普通機(jī)床數(shù)控改造在職業(yè)技能大賽中的應(yīng)用

周樹強(qiáng)，周麗霞，覃 琴，何正琛

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610100）

普通機(jī)床數(shù)控改造在職業(yè)技能大賽中的應(yīng)用

周樹強(qiáng)，周麗霞，覃 琴，何正琛

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610100）

根據(jù)全國(guó)職業(yè)院校技能大賽要求，對(duì)一臺(tái)普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。詳細(xì)闡述了改造方案，包括總體設(shè)計(jì)、主軸系統(tǒng)改造、進(jìn)給系統(tǒng)改造、刀架改造和數(shù)控系統(tǒng)選用與調(diào)試等。改造后的車床能夠滿足比賽要求，既節(jié)約了資金，又鍛煉了學(xué)生。

技能大賽；數(shù)控改造；促進(jìn)作用

根據(jù)2013全國(guó)職業(yè)院校技能大賽要求，數(shù)控設(shè)備運(yùn)用與維護(hù)專業(yè)比賽項(xiàng)目是數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試與維修，選用的是臥式平床身CKA6150數(shù)控車床。由于學(xué)校沒有這類數(shù)控機(jī)床，考慮到購(gòu)置新設(shè)備對(duì)比賽來說成本太高，于是用一臺(tái)報(bào)廢的普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。在改造過程中，結(jié)合比賽內(nèi)容，進(jìn)行針對(duì)性的改造，讓學(xué)生完全參與到改造過程中，既促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試與維修更深刻的理解，更利于學(xué)生參加比賽。

1 技能大賽的重要性

全國(guó)職業(yè)院校技能大賽是中華人民共和國(guó)教育部發(fā)起，聯(lián)合國(guó)務(wù)院有關(guān)部門、行業(yè)和地方共同舉辦的一項(xiàng)年度全國(guó)性職業(yè)教育學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)。數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試與維修比賽項(xiàng)目，目的是檢驗(yàn)參賽選手的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、計(jì)劃組織能力和數(shù)控機(jī)床機(jī)械、電氣裝調(diào)、精度檢驗(yàn)、故障診斷和排除技能，考察選手的質(zhì)量、效率、成本、安全和環(huán)保意識(shí)；推動(dòng)高職院校數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的教育教學(xué)改革；加快工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新的步伐，促進(jìn)高職院校緊貼產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)制造企業(yè)急需的數(shù)控設(shè)備機(jī)械、電氣維修人員等高端技能型人才[1]。根據(jù)全國(guó)職業(yè)院校技能大賽要求，2013年數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)比賽項(xiàng)目選用的是臥式平床身CKA6150數(shù)控車床作為比賽平臺(tái)。由于學(xué)校沒有這類數(shù)控機(jī)床，考慮到購(gòu)置新設(shè)備對(duì)比賽來說成本太高，用一臺(tái)C620-l普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。

2 數(shù)控改造方案

2.1 總體改造方案設(shè)計(jì)

根據(jù)“2013年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽”高職組數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)試與維修賽項(xiàng)規(guī)程，比賽內(nèi)容分為五部分：機(jī)械組件安裝與調(diào)試；機(jī)床功能檢查、故障排除；全閉環(huán)控制方式下機(jī)械、電氣安裝調(diào)試；半閉環(huán)和全閉環(huán)控制方式下機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度檢測(cè)、對(duì)比與分析；試切件的編程與加工[2]。根據(jù)比賽規(guī)程，在這次比賽中需要進(jìn)行機(jī)床半閉環(huán)和全閉環(huán)的比較，所以對(duì)機(jī)床X軸進(jìn)行全閉環(huán)改造，Z軸半閉環(huán)改造，并且Z軸用同步齒形帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)、主軸機(jī)械部件和機(jī)床導(dǎo)軌不做改造，數(shù)控系統(tǒng)選用FANUC 0i mate TD數(shù)控系統(tǒng)。

圖1 Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 主軸系統(tǒng)改造方案

根據(jù)比賽要求，主軸系統(tǒng)需要進(jìn)行高、中、低三檔手動(dòng)變速，選擇原機(jī)床主軸系統(tǒng)中間三檔作為手動(dòng)變速。主軸電機(jī)可以使用原有的普通三項(xiàng)異步交流電機(jī)拖動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，考慮到經(jīng)濟(jì)性，選擇用主軸交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。

根據(jù)試切零件樣題得知，機(jī)床要實(shí)現(xiàn)螺紋切削功能，主軸部位安裝主軸編碼器。為了保證螺紋加工的質(zhì)量，主軸編碼的轉(zhuǎn)速、方向必須和主軸同步，所以選擇用同步輪、同步帶的連接方式與車床主軸同步。

2.3 進(jìn)給系統(tǒng)改造方案

普通機(jī)床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而數(shù)控機(jī)床則是單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。在能夠滿足車床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差，一般多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接連接，所以X軸選擇聯(lián)軸器直接與絲杠連接，并且安裝直線光柵尺。而Z軸對(duì)應(yīng)絲杠較長(zhǎng)，直徑較大，所以考慮到動(dòng)力問題，中間通過同步齒形帶減速傳動(dòng)。Z軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

普通車床導(dǎo)軌大多數(shù)采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)車床傳動(dòng)精度和其保持性有一定的影響，一般數(shù)控改造時(shí)都要進(jìn)行必要的修理。由于考慮到比賽經(jīng)濟(jì)性，導(dǎo)軌修復(fù)成本比較高，而且對(duì)比賽影響較小，所以對(duì)導(dǎo)軌不做改造。

機(jī)床絲杠的改造，普通機(jī)床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)[3]。而滾珠絲杠摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，所以選擇滾珠絲杠作為X軸和Z軸的傳動(dòng)。對(duì)應(yīng)滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相當(dāng)。

2.4 刀架改造

目前數(shù)控車床大部分都是自動(dòng)刀架，定位更準(zhǔn)確、迅速。電動(dòng)刀架分為臥式轉(zhuǎn)塔式（一般安裝8～12把刀）、立式電動(dòng)刀架（一般安裝4～6把）和排式刀架，臥式轉(zhuǎn)塔式價(jià)格比較昂貴，排式刀架自動(dòng)車床用得比較普遍，改造中常用電動(dòng)四方刀架。

2.5 數(shù)控系統(tǒng)選用

根據(jù)比賽要求，數(shù)控系統(tǒng)可以選擇FANUC 0i Mate TD、Siemens 808D、華中8型數(shù)控系統(tǒng)，通過調(diào)研多家機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)和多家數(shù)控設(shè)備加工企業(yè)，并從教學(xué)比賽貼近生產(chǎn)的實(shí)際情況，選擇使用FANUC 0i Mate TD數(shù)控系統(tǒng)。

2.6 數(shù)控系統(tǒng)連接與調(diào)試

FANUC 0i Mate TD數(shù)控系統(tǒng)是FANUC公司推出的經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)連接如圖2所示[4-5]。

根據(jù)比賽要求和C620-l車床的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出機(jī)床的主電氣原理圖如圖3所示。

圖2 FANUC 0i Mate TD數(shù)控系統(tǒng)連接圖

圖3 C620-l車床改造主電氣原理圖

根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)床電路圖完成連接，進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的PMC程序、基本參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服參數(shù)的調(diào)試，讓機(jī)床能正常運(yùn)行。

3 促進(jìn)作用

通過這次利用普通機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床，整個(gè)過程都是由學(xué)生參與，并且首先讓學(xué)生根據(jù)比賽規(guī)程提出設(shè)計(jì)方案，然后老師再根據(jù)學(xué)生的方案講解具體的實(shí)施過程，學(xué)生動(dòng)手去做，這樣不僅達(dá)到訓(xùn)練比賽的目的，而且更清楚讓學(xué)生明白比賽的難點(diǎn)在什么地方。

4 結(jié)束語

通過本次普通機(jī)床的成功改造，節(jié)約了資金，鍛煉了學(xué)生，同時(shí)也為在其他傳統(tǒng)設(shè)備的數(shù)控化改造方面，提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。

［1］2013年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽手冊(cè)［Z］.全國(guó)職業(yè)院校技能大賽組委會(huì)，2013.

［2］2013年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽賽項(xiàng)指南［Z］.全國(guó)職業(yè)院校技能大賽組委會(huì)，2013.

［3］王印力，周新民，葉選林.普通車床機(jī)械部分的數(shù)控改造［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備 ，2008（11）：56-57.

［4］FANUC Series 0i-MODEL D連接說明書（功能）［Z］.北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2009.

［5］FANUC Series 0i-MODEL D維修說明書［Z］.北京發(fā)那科機(jī)電有限公司，2009.

The Application of General-Purpose Machine Tool NC Transformation in the Vocational Skills Competition

ZHOU Shu-qiang，ZHOU Li-xia，QIN Qin，HE Zheng-chen
（Chengdu Aeronautic Polytechnic，Chengdu610100，China）

According to the requirements of the National Vocational Student Skills Competition，to study the NC transformation of a General-purpose Machine Tool.This article expounds the transformation program in detail，including the overall design，the spindle system transformation， feeding system transformation，transformation turret，and CNC system selection and debugging.After transforming，the lathe can meet the requirements of the competition，which saves money，and also exercise the students.In vocational skills contest training，lets the student participate in ordinary lathe of numerical control technology，the game has a very good role in promoting，at the same time reduces the cost.

skills competition；NC transformation；promoting effect

TG659

B

1009－9492(2015)10－0130－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.034

周樹強(qiáng)，男，1987年生，四川資中人，大學(xué)本科，助教。研究領(lǐng)域：機(jī)械制造與自動(dòng)化。

(編輯：王智圣)

2015－04－13