车床数控化机械部分的改造研究

车床数控化机械部分的改造研究

高贵鹏

山东沂水机床厂有限公司  山东 临沂   276400

摘要：车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展，数控车床逐渐取代了原本的普通车床，但是，普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高，很多企业无法负担，所以，需要对普通车床的机械结构进行数控化改造，以增强车床的自动加工能力，提高加工精度。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造，提高普通车床的加工精度。

关键词：车床；数控化；机械部分；改造

前言：伴随我国经济的飞速发展，机加领域在快速的创新和改革，数控车床的出现逐渐的取代了传统的普车，可是一些行业中仍然有普车在使用，究其原因主要是因为一些维修加工必须要用到普车，譬如：船舶维修、汽车维修等，并且因为数控车床加工的工时相对较高，一些企业因此还是在沿用普车进行工作。正因如此就需要对普车进行机械部分的数控化改造，以便提升普车的加工效率和工作能力。

1、车床机械结构数控化改造的优势

对普通车床机械结构进行数控化改造，可以全面提升车床的工作效率。具体表现有几个方面：第一，提高生产精度，通过数控技术的改进，机床的精度得到了很大的提升，对不同的零件也有了更好的控制。第二，能有效地提升生产率，数控系统经过数控技术的改进，使机床上的电动机成为了相互独立的个体；通过对机床进行不同的电动机的操作，可以使机床进行联动，从而可以加工出形状较为复杂的工件，从而拓宽了机床的加工领域。第三，要加快处理的速率。在对一般机床进行了数控化后，加入了一种可以自动更换刀具的功能，使其在加工的时候可以减少更换刀具的次数，从而大大加快了产品的制造速度。第四，降低劳动者的劳动负荷。通过 CNC技术的改进，机床的运行越来越智能，基本上都是通过系统来实现的，降低了工人的劳动强度；一名工人可同时操纵多台 CNC机床，大大增加了生产率。

2、车床机械部分改造数控系统的选择

选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求来确定。1.开环系统——该系统的伺服驱动装置是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。这种系统不需要位置和速度反馈，位移精度主要决定于步进电机的角位移精度和齿轮丝杠等传动元件的精度，所以位移精度低。但系统结构简单、调试维修方便、工作可靠、成本低、易改装成功。2.闭环系统——该系统由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置信号反馈给计算机，与给定值进行比较，将两者的差值放大并变换，驱动执行机构，以消除偏差。此系统复杂、成本高、对环境温度要求严。但系统精度高、速度快、功率大。可根据产品技术要求，决定是否采用。3.半闭环系统——半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内的部分元件的误差，因此，其精度比闭环系统的精度低，但是其结构与调试都较闭环系统简单。

3、车床数控化机械部分改造研究

3.1车床的选择

数控车床适用于以下几种类型的加工零件：小批量生产的零件或者新产品试制中的零件；零件的形状及轮廓较为复杂，对于加工有着较高的精度要求；通过普通机床加工时会耗费大量的时间以及成本；需要进行多次改进和升级；零件自身的价格较高，在加工过程中不允许出现报废情况；零件的生产周期较短，且急需生产。数控车床加工能够进一步提升加工效率，也可以减少不必要的资源浪费，因此在选择数控车床的过程中，可以结合零件自身的加工需求以及特点，判断选择普通车床加工还是数控车床加工，以便确保加工的综合质量。

3.2精度调试

普通车床机械部分数控化改造后，必须进行精度调试。数控车床精度主要体现在：主轴跳动、刀塔精度、丝杠精度三方面可以用主轴千分表测量主轴精度、刀塔两项精度；跳动、圆度精度不合格的通过主轴卡头重新装配或车卡头来实现精度调整；X、Z轴丝杠精度可通过调节伺服电机的齿轮比及精修丝杠和调节反向间隙及刀塔装配位置调整，反向间隙调试时要选用千百分表；进行几何精度调试时，可选择用角尺，平尺，千分表；当进行定位误差调试时，必须用激光干涉仪对定位精度进行测量，然后，根据情况进行适当的补偿，可以大大提高机床的定位精度和加工精度。重复定位精度不合格，要通过调整丝杠和丝杠母间隙或更换丝杠和轴承。精度调试是一个比较复杂的过程，一般是机械和电气部分都改造好后再调试。不同的机型调试也有差异，要根据机型特点进行调试，一般都要反复调几次，直到调好为止。

3.3改造车床机械传动部分

在机械加工中普通车床发挥着不可替代的功能作用，但普通车床普遍自动化水平较低，难以满足当下发展需求，提升与优化普通车床功能尤为关键，是提升工作效率与经济效益增加的重要前提条件;其中车床能够实现持续化利用及使用寿命延长与机械传动这一部件有着密切关联，随着长时间使用，机械传动部分中轴承等小零部件均会产生不同程度上的磨损影响。基于此，在实际改造普通车床零件过程中，数控技术应用需要注意以下几点内容：

第一，清洗与修理车床中各部门零散部件，磨损过于严重的零件应及时进行清理，其中磨损程度较小的零部件只需检查即可，无需进行深入修理;第二，结合实际加工情况，针对性改造与修理零件，针对普通车床尾座部件改造，确认尾座部件外表实际磨损程度，应用数控技术进行精准修理，若尾座部件磨损程度较为严重，单纯修复部件表面磨损，难以保证其性能保持良好状态，则需要与该部件制造厂家进行沟通并返厂，可确保普通车床工作性能得到整体优化，其精度也能进一步增强。

3.4 车床进给系统的数控化改造

在对该进给装置进行改进时，应增加一台步进电动机，并将一种减速装置装在步进电动机上。该减速器由联接机构和螺杆相连，能分别对机床横向送料机构进行独立的控制。在对机床进行数字化改造时，必须将原有的刀具盒、滑板盒等拆卸下来，采用新型步进电动机驱动链条进行进给。在改装过程中，无需改变原来的球头定位，而是以球头作为主体驱动机构。在机床主轴轴线上运行时，该运算机控制步进电动机，带动主轴上的滚珠螺杆运动，得到所需的进给量。在水平方向上，通过控制控制程序控制水平步进电动机，实现滚珠丝杠的侧向运动。在对常规机床进行数控化改造时，为确保机床工作的安全性，必须在原有的变速箱、螺杆上加装保护套。

3.5主动系统改造

为拓宽调速范围，达到在加工时的自动调速，采用多档电动机代替原有的单档电动机，提高了整机的工作效率。但是，多档马达的输出功率会随着速度的改变而改变，所以需要较大的马达输出功率，并且需要加装一组马达调速系统。本文主要阐述了该设备的改进设计方法及程序：拆卸主轴传动链，挂轮，采用变频控制方式，使主轴达到无级变速。比如，在一台经济型的 CNC机床上，为了使机床的定位信息能够与机床的主轴保持一致，需要在机床的端部加装一个用于控制机床的脉冲式编码器。将主轴角度的改变信息发送给 CNC。通过对所需要的节距进行运算，使机器作纵横方向的运动，从而达到切削螺纹的目标。

3.6滚珠丝杠的改造

滚珠丝杆是由滚珠、丝杆主体、回型珠管等组成，其主要作用是将机床床鞍的回转行动转变成为直线的行动。因此在进行改造的过程中，采用滚珠丝杆可以有效的提升普车的进给效率，让普车的保持进给更加的顺畅和平稳。同时因为滚珠丝杆在行驶的过程中，振幅较小，因此其不会受到太大的阻力。但是必须说明的是，在进行改造过程中，需要对丝杆的直径、长短，以及厂家进行严格的筛选，避免出现采购完，在改造现场不能正常使用的情况。

结束语：随着自动化控制技术和机械加工技术的深度结合，数控机床的发展也表现出了许多新的趋势，不难发现，目前的数控机床正朝着智能化、自动化、数字化、网络化、集成化等方向发展，普通车床被逐步取代是一种必然的结果。不难预测，数控机床将在未来的机械加工领域占据着举足轻重的作用。

参考文献

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[3]丁世均，刘国群，井建康，等.普通车床数控化机械部分的改造设计[J].机电产品开发与创新，2014（04）：149-151.