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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（chéng）訓練中（zhōng）心作者：金（jīn）曉明

摘（zhāi）要：普通機床適用於一些常規（guī）加工、粗加（jiā）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，降低了加工精度。由於市場的競（jìng）爭日益激烈，成本、質量、生產率和產量、交貨期，這些因素都決定了需要對機床部分機構進行（háng）大修及數控化（huà）升級改造，可以提高產品的加工效率（lǜ）和加工精度，同時（shí）在原有機床基礎上進行改造可（kě）以降低成本、縮短設備升級改造周期。

關鍵詞：普通機床；大修（xiū）改造；機床精度；數控（kòng）改造

1 、行業背景和需求

近年來隨著“國之重器”的不斷（duàn）出現，凸顯出製造業的重（chóng）要性，而各個製造行業的發展（zhǎn）都與機床裝（zhuāng）備的發展密切相關。

由於機床（chuáng）長期運轉或不當操作或（huò）缺少必要的維保，使得機床機構可能出現嚴（yán）重磨損，降低了加工（gōng）精度。

由於市場的競爭日益激烈，成本（běn）、質量、生產率和產量、交貨期，這些因素都決定了數控化升級改造前需要（yào）對機床部分機構進行大修，這樣才可以提高產品的加工效率和加（jiā）工精度，在（zài）原有機床基礎上進行改（gǎi）造可以降低成本、縮（suō）短設備升級改造（zào）周（zhōu）期。

2 、大修改造方（fāng）案的確定（dìng）

2.1 技術可行性（xìng）評估

技術可行性（xìng）評估是大修和改造的第一步。通常來看，普通機（jī）床在數控改造前，大部分都需要進行部件（jiàn）修理，對被（bèi）改造機（jī）床進行結構、性能、精度等技術現（xiàn）狀的全麵分析。確（què）定（dìng）修理的要求（qiú）、範圍、內容，包括機床原有結構是否合理，基礎部件及結構件是否足以支撐（chēng）改造（zào）等；也（yě）要確定因數控改（gǎi）造而（ér）需進行機械結構改造的（de）要求、內容。

將普通機床改造成數控機床，要考察各坐標軸的機械（xiè）傳動結構及導軌副的形式等是否適用；還要確定電氣（qì）改造與機械修理、改造之間的時間順序，按照不同的步驟交替進行，縮短改（gǎi）造工期（qī）。機械性能的完好是數控改造成功的基（jī）礎。測（cè）量機床目前的各（gè）項精度與出廠精度進行對比，是否存在差（chà）距。機床經（jīng）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問題（tí）。

因此根據對現有機床的評估和改造（zào）需求（qiú），首（shǒu）先要進行全麵保養，然後對機床做一次改（gǎi）前（qián）的幾何精度、尺寸精度測量，記錄（lù）在案。這樣既可以對改造工（gōng）作起（qǐ）參考作用，又可在改造結束時做（zuò）對比（bǐ）分析用。

2.2 普通機床功能部件

以改（gǎi）造數控車床步（bù）驟為例：

①數控係統，方案一、數控係（xì）統＋兩軸步進係統：方案二（èr）、數控係（xì）統＋兩軸伺服係統。

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（jī）械部分：1）機械精度恢複（fù）：a）重（chóng）新貼（tiē）塑；b）導軌磨削：2）機械各部件修複、清理、重裝。

⑤現場（chǎng）整機聯調。

2.3 數控改造（zào）方案

X、Y 軸均作數控改造，絲杆換成滾珠絲杠（gàng），驅動形式改為（wéi）步進驅動或伺服（fú）驅動，控（kòng）製係統采用西門子數控係統。如圖 1 所（suǒ）示，電機輸出用同步齒形帶傳動至絲杠，絲杠（gàng）在一對 NSK 軸承和（hé）一隻輔助軸承支承（chéng）下，帶（dài）動螺母往複運動，工（gōng）作台和刀架均設有雙向限位開（kāi）關，刀架還配有斷電製動器，2 隻電機（jī）座鑄造而成。

圖 1 絲杠運動示意圖

2.4 主要部件（jiàn）的選（xuǎn）用

2.4.1 進給機構的（de）選用

進給傳動機構的動作過（guò）程：是以電機為動力源，由齒輪（帶輪、直聯）傳動傳遞動力帶動絲杆作旋轉運動，絲（sī）杆再帶動刀架作進給運動。傳動方式：①齒（chǐ）輪傳動；②帶輪傳動；③直聯傳動（dòng）。絲杆支（zhī）撐方（fāng）式：滾珠絲杆支撐：

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

本進給傳動結（jié）構主要有（yǒu）以下特點：結構簡單，加工（gōng）方便；體積小巧靈活，安（ān）裝方便（biàn）；運動平穩且保證一定得加工精度；壽命長，安全環保。以電機、傳動機構（齒輪、帶輪、直聯）、絲杆與支撐為（wéi）主幹。絲杆由支撐機構懸掛在床身一側，用內六角圓柱（zhù）頭螺（luó）釘和墊圈將支撐機構固（gù）定（dìng）在床身外側。絲杆以電（diàn）機為動力源，通過傳（chuán）動機構傳遞動（dòng）力帶動絲杆（gǎn）旋轉，絲杆再帶動刀架形成進給運動。

本傳（chuán）動進給機構可以采用（yòng）多種傳動方式和多種絲杆支撐方式，針對不同（tóng）的數控（kòng）機床采用合理的機構，以保證（zhèng）設計結構簡單合理、運行可靠（kào）穩定、進給準確和較高的加工精度。

2.4.2主軸

主軸（zhóu）單元是影響機床性能的最關鍵部件。

因為主軸直接帶動刀具或工件進行（háng）切削運動，其（qí）轉（zhuǎn）速和精度直接影響工件的加工精度和生產率。主軸（zhóu）單元的轉速和回轉精度（dù）是評價數控機床（chuáng）整體性能的重要指標（biāo），是用戶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（shēng）、平衡、噪音等多項相（xiàng）關技術。其中一些技術問題是（shì）相互矛盾和製約（yuē）的（de），例如，主軸轉速高，溫升就高，主軸軸承預負（fù）荷就較低，這樣就減低了剛度（dù），加工精度就會（huì）下降。因此需要根據機床的自身狀態及使用要求來選配（pèi）主軸單元，這樣做到既（jì）能滿足機（jī）床全部功能要求又不（bú）會增加成本（běn）。

3 、數控（kòng）化改造（zào）的內容

3.1 係統的選擇

數控係統按有無（wú）測量裝置（zhì）可分為（wéi）開環數控係統和閉環數控係統。閉環數控係統根據測量裝置采樣點的位置又可分全閉環數（shù）控係統和半閉環數控係統兩種。（圖 2-圖 4）在做數控改造（zào）時，根據機床的自身狀態及使用要求來選配數控（kòng）係統。根據機（jī）床的功能要求選（xuǎn）擇相應控製（zhì）係統的類（lèi）型，做到既能（néng）滿足機（jī）床全部功能（néng）要求又不會提高標準增加成本。

3.2 電機（jī）的選配

確定（dìng）負載的性質（如水平還是垂直負載等），轉矩、慣量、轉速（sù）、精度、加減速等要求（qiú），上位控製（zhì）要求（如（rú）對端口界麵和通訊方麵的要求），主要控製方式是位置、轉矩（jǔ）還是速度方式（shì）。供電電源是直（zhí）流（liú）還（hái）是交流電源，電壓範圍。此以確定（dìng）電機和配用動器或控製器的（de）型號。電機的選擇應根（gēn）據具體（tǐ）應（yīng）用情況而（ér）定。

3.3 試加工驗收

機（jī）床精度（dù）驗（yàn）收和試切削加工驗收。

3.3.1 機（jī）床精度（表 1）

3.3.2 試切削件（jiàn）加工（表 2）

3.4 人員（yuán）培訓

機床改造後，需（xū）要對使用（yòng）人員做出專業培訓。因此提前為使用人（rén）員設計合的操（cāo）作及安全防護知識（shí）培訓十（shí）分重要，否則改造後的機床很難迅速投入生產使用。培訓內容一般應包括操作麵板按鈕及指示燈（dēng）的功（gōng）能（néng）、含義（yì）；操（cāo）作係統的功能（néng）範圍、使（shǐ）用方（fāng）法；維護保養及安全防護要求；自動化編程和編程標準等等。

按係統操作編程說明書規定的各種指令及功能均可正常使用，保證參數設定合理。

4 、結語

綜上所述，普通機床是加工行業普遍使用的設備之一，在這個基礎做出的數控改造，投入較小，改造周期（qī）縮短（duǎn），可以盡快使設備在生產中創（chuàng）造效（xiào）益。因此，做好普通機床設備的（de）維修和數控改造工作，按照不同的需求有（yǒu）製定改造解決方（fāng）案，保障設（shè）備精度，提高壽（shòu）命，提（tí）高加工工藝和加工效率（lǜ），創造出更多的經濟效益和社會效益。

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