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機床大修與數控化改造

2020-10-4 來源：南通大學工程訓（xùn）練（liàn）中心作者：金曉明（míng）

摘要：普通機床適用於一些常規加工、粗加工以及較低精度加工。由於機床長期運轉或不當操作或缺少必要的維保，使得機床機構可能出現嚴重磨損，降（jiàng）低（dī）了加工精度。由於市場（chǎng）的競爭日益激烈，成本、質量、生產率和產量、交貨期，這些（xiē）因素都決定了需要對（duì）機床部分機構進行大修及數控化升級改造，可以（yǐ）提高產品的加工效率和加工精度，同時（shí）在原（yuán）有機床基礎上進行（háng）改造可以降（jiàng）低成本、縮短設備升級改造周期。

關鍵（jiàn）詞：普通機床；大修改造；機床精度；數控（kòng）改造

1 、行業背景（jǐng）和需求

近年來隨著“國之重器”的不斷出現，凸顯（xiǎn）出製造業的重（chóng）要性，而各個製造行業的發展都與機床裝備（bèi）的發（fā）展（zhǎn）密（mì）切相關。

由（yóu）於機（jī）床長期運轉或不當操作或缺（quē）少必要的維保（bǎo），使得機床機構可能出現嚴重磨損，降低了加工精度。

由於市場的競（jìng）爭日（rì）益激烈，成本、質量、生產（chǎn）率和產量、交貨期，這些因素都決定了數控化升級改造前需要對（duì）機床部（bù）分機構進行大修，這樣才可以（yǐ）提高產品的加工效率和加工精度，在原有機床基礎上進行改造可以降（jiàng）低成本、縮短設備升級改（gǎi）造周期。

2 、大修改造方案（àn）的確定

2.1 技術（shù）可行（háng）性評估

技術可行性評估是大修和改（gǎi）造的第一步。通常來看，普通機床在數控改（gǎi）造前，大部分都需要進行部件修理，對被改（gǎi）造機床進行結構（gòu）、性能、精（jīng）度等技術現狀的全麵分析。確（què）定修理的要求、範圍、內容，包括機床原有結構是（shì）否合理，基（jī）礎部（bù）件及結構件是否足以支（zhī）撐改造等；也要確定因數控改造而需進（jìn）行機（jī）械結構改造（zào）的要求、內容。

將（jiāng）普通機床改造（zào）成數控機床，要考察各坐標軸的機械傳動結（jié）構及導軌副（fù）的形式（shì）等是否適用；還要確定電氣改（gǎi）造與（yǔ）機械修理（lǐ）、改造之間的時間順序（xù），按照不同的步驟交（jiāo）替進行，縮（suō）短改造工期。機械性（xìng）能的完好是數控改造（zào）成功的（de）基礎。測量機床目前的各項精度與出（chū）廠精（jīng）度進行對（duì）比，是否存在（zài）差距。機床經長期使用或閑置後，在機械、液壓、潤滑、清潔等方麵會不同程度地存在（zài）問題。

因此根據對現有機床的評估和改造需求，首先要進行全麵保養，然後對機（jī）床做一次改前的幾何（hé）精度、尺寸精度（dù）測量，記錄在案。這樣（yàng）既可（kě）以對改造工作起參考作用，又（yòu）可（kě）在（zài）改造結束時做對比分析用。

2.2 普通機床功能部（bù）件

以（yǐ）改造（zào）數控車（chē）床步驟為例：

①數控係統（tǒng），方（fāng）案一、數控係統＋兩（liǎng）軸步（bù）進係統：方案二、數控（kòng）係統＋兩軸伺（sì）服係統。

②電動刀架電機的更換。

③控製箱更新：包括低壓電器，變壓器，行程開關等。

④機械部分：1）機械（xiè）精度（dù）恢複：a）重新貼塑；b）導軌磨削：2）機（jī）械各部件修複、清理、重裝。

⑤現場整機聯調（diào）。

2.3 數控改造方案

X、Y 軸均作數（shù）控改造，絲杆換成滾珠絲杠，驅動形式改為步進驅動或伺服驅動，控（kòng）製係統采（cǎi）用西門子數控係統。如圖 1 所示，電機輸出用同步齒形（xíng）帶傳動至絲杠，絲杠在（zài）一對 NSK 軸承和一隻輔助軸承支承（chéng）下，帶動（dòng）螺母往複運動，工（gōng）作台和（hé）刀架均設有雙向限位開關，刀架還配有斷電（diàn）製動器（qì），2 隻電機座鑄（zhù）造而成。

圖 1 絲杠運動示意圖

2.4 主要部件的選用

2.4.1 進給機構的選（xuǎn）用

進給傳動機構的動作過程：是以電機為動力源，由齒輪（lún）（帶輪、直聯）傳動傳遞動力帶動絲杆（gǎn）作旋轉運動，絲（sī）杆再帶動刀架（jià）作進給運動。傳（chuán）動方式：①齒輪傳動；②帶輪傳動；③直聯傳動。絲杆支撐方式：滾珠絲杆支撐：

1）一端軸向固定一端自由，常用於短絲杆和豎（shù）直安裝的絲杆（gǎn）。2）一端固定一端簡支，常用於較長的臥式安裝絲杆。3）兩端固定，常用於長絲杆或高轉速，要求高精度，高強度的地方。

本進給傳動結構主要有以下特點（diǎn）：結構簡（jiǎn）單，加工方便；體積小巧靈活，安裝（zhuāng）方便（biàn）；運動平穩且保證一定得加工精度；壽命長，安全（quán）環保。以（yǐ）電機、傳動機構（齒輪、帶輪、直聯）、絲杆與支撐為主幹。絲杆由支撐機構懸掛在床身一側，用內六角圓柱頭螺釘和墊圈將支撐機構固定在床身外（wài）側。絲杆以電（diàn）機為動（dòng）力（lì）源（yuán），通（tōng）過傳動機構傳遞動（dòng）力帶動絲（sī）杆旋轉，絲杆（gǎn）再帶動刀（dāo）架形成進給運動（dòng）。

本傳動進給機構可以采用多種（zhǒng）傳動方式和多種絲杆支撐方式，針對不同的數控機（jī）床采用合理的機構，以保證設（shè）計結構簡單合理（lǐ）、運行（háng）可靠穩定、進給準確和較高的（de）加工（gōng）精度。

2.4.2主軸

主軸單元是影響機床性（xìng）能的最關鍵（jiàn）部件。

因為主軸直接帶動刀具或工件進行切削運動，其轉速和（hé）精度直接影響工件的加工精度和（hé）生產率（lǜ）。主軸單元的（de）轉速和回轉精度是評價數控機床整體性能的重要（yào）指標，是用戶（hù）購買機床時所考慮的主要參數。高速主軸單元的性能涉及主軸的設計方法、材料、結構、軸承、潤滑冷卻、溫升、平衡、噪音等多項相關（guān）技術。其中一些（xiē）技術問題是相互矛（máo）盾和製約（yuē）的，例如，主軸（zhóu）轉速高，溫升就高，主軸軸承預負荷就（jiù）較低，這樣就減低了剛（gāng）度，加工精度就會（huì）下降。因此需要根據機床的自身（shēn）狀（zhuàng）態（tài）及使（shǐ）用（yòng）要求來選（xuǎn）配主軸單元，這樣（yàng）做到既能滿足機床全（quán）部功能要求又不會增加成本。

3 、數控化（huà）改造的內容

3.1 係統的選（xuǎn）擇

數控係統（tǒng）按有無測量裝置可分為開環數控係（xì）統和閉環數控係統（tǒng）。閉（bì）環數控係統根據測量裝置采（cǎi）樣點的位置又可分全閉環數控係統（tǒng）和半閉環數控係統（tǒng）兩種。（圖 2-圖 4）在做數控改造時（shí），根據機床的（de）自身狀態及使用要求來選配（pèi）數控係統。根據機床的功能（néng）要求選擇相應控（kòng）製（zhì）係統的類型，做（zuò）到既能滿足機床全（quán）部功能要求又不（bú）會提高標準增加（jiā）成本。

3.2 電機的選配

確定負載的性質（如水平還是垂直負載（zǎi）等），轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求，上位控製要求（如對端口界麵和（hé）通訊（xùn）方麵的要求），主要控製方式是位置（zhì）、轉矩還（hái）是速（sù）度方（fāng）式。供電（diàn）電源是直流還（hái）是（shì）交流（liú）電源，電壓範圍。此以確（què）定電機和配（pèi）用動器或控製器的型號。電機的選擇應根據具體應用情況而定。

3.3 試加工驗收

機床精度驗收和試切削加工驗收。

3.3.1 機床（chuáng）精度（表 1）

3.3.2 試切削件加工（表 2）

3.4 人員培訓

機（jī）床改造後，需要對使用人員做出（chū）專業培訓。因此提前為使用人員設計合（hé）的操（cāo）作及安全防護知（zhī）識培訓（xùn）十分重要，否（fǒu）則改造後的（de）機床很難迅速（sù）投入生產使用。培訓內容一般應包括操作麵板（bǎn）按鈕及指示燈的功能、含義；操作係統的（de）功能範圍（wéi）、使用方法；維護保養（yǎng）及安全防護要求；自動化編程和編程標準（zhǔn）等等。

按（àn）係統操作編程說明書規定的（de）各種指令及（jí）功能均可正（zhèng）常使（shǐ）用，保證參數設（shè）定合理。

4 、結語

綜上所述，普通機床是加工行業普遍使用的設備之（zhī）一，在這個基（jī）礎（chǔ）做出的數控改（gǎi）造，投入較小，改（gǎi）造周期縮短，可以盡快使設（shè）備在生產中創造效益。因此（cǐ），做好普通機床設備的維修和數控改造工作，按照不同的需求有製定改造解決（jué）方案，保（bǎo）障設備（bèi）精度，提高壽命（mìng），提高加工工藝和加工效率，創造出更多的經濟效益和社會效益。

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