普通機床數(shù)控化改造要點探討

楊秋平等

摘 要：隨著數(shù)控及自動化的發(fā)展，普通機床在能耗、效率及精度方面較現(xiàn)代化數(shù)控機床差距很大，并且普通機床精度下降后的大修耗時長，對維修技術(shù)工人的技能依賴度高，本文旨在通過對普通機床數(shù)控化自動化改造要點進行探討，目的在于解決普通機床能耗高、效率低、精度低及維修依賴度高等方面的問題。

關(guān)鍵詞：普通機床；數(shù)控；改造

1 普通機床的概念及常規(guī)大修方法

本文探討的普通機床均是指由三相異步電動機作為動力，有一定長度的滑動摩擦平面或V型導(dǎo)軌，且導(dǎo)軌往復(fù)運動使用頻率較高，機床大修周期較短的通用設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備。

普通機床的大修主要是解決由于導(dǎo)軌的磨損導(dǎo)致的機床精度下降問題。導(dǎo)軌磨損較少、一般采用刮研導(dǎo)軌修復(fù)的方法，由專業(yè)技術(shù)鉗工完成，對鉗工的經(jīng)驗及技能依賴很大，鉗工的經(jīng)驗和技能直接決定導(dǎo)軌刮研質(zhì)量的好壞，導(dǎo)軌刮研工作量大，特別是大型機床，對鉗工的體能也是一種考驗，而且普通機床不能無限次的刮研，刮研次數(shù)過多或刮研量較大會影響機床的中心等參數(shù)；導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重時一般采用在導(dǎo)軌上下摩擦面上粘貼導(dǎo)軌板的方法修復(fù)，此方法與刮研修復(fù)相比除同樣對維修鉗工技能要求較高外，同樣設(shè)備情況下維修工作量較小，且對機床的中心等參數(shù)影響小，

目前由于數(shù)控機床標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)軌的出現(xiàn)以及鉗工工種本身的高勞動強度，年輕的鉗工技術(shù)工人越來越少，企業(yè)也在探尋能夠替代維修周期長、勞動強度高、鉗工技能依賴嚴(yán)重的設(shè)備改造方法，期待通過設(shè)備改造，將導(dǎo)軌更換成精度及剛性合適的標(biāo)準(zhǔn)件，這樣就能大大縮短維修周期，減輕維修鉗工勞動輕度，降低對維修鉗工的技能依賴。

2 普通機床數(shù)控化改造

對普通機床進行數(shù)控化改造主要解決兩方面的問題，一是導(dǎo)軌改造、二是數(shù)控系統(tǒng)選用。導(dǎo)軌改造可以將導(dǎo)軌標(biāo)準(zhǔn)化，降低電機負(fù)載（或直接降低電機額定功率選擇），數(shù)控系統(tǒng)選用，主要是根據(jù)機床加工特點選用步進電機或伺服電機，確定加工軸數(shù)（電機數(shù)），安裝限位等。

2.1 導(dǎo)軌改造

（1）導(dǎo)軌選用

從導(dǎo)軌的經(jīng)濟性、剛性、安裝尺寸、負(fù)荷及扭矩等方面綜合考慮選用。

經(jīng)濟性方面主要考慮選用線性滑軌和交叉滾子導(dǎo)軌，線性滑軌是順應(yīng)現(xiàn)今機械高精度、高性能化的趨勢而研發(fā)的，具有高精度、高負(fù)載能力、高剛性、全密封防護、低噪音、低摩擦力、互換性及安裝方便等特點，由導(dǎo)軌和滑塊配合使用；交叉滾子導(dǎo)軌是由兩根帶有V型滾道的導(dǎo)軌、特殊材質(zhì)的塑料保持架、圓柱滾子組成，相互交叉排列的圓柱滾子在經(jīng)過精密磨削的V型滾道上做往復(fù)運動，可承受各個方向的載荷，實現(xiàn)高精度、平穩(wěn)的直線運動，具有滾動摩擦力小、穩(wěn)定性能好、啟動摩擦力小、隨動性能好、接觸面積大、彈性變形量小、安裝使用方便等特點。相近規(guī)格的情況下交叉滾子導(dǎo)軌價格較高，不過交叉滾子導(dǎo)軌主要是小規(guī)格的。

剛性方面，若機床對剛性要求較高，可以從交叉滾子導(dǎo)軌、圓球線性滑軌和圓柱線性滑軌中選擇，交叉滾子導(dǎo)軌剛性一般，線性滑軌中的滾動體分為圓球和圓柱，滾動體為圓柱的線性滑軌剛性最大，滾動體為圓球的次之。另外對于交叉滾子導(dǎo)軌可以從增加圓柱滾子數(shù)量上增加剛性，但是床面行程將會縮短。線性滑軌還可以從同種規(guī)格中選用不同預(yù)壓等級的滑塊，預(yù)壓等級中的預(yù)壓力是預(yù)先給滾動體負(fù)荷力，亦即加大滾動體直徑，利用滾動體與滾道之間負(fù)向間隙給予預(yù)壓，此舉能夠提高線性滑軌剛性及消除間隙，但是過大的預(yù)壓力會提高摩擦阻力和降低使用壽命。

安裝尺寸方面，以水平安裝兩個導(dǎo)軌為例，同種規(guī)格線性滑軌垂直方向的安裝尺寸大于交叉滾子導(dǎo)軌，交叉滾子導(dǎo)軌水平方向安裝尺寸大于線性滑軌，機床改造時要結(jié)合機床本省是否有足夠安裝空間。

負(fù)荷及扭矩方面，相同規(guī)格的交叉滾子導(dǎo)軌和線性滑軌靜動額定負(fù)荷基本相同，但是線性滑軌的各方向扭矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交叉滾子導(dǎo)軌，同種規(guī)格的圓柱線性滑軌各方向扭矩比圓球線性滑軌高約50%，同樣的圓柱線性滑軌或圓球線性滑軌的滑塊分為四方型和法蘭型，法蘭型的滑塊線性滑軌組合高度低，承靠面積大，使用于承受負(fù)載扭矩較大的場合，四方型滑塊寬度較小，適合有安裝空間限制的設(shè)備

（2）機床床身尺寸加工

對于線性滑軌或交叉滾子導(dǎo)軌的安裝主要會影響機床的中心高，機床水平中心等尺寸，為了達(dá)到合適的中心高只有采用將原有平面導(dǎo)軌銑出矩形槽或直接在平面導(dǎo)軌安裝，通過墊高主軸箱或尾座的方法使機床中心高一致，但是墊高的方式不如采用銑出下沉矩形槽的方式機床剛性好。對于承受垂直翻轉(zhuǎn)扭矩較大的機床還要考慮水平方向兩組導(dǎo)軌的間距，間距越大承受的受垂直翻轉(zhuǎn)扭矩越大，反之，則越小，但是這種間距同樣受到原有機床導(dǎo)軌位置的制約。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)選用

機床數(shù)控化改造加工好床面導(dǎo)軌后就要考慮數(shù)控系統(tǒng)選用，數(shù)控系統(tǒng)選用主要根據(jù)機床的加工精度是選用不帶反饋系統(tǒng)的步進電機數(shù)控系統(tǒng)還是選用帶反饋系統(tǒng)的伺服電機數(shù)控系統(tǒng)，選擇時兼顧實用性和經(jīng)濟性原則；根據(jù)導(dǎo)軌改造后負(fù)載的變化重新選用合適扭矩的步進電機或伺服電機，這是一個難點，以下重點來探討電機扭矩的選擇。

普通機床導(dǎo)軌由平面或V型導(dǎo)軌改造成摩擦阻力更小的交叉滾子導(dǎo)軌或線性滑軌后，原來作為動力的交流三相異步電機負(fù)載將減小，因此在選用電機的扭矩時以不超過原有交流三相異步電機扭矩為上限原則，例如：原有的三相異步電機為額定功率5.5KW，額定轉(zhuǎn)速1440r/min，根據(jù)公式T=9549*P/n（T為扭矩，單位N/m，P為電動機額定功率，單位KW，n為電動機額定轉(zhuǎn)速，單位r/min）得出T約為36.5N/m，因此選用電機的扭矩就在36.5N/m以下根據(jù)實驗或經(jīng)驗確定。

3 結(jié)束語

對普通機床的數(shù)控化改造由于受到原有設(shè)備尺寸及安裝位置等的影響，這種改造某些方面沒有重新設(shè)計制造的新設(shè)備合理，但是對于改動較小就能實現(xiàn)數(shù)控化自動化的普通機床來說還是具有一定的經(jīng)濟性，因此在對普通機床數(shù)控化改造時應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟性、實現(xiàn)難易度、改造后的效率及故障率等各方面因素。

參考文獻(xiàn)

[1].邵俊鵬等，《機床數(shù)控技術(shù)》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995年.

[2].張建民，《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》，北京，高等教育出版社，2000年.

[3].余英良，機床數(shù)控改造設(shè)計與實例[M].北京.機械工業(yè)出版社，2001年.

[4].杜國臣等，《機床數(shù)控技術(shù)》，北京，中國林業(yè)出版社，2006.8.