建筑機械機床數控化改造技術探析

■鄭 芳，張 紅 ■.南山集團公司，山東 煙臺 6573;.煙臺南山學院，山東 煙臺 6573

目前許多建筑工程企業都存有大批閑置的普通機床，如果能對這些普通機床進行改造、升級，以較小的投入盡快使這些閑置機床在經濟發展中發揮作用、創造效益，其對建筑企業的發展又提供了一定空間，對普通機床進行數控化改造技術探究情況如下:

1 普通機床數控改造后的優點

(1)性能穩定可靠，可以實現加工的自動化，效率可比傳統機床提高3～7倍。(2)加工零件的精度高，可實現多工序的集中加工，減少零件在機床間的頻繁搬運。(3)投資額少，交貨期短。

2 機床數控化改造后組成

一般分為五部分:機床主機、數字控制系統、驅動裝置、輔助裝置、其它附屬設備。

2.1 機床主機

機床主機是數控機床的主體，它包括床身、主柱、主軸、進給機構等機械部件。

2.2 數字控制系統

數字控制系統是數控機床的核心。當前一般采用計算機數控(Computered NumericalControl簡稱CNC)系統。它是一臺專用控制計算機，包括硬件(印制電路板、顯示器、鍵盤、閱讀機等)項控制功能。

2.3 驅動裝置

驅動裝置是數控機床執行機構的驅動部件。一般通用機床的主軸和進給系統是由電動機驅動主軸箱中轉動齒輪來實現速度變換和加工運動。

2.4 輔助裝置

輔助裝置是保證數控機床的功能得以充分發揮的配套部件。它包括的面很廣，有電器、液壓、氣壓等器件及系統，冷卻、潤滑、輸送等裝置，由于它們對發揮數控機床功能起重要作用，因此受到重視，發展極為迅速。

2.5 其它附屬設備

為了提高數控機床工作效率，常常還配置一些附屬設備，如自動編程機，機外對刀儀等。

3 普通車床數控化改造的總體方案

整個改造的過程為經濟性改造，因此，在進行改造方案的設計時，除了滿足基本性功能要求之外，應當對整個機床的改動盡量小，從而更好的降低成本，本文以CA6140金屬切削機床的改造為實例，其主要的改造方案如下。

3.1 主傳動系統和進給系統的改造

CA6140金屬切削機床包含的進給系統與傳統系統的控制均為主軸電機控制，經過這次數控改造之后，將其原有的給進系統與傳動系統相分離，動力的來源轉變為步進電機控制。此外，為了更好的確保兩者的聯系，在進行進給系統的改造時，應在主軸上裝訂合適的脈沖發生器，從而保證兩者之間聯系的有效性。

3.2 絲杠改造—采用滾珠絲杠螺母副

為了更好的提升CA6140機床的工作效率與工作精度，將原有金屬切削機床的光桿改造為滾珠絲桿的方式，其控制也是由步進電機負責，這在很大程度上不僅能夠提升整個機床的工作效率與工作精度，同時整個機床的使用性能也會得到較大的提升。

改造成為的滾珠絲杠工作原理為在螺母與絲杠之間采用滾動體作為兩者的傳動性元件，將金屬切削機床光桿原先的旋轉運動轉變為滾珠絲杠的直線性運行方式，所以，滾珠絲杠及時一種傳動性的元件，同時也是一種實現旋轉運動和直線運動進行轉化的元件。

采用滾珠絲杠相對于先前的光桿有著較大的優勢。首先其為滾動傳動，整體的磨損較少，機械傳動的總體效率較高，能夠達到0.95左右。當整個螺母預緊之后，間隙能夠完全的消除，整體的剛性非常好，傳動的精度也非常高，此外，傳動過程中摩擦阻力也是非常小的，并且摩擦阻力與運動速度沒有較大的關系，不容易發生低速爬行的情況，在很大程度上更為提升了運行的穩定性。

3.3 刀架改造

傳統普通型車床刀架在很大程度上不能夠達到改裝之后車床整

體精度與性能的標準。因此，需將普通車床的刀架轉變為數控刀架。數控刀架相對于普通車床的刀架存儲量是非常大的，同時工作的精度也是非常高的，特別是其安全可靠性能較高。

現階段數控自動進行換刀的裝置已經在實際生產的過程中得到

較為廣泛的應用，這在很大程度上不僅提升了整個機床工作生產的效率，同時也拓寬了整個機床使用的范圍，特別是在加工能夠完成多道工序的一次性安裝，降低了零件定位安裝次數，提升了工作的總體效率。

3.4 步進電機的改造

步進電機的工作方式和一般電機不同，是采用脈沖控制方式工作的，必須按一定的規律對各相繞組輪流通電，步進電機才能實現轉動。數控機床中采用的功率步進電機有3相、4相、5相、和6相等。由步距角計算可知，循環拍數越多，步距角越小，因此定位精度越高。

3.5 導軌改造

目前比較常見的導軌軟帶有國外的Turcite－B導軌軟帶以及國產TSF塑料軟帶。塑料導軌軟帶的粘結方法簡單，通常采用黏結材料將其貼在所需處，作為導軌表面;用汽油或金屬清洗或丙酮清洗導軌粘貼面后，用膠黏劑粘合導軌軟帶，加壓初固化1～2h后再合攏到配對的固定導軌或專用夾具上施以一定的壓力，并在室溫固化24h，取下清除余膠，即可開油槽和加工。

3.6 數控系統硬件電路改造

任何一個數控系統都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數控系統的基礎，其性能的好壞，直接影響整個系統的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。機床數控系統的硬件電路概括起來由以下4部分組成。

(1)中央處理單元CPU。(2)總線。包括數據總線(DB)、地址總線(AB)和控制總線(CB)。(3)存貯器。包括只讀可編程存貯器和隨機讀寫存貯器。(4)I/O輸入/輸出接口電路。

由于MCS—51系列單片機在我國機床數控改造方面應用較普遍，其配套芯片價廉，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能夠滿足經濟型數控車床改造的需要。C6140數控改造以8031CPU組成的單板機為數控控制系統。也可直接購買國內較好的數控系統系列產品做為數控裝置，如南京大方數控設備公司生產的JWK系列數控產品。

4 金屬切削機床數控化改造成本分析

當金屬切削機床經過完善的數控改造之后，床頭箱仍舊為未改造之前的，也就是整個系統其主動傳統的系統沒有變化，而是將金屬切削機床傳統系統中道家轉變為數控的形式。金屬切削機床原有的橫向與縱向進給系統改造成為了滾珠絲杠傳統的方式，刀架的形式也改裝成為了六方刀架的方式，此外，在金屬切削機床的床鞍部位也有著一定的改動。

整個金屬切削機床改造的成本在一萬元以內，例如AC6140金屬切削機床，其生產廠家為牡丹江機床廠，該金屬切削機床的出廠價位在四萬以內，經過完整的數控改造之后，其所需的改造成本不到一萬元，但是在其實際的運行過程中，工作的效率大大的提升，較大的節約了構件加工所需的時間。

5 結論

建筑企業對閑置金屬切削機床進行數控化改造，其性價比高，機床的自動化程度也大幅提高，而且還能解決復雜建筑零件的加工精度問題，節約大量建筑工裝費用，減輕建筑工人的勞動強度，提高建筑工人素質，為提高建筑企業競爭能力創造了條件;同時，也提高了建筑設備自身對產品更新換代所需要的應變能力，金屬切削機床進行數控化改造確實是一件利國利民的好事。

［1］譚浩強.微型計算機原理及應用.清華大學出版社.2002∶77－8.

［2］龔仲華.數控技術.機械工業出版社.2003∶32－47.

［3］宋天麟.數控機床及其使用與維修.東南大學出版社.2003∶85－88.

［4］胡乾斌.單片微型計算機原理與應用.華中科技大學出版社.2003∶25－77.