普通机床的数控化改造

普通机床的数控化改造

（贵州大学明德学院05级土木工程贵州贵阳550003）

中图分类号：th文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2008）11-00

摘要: 数控机床以它生产效率高、可加工零件多样化的特点,越来越显示出它的优越性,因此如何将普通机床改造成数控机床,已成为机械加工设备改造工作的重点。

关键词:数控改造必要性改进方法

一、引言

现在原有的普通机床已越来越不能适应目前市场竞争激烈、高效率和多变的要求,所以,数控机床已越来越受到市场的青睐。专家们预言: 21世纪机械制造业的竞争, 其实质是数控技术的竞争。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入,数控机床加工零件不仅效率高, 能多变,而且,只需对程序进行修改,就可以满足客户的加工要求。但为了节省资金,不淘汰原有的普通机床设备,对此加以改造。这样既可节约成本,又能具有数控机床性能,满足生产的需要。

二、普通机床数控化改造的必要性

生产中经常需要加工一些形状复杂、精度要求较高、普通机床难以加工或不能加工的零件。用数控机床加工比较容易,因为数控机

床比普通机床具有以下突出的优越性。

1.可以加工出普通机床加工不了的曲线、曲面等复杂零件。因为计算机有高超的运算能力,可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量,因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

2.可以实现加工柔性自动化,从而效率可比传统机床提高3～7倍。由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记住和存储下来,然后按照程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。普通机床可以靠凸轮或挡块等实现自动化,但凸轮制造及调整很费时。只有进行大批量生产时,才经济合理,被称为刚性自

动化。而数控机床只要更换一个程序,就可实现另一工件加工的自动化,可使单件和小批生产得以自动化,因此被称为实现了“柔性自动化”。

3.加工精度高,尺寸分散度小,易于装配,不再需要“修配”。由于加工过程自动化,计算机还可以自动进行刀具寿命管理,不会因刀具磨损而影响工件精度和其一致性。特别是数控系统中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能,使加工精度得到进一步提高。4．可实现多工序的集中,减少了被加工零件在机床间的频繁搬运。自动化带来的效果(可以自动更换刀具) 。在工件装夹好后,可实现多工序的加工。现已出现其他工序集中的机床。

5．拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工,在配备多种传感器条件下,计算机威力的体现,可以实现白班有人看管和作好充分准备工作,使得二班、三

班在无人条件下进行自动加工,工人只工作8小时,而机床可工作24小时。因此带来的劳动生产率的提高和生产周期的缩短等效益是非常明显的。此外,机床数控化还是推行fmc(柔性制造系统)以及c ims(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。下次从三个环节介绍普通机床的数控化改造。

三、普通机床数控化改造的主要环节

普通机床数控化改造主要从主传动部分、进给传动部分、数控系统三个环节进行方案制定和改造实施。

1.主传动改造。主轴部件直接带动工件或刀具参加切削运动,它除承受本身重量外,还需承接较大的切削载荷,主轴本身的刚性和

旋转精度以及支撑的刚性都将直接影响零件的加工精度,因此主轴部分的数控改造,首先应保证本身的刚性以及修复和提高本身的旋转精度。对于中、小型机床主传动多数采用普通交流电机,其变速通过主轴箱,获得不同速度,满足加工要求,由于机械档数一般较多,使变速箱结构复杂,体积庞大,对于零件加工精度会产生不良影响。但由于中、小型机床,本身价格较低,如果将其主传动改为交流变速,其费用太高,因此,在一般情况下,仍保持此部分不变。主传动改造除变速箱外,还需考虑轴承,导轨等。由于普通机床主轴支撑多是滚动轴承或滑动轴承,改造时,对于小型机床多选用高精度轴承来替

换原轴承; 对大、中型机床可改用静压轴承。

2.进给传动的改造。加工出符合要求的零部件,对进给传动的要求一般为:高精度,即高的定位精度和重复定位精度以及加工零件

的综合精度;高品质,即响应快,频带宽,动静态速降小,调速范围宽;高速度,即能快速定位,以提高效率;大功率,即能输出大的力矩和

功率,以满足加工要求。进给传动机械部分改造主要是提高运动部件的灵活性,减小或消除传动间隙,特别是减小反向间隙,通常改造部件为导轨副、进给箱和横向及纵向进给部件等。普通机床导轨多采用滑动导轨,由于其摩擦系数随速度变化而变化,摩擦损失大,在低速时易出现爬行现象,直接影响运动部件的定位精度。因此在改造时可以将滑动导轨改为滚动导轨或静压导轨,或者导轨采用粘接软带。前者改造工作量大,改造费用较多,后者改造工作量小,周期短,费用少。普通机床进给箱多为齿轮结构,随着进给运动变换级数的增多,不仅进给箱结构复杂,而且反向间隙增大,降低了反向精度,因此进行数控化改造时,往往是取消原进给箱,或换成仅一级减速

的进给箱,而且用无键连接。机床进给传动链中,需将旋转运动变成直线运动,普通机床常采用普通丝杠虽有许多优点,但其摩擦阻力大,传动效率低(η= 0. 20～0140) ,动静摩擦系数相差大,在低速时容易出现爬行,而数控机床要求进给部分的移动元件灵敏度好,

精度高,反应快,无爬行。采用滚珠丝杠副可能满足要求,滚珠丝杠副的特点为:传动效率高(η= 0. 92～0196) ,摩擦损失小,使用寿命长;滚动丝杠副属滚动摩擦,摩擦阻力小,动、静摩擦系数非常接近,故运动平稳,无爬行,传动精度高;滚珠丝杠副经预紧后,可消除螺纹间隙,反向时没有空程死区,反向定位精度高。

3.电气部分改造。机床的电气部分改造主要为主轴与进给部分控

制,对于中、小机床,主轴保持原有系统,则电气部分改造集中对进给控制部分改造,数控系统主要任务是实现进给传动控制。此部分任务是确定控制方式、选择伺服系统和测量元件。数控系统控制方式基本上可以分为开环、闭环、半闭环三种方式。机床数控化改造选择哪种方式,需根据具体情况决定。一般小型机床或精度要求较低的机床,多采用开环控制方式,大、中型机床多采用半闭环控制方式。在机床数控化改造中,小型机床多采用步进电机驱动系统,这种系统价格低、结构简单,但控制精度和速度低。在大、中型机床则多采用交流伺服系统,如hsv ——11d交流永磁同步伺服驱动与伺服电机,根据企业的改造要求也可采用国内外各类模拟式伺服系统。位置测量元件是数控系统中的一部分,用来测量运动部件按指令值移动的位移量,并将其反馈给数控系统。目前,在数控机床中最广泛使用的为旋转型测量元件,其中光电脉冲编码器和旋转变码器得到广泛的应用。

参考文献：

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[2]曹仁涛.数控技术应用.[m].兰州:兰州交通大学出版

社.2008.

[3]周延佑.世界数控系统的发展与机床数控化改造.[j].中国机电日报.2003.3.(16).