時間：2022-11-25 14:16:26
序論：在您撰寫數(shù)控機(jī)床改造時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1數(shù)控機(jī)床改造的特點(diǎn)
數(shù)控改造技術(shù)在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛,這主要是由于數(shù)控改造有以下幾方面突出特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
(1)投資額少、交貨期短同購置新機(jī)床相比,一般可以節(jié)省60%-80%的費(fèi)用,改造費(fèi)用低,特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造,只是新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3,交貨期短。即使有些特殊情況,如高速主軸、托盤自動交換裝置的制造與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢,改造成本也高2-3倍,但與購置新機(jī)床相比,也能節(jié)省投資50%左右。
(2)機(jī)械性能穩(wěn)定可靠所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而兼顧的鑄造構(gòu)件,而不是那種焊接構(gòu)件,改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好,可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。
(3)熟悉了解設(shè)備、便于操作維修購買新設(shè)備時,不了解新設(shè)備是否滿足其加工要求。改造則不然,可以精確地計(jì)算出機(jī)床地加工能力,另外,由于多年使用,操作者對機(jī)床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短,見效快。改造的機(jī)床一安裝好,就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
(4)可采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時地提高生產(chǎn)設(shè)備地自動化水平和效率,提高設(shè)備和檔次,將舊設(shè)備改成當(dāng)今水平的機(jī)床。充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基,不必像購置新設(shè)備時那樣需要重新構(gòu)筑地基。因此可節(jié)約費(fèi)用,降低改造成本,同時也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
(5)提高產(chǎn)品質(zhì)量和工效可以解決復(fù)雜零件的加工精度控制,加工的產(chǎn)品尺寸一致性好、合格率高、廢品率的、生產(chǎn)效率高。如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,一般可提高工效3-7倍。對復(fù)雜零件而言,難度越高,提高的工效越明顯。此外還可以減輕工人的勞動強(qiáng)度,提高工人素質(zhì)促進(jìn)科技成果的普及和應(yīng)用,為“體力型”向“智能”轉(zhuǎn)變創(chuàng)造條件。
2提高數(shù)控機(jī)床改造精度的常見方法
數(shù)控機(jī)床在設(shè)計(jì)上要達(dá)到高的靜動態(tài)剛度,運(yùn)動副之間的摩擦系數(shù)小,傳動無間隙,功率大;便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達(dá)到上述要求,還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求,才能獲得預(yù)期的改造目的,常見的機(jī)床改造方法如下。
2.1修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌精度
導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向與承載。導(dǎo)軌在空載和在切削條件下運(yùn)動時,都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。是機(jī)床幾何精度的基礎(chǔ),所以,機(jī)床在改造時,為了達(dá)到預(yù)期的精度要求,往往必須修復(fù)導(dǎo)軌精度。對不同形式導(dǎo)軌,大概修理方法如下:
(1)使用環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層修復(fù)導(dǎo)軌精度:工作臺導(dǎo)軌的涂層,就是床身導(dǎo)軌的拓印,它的配合精度必然很高,簡化了工藝,縮短了制造周期。應(yīng)用于機(jī)床改造更為便利,效果顯著。
(2)鑄鐵導(dǎo)軌:鑄鐵導(dǎo)軌的精加工是用刮削的方法得到的,刮研顯點(diǎn)為18—25點(diǎn)/平方厘米,同時,必須保證的可靠性。這樣才能盡可能的減小摩擦,以及對位置控制精度的影響。
2.2恢復(fù)主軸精度
主軸是主軸組的重要組成部分。機(jī)床工作時,由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動,對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率,有重要影響。所以,改造時必須修復(fù)主軸的精度。
對于精度超差的主軸拆卸以后應(yīng)對其進(jìn)行全面檢查,以便確定修理方案。但大多需要更換主軸軸承、重新調(diào)整軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊。調(diào)整后應(yīng)進(jìn)行溫升實(shí)驗(yàn),溫升超過規(guī)定值,應(yīng)減少預(yù)緊量。
當(dāng)主軸軸承重新裝配好后,用千分表和標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)棒,檢查主軸錐孔中心線是否和主軸的回轉(zhuǎn)中心重合,如果相差較大,則必須用專用的磨頭,重新磨削主軸錐孔,使其回轉(zhuǎn)中心同主軸的回轉(zhuǎn)中心完全重合。
2.3修復(fù)或更換滾珠絲杠
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,機(jī)械制造業(yè)正不斷面臨著高速度、高精度等新的挑戰(zhàn)。滾珠絲杠作為當(dāng)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的主要傳動機(jī)構(gòu),以其長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用,成為各類數(shù)控機(jī)床的重要配套部件,并己實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和商品化。基本上現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都采用了滾珠絲杠,但在改造時,一定要恢復(fù)其傳動精度,或干脆更換新的或更高精度的滾珠絲杠,只有這樣才能保證改造后的定位精度,尤其是在半閉環(huán)系統(tǒng)中,絲杠不僅要起到傳動作用,還要起到標(biāo)尺的作用,編碼器只是測量絲杠的轉(zhuǎn)數(shù),至于工作臺實(shí)際行走的距離,相當(dāng)于開環(huán),只能靠滾珠絲杠本身的精度保證。
2.4利用精密儀器檢測機(jī)床精度
可以結(jié)合具體的機(jī)床改造過程,利用先進(jìn)的激光干涉儀測量系統(tǒng),對機(jī)床的定位精度進(jìn)行測量,并利用球桿儀快速檢查機(jī)床精度,診斷誤差來源,自動分析機(jī)床精度狀態(tài),檢查出反向間隙、垂直度、直線度、周期誤差、伺服不匹配、傳動鏈磨損等,根據(jù)檢測結(jié)果,進(jìn)行必要的分析,再結(jié)合資金投入、新技術(shù)應(yīng)用等因素確定必要的改造、修理方案。在調(diào)整機(jī)床參數(shù)時,尤其是伺服驅(qū)動參數(shù),可根據(jù)球桿儀的檢測結(jié)果,進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化,使機(jī)床參數(shù)更合理,系統(tǒng)更穩(wěn)定。
在改造完成后,利用激光干涉儀對定位精度進(jìn)行測量,然后,根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,可以大大提高機(jī)床的定位精度和加工精度。
2.5減少傳動環(huán)節(jié)的間隙
一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動,因而改造時,機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求,以保證機(jī)床加工精度。
如果進(jìn)給傳動系統(tǒng)中有蝸輪蝸桿傳動,一定要注意,調(diào)整好反向間隙,否則,很可能直接影響機(jī)床性能。另外,如果進(jìn)給傳動系統(tǒng)中有同步齒形帶,也必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或更換,尤其是在采用半閉環(huán)系統(tǒng)中,若此部分不在控制環(huán)內(nèi),將直接影響機(jī)床的定位精度。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控；機(jī)床；數(shù)控化改造；特點(diǎn)和方法
1 機(jī)床數(shù)控化改造分析
一臺舊設(shè)備使用到一定年頭后，必然會故障頻繁發(fā)生、維修困難、生產(chǎn)效率降低、加工精度不穩(wěn)定、甚至完全停機(jī)。對這樣的設(shè)備是采取徹底報(bào)廢、還是經(jīng)過中大修數(shù)控改造？做出這種決定之前，首先要對現(xiàn)有設(shè)備的剩余使用價(jià)值作出評估。例如一臺加工中心，主要構(gòu)成的機(jī)電部件有：①CNC系統(tǒng)及操作子系統(tǒng)；②伺服系統(tǒng)(包括電動機(jī))；③機(jī)床電氣；④機(jī)械本體(床身、立柱、導(dǎo)軌和絲杠等)；⑤刀庫機(jī)械手系統(tǒng)；⑥自動工作臺交換系統(tǒng)(APC)等。每一個子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況，都可以作出相應(yīng)剩余使用價(jià)值評估。例如根據(jù)伺服系統(tǒng)的磨損程度，如果繼續(xù)留用，應(yīng)考慮整修后還有50％以上剩余價(jià)值；但考慮到新更換數(shù)控系統(tǒng)的匹配及追求好的伺服特性，即使舊的伺服系統(tǒng)沒有完全損壞，或預(yù)計(jì)繼續(xù)使用壽命不會太長，也可考慮徹底更換。機(jī)械部件的剩余價(jià)值一般都占較高比例，多項(xiàng)工程實(shí)踐表明，一臺高質(zhì)量機(jī)床的機(jī)械大件磨損是有限的。例如改造過的70年代美國臥式加工中心，X方向行程1臺為1.5m、1臺為2.5m，導(dǎo)軌的直線度和扭曲都能調(diào)整到0.008mm/1000mm，導(dǎo)軌本身沒有進(jìn)一步修磨。機(jī)械手刀庫部件易損件集中在幾個零件上(如手爪、插銷等)，即使重新更換花費(fèi)也不多，因此機(jī)械部件都占有較高剩余價(jià)值。
2 數(shù)控機(jī)床改造的特點(diǎn)
2.1 投資額少、交貨期短同購置新機(jī)床相比,一般可以節(jié)省60 % - 80 %的費(fèi)用,改造費(fèi)用低,特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造,只是新機(jī)床購置費(fèi)用的1/ 3 。即使有些特殊情況,如高速主軸、托盤自動交換裝置的制造與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢,改造成本也高2 - 3倍,但與購置新機(jī)床相比,也能節(jié)省投資50%左右。另外可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對性的改造，交貨期縮短。
2.2 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而兼顧的鑄造構(gòu)件,而不是那種焊接構(gòu)件,改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好,可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。
2.3 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時,不了解新設(shè)備是否滿足其加工要求。改造則不然,可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者對機(jī)床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短,見效快。改造的機(jī)床一安裝好,就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.4 可采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時地提高生產(chǎn)設(shè)備地自動化水平和效率,提高設(shè)備和檔次,將舊設(shè)備改成當(dāng)今水平的機(jī)床。充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基,不必像購置新設(shè)備時那樣需要重新構(gòu)筑地基。因此可節(jié)約費(fèi)用,降低改造成本,同時也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
3 提高數(shù)控機(jī)床改造精度的常見方法
數(shù)控機(jī)床在設(shè)計(jì)上要達(dá)到高的靜動態(tài)剛度,運(yùn)動副之間的摩擦系數(shù)小、傳動無間隙、功率大、便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達(dá)到上述要求,還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求,才能獲得預(yù)期的改造目的,常見的機(jī)床改造方法如下：
3.1 修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌精度
導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向與承載。導(dǎo)軌在空載和在切削條件下運(yùn)動時,都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。是機(jī)床幾何精度的基礎(chǔ),所以,機(jī)床在改造時,為了達(dá)到預(yù)期的精度要求,往往必須修復(fù)導(dǎo)軌精度。對不同形式導(dǎo)軌,大概修理方法如下:
3.1.1 使用環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層修復(fù)導(dǎo)軌精度:工作臺導(dǎo)軌的涂層,就是床身導(dǎo)軌的拓印,它的配合精度必然很高,簡化了工藝,縮短了制造周期。應(yīng)用于機(jī)床改造更為便利,效果顯著。
3.1.2 鑄鐵導(dǎo)軌:鑄鐵導(dǎo)軌的精加工是用刮削的方法得到的,刮研顯點(diǎn)為18 ―25 點(diǎn)/ 平方厘米,同時,必須保證的可靠性。這樣才能盡可能的減小摩擦,以及對位置控制精度的影響。
3.2 恢復(fù)主軸精度
主軸是主軸組的重要組成部分。機(jī)床工作時,由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動,對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率,有重要影響。所以,改造時必須修復(fù)主軸的精度。對于精度超差的主軸拆卸以后應(yīng)對其進(jìn)行全面檢查,以便確定修理方案。但大多需要更換主軸軸承、重新調(diào)整軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊。調(diào)整后應(yīng)進(jìn)行溫升實(shí)驗(yàn),溫升超過規(guī)定值,應(yīng)減少預(yù)緊量。當(dāng)主軸軸承重新裝配好后,用千分表和標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)棒,檢查主軸錐孔中心線是否和主軸的回轉(zhuǎn)中心重合,如果相差較大,則必須用專用的磨頭,重新磨削主軸錐孔,使其回轉(zhuǎn)中心同主軸的回轉(zhuǎn)中心完全重合。
3.3 修復(fù)或更換滾珠絲杠
絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度，滾珠絲杠作為當(dāng)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的主要傳動機(jī)構(gòu),以其長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用,成為各類數(shù)控機(jī)床的重要配套部件。基本上現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都采用了滾珠絲杠,但在改造時,一定要恢復(fù)其傳動精度,或干脆更換新的或更高精度的滾珠絲杠,只有這樣才能保證改造后的定位精度,尤其是在半閉環(huán)系統(tǒng)中,絲杠不僅要起到傳動作用,還要起到標(biāo)尺的作用,編碼器只是測量絲杠的轉(zhuǎn)數(shù),至于工作臺實(shí)際行走的距離,相當(dāng)于開環(huán),只能靠滾珠絲杠本身的精度保證。
3.4 利用精密儀器檢測機(jī)床精度
可以結(jié)合具體的機(jī)床改造過程,利用先進(jìn)的激光干涉儀測量系統(tǒng),對機(jī)床的定位精度進(jìn)行測量,并利用球桿儀快速檢查機(jī)床精度,診斷誤差來源,自動分析機(jī)床精度狀態(tài),檢查出反向間隙、垂直度、直線度、周期誤差、伺服不匹配、傳動鏈磨損等,根據(jù)檢測結(jié)果,進(jìn)行必要的分析,再結(jié)合資金投入、新技術(shù)應(yīng)用等因素確定必要的改造、修理方案。在調(diào)整機(jī)床參數(shù)時,尤其是伺服驅(qū)動參數(shù),可根據(jù)球桿儀的檢測結(jié)果,進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化,使機(jī)床參數(shù)更合理,系統(tǒng)更穩(wěn)定。在改造完成后,利用激光干涉儀對定位精度進(jìn)行測量,并根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,可以大大提高機(jī)床的定位精度和加工精度。
3.5 減少傳動環(huán)節(jié)的間隙
一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動,因而改造時,機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求,以保證機(jī)床加工精度。如果進(jìn)給傳動系統(tǒng)中有蝸輪蝸桿傳動,一定要注意,調(diào)整好反向間隙,否則,很可能直接影響機(jī)床性能。另外,如果進(jìn)給傳動系統(tǒng)中有同步齒形帶,也必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或更換,尤其是在采用半閉環(huán)系統(tǒng)中,若此部分不在控制環(huán)內(nèi),將直接影響機(jī)床的定位精度。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；機(jī)床；數(shù)控化；改造；方案
數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computer Numerical Control），簡稱CNC。計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的運(yùn)動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能。由于采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過計(jì)算機(jī)軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動電機(jī)或液壓執(zhí)行元件帶動設(shè)備運(yùn)行。
1. 數(shù)控機(jī)床概述
數(shù)控機(jī)床就是將加工過程中的各種操作（如主軸變速、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、選擇刀具等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數(shù)字化的代碼或程序來表示，通過控制介質(zhì)（如穿孔紙帶或磁帶、磁盤等）將數(shù)字信息送入專用的或通用的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，來控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其它執(zhí)行元件，使機(jī)床自動加工出所需要的工件。
2 .機(jī)床的數(shù)控化改造方案
2.1進(jìn)行改造項(xiàng)目的可行性評估
2.1.1 對其價(jià)值做出評估。例如一臺加工中心，主要構(gòu)成的機(jī)電部件有：①系統(tǒng)及操作子系統(tǒng)；②伺服系統(tǒng)包括電動機(jī)；③機(jī)床電氣；④機(jī)械本體床身、立柱、導(dǎo)軌和絲杠等；⑤刀庫機(jī)械手系統(tǒng)；⑥自動工作臺交換系統(tǒng)等。每一個子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況，都可以做出相應(yīng)的價(jià)值評估。
2.1.2 評估改造后能達(dá)到的目標(biāo)，即有什么樣的機(jī)床準(zhǔn)確度和使用性能。
2.1.3 進(jìn)行成本的估算，即投入資金的評估。投入資金多少與制訂改造目標(biāo)高低密切相關(guān)。投人的改造費(fèi)用主要由下列項(xiàng)目構(gòu)成：①數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)伺服系統(tǒng)；②機(jī)床電氣及附件更換；③機(jī)床機(jī)械元部件準(zhǔn)確度修復(fù)和維修保養(yǎng)；④機(jī)床輔助系統(tǒng)如液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等維修保養(yǎng)；⑤機(jī)床外觀質(zhì)量的修復(fù)；⑥機(jī)床改造后的調(diào)試檢測；⑦機(jī)床改造所需的技術(shù)勞務(wù)費(fèi)。在受改造費(fèi)用限制時，可以修改改造目標(biāo)，降低一些要求以減少投入費(fèi)用。
2.1.4 對改造方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。在做改造方案時，不可能對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)狀大解剖，不可能拿到機(jī)床現(xiàn)狀準(zhǔn)確測試數(shù)據(jù)，因此在以后實(shí)施改造工作中還會碰到意料之外的問題。因此必須做出風(fēng)險(xiǎn)評估和制訂相應(yīng)對策。一般做法是在工程項(xiàng)目費(fèi)中，設(shè)置不可預(yù)見費(fèi)用。
2.1.5 性能價(jià)格比評估。為了在經(jīng)濟(jì)上有定量分析的依據(jù)，常選一臺現(xiàn)在市場上性能相似的商品價(jià)格作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。
2.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心，在選擇時要對其性能、經(jīng)濟(jì)性及維修服務(wù)等進(jìn)行綜合考慮。數(shù)控系統(tǒng)主要有3種類型：步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)；異步電動機(jī)或直流電機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；交/直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其中步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。該系統(tǒng)的位移準(zhǔn)確度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移準(zhǔn)確度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距準(zhǔn)確度，所以系統(tǒng)的位移準(zhǔn)確度較低。但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。
2.3 伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。例如，數(shù)控機(jī)床的最高移動速度、跟蹤度、定位度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)。伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類。在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中，一般選用價(jià)格較低的開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.4 機(jī)床機(jī)械部件的改造
一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到很高的動態(tài)剛度；運(yùn)動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達(dá)到此要求，并注意下述幾方面。
2.4.1 導(dǎo)軌副。對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向度和工藝外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。
2.4.2 齒輪副。一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪準(zhǔn)確度等級都比普通機(jī)床高。
2.4.3 滑動絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈準(zhǔn)確度。絲杠的選用主要取決于加工件的準(zhǔn)確度要求和拖動扭矩要求。
2.4.4 聯(lián)軸器。為了消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位度，伺服驅(qū)動元件所用的聯(lián)軸器多數(shù)采用無鍵連接，如錐銷剛性聯(lián)軸器，錐環(huán)聯(lián)軸器等。
2.4.5 回轉(zhuǎn)刀架。一般改裝的車床多數(shù)采用四工位自動回轉(zhuǎn)刀架。
2.4.6 安全防護(hù)。改造效果必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。
3. 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)方法
3.1 基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)
基于單片機(jī)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)一般采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件，步進(jìn)電機(jī)采用脈沖方式工作，基本原理是：系統(tǒng)中的鍵盤用于向計(jì)算機(jī)輸入和編輯零件加工程序；采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息；存儲器用來存放監(jiān)控程序、鍵盤掃描程序、顯示驅(qū)動程序及用戶控制代碼程序等；功率放大器用來對計(jì)算機(jī)送來的脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動負(fù)載運(yùn)行。需要完成的具體任務(wù)有：
3.1.1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般采用51系統(tǒng)單片機(jī)作為主控制器，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些必要的器件如ROM、鍵盤等。
3.1.2 軟件設(shè)計(jì)。包括：監(jiān)控與操作軟件，用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、系統(tǒng)監(jiān)控、指揮整個系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作等，包括系統(tǒng)的初始化、命令處理循環(huán)、零件加工程序的編輯修改等；步進(jìn)電機(jī)控制軟件，包括：通電狀態(tài)代碼和電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)；步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。
3.2 基于ARM與運(yùn)動控制器的數(shù)控系統(tǒng)
3.2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件采用主從式雙CPU結(jié)構(gòu)模式。主CPU為ARM處理器，用于鍵盤、顯示，網(wǎng)絡(luò)通訊等管理工作，而從CPU即為運(yùn)動控制芯片，專門負(fù)責(zé)運(yùn)動控制的處理工作。ARM處理器通過總線操作，把命令寫入運(yùn)動控制芯片，使運(yùn)動控制芯片來完成運(yùn)動控制。
3.2.2 操作系統(tǒng)及編程語言。為了最大地利用系統(tǒng)硬件資源，并且還要保證實(shí)時性，所以使用了μC/OS多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)。使用到μC/OS操作系統(tǒng)，通過它實(shí)現(xiàn)多任務(wù)實(shí)時控制。程序的編程語言為C語言以及ARM匯編語言。
3.3 基于PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)
近年來，以工業(yè)PC機(jī)為核心的控制系統(tǒng)已廣泛地被工業(yè)控制領(lǐng)域所接受。采用工業(yè)PC機(jī)在WIN-DOWS操作系統(tǒng)下通用的數(shù)控系統(tǒng)，已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的潮流?；诠I(yè)PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)的PC硬件和操作系統(tǒng)，因此易于進(jìn)行模塊化和開放式的設(shè)計(jì)。開放式數(shù)控系統(tǒng)是目前新型數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)的主流。系統(tǒng)采用工業(yè)PC機(jī)+運(yùn)動控制器結(jié)構(gòu)組成，主要包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、運(yùn)動控制卡以及伺服系統(tǒng)等。
4 .結(jié)論
進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造要將改造的重點(diǎn)放在電氣、控制系統(tǒng)的改造上，機(jī)械部分只對影響準(zhǔn)確度的重點(diǎn)部件進(jìn)行改造。這樣可縮短改造周期，降低改造成本，并利于對系統(tǒng)進(jìn)行再次升級。隨著社會的不斷發(fā)展以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，必將帶動數(shù)控機(jī)床改造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它既是數(shù)控系統(tǒng)CNC系統(tǒng)與刀具、主軸間的信息傳遞環(huán)節(jié)，又是能量放大與傳遞的環(huán)節(jié)。它的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。例如，數(shù)控機(jī)床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能。伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)三類。在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中，一般選用價(jià)格較低的開環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的執(zhí)行元件——伺服電機(jī)，通常采用步進(jìn)電機(jī)或永磁式交流伺服電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)是采用脈沖數(shù)字信號進(jìn)行控制的，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱悖子诳刂?，價(jià)格最低。其選擇的關(guān)鍵是對參數(shù)進(jìn)行確定。確定參數(shù)的具體方法是：先計(jì)算電機(jī)的步距角，其次確定其步距精度，然后再對它的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選擇，最后選定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。
永磁式交流伺服電機(jī)常用于進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中，它容量大，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，效率高，但啟動特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，其次選擇其負(fù)載慣量，然后再確定它的額定轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行電機(jī)預(yù)選，最后通過進(jìn)一步的速度、加減速轉(zhuǎn)矩及連續(xù)工作轉(zhuǎn)矩的驗(yàn)算確定預(yù)選電機(jī)是否符合要求。
2數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的中樞，是其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，選擇時要保證能購得最適合的系統(tǒng)，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
首先，要考慮被改造機(jī)床的功能要求。根據(jù)機(jī)床的功能要求選擇數(shù)控系統(tǒng)，以使數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配。既要避免因偏面追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，而選擇了功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于改造機(jī)床功能的系統(tǒng)，造成功能過剩、資金浪費(fèi)，且在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加而帶來故障率升高的隱患。又要保證所選數(shù)控系統(tǒng)能滿足機(jī)床全部功能要求，不要出現(xiàn)一些因必須的系統(tǒng)功能短缺，影響其它功能的使用，使機(jī)床的優(yōu)良性能發(fā)揮不出來。
其次，要考慮數(shù)控系統(tǒng)的制造廠商。老牌著名跨國公司主要有德國的西門子、日本的發(fā)那科和三菱、法國的NVM等，國內(nèi)公司主要有中華數(shù)控、中國珠峰、北京航天等。目前，進(jìn)口系統(tǒng)的性能尚優(yōu)于國產(chǎn)系統(tǒng)，但價(jià)格也較高，因此適用于大型高精度機(jī)床。國產(chǎn)系統(tǒng)功能較簡單，性能較穩(wěn)定，價(jià)格便宜，對一般車床、銑床已能可靠使用，且近幾年國產(chǎn)系統(tǒng)也有長足進(jìn)步，與世界先進(jìn)技術(shù)的差距越來越小。如中華數(shù)控公司，就憑借已其達(dá)到國際領(lǐng)先水平，且具有自主版權(quán)的數(shù)控技術(shù)和現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)基地在中國大地迅速崛起。該公司的中華數(shù)控系統(tǒng)曾在2004年舉行的第一屆全國數(shù)控技能大賽上與西門子、發(fā)那科等著名系統(tǒng)同臺全方位競技，充分發(fā)揮了其強(qiáng)大功能優(yōu)勢。使用此系統(tǒng)的參賽選手，有多人取得了很好的成績?？梢?，國內(nèi)系統(tǒng)功能也會越來越完善。
第三，要考慮數(shù)控系統(tǒng)與其它配件的匹配。如果數(shù)控系統(tǒng)、電機(jī)及驅(qū)動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時，就可能會出現(xiàn)輸入與輸出信號的不匹配及在傳送中信號產(chǎn)生滯后等現(xiàn)象。因此，選擇時要優(yōu)先考慮能提供進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸驅(qū)動的廠家的數(shù)控系統(tǒng)。
另外，在資金允許的條件下，盡量向著名廠家型號系列靠攏。一般著名廠商此類系統(tǒng)零件篩選更嚴(yán)格，制造工藝更規(guī)范可靠，性能穩(wěn)定，能更好地預(yù)防電器元件的故障或提前失效引起的設(shè)備故障，也有利于維修。
3機(jī)床機(jī)械部件的改造
數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分在剛度、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機(jī)床有更高的要求。因此，不能簡單地認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了機(jī)床數(shù)控改造的目的。而是應(yīng)該從機(jī)床自身的價(jià)值考慮，分析改造要達(dá)到的目標(biāo)和所需投入。從該機(jī)床在本單位產(chǎn)品制造中的地位和重要程度來分析改造價(jià)值。對被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。其中包括機(jī)床原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合改造要求，部件結(jié)構(gòu)是否仍然完好，各坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)及導(dǎo)軌副的形式等是否適用，各項(xiàng)精度是否滿足要求，機(jī)床在加工中是否存在故障和歷史上有無出現(xiàn)過重大故障。從該機(jī)床的投入產(chǎn)出率估算，確定最終改造方案。
3.1主傳動系統(tǒng)的改造
在對主傳動系統(tǒng)進(jìn)行改造時，一般應(yīng)盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機(jī)構(gòu)，只把主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)由原來的機(jī)械控制改變?yōu)橛蓴?shù)控系統(tǒng)控制。當(dāng)然，如果為了擴(kuò)大變速范圍，實(shí)現(xiàn)加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機(jī)更換為多速電機(jī)，這樣可以使機(jī)床性能更好。但多速電機(jī)的功率是隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電機(jī)功率要大，且還要增加一套電機(jī)變速系統(tǒng)，改裝比較麻煩。對普通機(jī)床進(jìn)行簡易數(shù)控改造時，最好不要用這種方法。另外，為了使改裝后的機(jī)床主傳動和進(jìn)給傳動保持必然的聯(lián)系，要在主軸箱內(nèi)安裝一個與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器。如普通車床改裝為數(shù)控車床時，在主軸箱內(nèi)裝主軸脈沖編碼器，以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。
3.2進(jìn)給傳動系統(tǒng)的改造
在對進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)行改造時，一般都應(yīng)該把原來的進(jìn)給變速傳動裝置及操縱機(jī)構(gòu)全部拆除。而每個方向的進(jìn)給傳動都改由各自獨(dú)立的功率步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實(shí)現(xiàn)各坐標(biāo)方向的運(yùn)動，進(jìn)行各坐標(biāo)的控制。例如普通機(jī)床的簡易化數(shù)控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進(jìn)給箱的傳動路線切斷，且將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。
在對機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)改裝的同時，也要對此傳動系統(tǒng)中的傳動裝置元件進(jìn)行相應(yīng)的改造。具體如下：
（1）絲杠。絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的傳動裝置。改造時，為了滿足數(shù)控機(jī)床上較高精度零件的加工要求，應(yīng)該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機(jī)床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變?yōu)榱藵L動摩擦，使摩擦損失減小，精度保持性、傳動平穩(wěn)性、傳動效率等都得以提高。其傳動效率可達(dá)到92%～98%，是普通絲杠螺母副的3～4倍。
（2）拖板。拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。不論是點(diǎn)位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標(biāo)精度都將受到拖板運(yùn)動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。除拖板及相配件精度要高外，由驅(qū)動電機(jī)到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)。以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調(diào)整法和柔性調(diào)整法兩種。剛性調(diào)整法傳動剛度較好，結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整起來很費(fèi)時；柔性調(diào)整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側(cè)間隙，傳動剛度較低，傳動平穩(wěn)性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。改造中，可根據(jù)機(jī)床加工目標(biāo)選用。具體選用可參考有關(guān)資料。
（3）機(jī)床導(dǎo)軌。為了使改造后的機(jī)床有較高的開動率和精度保持性，應(yīng)充分考慮機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。當(dāng)前國內(nèi)普通機(jī)床床身等大件多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對達(dá)不到預(yù)定要求的原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。
4刀架的改造
刀架是否需要進(jìn)行改造，要根據(jù)改造后機(jī)床主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機(jī)床上的加工，就沒有必要對刀架進(jìn)行改造。若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進(jìn)行改造。即拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅(qū)動，由數(shù)控裝置控制的自動刀架。
機(jī)床的數(shù)控化改造要考慮的因素很多。除了上面提到的主要內(nèi)容外，由于機(jī)床控制方式的改變，還要對其進(jìn)行電氣部分的重新設(shè)計(jì)，機(jī)械部分的大修和專項(xiàng)修理，解決調(diào)試、安裝等多方面存在的問題?？傊?，在改造過程中，一定要全面綜合地考慮問題。只有這樣才能改造出性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)床。
摘要：從中、小企業(yè)設(shè)備的實(shí)際情況出發(fā)，對在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中，如何對數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)進(jìn)行選擇，如何對其機(jī)械部分進(jìn)行改造等問題進(jìn)行了介紹。
關(guān)鍵詞：普通機(jī)床；數(shù)控化；數(shù)控機(jī)床；改造
Abstract:Onthebasisoftheconditionoftheequipmentinsmallenterprisesormiddleenterprises,intheprocessofrestructuringthegeneralmachinetoolintoNC,theproblemsthathowtoselecttheNCsystem,servosystemandhowtorestructurethestructuresofthemachinetoolandsoonareintroduced.
Keyword:Ordinaryenginebed;Numericalcontrol;Numerically-controlledmachinetool;Transformation
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關(guān)鍵詞：電動刀架 數(shù)字化改造
中圖分類號：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2013）07-0102-02
一、數(shù)控機(jī)床刀架改造及方案
數(shù)控車床電動刀架是數(shù)控車床的重要功能部件，主要完成零件加工過程中的自動換刀。使機(jī)床在一次裝夾中完成多工序的加工，有效的減少刀具多次裝夾帶來的加工誤差，刀架用于夾持切削用的刀具，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。因此數(shù)控車床的刀架選擇的好與壞、效率高與低將直接影響到產(chǎn)品的加工時間和質(zhì)量，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對自動刀架的功能及性能要求也越來越高，原有的四工位刀架常常不能滿足盤式零件加工要求。本篇主要介紹如何用臥式六工位電動刀架取代立式四工位刀架，以提高數(shù)控機(jī)床使用性能。
圖 1-1 所示為數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)，其中包括控制元件、動力源、傳動裝置、刀架體與檢測裝置。PMC作為控制裝置，通過程序控制電機(jī)的起停與正反轉(zhuǎn)，電機(jī)作為動力源，通過傳動裝置控制上刀體的抬起、下降與轉(zhuǎn)動，霍爾元件作為檢測元件，檢測上刀體是否到位，到位信號反饋給PMC，共同控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下面從機(jī)械與電氣兩方面做一說明。
二、刀架選擇及安裝
1.刀架選擇
數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的自動回轉(zhuǎn)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。
電動刀架已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，國內(nèi)許多廠家已有定型產(chǎn)品，如：立式四工位刀架、臥式六工位刀架、八工位刀架、十工位、十二工位刀架等，我們在改造時只需要根據(jù)產(chǎn)品加工的工藝要求，選用臥式六工位刀架，如下圖（b）。
2.刀架安裝
與原刀架高度及尺寸相近視，刀架電控系統(tǒng)與原刀架電控系統(tǒng)電平一致，機(jī)械參數(shù)可以參考同類機(jī)床進(jìn)行類比，中心高不能過高，低了可以用墊板墊；安裝尺寸也要合適，可以采用過渡件安裝。
3.電氣改造及調(diào)試
電氣控制部分改造分兩步，線路改造和刀架控制梯形圖的編寫。
3.1電氣部分改造
電氣部分，刀架電機(jī)主電路不變，原刀架四個刀位輸入信號地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三個可作為六工位刀位信號使用，刀架的分度由刀架電動機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測和控制，信號是BCD碼，X2.4可作為刀架加緊信號輸入，需增加X2.6、X2.5兩個輸入點(diǎn)作為刀位選通信號及刀架電機(jī)過載保護(hù)輸入端，系統(tǒng)其它電氣控制部分不再改動，下圖為改裝后的原理接線圖。
3.2刀架結(jié)構(gòu)及動作分析
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床刀架式在普通車床六方位刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通六方位刀架一樣：有6個刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)60°時，刀架交換一個刀位，但方刀架回轉(zhuǎn)和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架為例來說明其結(jié)構(gòu)與原理，如下圖3.2所示。
3.3刀位信號
3.4自動刀架控制涉及到的I/O信號
PLC輸入信號： X2.1～X2.3：1～6號刀到位信號輸入；X2.4：熱繼電器信號輸入；
X2.5：行程到達(dá)信號輸入； X2.6：角度編碼器位置選通信號輸入；
X2.7：電源空開信號輸入； PLC輸出信號： Y2.4：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出；
Y2.5：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。
電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關(guān)SQ1進(jìn)行檢測，地址為X2.5。刀架的分度由刀架電動機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測和控制，信號是BCD碼，分別是X2.1、X2.2、X2.3。刀具位置選通脈沖信號為X2.6。電動刀塔過載保護(hù)輸入信號為X2.4。選通信號X2.6為1時表示刀架已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到某個刀位位置，這時的具體刀位號由X2.1、X2.2、X2.3來確定。
3.5電氣設(shè)計(jì)要求
機(jī)床接收到換刀指令（程序的T碼指令）后，刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行松開并分度控制，分度過程中要有轉(zhuǎn)位時間的檢測，檢測時間設(shè)定為10s，每次分度時間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報(bào)警。刀架分度并到位后，通過電動機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行鎖緊和定位控制，為了防止反轉(zhuǎn)時間過長導(dǎo)致電動機(jī)過熱，要求電動機(jī)反轉(zhuǎn)控制時間不得超過0.7s。電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制過程中，還要求有正轉(zhuǎn)停止延時時間控制和反轉(zhuǎn)開始的延時時間控制。自動換刀指令執(zhí)行后，要進(jìn)行刀架鎖緊到位信號的檢測，只有檢測到該信號，才能完成T代碼功能。自動換刀過程中，要求有電動機(jī)過載、短路及溫度過高保護(hù)，并有相應(yīng)的報(bào)警信息顯示。自動運(yùn)行中，程序的T代碼錯誤（T=0或T>7）時相應(yīng)有報(bào)警信息顯示。
3.6控制軟件的設(shè)計(jì)
電動刀架控制系統(tǒng)軟件執(zhí)行過程為：換刀系統(tǒng)接收到換刀指令后，系統(tǒng)首先讀取刀號存儲單元中存儲的當(dāng)前刀位號碼，并將該存儲單元中的刀位號與換刀指令給出的刀位號比較，如果相同，則不需換刀，系統(tǒng)繼續(xù)向下執(zhí)行程序；如果當(dāng)前刀位號碼與換刀指令給出的刀位號不相同，則PMC的Y2.4腳輸出高電平控制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，并不斷檢測刀位到位信號，當(dāng)檢測到刀位到位信號后，PMC的Y2.4腳輸出低電平，停止刀架運(yùn)轉(zhuǎn)，同時在Y2.5腳輸出高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時啟動定時器（電機(jī)反轉(zhuǎn)的時間必須嚴(yán)格控制，時間過短，刀架無法鎖緊，時間過長，會導(dǎo)致電機(jī)過載而燒毀），延時時間一到， Y2.5腳輸出低電平，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，完成換刀過程。
接下來就要完成FANUC系統(tǒng)PMC刀架控制梯形圖的編制，根據(jù)刀架換刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形圖的編寫。
對一臺特定的數(shù)控機(jī)床，只要能滿足控制要求，對梯形圖的結(jié)構(gòu)、規(guī)模并沒有硬性的規(guī)定，我們可以按思路和邏輯方案進(jìn)行編程。但理想的梯形圖程序除能滿足機(jī)床的控制要求外，還應(yīng)具有最少的步數(shù)、最短的處理時間和易于理解的邏輯關(guān)系。
3.7調(diào)試
3.7.1順序程序的輸入、調(diào)試
本文從數(shù)控機(jī)床維修的常見問題出發(fā)，明確維修過程中的重點(diǎn)項(xiàng)目。提出了維修要遵循“先易后難、先里后外”的維修原則，以最為合理的維修方式提高維修質(zhì)量。
2數(shù)控機(jī)床維修改造中存在的問題
2.1數(shù)控機(jī)床的故障分類
在機(jī)床所產(chǎn)生的故障中，根據(jù)實(shí)際問題劃分為機(jī)械故障和電氣問題，所以在維修中要先確定故障類型，檢查電器系統(tǒng)的運(yùn)行情況，尤其對設(shè)備報(bào)警現(xiàn)象、設(shè)備過流、運(yùn)行異常等進(jìn)行確定。其次在設(shè)備維修和升級過程中，會因添加或升級設(shè)備添加或更換元件，這會使新原件和設(shè)備產(chǎn)生排斥并且提高設(shè)備的返修率。
2.2滾珠絲桿的問題
滾珠絲桿在長期工作的狀態(tài)下，其中的油會逐步被消耗，一旦油不能祈禱作用就會為整個設(shè)備體系帶來運(yùn)動誤差，所以在設(shè)備保養(yǎng)的上要將絲杠的性作為主要的保養(yǎng)內(nèi)容。絲桿在注油中要避免新舊由重復(fù)添加。并對絲桿的支承軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行更換，避免設(shè)備電源在使用上行成的安全隱患。
2.3漏保制動問題
機(jī)床的電機(jī)部分會因?yàn)殡姍C(jī)熱積累和短路等問題造成電路燒毀，根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有連續(xù)工作超過0.5kW的電機(jī)必須裝配電動機(jī)熱保設(shè)備，一旦電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)過載和短路的現(xiàn)象，熱保護(hù)中的金屬片會出現(xiàn)彎曲，形成機(jī)械連接中的短路點(diǎn)，但是有的部件在維修中忽略這一問題，使用廉價(jià)的配件，這使電機(jī)的熱保護(hù)能力下降。同時電動機(jī)的電阻反應(yīng)時間和電流保護(hù)器相互矛盾，保護(hù)器常常出現(xiàn)時間和常數(shù)上的巨大差異，使電路的熱保性能大大降低。
3數(shù)控機(jī)床維修改造中的要點(diǎn)
3.1堅(jiān)持“先易后難、先里后外”的維修原則
數(shù)控機(jī)床在維修過程中必須堅(jiān)持“先易后難、先里后外”的維修原則。數(shù)控機(jī)床使用一定時間后自身的故障會逐漸增多，所以數(shù)控機(jī)床在維修和檢修上要先針對簡單問題進(jìn)行處理，然后在排除復(fù)雜故障。
3.2數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜
數(shù)控機(jī)床作為一體化設(shè)備，在結(jié)構(gòu)上十分復(fù)雜。電器件的損壞和連接設(shè)備出現(xiàn)的接觸不良都可能直接導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障，同時在外部環(huán)境發(fā)生變化的過程中，會引發(fā)數(shù)控機(jī)床的多種問題，所以數(shù)控機(jī)床在維修和改造中要根據(jù)開關(guān)、元件、液壓閥等進(jìn)行仔細(xì)研究，注意電控設(shè)備的插座和端子位置、以及線路板的插頭座等問題，同時對濕度、油污、粉塵等常規(guī)性檢修必不可少，通過對數(shù)控機(jī)床的日常檢修能夠避免出現(xiàn)大修的狀況，另外還能夠避免機(jī)床設(shè)備精度受到影響的問題。
3.3進(jìn)行具體的問題分析
數(shù)控機(jī)床在維修前不僅要研究好設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖和電路圖，還要根據(jù)實(shí)際設(shè)備拆裝后進(jìn)行具體的問題分析，要根據(jù)設(shè)備所發(fā)生的原因和故障進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，保證故障出現(xiàn)的原因和解決方法，針對設(shè)備故障的針對性和故障性進(jìn)行合理診斷。在對設(shè)備的通電性的控制上，要以數(shù)控機(jī)床的動態(tài)故障查找為基礎(chǔ)，進(jìn)行故障檢測。
4數(shù)控機(jī)床維修改造需要注意的技術(shù)要點(diǎn)
4.1大型專用數(shù)控設(shè)備的技術(shù)要點(diǎn)
①對于大中型的數(shù)控機(jī)床的主軸一般都是采用齒輪變速的傳動方式，以擴(kuò)大恒功率區(qū)域的變速范圍，保證低速時可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。由于齒輪的變速存有“掛檔”的問題，為了預(yù)防掛檔時出現(xiàn)頂齒的現(xiàn)象需要采用電動瞬動來完成。因此，在進(jìn)行大慣量部件的延時時需要采用時間繼電器來進(jìn)行檢測。②所有的掛檔纖維開關(guān)都要與計(jì)算機(jī)設(shè)備相互結(jié)合，在進(jìn)行掛檔順點(diǎn)的控制時，要根據(jù)接口輸出確定短向運(yùn)行命令，但是由于操作程序需要多個元件聯(lián)合調(diào)試，一旦有一個元件出現(xiàn)問題，PAL系統(tǒng)就不能對電機(jī)的運(yùn)動問題進(jìn)行處理。③在數(shù)控機(jī)床的設(shè)備中需要特別注意在面板上保留手動掛檔的按鈕開關(guān)。④在專有機(jī)床的數(shù)控改造中，需要進(jìn)行參數(shù)宏調(diào)用的方式以實(shí)現(xiàn)PLC程序和零件加工程序之間信息的傳遞，最終實(shí)現(xiàn)特殊的功能要求。⑤所有的大型數(shù)控設(shè)備都要注意結(jié)構(gòu)部件的放松和夾緊問題，尤其在坐標(biāo)軸運(yùn)動的狀態(tài)下要放松設(shè)備結(jié)構(gòu)，但部件達(dá)到合理位置后必須夾緊。⑥將坐標(biāo)軸分成高夾、低夾兩個程度，以避免夾緊時出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。
4.2絲杠的維修重點(diǎn)
絲杠維修情況比較復(fù)雜。設(shè)備在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床改造和維修的過程中，要根據(jù)原操作系統(tǒng)重新設(shè)置相關(guān)參數(shù)，在調(diào)整合適的位帶與夾緊帶。振蕩軸的位置固定不能以臨時性作為基準(zhǔn)，要保證一次維修就能解決問題。
4.3數(shù)控機(jī)床設(shè)備的導(dǎo)軌
在數(shù)控機(jī)床的設(shè)置程序上來看，機(jī)床導(dǎo)軌是主要的機(jī)床外界裝置，車床導(dǎo)軌的工藝性和精度性是維修的重點(diǎn)，導(dǎo)軌的替換材料要保證足夠的耐磨性，并且數(shù)直。以此避免數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌在運(yùn)行過程中出現(xiàn)變形額度情況，具體的設(shè)備導(dǎo)軌還要根據(jù)導(dǎo)軌性進(jìn)行防護(hù)。另外，一般的機(jī)床齒輪都集中在變速箱和主軸箱中，這就要求稅控機(jī)床的齒輪精確要高于普通機(jī)床，以此保證數(shù)控機(jī)床的傳動精度，要保證維修后的機(jī)床整體結(jié)構(gòu)能滿足間隙傳動的要求。
4.4數(shù)控機(jī)床維修改造完成后的驗(yàn)收
數(shù)控設(shè)備在完成相關(guān)調(diào)試后要設(shè)備的出場檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，例如在數(shù)控機(jī)床的維修中從線路改版、到設(shè)備組裝，都要嚴(yán)格執(zhí)行出場檢測，此外在數(shù)控機(jī)床的調(diào)試過程中，要由專人對設(shè)備的機(jī)械、液壓等操作進(jìn)行合理調(diào)試，所有調(diào)試程序都要按照從簡到繁、從內(nèi)到外的程序來控制，此外，所有的設(shè)備維修要根據(jù)設(shè)備的既有原則進(jìn)行，不得擅自變更和轉(zhuǎn)換設(shè)備線路布置。
5結(jié)語
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；改造技術(shù)；加工效率；安全水平
在我國，應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床大多是從國外引進(jìn)的，我國在數(shù)控機(jī)床自主研發(fā)能力方面與國外發(fā)達(dá)國家之間仍存在一定的差距。引進(jìn)國外數(shù)控機(jī)床不僅增加了企業(yè)的運(yùn)營成本，同時也對數(shù)控機(jī)床的維修工作提出了更高的要求。在這樣的情況下，工作人員要及時排除數(shù)控機(jī)床故障，提升生產(chǎn)效率，就必須從數(shù)控機(jī)床的改造工作入手，對其進(jìn)行優(yōu)化。本文從數(shù)控機(jī)床改造的必要性出發(fā)，對其改造技術(shù)要求進(jìn)行了論述，現(xiàn)作如下總結(jié)。
1改造數(shù)控機(jī)床的必要性
1.1可有效提升加工效率
對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造主要是通過技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改造的方法，在傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行優(yōu)化，突出其使用性能。改造數(shù)控機(jī)床后，由之前的工人一人控制1臺變?yōu)橐蝗丝刂?臺。這有利于提高加工效率，節(jié)省人力資源。除此之外，還可以提升加工精度，降低廢品率，對于縮短生產(chǎn)周期、提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要的促進(jìn)意義。
1.2可有效提高安全水平
基于當(dāng)前我國機(jī)床數(shù)控化程度普遍不高，在安全水平方面也處于相對落后的狀態(tài)，機(jī)床在未得到及時改造的情況下，極易在使用過程中發(fā)生安全事故。而對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行合理改造后，工作人員可充分遵循人機(jī)工程的相關(guān)要求，提升機(jī)床的自動化、智能化水平，由此提升數(shù)控機(jī)床的安全水平，大幅降低工作人員在操作時與危險(xiǎn)部位接觸的概率，進(jìn)而降低事故發(fā)生率。
1.3可有效提高維修便捷性
如果工作人員對數(shù)控機(jī)床設(shè)備缺乏相應(yīng)的了解，便難以判斷其實(shí)際性能是否符合實(shí)際加工要求，維修的工序也因此變得較復(fù)雜。通過改造數(shù)控機(jī)床，工作人員可精確計(jì)算機(jī)床的實(shí)際加工能力，同時，在熟知機(jī)床特性的情況下，維修難度也隨之明顯降低，這有助于提升機(jī)床的加工效率。通常情況下，對經(jīng)改造后的機(jī)床進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試后，便可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
1.4可有效降低機(jī)床成本
部分大型機(jī)床的價(jià)格相對較高，導(dǎo)致機(jī)床的購置成本難以得到有效降低。這一問題可通過對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造進(jìn)行解決。研究表明，對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造后，所花的費(fèi)用僅為原機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，且可在一定程度上縮短購置時間。除此之外，還可以有效降低機(jī)房更新過程中造成的污染排放量和能源消耗量。
2改造數(shù)控機(jī)床的相關(guān)技術(shù)要求
對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的實(shí)質(zhì)就是將普通機(jī)床與數(shù)控裝置進(jìn)行連接，使其充分滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的最大化。在數(shù)控機(jī)床改造過程中，除了要確保機(jī)床能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求外，還要盡可能地發(fā)揮機(jī)床的使用性能。為從根本上提高數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用效能，筆者特對其改造技術(shù)要求作了如下總結(jié)。
2.1滑動導(dǎo)軌副
導(dǎo)軌是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，對機(jī)床的整體性能具有重要影響。通常情況下，工作人員在改造數(shù)控機(jī)床時，要確保其導(dǎo)軌性能與實(shí)際改造需求相符，具體要注意以下幾點(diǎn)：
①在導(dǎo)向精度與工藝性方面，應(yīng)與普通車床的基本要求相符；
②應(yīng)具備一定的耐摩擦和耐磨損能力，由此盡可能地減少摩擦阻力，減少致死區(qū)；
③應(yīng)具有一定的剛度，以保障導(dǎo)軌的防護(hù)性和度以及產(chǎn)品的加工精度。
2.2滑動絲杠與滾珠絲杠
絲杠會對傳動鏈精度產(chǎn)生直接影響，加工件的精度要求與拖動扭矩要求可對其主要指標(biāo)產(chǎn)生決定性的影響。在加工件要求較低且原絲杠基本未受磨損的情況下，可將滑動絲杠作為首選。通常情況下，滑動絲杠的等級應(yīng)不小于6級。如果螺母存在間隙過大的現(xiàn)象，就應(yīng)及時更換。滾珠鋼絲具有傳動效率較高、摩擦損失較小、使用壽命相對較長、傳送精度相對較高的特點(diǎn)，可有效降低電機(jī)的啟動力矩，滿足對精度要求較高的零件加工需求。與滾珠絲杠相比，滑動絲杠的價(jià)格相對較低，但由于其精度也相對較低，因此，對于具有較高精度要求的零件加工，應(yīng)將滾珠絲杠作為首選。
2.3齒輪副
機(jī)床的變速箱和主軸箱是齒輪的主要集中點(diǎn)，對傳動精度有著至關(guān)重要的影響。在改造機(jī)床的過程中，為進(jìn)一步提高傳動精度，工作人員應(yīng)在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升齒輪精度，由此實(shí)現(xiàn)傳動精度的提升。要保障機(jī)床的加工精度，就要確保傳動結(jié)構(gòu)無間隙，同時還要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際要求，對機(jī)床的齒輪作出相應(yīng)改造。
2.4安全防護(hù)
要從根本上提升數(shù)控機(jī)床的改造效果，就要對其安全防護(hù)性能進(jìn)行有效改造。首先，應(yīng)重視滾珠絲杠副的安全防護(hù)工作，采取相應(yīng)的措施防止硬砂礫、切屑等塵粒進(jìn)入滾道當(dāng)中，對元件的精密度產(chǎn)生不良影響；其次，應(yīng)將整體鐵板防護(hù)罩加在縱向絲杠上，由此對其形成防護(hù)；最后，應(yīng)確保大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸兩端面的密封性，防止硬質(zhì)異物進(jìn)入，對導(dǎo)軌造成損傷。
3結(jié)束語
綜上所述，對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造是實(shí)現(xiàn)機(jī)械機(jī)械自動化的必經(jīng)環(huán)節(jié)，同時也是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動化、智能化的有效途徑。在改造數(shù)控機(jī)床的過程中，工作人員需充分遵循機(jī)床運(yùn)作的客觀規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新技術(shù)不斷革新、改造機(jī)床，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)床應(yīng)用效率的大幅提升。
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