淺析數控車床性能及加工改造

摘? 要：數控車床屬于機電一體化設備，其具有較高的自動化程度，在數控車床中運用了自動控制與檢測技術、計算機技術等多項先進技術。當前，車床的數控化改造在國內具有廣闊的發展空間?；诖?，本文首先介紹了數控車床的特點，研究了普通車床的數控改造和設計，闡述了數控車床的加工編程，以期能夠對車床的加工改造提供一定參考。

關鍵詞：數控;車床;改造

中圖分類號：TG519.1? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：2096-6903（2020）08-0000-00

0 引言

當前國內機床的數控率依然相對較低，因此具有較大的上升空間。過去采用普通機床對工件進行生產加工，最終獲取工件的質量相對較差，類型缺乏多樣性，并且需要耗費大量加工時間，成本投入也相對較高。實踐證明使用數控機床可以以上問題得到有效解決，因此對機床進行加工改造十分必要。

1 數控車床的特點

數控車床采用數字化控制，是一種具有程序控制系統的自動化車床。這一控制系統可以對帶有控制編碼或是其它對應符號指令的程序進行相應的邏輯處理及譯碼處理，實現對工件的有效加工[1]。數控車床具有以下幾方面的特點。第一，具有較高的加工精度，且加工質量較為穩定。第二，變更生產加工零件時，通常僅僅需要對程序作出改變即可，節約了大量生產加工時間。第三，數控車床具有較高自動化程度，能夠降低操作人員的勞動強度。第四，能夠實現多坐標之間的聯動，可以對較為復雜的工件進行加工。第五，數控車床的剛性更大，且加工精度高，具有更高的生產效率。第六，對操作者和維修人員提出更高的技能要求。

2 普通車床的數控改造和設計

2.1 普通車床的數控改造設計

車床的數控改造指的是對原有車床結構實施創造性的設計，從而使其獲取更加良好的工作狀態。數控車床采用的是機電一體化技術，其機構構造和一般機床之間存在很多類似之處[2]。但現代數控機床并非簡單地將數控加入到機床配置中，亦不是將傳統機床作為基礎，只做局部改進。過去的車床往往存在熱變形大、剛性不夠等諸多缺點，很難實現數控機床之于工件表面加工質量、生產效率、工件加工精度及其應用年限等要求?，F代化數控機床，尤其是加工中心，不管是在主傳動系統、刀具系統、進給傳動系統或是外觀構造和整體結構等方面都發生了較大改觀，逐漸形成數控機床自身特有的機械構造。所以，針對一般機床實施數控改造時，需要對各種不同狀況進行考慮，確保一般機床的各相關性能可以達到數控機床標準水平。

2.2 數控車床性能與精度的選擇

車床的改造需要同時兼具如下兩方面條件：首先，車床相關基礎件需要具備足夠的剛性;其次，改造的成本投入應合理，且具有良好的經濟性。實際改造車床之前，需要充分了解車床的各項性能指標。改造之后車床可以加工工件的最大長度和回轉直徑等通常是不會出現變化的。所加工工件的直線度、粗糙度和平面度等取決于車床原有水平。通常以下精度與性能的選取應在實際改造之前確立。

第一，進給運動。關于進給速度，X向一般在2～100mm/分范圍內，Z向一般在8～400mm/分范圍內。關于快速移動，X向一般在1.2～3m/分范圍內，Z向一般在1.2～4m/分范圍內。關于脈沖當量，通常在0.025～0.005mm范圍內，一般情況下，X向是Z向的1/2。關于生產加工螺距的實際范圍，主要包含可以生產加工的螺距種類，通常螺距在10mm以下均是可以實現的。第二，關于進給運動所采用的驅動方式，通常均是選擇步進電機進行驅動。第三，關于進給運動的傳動，是否需要使用滾珠絲杠傳動加以取代。第四，轉速的實際范圍、軸變速的方法、是否需要采取數控制動對停車進行控制等。第五，關于刀架，是否需要將自動轉位刀架設置其中，如果設置應確立出對應的工位數。第六，其它性能指標的選取。關于間隙補償與刀具補償，要想確保更高的生產加工精度，通常需要設定間隙補償與刀具補償。關于診斷功能，為了有效規避操作人員出現輸入錯誤以及與之而產生的錯誤動作，需要在設計數控改造系統的過程中加入相關的硬件與軟件，令其可以顯示出車床產生故障或是沒有發揮實際作用的部位，滿足基本的診斷功能需求。

2.3 車床數控改造方案

在數控車床精度及性能等方面完成大體選定之后，可以結合這些確定出具體的改造方案。當前車床的數控改造技術較為成熟，專用化的車床數控改造系統所具有的功能通常都可以使車床的常規生產加工需求得到滿足。所以，通常采用的數控車床改造方案是：用滾動絲杠傳動取代滑動絲杠傳動;將脈沖發生器加入其中，令其可以完成螺紋的生產加工;采用專用的數控車床改造系統;將自動轉換刀架加入其中，使其具有自動轉換刀具的作用;利用步進電機對相應的進給運動加以驅動。當前采用的經濟型專用車床數控改造系統需要具備如下作用與配置：第一，配置相應的步進電機驅動系統，針對控制精度或是脈沖當量通常是：X向是0.005mm，Z向是0.01mm且需要和對應導程的絲杠相匹配。第二，同時兼具循環執行程序、超程警報、單步或是連續執行程序等多項功能。第三，對于主控CPU，使用單片機進行控制，可以實現刀具補償、代碼編程、螺紋生產加工、間隙補償等方面的功能。第四，大部分生產加工程序主要借助于按鍵輸入，根據代碼進行編制，能夠針對程度實施現場編輯和修改，并可以執行試運行動作。

3 數控車床的加工編程

3.1 方法

數控編程主要分為兩種方式，即自動編程與手工編程。手工編程指的是對加工工件進行工藝分析，實施相應數據計算，將程序輸入到數控系統中完成整個編程過程。這種編程方式適合于幾何形狀相對簡單或是點位加工，其計算過程不是十分繁瑣，容易編程的工件[3]。自動編程指的是大多數或是所有的程序編程都是通過數控系統來完成，能夠使工件加工復雜的問題得到有效解決，是今后數控編程的主要發展方向。但我們也應意識到自動編程是以手工編程作為基礎的，自動編程中的很多經驗都源自于手工編程，二者之間存在著密不可分的關系。

3.2 步驟

首要步驟是分析工件加工圖紙，確立出具體的加工工藝流程。即確立出工件的主要生產加工方法、相關工藝參數和選擇的生產加工路線。其次需要對相關數值進行計算。大多數數控系統都具有補刀功能，僅僅需要對輪廓緊鄰幾何要素交點或是切點對應的坐標值進行計算，獲取各相關幾何要素起始點、終點以及圓弧圓心對應的坐標值便可。最后，結合計算所得刀具運動軌跡對應的坐標值以及確立的相關生產加工參數和輔助性動作，根據數控系統規定運用的程序段格式以及坐標指令代碼，編寫工件生產加工對應的程序，同時將其錄入到數控系統內。

4 結語

實踐表明對普通車床進行數控化改造后，其具有更加良好的穩定性和經濟性，車床的改造過程牽涉到計算機、電氣與機械等眾多領域，是一項具有較深理論性和較強實踐性的系統性工程。在具體實施數控化改造的過程中，首先需要將車床改造之前的準備工作做好，實際改造中需要融合機械修理和電氣改造等專業知識，遵循“先簡單，后困難;先局部，后整體”的基本原則。

參考文獻

[1] 張大林.普通車床數控化改造方法及設計探討[J].江西化工，2011（4）：87-88.

[2] 趙美林.CA6140車床的數控改造[J].機床與液壓，2006（4）：208-209+211.

[3] 苗文理.關于數控機床改造方案的方法選擇及設計[J].科技致富向導，2008（12）：46-47.

收稿日期：2020-07-10

作者簡介：巫懷標（1980—），男，廣東潮州人，本科，高級講師，從事數控專業教學工作。