机床的数控化改造及其未来发展趋势

综 述机床的数控化改造及其未来发展趋势

赵中敏　(淮海工学院东港学院,222069)

摘要:普通机床数控化改造是综合性很强的一门机电一体化技术,本文就如何实现改造进行了分析并提供了一些方法和思路。同时对数控设备的发展趋势作了介绍,为进一步改造提供了一些参考。

关键词:机床;数控化改造;数控设备;新特征

中图分类号:TG659 文献标识码:B 文章编号:1004-0420(2006)02-0005-03

NC tran sforma ti on and developm en t trend of mach i n e tool

Z HAO Zhong-m in

(Huahai Engineering College,222069)

Abstract:The common machine t ool NC transf or mati on is a synthet electr omechanical integrati on technol ogy,this text p r ovided s ome methods and trains of thought t o realize the transf or mati on,and intr oduced the devel opment trend of NC equi p2 ment at the sa me ti m e.

Key words:machine t ool;NC transf or mati on;NC equi pment;new characteristic

0　前言

有关资料表明,目前我国机床总拥有量为378万台,其中数控机床只有8万多台,远远低于美国、日本、德国、韩国等制造业发达国家机床数控化率20%以上的水平。主要表现在设备老化陈旧、自动化水平低、技术水平落后、劳动生产率低,严重影响了生产力的发展。采用先进的工艺设备,逐步增加数控机床所占比重,已经成为我国制造技术发展的总趋势,也是企业走出困境、提升水平,实现跨越式发展的必由之路。提高机床数控化率有两个途径:

a1购买新的数控机床;

b1把普通型的旧机床改造成数控机床。

平均测算,购买一台数控车床12万左右,数控改造一台只需3万元左右。考虑到我国企业的经济状况,靠投入大量资金购买更新数控机床不太现实。如何少投资多收益,利用有限的设备改造资金引进数控技术,笔者认为第2种方法比较适合我国企业的实际情况,普通机床的数控改造应成为我国企业数控技术推广应用的基本做法。

1　机床的数控化改造

普通机床的数控改造,是指将普通机床配置上数控系统,并对机床的某些部位做一定的改造,使机床具有数控加工能力。改造的项目随机床种类和精度要求而不同,现以经济型数控车床为例说明。

111　数字控制系统

进口数控系统有日本F ANUC系统、德国Sie mens 系统、美国MCS-8051系统等;国产数控系统主要有华中数控系统、广州数控系统等。这些数控系统均具有直线插补、圆弧插补、车公/英制螺纹、刀具补偿、间隙补偿、刀具自动转位等功能,性能稳定、价格适中。操作面板简单直观,主要有起动键、暂停键、单段/连续开关、连续进给键、急停键、键盘、显示屏等。不但控制弱电,对主轴变速、刀架转位、主轴起停与换向及其他一些辅助性动作也能通过指令控制。

112　滚珠丝杠螺母副改造

普通车床的进给丝杠都是滑动丝杠,即丝杠与螺母之间的摩擦为滑动摩擦。为了更好地消除丝杠与螺母之间的转动间隙,保证机床的加工精度,需要将原机床的滑动丝杠螺母副改换成滚珠丝杠螺母副。此项改造不属于必改项,对机床精度要求不高时,可以通过预紧原螺母的方法消除转动间隙。

113　步进电机选用

车床进给传动部分改造一般是拆除原机床的机械传动机构,用步进电机经齿轮或同步带机构,减速驱动丝杠,带动刀架纵向或横向移动。纵向步进电机固定在床身上,横向步进电机固定在床鞍上。

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114　减速驱动机构

在机床改造中,步进电机和丝杠传动副之间装有减速机构,其主要目的是为了得到所需的脉冲当量和增大驱动力矩,一般采用齿轮传动机构或同步带传动机构。此项改造不属于必改项,在步进电机的转矩足够大,结构许可的情况下,也可以不用减速驱动机构,由步进电机直接与丝杠副相连。

115　自动刀架安装

刀架改造是数控改造的重要内容,即将原普通车床的手动转位刀架替换成自动转位刀架。卧式车床自动转位刀架最常见的型式是螺旋型四转位刀架,拆除小拖板后将刀架调整好高度安装在中拖板上,由数控系统直接控制,效率高、工艺性能可靠。

116　光电编码器

加工螺纹时为了保证步进电机进给与主轴的旋转相配合,切削出固定螺距、固定起点、多头螺纹等量分度的螺纹,通常在主轴尾部安装增量式光电编码器。切制螺纹时,编码器与主轴同步旋转,同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号,控制刀架纵向移动。

117　导轨改造

普通车床均为滑动导轨,这种导轨的缺点是静摩擦系数大,低速时易产生爬行现象,影响运动平稳性和定位精度。为了克服这一缺点,数控改造时,一种是将原导轨贴塑,使其成为贴塑导轨;另一种是将原滑动导轨换成滚动导轨。当机床精度要求不高时,一般不做导轨改造,以降低数控改造成本。

118　主轴变速机构

主轴变速改造一般采用交流异步电动机变频调速系统,由CNC控制变频器,变频器驱动交流异步电动机,实现自动无级变速。在自动化程度要求不高的情况下,机床主轴变速部分可不做改动,仍采用原手动变速机构,这样可大大降低改造成本。

2　数控设备新发展

211　数控系统结构体系的发展

数控系统是数控机床和数字化设备的核心,经过50多年的发展,数控系统已由原来传统的封闭体系结构系统发展到了采用微型计算机的开放式结构数控系统,并且进一步与网络技术、信息技术和控制技术相结合,向网络化、集成化和智能化方向发展。

21111　传统数控系统

a1传统数控系统是采用专用的封闭体系结构的数控系统,如F ANUC0系统、M itsubishiM50系统和Si2 e mens810系统等;

b1由于其封闭的软硬件结构,系统功能的扩展、改变和维修都比较困难,一般须由系统供应商进行;

c1目前,由于开放体系结构数控系统的发展,传统数控系统的市场正受到挑战,已逐渐缩小。

21112　“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统a1这是一种专用数控软硬件技术与通用计算机结合而开发的产品,如F ANUC18i、16i系统、Sie mens 840D系统、Nu m1060系统和AB9/360等数控系统;

b1它具有一定的开放性,但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统,其体系结构仍是不开放的。因此,用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大,但价格昂贵。

21113　“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统a1由“开放体系结构运动控制卡+PC机”构成。这种运动控制卡通常选用高速处理器作为CP U,具有很强的运动控制和P LC控制能力。如美国DeltaTau 公司用P MAC多轴运动控制卡构造的P MAC-NC数控系统、日本MAZ AK公司用三菱电机的M ELDAS MA2 GI C64构造的MAZ ATROL640CNC等;

b1这类系统具有较好的开放性,它开放的函数库供用户在W indow s平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。

21114　软件开放式数控系统

a1系统的CNC功能基本上由计算机软件实现,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC、德国Power Aut omati on公司的P A8000NT等;

b1这种系统的开放性非常好,用户可以在其系统平台上,利用开放的CNC内核,开发所需的各种功能,构成各种类型的高性能数控系统,软件开放式数控系统具有最高的性价比,成为当今数控技术发展的方向。212　数控系统性能和功能方面的发展

21211　开放性系统可通过光纤与PC机连接,采用W indows兼容软件和开发环境。功能以高速、超精(具有高精纳米插补功能)为核心,并具有智能控制。特别适合于加工航空机械零件、汽车及家电的高精零件、各种模具和需5轴加工的复杂零件,以及用作超精机械控制。

21212　高级复杂的功能可进行各种数学的插补,如直

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