普通車床機械結構的數控化改造

胡會娟+張華

摘 要：普通車床機械結構的數控化改造可以提高車床的運行能力，使其具備定位、補差、自動停止等功能，從而增強改造后車床的自動加工能力。通過對某型號普通車床機械結構進行數控化改造，分析了改造過程中主要機械結構的選取情況，以提高普通車床的加工精度。

關鍵詞：普通車床；機械結構；數控化改造；機械加工

中圖分類號：TG511 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.070

車床是機械加工業中必不可少的加工工具。隨著我國經濟的迅速發展，機械加工業也在快速發展，數控車床逐漸取代了原本的普通車床，但是，普通車床仍然在使用。因為數控車床的價格比較高，很多企業無法負擔，所以，需要對普通車床的機械結構進行數控化改造，以增強普通車床的自動加工能力，提高加工精度。通過研究某普通車床機械結構的數控化改造情況，本文分析了步進電機、進給系統、自動刀架和編碼器的選擇、安裝情況，使普通車床能夠滿足數控化操作的需求。

1 機械部分的改造設計要求

普通車床的機械部分主要包括主軸傳動部分、進給系統、刀架回轉系統和滾珠絲杠等。在對機械結構進行數控化改造時，需要研究數控化結構是否滿足普通車床的工作要求，數控化改造之后是否會對車床原有的坐標結構產生影響，傳動系統能否滿足精度要求，等等。在數控化改造設計的過程中，需要計算主軸的橫縱進向，并測量滾珠絲杠的移動性能，確保數控化改造設計完成后普通車床有比較完整的數控功能和機械加工能力，能夠自動加工某些機械部件的端面、內外圓、球面、錐面和螺紋等。

2 數控化改造的必要性

普通車床機械結構實現數控化改造后，可以提高車床的加工精度，利用它可以加工精度要求更高的產品。數控化改造后，普通車床具有單獨的運行電機，能夠實現多個坐標的聯動加工，可以加工結構更加復雜的工業元件，而且它還具備了自動換刀的功能，可以縮短復雜工件的加工時間。普通車床的數控化改造降低了車床操作人員的工作強度，使操作人員可以同時操作多臺車床，提高了其生產效率。數控化改造后，普通車床具備了數控操作能力，而且改造后價格比較低，能夠有效降低企業的投資成本，為機械加工企業創造更大的經濟效益，促進我國經濟的發展。

3 數控化改造

3.1 普通車床床身導軌的改造

我國大部分普通車床的床身材料為鑄鐵，在進行數控化改造時，為了提高床身導軌的精度，可以在鑄鐵導軌上粘貼塑料軟帶。塑料軟帶能夠提高車床導軌的潤滑性，使導軌上的主刀行進得更加流暢，從而保證車床的加工精度。在改造過程中，也可以將傳統的鑄鐵導軌改造為滾動導軌，滾動導軌的摩擦系數比較小，不會影響機械加工的幾何精度。

3.2 滾珠絲杠的改造

滾珠絲杠主要是由滾珠、絲杠、回珠管等構成的，它可以將車床機械部件的回轉運動轉化為直線運動。普通車床中的滾珠絲杠可以提高車床的傳動效率，使車床刀軸的行進過程更加平穩。因為滾珠絲杠在運行過程中不會產生較大的振動，所以，不會產生過大的摩擦阻力。對滾珠絲杠進行數控化改造時，需要測量滾珠絲杠的齒差縫隙、絲杠轉速和滾珠直徑等，以保證改造完成后車床不會出現直線行進失穩的情況。

3.3 主軸傳動系統的數控化改造

普通車床的主軸是由電動機帶動皮帶使主軸旋轉。在數控化改造時，盡量不要破壞原本的主軸箱，主要改造電機的變速系統。因此，可以用雙速或者四速電動機代替原本的電動機，以增強主軸傳動系統的傳動能力。在改造過程中，可以在主軸傳動系統中增加脈沖編碼器，標記主軸運行的初始位置，為主軸傳動編碼，讓主軸每轉動一圈編碼器自動調整一次主軸刀具的位置。一般情況下，脈沖編碼器安裝在主軸箱中，并與電動機的傳動齒輪1∶1連接，從而實現主軸與編碼器的同步運行。

3.4 車床進給系統的數控化改造

在改造進給系統時，需要加裝步進電機，并在進給系統的步進電機上安裝減速器。減速器通過連接裝置與絲杠連接在一起，可以實現對車床橫縱向進給系統的單獨控制。在數控化改造車床進給系統時，需要將車床原本的走刀箱和溜板箱全部拆除，利用新的步進電機傳動鏈傳動進給系統。在改造時，不需要更改滾珠絲杠的原有位置，而要讓滾珠絲杠成為主要的傳動結構。當車床縱軸需要行進時，計算機會向步進電機發出指令，使縱軸的滾珠絲杠移動，從而獲得要求的走刀量。當橫軸移動時，數控指令會操縱橫向步進電機，使滾珠絲杠獲得橫向走刀量。在普通車床進給系統數控化改造的過程中，要在原本齒輪箱和絲杠的位置增加防護罩，以保證車床的運行安全。

3.5 刀架結構的數控化改造

在改造普通車床的刀架結構時，要根據普通車床的刀架位置設置專門的電動刀架。為了滿足車床的機械加工要求，電動刀架最少要有4個刀位。一般情況下，自動刀架采用三相異步交流電動機操控刀架，然后利用蝸桿來傳動刀架。當計算機向車床發出傳動信號后，步進電動機就會帶動蝸桿運動，實現對刀架結構的控制，同時，步進電機的正反轉運行還能夠實現刀架的自動切換。

3.6 溜板箱的改造

在對普通車床的機械結構進行數控化改造時，要拆除原有的溜板箱，然后將新的溜板箱固定在改造之后的滾珠絲杠上。在改造溜板箱時，要改進相應的潤滑結構，保證車床在不同的驅動條件下溜板箱都能夠穩定運行。

使用數控化技術改造了普通車床的機械結構后，要檢驗改造后車床的運行性能，即檢驗其傳動性能、主軸進給性能和車床噪聲等。改造車床的運行監測需要進行空轉狀態和負載狀態檢測，以保證改造后的車床具備切削循環、直線插補、螺距補償、圓弧切削、間隙補差等多種數控化操作功能。

4 結論

本文簡要闡述了普通車床機械結構的數控化改造要求，研究了普通車床數控化改造的必要性，并分析了車床數控化的改造內容，希望可以提高普通車床的加工精度，降低車床操作人員的工作強度，提高機械加工行業的經濟效益。

參考文獻

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