車床機械部件數控改進的探討

杭州汽車技工學校 嚴利吉

車床機械部件數控改進的探討

杭州汽車技工學校 嚴利吉

應用數控技術改進普通車床是提高產品質量和生產效率，提高舊設備利用率，推廣機電一體化技術的重要手段。本文主要對車床主要機械部件數控改進的方法進行探討。

車床 數控改進 機械部件

我國設備制造行業廣泛使用普通車床，但其已不能滿足多品種、小批量的生產需求，而數控車床則綜合了數控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適合加工小批量、高精度、形狀復雜、生產周期要求短的零件。因此，對車床機械部件數控改進的探討具有一定的現實意義。

一、車床床身的改進

國內外數控車床的床身大多采用普通鑄鐵，在改進中，主要是修復普通車床導軌的精度，所以應充分利用舊床身。為了使改進后的車床有較高的加工精度，應提高車床導軌的精度。導軌的修復方法主要有以下幾種。

（1）塑料導軌重新粘塑。使用聚四氟乙烯導軌軟帶可修復塑料導軌，這種導軌軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結制作而成。修復時，首先將導軌表面加工至表面粗糙度Ra3.2～1.6。有時為了起定位作用，導軌粘貼面加工成0.5～1mm的凹槽，用汽油（也可用金屬清洗劑或丙酮）清洗導軌粘貼面后，再用膠粘劑粘合導軌軟帶，加壓1～2h后再合攏到配對的固定導軌或專用夾具上施加一定的壓力，在室溫下固化24h，即可進行開槽和精加工。

（2）直線滾動導軌副精度調整。滾動導軌的優點是摩擦系數小于0.005，靜、動摩擦系數很接近，沒有爬行現象，可以使用潤滑脂潤滑，改進時要重新調整導軌的幾何精度并預緊，以恢復其導向精度和承載能力。若無法修復則更換。

（3）鑄鐵導軌精加工。鑄鐵導軌的精加工可采用刮削的方法，刮研顯點為18～25點/cm2，同時，必須保證其潤滑的可靠性。

二、車床主軸的改進

普通車床由主電動機經皮帶傳動，再經主軸變速箱帶動主軸旋轉，主軸箱經手動或自動變速可獲得各級轉速（通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉）；而數控車床主軸箱由電主軸或傳統機械主軸單元加變頻電機和變頻器組成。普通車床在數控化改進時，大多數都保留原主軸箱，盡量不做改動或少做改動，如必須改動則要注意以下幾點。

（1）如果原主軸具有液壓操縱主軸的變速、正反轉和潤滑功能，則需對其增裝單獨的普通電機進行驅動，避免液壓系統受到主電機正反轉或轉速變換的影響而失效。

（2）如不需要原有機械變速換檔時，可將主軸箱內齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應焊死，以免因誤操作發生安全事故。

（3）普通車床加工螺紋時往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。改進時，通常在主軸末端或掛輪架處加裝一光電編碼器，其轉速與主軸轉速一致，主軸轉一周，光電碼盤轉一轉，并反饋給控制系統，使進給軸與主軸同步旋轉，從而可加工出所要求螺距的螺紋。

三、車床進給軸的改進

普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅動，加工螺紋時，走刀運動經走刀箱傳給絲杠和溜板箱，以獲得不同的螺距（即Z軸運動）；加工一般零件時，走刀運動經走刀箱傳給光桿和溜板箱，以獲得不同的進刀量（即X軸運動）。普通車床數控改進時，一般都拆除走刀箱和溜板箱，而改用進給伺服（或步進）傳動鏈，其傳動路徑為：

Z軸：縱向電機→減速箱（或連軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數控指令獲得不同的走刀量和螺距。

X軸：橫向電機→減速箱（或連軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數控指令獲得不同的走刀量。

普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動絲杠副，與滾珠絲杠副相比其摩擦阻力大、傳動效率低，不適用于高速運轉；另外，由于磨損快，造成其精度保持性差和使用壽命低，在進行普通車床數控化改進時往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副根據其滾珠的回轉方式可分為外循環和內循環兩種，根據螺母的結構形式又將其分為雙螺母和單螺母。在普通車床數控化改進中多選擇內循環式雙螺母結構。

四、車床刀架部分的改進

目前數控車床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準確、迅速。由于普通車床刀架多為手動、液壓驅動或少部分的電驅動，改進時可根據需要對其進行更換?？刹捎檬招潘墓の浑妱拥都苋〈胀ㄜ嚧驳氖謩愚D位刀架，并由數控系統控制。工作時刀架收到微機發來的信號后，在執行過程中，刀架每一次轉位、換刀均有刀架上的霍爾元件電路向微機回送當前刀位的信號，由微機進行判斷，當刀位滿足微機預先設定的要求后，再向微機發送刀架鎖緊執行完畢的信號。

五、潤滑部分的改進

普通車床除主軸箱外，導軌、絲杠副、光桿等零部件多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對車床導軌和絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅動條件下，車床運動的穩定性和靈活性也較差。在改進時，一般都要對其潤滑部分進行相應的改動，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式。絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要及在供油充分的條件下，也可采用稀油潤滑。

六、車床防護

在普通車床改進中要根據實際情況采取相應的安全措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵（特別是切屑和硬砂粒）進入滾道；在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩；大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，以防止硬質顆粒狀的異物進入滑動面而損傷導軌。

七、實例

CQ6123機床多用于普通高校、職校的數控加工實驗，下面以此機床為例，作如下改裝:

①主傳動系統不變，取消了螺紋加工系統，改進后的車床不能加工螺紋;②進給系統采用開環控制，縱向進給采用滾珠絲杠傳動，橫向采用普通螺紋傳動;③刀架采用微機控制，能自動轉位。改進方案如下圖：

圖1 數控改進方案簡圖

1. 縱向進給系統的改進

拆除原進給箱和溜板箱內的傳動件、操縱件和其他零部件，只保留箱體。步進電機經一級齒輪減速，驅動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動縱拖板、小拖板和刀架左右移動，實現縱向進給運動。為了降低改進費用，利用原機床的進給箱改進成一級齒輪減速箱，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置上，為了便于手動與對刀，在絲杠的右端設有手輪，使用時安裝上，不用即卸下，以防造成傷害。原機床拖板予以保留，并設有一螺母座架，安裝在拖板上，以實現絲杠螺母與拖板之間的聯接。步進電機安裝在絲杠的左端原進給箱的位置上，由電機上的止口定位，靠四個螺釘和二個定位銷與床體相連。絲杠左右端分別用支架與軸承支承，左端用向心球軸承，右端用推力球軸承支承。

2. 橫向進給系統改進

步進電機經一對減速齒輪，驅動絲杠螺母，推動刀架拖板作橫向運動，由于小型臺式車床絲杠直徑太小，成品絲杠無法購買，設計定制價格昂貴。因此采用普通螺紋螺母傳動，其傳動性能雖稍差一些，但可與縱向所用滾珠絲杠傳動方案作一比較，既可取得縱、橫向傳動性能對比資料，也符合實驗教學的需要。

與縱向進給系統一樣，保留原橫向進給系統中前端的手動機構，以便手動和對刀。步進電機安裝在絲杠的后端，由電機上止口定位，通過一蓋板固定在床體上，步進電機經一對減速齒輪驅動絲杠，絲杠通過與小拖板相連的絲杠螺母，帶動小拖板及刀架的橫向進給，為了便于安裝步進電機，橫向絲杠定制，用一支架延伸大拖板并支承絲杠。

八、結語

總之，為提高車床的加工精度、加工效率和自動化程度，對其電氣、機械部分進行改進，在原有基礎上進行較大規模的技術更新，將某些機械部分重新加工裝配，可以恢復原有的加工精度，提高車床系統的性能。

［1］余英良.機床數控改進設計與實例［M］.2版.北京：機械工業出版社，2006

［2］吳寶萍，范四立，葉靜．淺談舊機床數控化改進［J］．中國設備工程，2003，（6）

［3］王計文．淺析普通機床的數控改進［J］．機床與液壓，2006，（5）

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