普通機(jī)床的數(shù)控化改造

楊明忠++陳先鳳

摘 要：科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來(lái)越高的要求，機(jī)械加工工藝過(guò)程的自動(dòng)化成為實(shí)現(xiàn)上述要求的重要手段之一。它不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本，還能極大的改善生產(chǎn)者的勞動(dòng)條件。本文從數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和數(shù)控加工的特點(diǎn)等方面闡述了機(jī)床數(shù)控化改造的必要，以及對(duì)主要改裝部件和改裝優(yōu)勢(shì)作了簡(jiǎn)單的探討。

關(guān)鍵詞：普通機(jī)床；數(shù)控化；改造分析

TG659

一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史及趨勢(shì)

1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。到1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代發(fā)展。

（一）數(shù)控（NC）階段（1952-1970）

早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺(tái)專用機(jī)床作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控，簡(jiǎn)稱（NC）。隨著元器件的發(fā)展，經(jīng)歷了三代，即電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路時(shí)。

（二）計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970—現(xiàn)在）

1970年通用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。到1971年，美國(guó)INTEL公司將運(yùn)算器和控制器集成在一塊芯片上，出現(xiàn)微處理器（MICROPROCESSOR），又稱中央處理單元（CPU）。

（三）數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)

1.繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代發(fā)展

基于PC 所具有的開(kāi)發(fā)性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題。PC機(jī)所具有的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。

2.向高速化和高精度化發(fā)展。這是適應(yīng)機(jī)床向高速化和高精度化發(fā)展的需要。

3.向智能化方向發(fā)展。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化將不斷提高。

4.應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中的一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改善系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。

5.引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工。將熟練工人和專家經(jīng)驗(yàn)，加工中的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。

6.引入故障診斷專家系統(tǒng)

7.智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置

可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。

二、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性

（一）微觀看改造的必要性

1.可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床不便加工的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。

2.可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍。

3.加工零件的精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要修配。

4.可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的搬運(yùn)。

5.可自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。

6.降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，減少工裝，縮短新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需要作出快速反應(yīng)。

（二）宏觀看改造的必要性

從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品中推行CAD、CAM虛擬制造等等。以及在其生產(chǎn)過(guò)程中增加信息技術(shù)，包括人工智能等。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增加。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達(dá)到20.8%，這也就說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。

三、數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)點(diǎn)

（一）數(shù)控化改造的內(nèi)容

機(jī)床數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

1.恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；

2.NC化，在普通機(jī)床加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床或CNC機(jī)床；

3.翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原來(lái)精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)進(jìn)行更新。

（二）車床數(shù)控化改造措施

車床的數(shù)控化改造，必然涉及到對(duì)機(jī)床主要機(jī)械部件的改裝，包括了滑動(dòng)導(dǎo)軌副、齒輪副、滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠、安全防護(hù)等方面。

對(duì)于數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。

一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控車床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通車床高。在結(jié)構(gòu)上要達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，車床主要齒輪必須滿足數(shù)控車床的要求，以保證車床的加工精度。

絲杠傳動(dòng)直接影響到傳動(dòng)鏈精度，絲杠的選用主要取決于加工工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差和螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大則要更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難滿足精度較高的工件加工。滾珠絲杠摩擦損失小、效率高，其傳動(dòng)效率可達(dá)90﹪以上；精度高，壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)力矩相接近，因此可以滿足精度要求較高的工件加工。

此外，在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密的元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是鐵屑及硬沙粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可以整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端要密封好，禁止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。

（三）數(shù)控化改造后的優(yōu)點(diǎn)

1.投資少，改造期間短

同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60﹪-80﹪，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。

2.機(jī)械性能穩(wěn)定可靠

所利用的床身等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的車床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備使用多年。

3.可以充分利用現(xiàn)有條件

可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣重新構(gòu)筑地基

4.可以采用最新的控制技術(shù)

可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)的提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊車床改成當(dāng)今水平的數(shù)控車床。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史的回顧及發(fā)展趨勢(shì)的展望，并結(jié)合我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及數(shù)控加工的特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了機(jī)床數(shù)控化的必要性，同時(shí)對(duì)普通車床的數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，對(duì)數(shù)控化改造內(nèi)容和改造中需要改裝的主要機(jī)械部件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。

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