论述 ＬＯ ＣＡＲ８０』ｖ ０ＲＬＯ ２０１５／７ 普通机床数控化改造技术 郑国华（福建群峰机械有限公司） 【摘 要】近年来，数控机床在我国机械加工生产领域已经趋于普及，究其原因主要因为它本身加工精度高、生产效率高等优势突出，有效地保 证了产品的生产质量和产量，也为我国机械产业的现代化、智能化发展做出了积极贡献。本文从数控加工技术的概念入手，简单阐述了其数控 化改造技术的应用要点，以供同行工作参考。 【关键词】机床；数控技术；改造 机械加工 【中图分类号】ＴＧ６５９ 【文献标识码】Ａ 【文章编￣１２０９５—２０６６（２０１５）１９—０３０８—０２ 引言 机床数控技术在我国起步较晚，属于一种自动化的机床 控制技术．是比较先进的世界机械产业。随着科学技术的进 步．电子信息技术水平不断提高，使得普通机床的生产更加高 效，精度也更高 这就提高了机械产业与制造业的整体生产能 力。在此基础上，可以对比较落后或者性能不完善的机床进行 改造。 １数控技术概述 所谓的数控技术主要指的是在机床加工、生产过程中通 过数字信息来对整个加工流程、加工内容进行全过程、全方位 的现代化控制．从而提高机械设备的加工效率以及生产管理 的自动化程度．这也是实现机械加工智能化、现代化和综合化 的重要依据 目前的数控加工技术应用中主要包含了：传感检 测技术、光电子技术、网络通信技术以及机械自动化加工技术 等，但不管是针对哪一种加工内容，都必须提前预编程序，然 后采用合理、科学的程序对设备发出指令，然后给予控制。 ２机床数控化改造的关键环节 ２．１进给轴的改造 一般的车床的Ｘ、Ｚ轴都是同一个电机进行驱动的。进给 运动的完成是在光杠、丝杠和滑动驱动变速箱共同完成，切削 运动主要是借由溜板箱实现的。在改造数控车床的过程中，需 要先将溜板箱以及光杆清除。然后依赖进给伺服或者是步进 传动链完成进给运动。其具体实现如图１。 ｚ轴 ＣＮＣ数控系统一伺服系统＿．缴向伺服（步进）电机一齿轮减速籍（带 传动或联轴器）一纵向滚珠篮杠一太拖扳，纵向按数控指令获得不同的走刀量和 螺距， ｘ轴：ＣＮＣ数控系统一伺服系统一横向伺服（步进）电机一齿轮减速箱（带 传动或联轴器）一横向滚珠丝杠＿－横滑板。 图１进给轴的改造流程示意图 横向按照数控的指令的不同决定走道量的多少。在改造 之后、整个传动链的传动精度都在保证机床的刚度的基础之 上，再由滚珠丝杠副、布置结构形式、机床导轨等决定。 ２．２主轴部分的改造 车床主运动就是车床可以按照速度的不同进行运动．从 而带动其他构件的运转，也就是所谓的主要耗能部件。普通机 床就是通过主电机、齿轮箱手动或者是自动变速器等，其速度 大多是９～２４级 普通机床可以操作电磁以及液压离合器实现 主轴速度的转变以及反向运转 但是需要注意的是，数控机床 速度变化以及反向运转需要依靠电主轴、变频电机以及逆变 器等等共同完成。 ２．３刀架部分的改造 目前．数控车床中刀架中最为常见的刀架就是电动刀架， 其主要优势为位置锁定速度快，定位精度也比较高。但是普通 车床中电动刀架的使用频率比较低，比较常见的工作模式是 手动、液压驱动或者是电动驱动综合运用。在改造过程中，可 以根据改造需求做些许调整，如将部分位置改为电动操作。使 用频率比较高得电动刀架有前置平转电动刀架和后置砖塔刀 架．会按照８～ｌ２把刀，其造价比较低。 ２．４润滑部分的改造 在改造普通机床时，一般不会对主轴箱的润滑有任何变 动．润滑时间和油量等都是人工操作的，但是这种方式会对机 床造成很大的损坏，且会影响导轨、滚珠丝杠的精度。同时，机 床驱动的灵便型也会有所影响。在改造阶段，经常会使用定 时、定量的润滑方法。油润滑方式可以分为两种，即手动润滑 和自动软化．可以按照被改造的机床的具体情况进行合理选择。 ２．５机床防护 普通的机床都是开放式的．其防护方式大约分为局部防 护、半防护、全防护三种。局部防护和普通机床防护基本一致， 对于丝杠副、电机以及走线等都需要采取必要的保护措施。半 防护是加装了切削，全防护也就是先做好局部防护，然后再封 闭整个机床 ３实例ＸＫ５０４０机床数控化改造 ３．１改造总体方案 该次数控化改造分为两个主要阶段，分别为机械改造和 电气控制系统改造。因为机床长期使用，多个零件都有损坏， 需要进行更换 ＣＮＣ全称为计算机数字控制机床，是利用数控 加工程序对机床的操作进行改造，使其趋于自动化。图２为旧 机床的数控化工艺流程 图３为总体改造方案结构示意图。 图２ ｌ１３机床的数控化工艺流程示意图 ＬＯ ＣＡＲＢＯＮ ＯＲＬＤ ２０１５／７ 论述 半闭环控制方式，因为其适用范围较广，其经济性也会提高。 ３．２改造后的机床调试及故障分析 由栩■电报 ３．２．１伺服电机噪声过大 该问题的出现主要是由于伺服电机内的主动齿轮与丝杠 禽栩■毫机 装配间隙太小，导致齿轮安装过程中出现歪斜的现象，无法实 柚■呐‘ 现正常的咬合。对此，必须对电机的位置进行合理的调整，可 采取将偏心套移动的方法实现齿轮中心距离的有效调节。 ３．２．２工作台回程误差大 图３总体改造方案结构示意图 ３．１．１进给系统的横纵向改造 在移动工作台的过程中可能会产生反向误差。这是因为 丝杠间隙或者是传动齿轮侧隙较大直接造成的。对此。可以缩 进给系统主要是由数控机床的反馈电路组成的。其最为 重要的性能就是检测．该系统的主要特点为使用寿命长．刚度 强。间隙小等。一般数控机床进给系统中使用比较普遍的是机 械传动装置时滚丝、丝杠副、静压蜗杆等。对此，上述改造主要 是对进给系统的个性指标进行完善．如横纵向滚珠丝杠的刚 度、效率、强度和稳定性等。最终需要保证原丝杠的运行可以 满足当前的技术要求。首先，需要对横纵向伺服电机的负栽转 矩也就是Ｔ负载惯量儿．然后再按照其基本条件对转子惯量 ＪＭ进行排序，ｌ＜ＪＭ／ＪＬ＜４，转子惯量ＪＭ需要控制再一定范围 内，即０．００５４—０．００２１ｋｇ・ｍ 。为了在伺服电机和滚珠丝杠之间 架设减速箱．并且将横纵向接口箱的传动比调整为２．需要用 法兰将电机和机体连接成为一个整体。 在计算Ｘ、Ｙ轴传动轴的齿轮和模数时．可以按照下式进行： ｌ＝ｚＪｚｌ 式中：ｉ——Ｘ、Ｙ轴的传动比。 将电机的相关参数以及丝杠螺距带入上式就可以得到两 个齿轮的模式．计算结果如下： Ｉ＝０．９ｘ６／３６０。ｘ０．００５＝３＝ｚ｝ｚ１ 式中：Ｚｌ＝１７；ｚ２＝５１；Ｍ＝３ｍｍ。 ３．１．２主传动系统的改造 主传动系统是上述机床最为主要的动力执行结构．必须 依据机床的实际情况制定具有针对性的制造方案。但是本次 改造有一个前提．即不能够改变铣床的机械部分．但是需要对 电气部分进行大的改动．这是为了将其改变为变频器变频调 速。就变频器部分．利用了性能较为突出的电流矢量控制型的 常用变频器类型。其突出特点为可以有效抵抗干扰，并且很好 地地质电机产生的冲击电压．噪音也比较小 ３．１．３数控控制方式的改造 数控控制方式的改造是需要基于一定原则进行的．其基 本标准就是要按照原有控制形式合理制造改造计划。机床控 制方式主要分为三种类型：（ 开环控制；（ 半闲环控制；（ 闭 环控制。所谓的开环控制。就是指数控系统不能立即接受到相 关的反馈数据，只能够向外输出，且不能对其所处的方位进行 鉴定。所谓的闭环控制就是在选择适宜的专业检测仪器的基 础之上。对具体位置进行检测，并将相关信息反馈给数控系统 中心。所谓的半闲环伺服系统和闭环伺服系统的工作流程大 约相同．主要的差异存在于检测仪器安装位置的不同，前者检 测仪器是安装在工作台上的．后者是安装在伺服电动机轴上。 一般情况下．可以根据机床的具体情况选择适宜的方式． 而数控方式的选择对于机床的改造的要求也日益提高，尤其 是机床的精度和性能。所以．机床数控化改造最为重要的内容 就是机床的功能化完善以及精度的提高 一般企业都会采用 小中・心距离，并对齿轮侧隙进行一定的调整．或者是设置反向 的间隙补偿值，使得数控系统实现自动补偿。 ３．２．３主轴电机不变速 在系统ＡＵＴＯ工作方式下，输入程序：如图４。 Ｍ３Ｓ１００ Ｍ５ Ｍ４Ｓ１０００ 图４程序示意图 然后开启该程序．并安排专人对主轴的变化和运行状态 进行密切观察。如果主轴的运行不正常，如速度不能顺利变 化．那么就要对数控系统的主轴输出接口是否会有模拟的电 压向外输送，这样做的主要目的是确认变频器的参数设置是 否合理，输出接口是否有故障发生。 ４结束语 综上所述，机床的数控化改造环节多，流程较为复杂，需 要根据机床的不同进行据相关数据调查统计．我国拥有的各 类的普通机床共计４００多万台，其中，有改造可能性的只有 ５０％．由此可见，机床的数控化改造技术相关研究十分必要 的，且３３前的该行业对于人才的需求较大．＿有很大的发展空间。 参考文献 ［１］杨绍荣，方虹．普通机床数控化改造思路探讨『Ｊ］．机电工程技术， ２０１１（２）：８８－９０． ［２】金成功，张云峰．普通机床数控化改造的研究与分析【ＪＪ．中国新技术 新产品，２００９（２０）：１２６． 【３］张云峰．浅谈普通机床的数控化改造［Ｊ］．黑龙江科技信息，２００９ （２９）：４７～４８． 收稿日期：２ｏ１５—６—８ 兮 ｏ ≥ Ｚ ０ 藿 Ｕ ≥ 判 量 ３０９