試論普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造
2017-7-12 來(lái)源：平高集團(tuán)有限公司 作者：李曉輝
摘要：本文首先對(duì)普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，了解本論文研究課題的意義，重點(diǎn)介紹普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造過(guò)程中機(jī)床機(jī)械部分的改造方案以及數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，希望通過(guò)本文的研究能夠更加全面的掌握普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造，也為后期進(jìn)行普通車床的數(shù)控化改造提供參考。
關(guān)鍵詞：車床 機(jī)械結(jié)構(gòu) 數(shù)控化改造
1.前言
車床是機(jī)械加工中最重要的一種加工工具，可以實(shí)現(xiàn)多種造型零件的加工。隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工的水平不斷提高，越來(lái)越多的數(shù)控機(jī)床取代了傳統(tǒng)的機(jī)床。但是由于數(shù)控車床價(jià)格較高，普通企業(yè)無(wú)法負(fù)擔(dān)，因此對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造成為一種比較合理的方式，能夠在控制成本的基礎(chǔ)上有效提高機(jī)床的自動(dòng)加工能力，提高加工效果。因此在現(xiàn)階段加強(qiáng)對(duì)于普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠更加全面的掌握普通車床數(shù)控化改造的相關(guān)技術(shù)，提高數(shù)控化改造的效果，從而提高車床工作效率，更好的發(fā)揮老舊設(shè)備的潛在價(jià)值，提高機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
2.數(shù)控化改造的必要性
首先將普通車床機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控化改造后能夠大幅度提高車床整體的加工精度，能夠生產(chǎn)加工更高精度要求的工件產(chǎn)品。其次在經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造后，普通的車床將由于獨(dú)立的運(yùn)行電機(jī)，依靠電機(jī)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)在多個(gè)坐標(biāo)上的聯(lián)動(dòng)加工，聯(lián)動(dòng)加工最大的特點(diǎn)就是可以加工造型復(fù)雜的工件，因此經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造的普通車床就可以用來(lái)生產(chǎn)復(fù)雜造型工件，擴(kuò)大自身的加工范圍。而且會(huì)增加自動(dòng)換刀功能，可以在加工過(guò)程中縮短換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)加工的速度。另外再進(jìn)行數(shù)控化改造后，大部分工作可以有數(shù)控完成，操作人員的工作強(qiáng)度得以減輕，一個(gè)操作人員可以同時(shí)操作多臺(tái)數(shù)控車床，車間整體的生產(chǎn)效率大幅度提高。最重要的是對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造成本比較低，改造后車床操作能力比較高，這樣可以利用更少的成本，實(shí)現(xiàn)更大的作用。經(jīng)過(guò)改造后，整個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將大幅度提高，有利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)更好的發(fā)展。
3.機(jī)床機(jī)械部分改造方案
3． 1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)
數(shù)控車床的變速范圍比普通車床要寬，而且需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，因此在改造時(shí)用多速電機(jī)替換原來(lái)的單速電機(jī)。同時(shí)為了保持電機(jī)功率變化過(guò)程中的穩(wěn)定運(yùn)行，需要在電機(jī)上附加一套電機(jī)變速系統(tǒng)。首先上將原來(lái)的主軸傳動(dòng)鏈、掛輪拆除，將主電機(jī)改為變頻調(diào)速，這樣就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床改造后的無(wú)級(jí)變速。其次是要在主軸的末端安裝一個(gè)脈沖編碼器來(lái)反饋主軸的位置，這樣就可以將主軸的轉(zhuǎn)角隨時(shí)傳動(dòng)到數(shù)控系統(tǒng)中，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床在平面上的移動(dòng)控制，這樣就可以利用改造后的車床進(jìn)行螺紋加工。一般情況下選擇同軸安裝的方式來(lái)安裝脈沖編碼器，可以安裝在床頭箱內(nèi)或者后端，然后借助同步齒輪連接主軸和脈沖編碼器。
3． 2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)
第一步是把原來(lái)的變速傳動(dòng)裝置和操縱機(jī)構(gòu)拆除; 然后在各個(gè)方向安裝獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)，利用減速齒輪連接電機(jī)和絲桿，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)滑板的移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床在各個(gè)方向的移動(dòng)，通過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制刀具進(jìn)給及其坐標(biāo)。最終實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備微機(jī)控制和原機(jī)床操作。在 Z 軸縱向上，利用原有的安裝孔直接安裝齒輪箱體，將滾珠絲杠代替原絲桿，仍然安裝在原來(lái)的位置，并采用同樣的方式對(duì)絲杠兩端進(jìn)行固定。然后需要對(duì)進(jìn)給進(jìn)行限位保護(hù)，安裝限位保護(hù)開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)。在 X 軸橫向上，主要改造拖板，控制拖板的精度以及關(guān)鍵傳動(dòng)齒輪的間隙。利用剛度、柔性調(diào)整法調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)齒輪的間隙，將間隙降低消除，從而實(shí)現(xiàn)更高的傳動(dòng)精度和靈敏度。另外需要對(duì)橫向和縱向的齒輪箱、絲杠等加裝防護(hù)罩，從而保持內(nèi)部的清潔以及整體的美觀。同時(shí)要對(duì)車床導(dǎo)軌進(jìn)行改造，由于普通車床的床身摩擦系數(shù)比較大，因此需要對(duì)原車床的導(dǎo)軌進(jìn)行刮研、修磨，降低摩擦系數(shù)，然后再貼上聚四氟飛烯軟帶，就可以達(dá)到數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌要求。然后把之前的絲杠和光杠去掉，安裝上新型的滾珠絲杠，用同步齒輪帶變速的方式連接步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠。
3． 3 刀架的改造設(shè)計(jì)
刀架的改造是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工改造的關(guān)鍵，一般情況下至少需要四種不同的刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的加工。因此將原來(lái)的手動(dòng)刀架和小拖板拆除，安裝新型的 LD4 型自動(dòng)回轉(zhuǎn)數(shù)控刀架。這種刀架的重復(fù)定位精度比較高，性能也比較可靠。刀架定軸上有四個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)和永久磁鐵，能夠精確獲取刀架的到位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高精度的定位。
3． 4 溜板箱的改造
在對(duì)以上機(jī)械結(jié)構(gòu)改造完成之后，最后要對(duì)車床溜板箱進(jìn)行改造，將原來(lái)的溜板箱拆除，然后把新的溜板箱安裝到改造完成的滾珠絲杠上。同時(shí)要改造整體的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，確保車床的穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造完成后，要對(duì)車床的運(yùn)行性能進(jìn)行檢驗(yàn)，主要包括傳動(dòng)性能、主軸進(jìn)給性能以及車床運(yùn)行過(guò)程中噪聲的大小等。相關(guān)性能的監(jiān)測(cè)要分別在空載荷負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行，確保各項(xiàng)基本操作能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控化。
4.數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
4． 1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定
一般可以按運(yùn)動(dòng)軌跡將數(shù)控系統(tǒng)可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制系統(tǒng)兩種。前者只是控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)，對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡不加控制。后者則是不同坐標(biāo)方向上位移進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)的控制。對(duì)于加工簡(jiǎn)單元件的車床，使用定位控制系統(tǒng)即可; 對(duì)于需要加工復(fù)雜輪廓零件的車床可以選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。
4． 2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造
數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)的區(qū)別主要在于系統(tǒng)中是否設(shè)計(jì)位置檢測(cè)和反饋線路。一般可以分為開(kāi)環(huán)伺服、半閉環(huán)伺服和閉環(huán)伺服三種系統(tǒng)。三種系統(tǒng)的精度控制依次升高，誤差控制依次減小，相應(yīng)的其控制難度、技術(shù)難度和造價(jià)也是依次增高。根據(jù)加工零件精度要求從低到高依次可以選擇三種不同的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，精度要求最高的需要選擇閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
4． 3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)
任何數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分是整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，硬件電路的設(shè)計(jì)以及硬件設(shè)備性能的好壞直接影響到系統(tǒng)的工作性能。因此在選擇硬件電路的時(shí)候最佳的方案就是選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置，根據(jù)系統(tǒng)的特殊需要適當(dāng)進(jìn)行少量改動(dòng)，保持整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。
5.結(jié)語(yǔ)
普通車床的數(shù)控化改造對(duì)于整個(gè)機(jī)械加工行業(yè)具有重要的意義。本文研究的普通車床數(shù)控化改造方案能夠很好的滿足改造的各項(xiàng)要求，可以作為今后進(jìn)行車床數(shù)控改造的參照。
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