大量建筑工裝費(fèi)用，減輕建筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高建筑工人素質(zhì)，為提高建筑企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力創(chuàng)造了條件;同時(shí)，也提高了建筑設(shè)備自身對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的應(yīng)變能力，金屬切削機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造確實(shí)是一件利國(guó)利民的好事。

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