普通機床改造數控機床的技術要點

許宗琦（福州大學至誠學院　機械工程系，福州　350000）

普通機床改造數控機床的技術要點

許宗琦
（福州大學至誠學院機械工程系，福州350000）

機床顧名思義就是指制造機器的機器，在生產加工中習慣上稱作機床。機床得種類多種多樣，老式的普通機床從零件的裝夾到加工，全部是由技術人員手動進行操作的。特別是在批量加工精密零件時，費時費力不說產品的精度還很難保證，而現代數控機床完美的彌補了傳統機床的弊病，在加工時間和精度上都有了顯著的提升。

普通機床；數控機床；加工精度；自動控制

1　數控機床

所謂數控機床就是一種由程序控制系統來完成機床自動化運行的機床。1951年世界第一臺數控機床在美國麻省理工學院問世，這是一臺由電子管數控系統控制的銑床，7年之后美國又首先研制出能自動更換刀具的數控機床。1968年世界上第一條數控機床生產線誕生，到70年代中后期，由于科學技術的飛速發展，出現了自動化加工車間，自動化工廠也應運而生。數控機床具有以下幾個特點；

（1）由于數控化操作機床，極大的降低了人為造成的誤差，并且批量加工時加工質量可以得到保證；

（2）可進行多點坐標的聯動，適合加工形狀復雜的零部件；

（3）在加工不同的零件時，只需輸入不同的數控程序，其余步驟都有數控系統自行完成，極大的節省了生產時間，提高了生產效率；

（4）機床本身具有剛性大，精度高的特點，生產率是普通機床的數倍；

（5）由于機床本身的運行完全由數控系統來操作，極大的減輕了操作人員的勞動強度；

2　數控機床的改造要點

在我國，機械自動化數控技術雖然起步較晚，但已經迎頭追趕世界先進水平，公認的世界機械制造業最發達的國家是德國和日本。擁有眾多享譽世界的大公司，例如大家耳熟能詳的戴勒姆·奔馳汽車公司，大眾汽車公司，西門子公司，三菱重工，松下電氣等。我國也有徐工、柳工、三一重工等知名機械類制造公司。而我國除了少數大型機械制造公司以外，許多機械行業單位使用的大部分還是老式普通機床，大批量更換投入資金又太大，所以普通機床改造數控機床就顯得至關重要。我認為實現普通機床改造數控機床可以分為以下4個部分，首先恢復機床原有功能，對原有機床存在的故障部分進行排查，診斷和修復；其次在普通機床上加裝電子顯示器，或直接加數控系統；然后進行翻新，為了進一步增加機床的加工精度、效率和自動化，對機械、電氣部分進行改造翻新，對于機械部分進行重新裝配加工，使其加工精度得到提升，對不滿足生產要求的數控系統予以更新。最后就是有重大技術創新是，才大批量大幅度的對原有機床進行整體改造。

3　重點改造的部位

對于數控機床數控系統的選擇上，由于市場同類型數控系多種多樣，在選擇之前，應首先了解所改造機床的性能，再從價格，使用壽命，操作難易程度度等方面選擇。當然在經濟條件允許的情況下，大品牌的數控系統是首選。首先這類數控系統在電子元件的使用上經過嚴格篩選，制造工藝也極其考究，并且操作簡易。在功能方面因為數控系統所具備的功能要滿足所改造機床的功能，盡量減少過多的數控功能，以減輕操作難度。因為，如果數控系統功能太多的話一方面是改造資金的浪費，另一方面復雜的內部系統偶爾會造成程序故障。

對于機床械部分的改造，為了充分發揮數控系統的性能，保證改造后的數控機床能在數控系統的控制下完成重復定位精度，微機進給無爬行，并且增加機床的使用壽命，外形簡潔美觀，機械部分的改造有以下幾個方面。

3.1床身部分

為了使改造后的機床生產效率得到提高，除了盡可能的減少系統故障外，也要考慮機床本身的耐磨性，尤其是導軌部分的耐磨性。

一般數控機床床身部分的選材為普通鑄鐵，而導軌部分采用高強度合金鋼材料，其耐磨性是普通鑄鐵的數倍，因此在改造中，舊床身部分可以不變，導軌換成合金材質，并用螺釘或焊接或粘劑加以固定，在固定導軌前一定要進行磨削加工，以降低表面粗糙度，提高粘接強度。

3.2主軸變速箱

依照所選的數控系統的不同，此處以GWK/AT-II數控系統為例，主運動的方式和傳統的普通機床一樣，要求變速范圍盡可能的大，來保證加工轉速，使生產效率和質量得到提升。在改造時可以根據具體情況，有效的利用編碼方式的不同來提高主軸變速功能，將兩個齒輪合二為一，裝配遠程控制電磁離合器，使其在不停機的情況可以完成兩種變速，而其他速度的調整可以采用手動機械變速來完成。

3.3拖板裝置

無論點位的控制還是連續的控制，被加工零件的坐標精度，都受拖板運動的影響。對于步進電機而言。因為數控系統所發出的操作指令僅能使拖板運動，并沒有位置檢測和信號反饋的功能，所以系統所發出的指令值和實際托板移動值如果有差別的話，就會造成加工誤差。因此，除了拖板和配件的精度要保證外，在靈敏度和傳動精度的要求上還要采取一些措施，使其得到提高。①傳動裝置的布局采用減速齒輪箱來提高傳動精度（分辨率為0.01mm）。傳動比計算公式為：

公式中：α為步進電機的步距角（度）；p為絲杠螺距，mm；δ為脈沖當量。②在齒輪傳動的時候，為了提高正傳動和反傳動的精度，必須要盡可能消除配對齒輪間的傳動間隙，方法有兩種，分別是柔性調整法和剛性調整法。一般情況下配對齒輪側隙方法選擇的是剛性調整法。③利用滾珠絲杠來代替原滑動絲杠，提機床的高傳動靈敏性和降低機床功率和步進電機力矩的損失。

3.4自動換刀裝置

自動換刀裝置是數控機床的重組成部分，形式多種多樣。自動化數控機床中，刀具的更換直接影響加工時間和精度，老式機床的使用中，人工裝夾刀具不僅費時費力，而且如果沒有夾緊生產加工時還會出現安全隱患，所以自動換刀系統應運而生，自動換刀裝置的加入使換刀這一步驟更加迅速準確。

刀庫和刀具交換機構組成了自動換刀系統。它是數控系統中不可缺少的組成部分，首先要把加工過程中所需要的所有刀具依次安裝在標準的刀柄上，并進行預先調整，然后放入刀庫當中。在需要換刀的時候先在刀庫中完成選刀這一步驟，并且由刀具交換裝置從刀庫和主軸上分別取出刀具，將新刀具裝入主軸，并把舊刀具放回刀庫原有的

位置，完成換刀。存放刀具的刀庫具應擁有極大的刀具容量，以滿足加工的需求，在安裝時它既可以安裝在主軸箱的側面或上方，也可以作為獨立的一部件安裝到機床外，并由搬運裝置完成運送刀具的工序。與轉塔主軸頭相比較，擁有刀庫的自動換刀數控機床只有一個主軸，只需設計部件就能充分滿足它的剛度，并且能滿足大部分精密零件的加工需求。另外，因為刀庫中可以存放數量較大的刀具，所以能夠進行一些復雜零件的多工序精密加工。這就明顯提高了機床的使用范圍和加工效率。所以帶刀庫的數控換刀裝置適用于大部分數控機床。

4　結束語

本文簡述了市場上大部分普通機床改造數控機床主要的幾項技術要點。數控加工中心對21世紀我國機械發展至關重要，小到生活民用，大到軍工航天，機械加工和國家整體實力緊密相關。最有說服力的就是日本能在二戰后迅速恢復元氣，與其大力發展扶持機械行業是分不開的，放眼世界，頂尖的機械加工技術和精密機械設備大多掌握在美國，德國，日本等國家的手中，雖然我們可以高價進口一些高精密機械儀器，但真正的核心技術是金錢所不能購買的，想要發展進步，唯有自強不息，獨立研發制造并有所借鑒，才能發展壯大，建國以來，幾代機械人的努力才有了我國現在機械行業的蓬勃發展，在此我由衷的希望，我國的機械行業能把握好科學技術和市場經濟給我們帶來的機遇，并且迎接來自國際化尖端機械加工技術所帶來的嚴峻挑戰，使我國數控加工技術和機械產業走向世界的巔峰。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.008

許宗琦（1992-），男，山東聊城人，本科。