CL6140型普通車床數控化改造初探究

石培晶 薛冬

摘 要：在經濟高速發展的今天，作為國家產業基礎的制造業，對生產型數控機床的需求不斷增長，且缺口極大。而對中小企業而言，采購滿足生產的數控機床整機費用太高，難以承受。而機床數控化改造作為綠色制造的一種新方式，具有節約資源，降低成本，減少碳排放的效果。本文分析了數控化改造的必要性，又以CL6140型普通車床的改造為例，探索車床數控化改造。

關鍵詞：數控化改造；必要性；普通機床；CL6140型普通車床

綠色制造是從環境影響和資源利用等多方面綜合考慮的現代化制造方法。目標在于考慮采用什么樣的辦法和措施使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用和報廢處理的生產周期中，對環境的負面影響最小、資源利用率最高和成本最低，使企業經濟和社會效益最優化。機床的數控化改造是一項節能環保的綠色制造技術，已經成為研究熱點。現在，國內外不少廠家已把目光投向了機床數控化改造，且發展為一行新興產業，如德國的Schiess公司，美國的Maintenance Service Corp，日本的崗三機械等。

一、數控化改造機床必要性

目前，我國各類機床保有量約800萬臺，居世界首位，但是服役超過10年的傳統機床就占到60%以上，由于技術和功能等方面的原因，老舊機床的報廢期將要到來，未來會有大批的機床面臨淘汰，其中不乏有機械性能完好的機床，如此多的機床，直接進入高爐冶煉成鋼鐵，是對資源和人力的一種浪費。那么如何使這些機床發揮其效應，對其數控化改造的綠色再制造是一個不錯的選擇，不僅可以使機床資源循環利用，減少資源浪費，又可以降低重復冶煉對環境的污染。據不完全統計，在對老舊機床進行改造中，舊件的再制造率能達到90%，成本卻只有新產品的50%，而且同時能夠節約能源消耗60%和節約原材料消耗70%。這樣的方式將在未來成為我國可持續發展中的新模式。

二、機床數控化改造的內容

普通機床的數控化改造就是將普通機床的某些部位進行改造，配置數控系統，使再制造的新機床能夠數控加工產品，達到提高生產效率的目的。機床數控化改造的主要內容有：①恢復原有機床功能。通過對機床的故障診斷，評估其性能，分析可利用程度，做對應維護和維修，使之恢復原有功能。②改造機床機械系統。普通機床的機械系統比較復雜，主要通過齒輪傳動來實現相應的傳動需求，拆除、更換、加裝相應部件，重新配置，從而提高機床的自動化水平，使其能夠恢復機床的精度。③機床的數控化。在機床上裝備數控系統和數顯裝置，與機械系統有機結合，使新機床能夠實現數控化加工產品。④電器系統的改造。普通機床多采用控制功能要求與數控機床的完全不一樣，所以原機床電器系統要完全報廢拆除，重新按數控化再制造的要求進行設計制作。⑤整機連接調試。普通機床的各部件再制造完成后，要對各個部件進行調試，先對電器控制部分調試，然后在聯機調試。

三、CL6140型普通車床的改造

（一）改造定位

CL6140型普通車床是我校購買的主要型號，生產廠家是浙江聯強，與CA6140型相比較，主軸箱控制手柄為分立式設置，將高速檔和低速檔分開，這樣使得車床結構簡單，操作方便，目前主要做教學用。結合實際情況，對于普通車床的數控化改造來說，主要是以實現教學為目的，不以加工為中心，因此改造方案要遵循的原則是：數控化改造后的車床要求在運行穩定可靠，數控系統合理匹配的前提下對機床改動盡可能少，以降低成本。

（二）機械部分的改造

1.主軸系統的改造。主軸是車床的主要部件，實現車削加工的主運動，要求有良好的剛性和精度，且噪聲要低。CL6140型普通車床改造時，主軸箱內變速換擋機構要保留，拆除主軸正、反轉及停轉控制機構；齒輪傳動保留帶輪軸至主軸的最短傳動路徑，傳動比盡可能選擇為1：1或者接近1：1的，使得傳動速度的恒定，降低電機輸出功率的損失；拆除其余齒輪和傳動軸。

2.進給系統的改造。進給傳功主要是實現刀具的縱向和橫向進給運動，使得機床能夠加工回轉體工件表面各種結構，完成零件加工。CL6140型普通車床改造時，將掛輪箱傳功齒輪全部拆除；拆除絲杠和光杠，替換為滾珠絲杠螺母副，加設伺服電機做驅動元件，通過聯軸器和齒輪減速器實現縱向進給運動；拆除溜板箱機構，保留原有的中滑板手動傳動機構，更換絲杠傳動為滾珠絲杠螺母副，將伺服電機及減速器置于溜板后方，實現橫向進給運動。

3.刀架的改造。刀架是夾持刀具的主要部件。拆除原有手動刀架，更換為外購四刀位自動刀架，實現多刀位夾持和自動換刀功能，完成工件一次性多道工序的加工。

（三）數控部分的改造

1.數控車床工作原理。數控車床加工零件時，需要工具圖紙要求，選擇合適的毛坯材料，確定切削參數，選擇合理的工藝路線，編制符合車床系統要求的加工程序，并輸入到數控裝置中，數控系統經過數據處理和運算后發出指令，驅動各伺服電機，按設定好的坐標，帶動主軸及X軸和Z軸運動，使刀具實現進給運動，并且嚴格的按照加工程序設定的加工順序和參數完成軌跡運動，從而加工出符合圖紙要求的工件。

2.數控系統的類型。數控系統按運行方式可分為：開環控制系統、閉環控制系統和半閉環控制系統，區別在于有無檢測反饋裝置，及其安裝位置。鑒于CL6140型普通車床改造對加工精度要求不高，為降低成本，我們選擇相對便宜的開環控制系統。

3.數控系統的選擇。在確定了數控系統的類型后，就要選擇采用那一數控系統。目前國內主流數控系統有德國的西門子，日本的法拉克，中國本土的華中數控和廣州數控。本次改造在數控系統選擇上，以降低成本為主，所以可以選取相對便宜的國產數控系統，如華中數控系統，廣州數控系統。

綜上所述，機床的數控化改造，是一項符合綠色再制造技術，不僅能夠使企業節約生產成本，還能夠保護環境和節省資源，符合我國可持續發展戰略思想。改造機床要根據實際情況和需要，攻克技術上的難題，使得老舊設備繼續發揮作用，延長設備壽命。對要中小企業來說，數控化改造能夠為企業節省資金，降低生產經營成本，增強企業的市場競爭力。

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[4]黃河.CA6140普通車床數控改造[J].技術市場，2013，9.

（作者單位：石培晶/陜西科技大學、阿拉善職業技術學院；薛冬/渭南技師學院）