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數字環境下的普通機床數（shù）控改造措施

2018-3-26 來源：梧州學院（yuàn）作者：謝朝（cháo）明

摘要：本文首先提出了機床數控化（huà）改造的必要性，然後指出了普通（tōng）機床數控化改造的優缺點及其內容（róng），重點闡述（shù）了（le）數字環境下普通機床如何進（jìn）行數控化改造措施，並提出了數控化改造普通機床技術路線。

關鍵詞：數字環境；數控（kòng）化改造；普通機床

0 引言

製造技術是衡量一個國家工業化水平的標誌，隨著我國經濟飛速發展，我國製造業取得了長足的進步（bù）。

數控機床的擁有量和技術水平的高低是一個國家現代製造業實力的（de）重要標誌，當前我國正處於從機械製造大國向機械製造強國轉變的（de）關鍵時期（qī），數控機床在汽（qì）車工業、航空航天工業、模具等行業已廣泛應用（yòng）。

它提高了零部件的性能水平、加工質量和（hé）生產效率，為數控機床的（de）使（shǐ）用者創造了巨大的效益。

1 、國內（nèi）外數控改造研究現狀

日本、美歐等一些發達國（guó）家對數控改造非常重視，一些製造企業為提升企（qǐ）業核心競爭力想盡辦（bàn）法把普通機床改造成數控機床（chuáng），甚至有些公司將普通機床數（shù）控化改造發展成（chéng）一項產業，如德國的 Schioess公司、美國的 US 設備公司，這些公司都是世界知名普通機床數控化改造公司。

受到（dào）當時製（zhì）造技術限製，我國機械製造（zào）業普通機床在機械製造加工業中有約 80%設備比例，數控化程（chéng）度很低。由於當時數控化改造技術相對落後，我國數控化（huà）機床改造技術主要應用在國防軍用機床設備，從 20 世紀 80 年代未起，一大批精通數控機（jī）床（chuáng）技（jì）術專家（jiā）對普通機床數控化改造技術進行大量卓有成效的開發研究，取（qǔ）得了相當顯著的（de）成就。

2 、普通機床數（shù）控化改造的必（bì）要性（xìng）

2.1 普通機床在數字環（huán）境下存在不足

普通機床（chuáng）受技術限（xiàn）製，在（zài）加（jiā）工精度、加工質量穩定性、可（kě）靠性、生產效率、改善勞動條件、生（shēng）產管理現代化方麵與數（shù）控機床相比相差甚遠。普通機床工藝簡單、功能單一，隻能進行單一工序操作，而對於較多工序零部件、複雜零部件生產要求無法完成（chéng）。

加工時間以及（jí）輔助時間多影響效率（lǜ），普通（tōng）機床加工精度低、自動化程度低，很多操作工序依賴工人（rén）操作，勞動強度高，產（chǎn）品質量一致性差，常常無法保證（zhèng）加工零件高質量（liàng）。

2.2 普通機床數控化改造後所具有的優點

柔性較好，數控機（jī）床不同普通（tōng）機床在加工（gōng）零部件時需（xū）製作許多夾具、模具並經常更換，零件（jiàn）在（zài）改造後的數控機床上加工，關鍵取決於程序（xù）的設計、輸入、編輯，並不需要對機床經常調整；加工零件（jiàn）質量穩定、一致性好，在一台數控機（jī）床（chuáng）上加工（gōng）一批零件使用同樣（yàng）的（de）加工程序和刀（dāo）具，加工條件完全一致，走刀軌跡完全相同（tóng）；生產（chǎn）效率高，數控機床與普通機床相比，與加工中（zhōng）心的刀庫配合零件的輔助時間和加工時間可（kě）有效地（dì）減少，數控機床允（yǔn）許機（jī）床進行較大切（qiē）削量的強力切削，進給量的範圍擴大。

另外，與加（jiā）工中心的刀庫配合使用，可實現在一台（tái）機床（chuáng）上進行多道工序的連續加工，工（gōng）序間周轉時間大大減少，提高了生產率。

數控機床（chuáng）的加工精度一般可達（dá） 0.05mm～0.1mm，數控機（jī）床絲（sī）杆螺距平均誤差與傳動鏈的進給反向間隙（xì）可由（yóu）數控裝置進行曲補償，數控機床是通過數字信號形（xíng）式來實現（xiàn）控製其加工精度，機床（chuáng）每移動一個脈衝當量需由數控裝置輸出一脈衝信號，因此，數控機床定位精度比較高。

利用現代化生產管理，在（zài）數（shù）控機床進行零件加工時，可對所使用的（de）夾具、刀具進行規範（fàn）化，並精確估計（jì）該零（líng）件輔助時間（jiān）、加工時間，實現現代化管理。數控機床與普（pǔ）通機床相比改善了勞動條件（jiàn），加工前調整好數控機床，輸入程序並啟動，數控機床自動連續地對零件進（jìn）行加工，直至零件加工完成（chéng）。

3 、數字環（huán）境下數控（kòng）化改造措施

3.1 充分了解被改造機床

數控機床一般是由測量係統、伺服係統和數控係統組成。普（pǔ）通機床數控化改造究竟是要（yào）局部改造還是全（quán）部改（gǎi）造則要由（yóu）普通機床改造費用和原有的參數性能決定。在數控（kòng）化（huà）改造過程中首先要明白現有需改造機床的功能、參數、機械（xiè）傳動精度、運行狀況，再（zài）預先估計普通機床改造後的性能是否（fǒu）能滿足要求，具體要明確如下事（shì）項：

（1）確定需改造普通機床的型號。

（2）對需改造的普通機床機構參數、性能參數要把握準確。

（3）普通機床數控化改造，應慎重選擇控製軸數目，因為軸數目直接決定選擇哪種數控係統與之匹配。

（4）普通機（jī）床數控化改造前必須清楚原機床核心功（gōng）能部件如變速箱（xiāng）、刀架等，這樣才（cái）能（néng）保證數（shù）控化改造後（hòu）的機（jī）床能夠生產加工複雜零件。

（5）為了保證普通機床數控化改造後達到精度要（yào）求以及功能預期，對數控化改（gǎi）造後的數控機床所具有參數性能及機械結構參數要有足夠的估計。

（6）普通機（jī）床（chuáng）數（shù）控化改造前需了解機床的一些輔助安全性能參數，以保證機床數控改造後操作人員的人身（shēn）安全（quán）。

（7）普通機床數控化改造過程（chéng）中還要考慮現有的電氣控製係統是否能夠滿足改造後（hòu）數控（kòng）機床的要求，如果不能都達到要求，就須通（tōng）過可編程邏輯控製（zhì）器來進行改造。

3.2 基於數字環境下數控係統選型

基於數字環境下普通機（jī）床數控（kòng）化改造關鍵（jiàn）是數控係統選型。選型時（shí）依據需（xū）改造機床的機構參數、性能參數選擇合適的數控係統與之（zhī）匹配，才能保（bǎo）證普通機床在（zài）改造（zào）後按照事先預設計好的功能要求進行零件加工，否則無法達到功能預期。

市場上（shàng）功能（néng）不一、類型不同的數控係統紛繁眾多，因而在基於數（shù）字（zì）環境下選擇（zé）數控係統時，應充分考慮改造前普通機床的（de）功能及特性、數控化改造後所要達到（dào）的精度要求、功能預期以及（jí）預期改造費用（yòng）；而且在選（xuǎn）擇數控係統時要特別注意改造時所選數（shù）控係統的廠家能提供的技術支持。

不同數控係統對（duì）需（xū）改（gǎi）造的機床的機械結（jié）構、驅動裝置都有不同的具體要（yào）求，不是全部機床（chuáng）都能進行數控化改造，更不是任何需數控（kòng）化改造機床與所有不同數控係統都匹配，必（bì）須選擇合適的數控係統與之（zhī）匹（pǐ）配，才能達到數控化改造目的。

3.3 基於數字環境下的機械結構設計和改造

普（pǔ）通機床（chuáng）數控化改造（zào）關鍵是數控係（xì）統選型，但是為了（le）使數控化改造機（jī）床達到加工精（jīng）度、功能參數、電氣（qì）供給係統以及機床（chuáng）安全操作規程等要求，在改造過程中對機床機械結構部分（fèn）不得不重新設計、改造。首先，基於數字環境下的機械結構設計要求。必須要對機床傳動軸等機械部件進（jìn）行受力分析，以確保數控機（jī）床能進行較大切削量的強力切削，進行（háng）受力分析時（shí）依（yī）據機床行業標準及國家標準執行。

根據受力分析、計算結果，確定為了保證數（shù）控化改（gǎi）造機床達到加工精度（dù）、功能參數、電氣（qì）供給係統以及機床安全操作（zuò）等要求所需要的主要受力機械零件的（de）大（dà）小尺（chǐ）寸以及供（gòng）給動（dòng）力裝置，數（shù）控化改造機（jī）床在對機械結構進行設計和改造時，可參照改造成功案例，查閱相關技術文件資料，到改造成功企業現場實（shí）地調研。

將 CA6140 型普通車床進行數控化（huà）改造，在整個設計過程中必（bì）須（xū）實（shí）現如下要求：原車床的主傳動係統予以保留，橫向進給（gěi）係統由微（wēi）機實現開環控製，兩（liǎng）軸聯動；刀架采用自動轉位刀（dāo）架，具（jù）有切削螺（luó）紋的功能；在 X 向上，進給脈衝（chōng）當量為 0.005mm / 脈衝；在 3～1000mm/min 進給速度（dù）範圍進（jìn）行無級調速，在X 向、1000～3000mm/min 內任意設定快進（jìn）速度。

其次，基於數字環（huán）境下的（de）機（jī）床（chuáng）機械結構改造要（yào）求。盡可能在機械構件改造時尺寸不變或者變化不（bú）大，並采用（yòng）理想的機械傳（chuán）動結構裝置滿足最大傳動比，以提高生產加工效（xiào）率；所需（xū）改造的機械零部件必須（xū）達到一定的精度要求，如表麵粗糙（cāo）度、形位公差、硬度、強度等以確保運動（dòng）部件之間光滑，減少摩擦阻力（lì）；在不需增加動力的情況下，可保證數（shù）控化改（gǎi）造後

的機床（chuáng）能夠生產（chǎn）加工更多複雜的零件（jiàn）。

將 CA6140 型普通（tōng）車床改造成經濟型數控車床，橫向進給機構的改（gǎi）造：將小拖板和（hé）手動刀架（jià）改造成數控（kòng）刀架；滾珠絲杠螺母副取代溜板箱、光杆進給箱和普通絲杆（gǎn）；調整操作的（de）手（shǒu）動（dòng）機構保留不變（biàn），同時保留支撐結（jié）構，齒輪箱體、步進電機安裝在中拖板的後側，齒輪箱（xiāng）采用（yòng）一級齒輪減速（sù）。

4、結束語

本（běn）文已重點（diǎn）闡述將普（pǔ）通機床改造為數控機床的關鍵措施，並提（tí）出了數控化改造普通機床技術路線，以期對（duì）需（xū）要進行普通機（jī）床數控化改造的企業有所幫助。

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