普通車床數(shù)控化改造的探索研究

曾軍華

摘 要：在我國(guó)社會(huì)發(fā)展過程中，現(xiàn)階段企業(yè)所應(yīng)用的普通機(jī)床已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)的需求，這種情況下就需要結(jié)合相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行需要，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)控化改造。普通車床的數(shù)控化改造可以在一定程度上彌補(bǔ)以往機(jī)床應(yīng)用的弊端，提高整體數(shù)控車間生產(chǎn)效率。本文根據(jù)普通車床數(shù)控化改造的基本步驟及內(nèi)容，對(duì)其在實(shí)際車床改造中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

關(guān)鍵詞：普通車床；數(shù)控化改造；探究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.032

0 前言

近幾年，我國(guó)生產(chǎn)制造行業(yè)得到了迅速的發(fā)展。在生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展過程中數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)需求也不斷增加，對(duì)于普通機(jī)床的改造成為時(shí)代發(fā)展的主要趨勢(shì)。在實(shí)際普通車床數(shù)控化改造過程中，電極參數(shù)選擇不精確、數(shù)控系統(tǒng)功能不合理等問題頻繁發(fā)生，影響了普通車床數(shù)控化改造的精確度。因此為了保證改造后數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用效率，對(duì)其具體改造過程進(jìn)行進(jìn)一步分析非常必要。

1 普通車床數(shù)控化改造內(nèi)容

1.1 普通車床數(shù)控化改造可行性分析

為了保證普通車床數(shù)控化改造工作實(shí)施后的車床運(yùn)行效益，在普通車床數(shù)控化改造前期因結(jié)合機(jī)床基礎(chǔ)構(gòu)件進(jìn)行綜合分析，如數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、基本部件、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、加工精度、功能等。通過對(duì)上述系統(tǒng)的可行性評(píng)估，可結(jié)合實(shí)際可操作需求，對(duì)整體機(jī)床數(shù)控化改造價(jià)格進(jìn)行合理分析，為后需資金投入及技術(shù)開展情況提供有效的依據(jù)。

1.2 普通車床機(jī)械部件改造

機(jī)械部件的改造主要是在機(jī)床導(dǎo)軌精度改進(jìn)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床主軸箱傳動(dòng)部件進(jìn)行全面優(yōu)化。在機(jī)床導(dǎo)軌精度改進(jìn)方面可結(jié)合精度要求，選擇滑動(dòng)絲杠、滾珠絲桿等構(gòu)件進(jìn)行滑動(dòng)面優(yōu)化；而在機(jī)床主軸箱傳動(dòng)方面可選擇齒輪傳動(dòng)的方式，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)要求，對(duì)整體數(shù)控車床刀具裝夾機(jī)械、機(jī)床進(jìn)給機(jī)械部件進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化。

1.3 電氣控制系統(tǒng)模塊改造

電力控制系統(tǒng)改造主要是在PLC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)伺服系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、刀架電動(dòng)機(jī)控制線路等幾個(gè)模塊進(jìn)行統(tǒng)一改造優(yōu)化。

2 普通車床數(shù)控化改造應(yīng)用

2.1 普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

在普通車床數(shù)控化改造過程中，合理的電機(jī)選擇直接影響了整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率。而由于直流伺服電機(jī)價(jià)格較高，在普通機(jī)床數(shù)控化改造環(huán)節(jié)大多選擇交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等形式。在實(shí)際運(yùn)行中步進(jìn)電機(jī)主要為脈沖數(shù)字信號(hào)控制形式，在其步距運(yùn)動(dòng)過程中伴隨著定期的誤差歸零操作，可以有效提高控制效率；而永磁式交流伺服電機(jī)為主要的驅(qū)動(dòng)模塊，其具有運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)良特點(diǎn)。在實(shí)際電極選擇過程中可以根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算評(píng)估，結(jié)合機(jī)床加工精度要求，可確定具體的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。如在步進(jìn)電機(jī)選擇過程中，主要是通過對(duì)步距角β、步距角精度、轉(zhuǎn)矩等因素進(jìn)行合理控制。其中步距角β為：360°*脈沖當(dāng)量/（傳動(dòng)比*絲桿螺距）。現(xiàn)階段在步進(jìn)電機(jī)選擇過程中一般需要選擇五相電極或三相電機(jī)。而根據(jù)具體需要的不同可優(yōu)先選擇距離計(jì)算結(jié)果最近的數(shù)值；在步進(jìn)精度選擇過程中，主要是根據(jù)普通機(jī)床數(shù)控化改造后開環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)，通過對(duì)傳動(dòng)件定位誤差及步距精度的控制對(duì)整體構(gòu)件加工精度進(jìn)行統(tǒng)一分析。在實(shí)際步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中其步距精度主要是在空載情況下，轉(zhuǎn)子與準(zhǔn)確位置之間的最大偏移位置；而傳動(dòng)件定位誤差則是在頻率突變情況下，高頻或者低頻振動(dòng)環(huán)節(jié)實(shí)際步距位置與預(yù)期位置的差距。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中普通車床數(shù)控改造過程中的靜態(tài)誤差為電極步距誤差、傳動(dòng)件累積誤差、摩擦負(fù)載隨機(jī)誤差等幾個(gè)因素之和；最后在轉(zhuǎn)矩選擇環(huán)節(jié)，需要綜合考慮定位轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大靜轉(zhuǎn)矩等幾個(gè)方面因素選擇合理的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩因數(shù)。

2.2 數(shù)控改造主要機(jī)械部件安裝

數(shù)控改造機(jī)械部件安裝主要包括齒輪副、滑動(dòng)導(dǎo)軌副、滑動(dòng)絲杠、滾珠絲杠等幾個(gè)方面。首先在滑動(dòng)絲杠及滾動(dòng)絲杠安裝過程中，需要結(jié)合傳動(dòng)鏈精度要求，選擇合理的絲杠類型[1]。若在實(shí)際加工件加工過程中并沒有對(duì)拖動(dòng)扭矩具有較高的要求可選擇滑動(dòng)絲杠，反之則選擇滾珠絲杠。在實(shí)際工程實(shí)施環(huán)節(jié)，應(yīng)首先對(duì)以往絲杠磨損情況進(jìn)行全面檢測(cè)，結(jié)合螺距累積誤差、螺距誤差、螺距間隙的計(jì)算，確定合理的絲杠等級(jí)及更換需求；其次在齒輪副安裝過程中需要依據(jù)相應(yīng)主軸箱、變速箱情況，對(duì)傳動(dòng)精度及齒輪精度等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)一分析。為了保證整體基礎(chǔ)齒輪應(yīng)用效率，應(yīng)盡量控制齒輪結(jié)構(gòu)間的無間隙傳動(dòng)；最后在滑動(dòng)導(dǎo)軌副安裝過程中，主要因結(jié)合普通車床導(dǎo)向精度要求，在確定其磨損特性、耐摩擦特點(diǎn)符合要求的情況下，對(duì)整體滑動(dòng)導(dǎo)軌的加工精度進(jìn)行量化分析，保證滑動(dòng)導(dǎo)軌的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，在機(jī)械部件安裝完畢之后，為了降低數(shù)控改造后機(jī)械構(gòu)件運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)改造人員可結(jié)合實(shí)際加工需求選擇合理的防護(hù)措施。

2.3 數(shù)控改造安裝實(shí)例分析

在CA6140普通車床改造過程中，基于經(jīng)濟(jì)性的考慮，制定了較為便捷的改進(jìn)措施。在改造后的車床的相關(guān)位置進(jìn)行了兩個(gè)相同規(guī)格步進(jìn)電機(jī)的安裝，相應(yīng)電極驅(qū)動(dòng)主要為減速齒輪、縱橫向絲杠綜合驅(qū)動(dòng)的模式[2]。為了進(jìn)一步提高工作效率，在實(shí)際改造過程中將以往的絲杠螺母從橫、縱兩個(gè)方向進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)電極的加設(shè)。而通過對(duì)絲杠導(dǎo)程、電極步距角、減速齒輪比等因素的綜合分析，確定其相互之間具有一定的比例關(guān)系。即：驅(qū)動(dòng)絲杠導(dǎo)程*電機(jī)步驟角度/360°*減速齒輪比=脈沖當(dāng)量。通過對(duì)上述相關(guān)因素的分析，可控制該車床改造后的快速移動(dòng)向速度為1.25m/min；進(jìn)給速度為11-350mm/min；脈沖當(dāng)量在0.023-0.050mm之間。隨后對(duì)相關(guān)機(jī)械器件的連接及電路連接情況進(jìn)行全面檢測(cè)，在各方面連接模塊確認(rèn)無誤之后，可進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的連接。

3 總結(jié)

綜上所述，普通機(jī)床的數(shù)控改造與機(jī)床類型息息相關(guān)，隨著機(jī)床類型的變化，整體數(shù)控改造模式也將發(fā)生一定的變化。因此在實(shí)際普通機(jī)床改造過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，在加工精度、自動(dòng)化管理等要求的指導(dǎo)下，對(duì)數(shù)控機(jī)械部件、數(shù)控電機(jī)系統(tǒng)等因素進(jìn)行綜合分析，并進(jìn)行整體設(shè)計(jì)方案的制定。然后通過不斷的安裝調(diào)試，保證普通機(jī)床數(shù)控化改造工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬中輦.普通機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2016（08）：5-6.

[2]伍倪燕，毛羽.普通車床數(shù)控化改造研究與實(shí)踐[J].機(jī)電信息， 2016（21）：77.