普通車床的數(shù)控改造方法及設計
發(fā)布時間：2019-08-01 10:50:05來源：
普通車床的數(shù)控改造方法及設計
機床數(shù)控改造的意義 1）節(jié)省資金。 機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。 2）性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。 3） 提高生產效率。 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。 1 普通車床的數(shù)控化改造設計 機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，比較終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質量、生產率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結構。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。 2 數(shù)控車床的性能和精度的選擇 并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造，機床的改造主要應具備兩個條件：第一，機床基礎件必須有足夠的剛性。第二，改造的費用要合適，經(jīng)濟性好。在改裝車床前，要對機床的性能指標做出決定。改裝后的車床能加工工件的比較大回轉直徑以及比較大長度、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。 1）軸變速方法、級數(shù)、轉速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。 2）進給運動： 進給速度：Z向（通常為8～400mm/min）；X向（通常為2～100 mm/min）。 快速移動：Z向（通常為1.2～4m/min）；X向（通常為1.2～3m/min）。 脈沖當量：在0.025～0.005mm內選取，通常Z向為X向的2倍。 加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在10mm以內都不難達到。 3）進給運動驅動方式（一般都選用步進電機驅動）。 4）給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。 5）刀架是否需要配置自動轉位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。 6）其他性能指標選擇： 插補功能：車床加工需具備直線和圓弧插補功能。 刀具補償和間隙補償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設置刀補和間隙補償功能。 顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示，顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實際需要確定，一般來說，顯示越簡單成本越低，也容易實現(xiàn)。 診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯和隨之出現(xiàn)的錯誤動作，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設計時加入必要的器件和軟件，使其能指示出機床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實現(xiàn)有限的診斷功能。 以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標，有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門的要求，如車削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對刀等，這個時候應有針對性的專門設計。 3 車床數(shù)控改造方案選擇 當數(shù)控車床的性能和精度等內容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目前機床數(shù)控改造技術已經(jīng)日趨成熟，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。 目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能： 1）采用單片微機為主控CPU，具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數(shù)碼管二坐標同時顯示、自動轉位刀架控制、螺紋加工等控制功能。 2） 配有步進電機驅動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm（要與相應導程的絲杠相配套）。 3）加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。 4）具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。 4 車床數(shù)控改造實例 如圖1-1所示為CA6140型普通車床數(shù)控化改造例，它采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造后的車床進給運動由步進電機A和B驅動，它們分別安裝在床頭箱內（或床身尾部）和拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動。（插圖1-1） 為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調換成滾珠絲杠螺母副。當利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅動電機及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應使處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進給機構若未拆除，工作時也應使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進給脈沖當量的量值靠步進電機步距角、減速齒輪比、絲杠導程三者協(xié)調確定。三者之間換算關系可以以下式表示： （θ/360）×（ac/bd）×T=δ 式中θ
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