基於工作台（tái）自動分度的鑽床數控化改造-數控機床市場網

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基於工作台自動分度的鑽床數控化改造

2018-4-9 來源：華僑大學福建省湄洲灣職業（yè）技術學校作者：陳威蔡明雄郭渭萍

摘要：針對目前機械加工、製造和維修（xiū）行業中難以一次性完成任意角度分（fèn）度（dù）鑽孔的問題，以台式鑽床（chuáng）為例，重點（diǎn）介紹工作台的（de）自動分度和鑽床數控化改造的方案和工作（zuò）原理：將（jiāng）傳統的機械與現有的數（shù）控技術相結合，使鑽床具有工作台（tái）自動（dòng）分度、主（zhǔ）軸自動進給功能。改造後的鑽床經濟適用、簡單易行，可（kě）降低勞動強度、提高生產效率，已成功運用到實際生（shēng）產中。

關鍵詞：數控改造；鑽床；自動進給；自（zì）動分度

數控機床具有操作（zuò）簡單（dān）、自動化作業、加工工件質量穩定等特點，能較好地解決結構複雜、精密、批量小、樣式多變等的零件（jiàn）加工問題，保證產品的加工質量穩定，且能大幅提高生（shēng）產率（lǜ）。

在我國機械加工、製造業和維修行業中，很多小型企業、家庭作坊和個體經營戶（hù）所用的老、舊機床在設備中還占相當大的比例，已滿足不（bú）了產品（pǐn）種類（lèi）迅速增加和質量不斷提高的生產需求。但一（yī）次性投入（rù）巨資購買新的數控機床不太現實（shí）。對（duì）現有的普通機床進（jìn）行數控改造，無疑是一種投資少、見（jiàn）效快，且能（néng）在短期內使企業加工生產（chǎn）能力上規（guī）模、上檔（dàng）次的有效（xiào）方（fāng）法。

本文以（yǐ）台式鑽床（chuáng）鑽削多孔（kǒng）零件為（wéi）例（lì），具體闡述台式鑽床工作台自動分度的實現和鑽床數控化改造的方法（fǎ）。

1 、問（wèn）題的提（tí）出

隨著國內汽車配件行業的發展，多孔（kǒng）零部件的鑽孔攻絲加工等（děng）也隨之增加。如汽（qì）車、摩托車多孔零部件：發動機箱體、鋁（lǚ）鑄件殼體、製（zhì）動鼓、刹車盤（pán）、轉向器、輪轂、差（chà）速殼、軸頭、半軸、車橋（qiáo）等，泵類、閥（fá）類、液壓元件、太陽能配（pèi）件，等等。這類工件往往要（yào）求加（jiā）工精度高、工效快。而以往加工這（zhè）類零件的多孔部份，通常是先人工劃線或設計一個專用的鑽模，再在鑽床上鑽（zuàn）孔。這種（zhǒng）加工方（fāng）法不僅勞動強度大、效率低，而且加工（gōng）精度差，經常出現孔（kǒng）距超差而造成工件報廢和返（fǎn）工（gōng）。因此應用（yòng）高精度、自動化程度高的數控鑽床（chuáng）已（yǐ）勢在必行。為（wéi）了節（jiē）約投資資金、降低加工成本，擬對現有台鑽（zuàn）進行數控化改造（zào）。以實現對圖（tú）1所示零件多（duō）孔部份的自（zì）動鑽（zuàn）削加工（gōng）為例。改造前，需要（yào）人工取放工件、鑽模進行（háng）夾緊，1 個（gè）人隻（zhī）能操作 1 台鑽床，不僅生產（chǎn）效率低、勞動強度大而且不安全（quán）；改造後，隻需人工取放工件，其他工序（xù）全部自動完成，1人就（jiù）可操作3~5台鑽床，生產（chǎn）效率提高數倍，勞動強度也（yě）大為降低，且產品加工精度高、參數一致性好。

圖1 零件圖

2 、數控化改造方案

圖2 數控係統工（gōng）作原理圖

以原鑽床為基礎（chǔ），保持主要結構基本不變，設計一套可控製主軸自動進給和工作台自動分度的係統，如圖2所示。具體方案如下：

1）保持（chí）原鑽床基本結構不變。保留原鑽床主傳動鏈、工作台，在原工作台上安裝（zhuāng）一套由數控係統控製的自（zì）動分度裝置。

2）將控製鑽床進給（gěi）運動的手柄拆去，在鑽床的主軸上加（jiā）步進電機，步進電機通過蝸輪蝸杆（gǎn）副齧合，從而實（shí）現了主軸向下（xià）進給或向上退出，加工完（wán）成後（hòu），由數控係統控製返（fǎn）回起始點。

3）為方便鑽床步進電（diàn）機的互檢、降低售後維修保養成本，改造後的鑽床所選用的步進電機盡量為同一型號。

4）數（shù）控係統的選用（yòng）。考慮到經濟性和操作的簡易性，采用現成的廣數係統（tǒng）來實現點位控製。

2.1 機械部份改造

1）主軸（Z軸）自動進（jìn）給。

考慮到（dào）主傳動係統不變，根據台（tái）鑽主軸的進給與主軸的轉速在鑽孔加工時並不需要嚴格匹配，而隻需（xū）要根據所（suǒ）加工的孔徑的（de）大小將主軸進給速度控製在一個合適的範圍內即可的特點，設計了（le）兩種主軸（Z 軸（zhóu））自動（dòng）進給實現方案：第一種選用滾珠絲杆副；第二種（zhǒng）是在主軸原（yuán）來操作（zuò）杆的（de）位置上安裝蝸輪、聯軸器和步進電機，再加裝一蝸杆（gǎn），使其與蝸輪形成運動副（fù）。這（zhè）兩種方案都（dōu）可以把旋轉運（yùn）動變為直線運動，也可以起到減速作用。但是由於（yú）該台式鑽床設備老舊，所以滾（gǔn）珠絲杆副雖然（rán）在傳（chuán）運精度和效率上比蝸輪蝸杆副要高，但是（shì）在安裝時其結構比（bǐ）後者要複雜得多。故綜合考慮設備本身（shēn）實際、所（suǒ）加工零件的（de）要求和經濟性，最終選擇（zé）第二種方案實現主軸（Z 軸）自（zì）動進給。

2）工作台（tái）的自動分度裝置。

在台鑽原有的工作台上安（ān）裝一台步進電機（jī），步進電機旋轉帶動根據產（chǎn）品（pǐn）大（dà）小而設計的夾緊裝置，以達到自動分度的效果（guǒ）。

2.2 數（shù）控係統部份

采用現有市場常用的廣數係統 928TE，該係統性價比高。借鑒加工中心配一旋轉軸的原理，將主軸設為 Z 軸，將工作台的自動分度裝置設定為 X 軸。借助廣數係統的兩個驅動器，其中（zhōng）一（yī）個驅動單元控製步進電機（jī）的（de）轉動，從而帶動蝸（wō）輪蝸杆副傳動實現（xiàn）鑽床主（zhǔ）軸的進（jìn）給；另一個驅動單元（yuán）控製工（gōng）作台上步進電（diàn）機的轉（zhuǎn）動，從而帶動夾（jiá）緊裝置實現自動分度。

改造後，機床的手動進給變成了自動進給。鑽孔時，主軸的自動進給可通過數控係統來給定。可以根據（jù）需要加工零件孔的分布數（shù）量在數控係統（tǒng）中進行編程，使鑽床可以加工出不同（tóng）數量均（jun1）布的孔係。

2.3 步進電機的選擇

步進電機是一種將電脈衝轉化（huà）成角（jiǎo）位移的執行機構。當步進驅動（dòng）器接收到一個脈衝信（xìn）號，就驅動步進電機按（àn）設定的方向旋轉一個固定的角度（稱為步距角），步進電機的旋轉是以固定的角度一（yī）步一步運行的（de）。可以通過控製脈衝個數來控製角位移量，從而達（dá）到準確定（dìng）位的目的（de）；同時可以通過控製（zhì）脈衝（chōng）頻率來控製電機旋（xuán）轉的速（sù）度和加速度，從而達到調速的目的。步進電（diàn）機結（jié）構和功（gōng）能都比較簡單，不易發生故障。

本次改造是根據最大靜轉距和最高工作頻率進行電機的選擇。經過計算（suàn）確定傳動係統采用110BYG3502 步進電（diàn）機，其主要技術參數（shù）為：步距角θb=0.6°；最大靜（jìng）轉距（jù）Tm=12 N·m；相數為3；電壓為30~300 V；電流為3.4 A。考慮到方便機床（chuáng）步進（jìn）電機的（de）互檢且降低售後維修保養成本，工作台自動（dòng）分（fèn）度所選用的步進電機也為（wéi）同一型號。

3 、台式（shì）鑽床數控化改造的優缺點

1）成本低、周期快。由於很多零配件市場上都有現成的（de）貨源，因此同購置（zhì）新（xīn）鑽床相比可節省70%左右的費用，而且廠家可以自行（háng）完成改造。

2）便於掌握操作和維修（xiū）。由於是自行改造，操作者對改造後的鑽（zuàn）床的加工能力及其它性能了如指掌，在操作使用（yòng）和維修方麵見效快。

3）機械性能穩定性相（xiàng）對較差。由於受原鑽床機械結構（gòu）的（de）限製而不宜做突破性的改造，改造後的鑽床機械性能穩定性相對較差。

4 、結語

本設計改造周（zhōu）期短、費用低，改造（zào）後（hòu）的鑽床操作、使用方（fāng）便。機床增（zēng）加（jiā）了自（zì）動進（jìn）給的功能，操作者（zhě）可以運用廣數係統對不同加工直徑、分布不同的孔係零件進行編程加（jiā）工。機床自動化程（chéng）度高（gāo），能靈活、迅速地（dì）適應加工（gōng）零件的變更，對工人的技術水平要求也不高，特別（bié）適宜中（zhōng）小型企業的鑽床（chuáng）改造。本數控化改造對於想（xiǎng）節約資金又要擴大機床的加工工藝（yì）範圍的企業而言，不失為一項可行的方案。

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