普通機床數控化改造技術

鄭國華

（福建群峰機械有限公司）

普通機床數控化改造技術

鄭國華

（福建群峰機械有限公司）

近年來，數控機床在我國機械加工生產領域已經趨于普及，究其原因主要因為它本身加工精度高、生產效率高等優勢突出，有效地保證了產品的生產質量和產量，也為我國機械產業的現代化、智能化發展做出了積極貢獻。本文從數控加工技術的概念入手，簡單闡述了其數控化改造技術的應用要點，以供同行工作參考。

機床；數控技術；改造；機械加工

引言

機床數控技術在我國起步較晚，屬于一種自動化的機床控制技術，是比較先進的世界機械產業。隨著科學技術的進步，電子信息技術水平不斷提高，使得普通機床的生產更加高效，精度也更高，這就提高了機械產業與制造業的整體生產能力。在此基礎上，可以對比較落后或者性能不完善的機床進行改造。

1　數控技術概述

所謂的數控技術主要指的是在機床加工、生產過程中通過數字信息來對整個加工流程、加工內容進行全過程、全方位的現代化控制，從而提高機械設備的加工效率以及生產管理的自動化程度，這也是實現機械加工智能化、現代化和綜合化的重要依據。目前的數控加工技術應用中主要包含了：傳感檢測技術、光電子技術、網絡通信技術以及機械自動化加工技術等，但不管是針對哪一種加工內容，都必須提前預編程序，然后采用合理、科學的程序對設備發出指令，然后給予控制。

2　機床數控化改造的關鍵環節

2.1進給軸的改造

一般的車床的X、Z軸都是同一個電機進行驅動的。進給運動的完成是在光杠、絲杠和滑動驅動變速箱共同完成，切削運動主要是借由溜板箱實現的。在改造數控車床的過程中，需要先將溜板箱以及光桿清除，然后依賴進給伺服或者是步進傳動鏈完成進給運動。其具體實現如圖1。

圖1　進給軸的改造流程示意圖

橫向按照數控的指令的不同決定走道量的多少。在改造之后，整個傳動鏈的傳動精度都在保證機床的剛度的基礎之上，再由滾珠絲杠副、布置結構形式、機床導軌等決定。

2.2主軸部分的改造

車床主運動就是車床可以按照速度的不同進行運動，從而帶動其他構件的運轉，也就是所謂的主要耗能部件。普通機床就是通過主電機、齒輪箱手動或者是自動變速器等，其速度大多是九～二十四級。普通機床可以操作電磁以及液壓離合器實現主軸速度的轉變以及反向運轉。但是需要注意的是，數控機床速度變化以及反向運轉需要依靠電主軸、變頻電機以及逆變器等等共同完成。

2.3刀架部分的改造

目前，數控車床中刀架中最為常見的刀架就是電動刀架，其主要優勢為位置鎖定速度快，定位精度也比較高。但是普通車床中電動刀架的使用頻率比較低，比較常見的工作模式是手動、液壓驅動或者是電動驅動綜合運用。在改造過程中，可以根據改造需求做些許調整，如將部分位置改為電動操作。使用頻率比較高得電動刀架有前置平轉電動刀架和后置磚塔刀架，會按照8～12把刀，其造價比較低。

2.4潤滑部分的改造

在改造普通機床時，一般不會對主軸箱的潤滑有任何變動，潤滑時間和油量等都是人工操作的，但是這種方式會對機床造成很大的損壞，且會影響導軌、滾珠絲杠的精度。同時，機床驅動的靈便型也會有所影響。在改造階段，經常會使用定時、定量的潤滑方法。油潤滑方式可以分為兩種，即手動潤滑和自動軟化，可以按照被改造的機床的具體情況進行合理選擇。

2.5機床防護

普通的機床都是開放式的，其防護方式大約分為局部防護、半防護、全防護三種。局部防護和普通機床防護基本一致，對于絲杠副、電機以及走線等都需要采取必要的保護措施。半防護是加裝了切削，全防護也就是先做好局部防護，然后再封閉整個機床。

3　實例XK5040機床數控化改造

3.1改造總體方案

該次數控化改造分為兩個主要階段，分別為機械改造和電氣控制系統改造。因為機床長期使用，多個零件都有損壞，需要進行更換。CNC全稱為計算機數字控制機床，是利用數控加工程序對機床的操作進行改造，使其趨于自動化。圖2舊機床的數控化工藝流程。圖3總體改造方案結構示意圖。

3.1.1進給系統的橫縱向改造

進給系統主要是由數控機床的反饋電路組成的，其最為重要的性能就是檢測，該系統的主要特點為使用壽命長，剛度強，間隙小等。一般數控機床進給系統中使用比較普遍的是機械傳動裝置時滾絲、絲杠副、靜壓蝸桿等。對此，上述改造主要是對進給系統的個性指標進行完善，如橫縱向滾珠絲杠的剛度、效率、強度和穩定性等，最終需要保證原絲杠的運行可以滿足當前的技術要求。首先，需要對橫縱向伺服電機的負載轉矩也就是T負載慣量JL，然后再按照其基本條件對轉子慣量JM進行排序，1

圖2　舊機床的數控化工藝流程示意圖

圖3　總體改造方案結構示意圖

在計算X、Y軸傳動軸的齒輪和模數時，可以按照下式進行：

式中：i-X、Y軸的傳動比。將電機的相關參數以及絲杠螺距帶入上式就可以得到兩個齒輪的模式，計算結果如下：

式中：z1=17；z2=51，m=3mm。

3.1.2主傳動系統的改造

主傳動系統是上述機床最為主要的動力執行結構，必須依據機床的實際情況制定具有針對性的制造方案。但是本次改造有一個前提，即不能夠改變銑床的機械部分，但是需要對電氣部分進行大的改動，這是為了將其改變為變頻器變頻調速。就變頻器部分，利用了性能較為突出的電流矢量控制型的常用變頻器類型。其突出特點為可以有效抵抗干擾，并且很好地地質電機產生的沖擊電壓，噪音也比較小。

3.1.3數控控制方式的改造

數控控制方式的改造是需要基于一定原則進行的，其基本標準就是要按照原有控制形式合理制造改造計劃。機床控制方式主要分為三種類型：①開環控制；②半閉環控制；③閉環控制。所謂的開環控制，就是指數控系統不能立即接受到相關的反饋數據，只能夠向外輸出，且不能對其所處的方位進行鑒定。所謂的閉環控制就是在選擇適宜的專業檢測儀器的基礎之上，對具體位置進行檢測，并將相關信息反饋給數控系統中心。所謂的半閉環伺服系統和閉環伺服系統的工作流程大約相同，主要的差異存在于檢測儀器安裝位置的不同，前者檢測儀器是安裝在工作臺上的，后者是安裝在伺服電動機軸上。

一般情況下，可以根據機床的具體情況選擇適宜的方式，而數控方式的選擇對于機床的改造的要求也日益提高，尤其是機床的精度和性能。所以，機床數控化改造最為重要的內容就是機床的功能化完善以及精度的提高。一般企業都會采用半閉環控制方式，因為其適用范圍較廣，其經濟性也會提高。

3.2改造后的機床調試及故障分析

3.2.1伺服電機噪聲過大

該問題的出現主要是由于伺服電機內的主動齒輪與絲杠裝配間隙太小，導致齒輪安裝過程中出現歪斜的現象，無法實現正常的咬合。對此，必須對電機的位置進行合理的調整，可采取將偏心套移動的方法實現齒輪中心距離的有效調節。

3.2.2工作臺回程誤差大

在移動工作臺的過程中可能會產生反向誤差，這是因為絲杠間隙或者是傳動齒輪側隙較大直接造成的。對此，可以縮小中心距離，并對齒輪側隙進行一定的調整，或者是設置反向的間隙補償值，使得數控系統實現自動補償。

3.2.3主軸電機不變速

在系統AUTO工作方式下，輸入程序：

圖4　程序示意圖

然后開啟該程序，并安排專人對主軸的變化和運行狀態進行密切觀察。如果主軸的運行不正常，如速度不能順利變化，那么就要對數控系統的主軸輸出接口是否會有模擬的電壓向外輸送，這樣做的主要目的是確認變頻器的參數設置是否合理，輸出接口是否有故障發生。

4　結束語

綜上所述，機床的數控化改造環節多，流程較為復雜，需要根據機床的不同進行據相關數據調查統計，我國擁有的各類的普通機床共計400多萬臺，其中，有改造可能性的只有50%，由此可見，機床的數控化改造技術相關研究十分必要的，且當前的該行業對于人才的需求較大，有很大的發展空間。

[1]楊紹榮，方虹.普通機床數控化改造思路探討[J].機電工程技術，2011（2）：88～90.

[2]金成功，張云峰.普通機床數控化改造的研究與分析[J].中國新技術新產品，2009（20）：126.

[3]張云峰.淺談普通機床的數控化改造[J].黑龍江科技信息，2009（29）：47～48.

TG659

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1673-0038（2015）39-0171-02

2015-9-6