普通機床數控化改造研究

李紹友

(湖南化工職業技術學院，湖南 株洲 412000)

1 普通機床數控化改造的必要性

1.1 機械加工企業謀求生存的主要路徑

針對當前我國機械加工市場，伴隨著中小型企業的不斷涌現，市場競爭進一步增大，因此企業為了謀求發展，就必須不斷就自身技術能力進行增強。在此基礎上，傳統普通機床已經不再適應當前機械加工市場對于機械產品的多品種、小批量加工要求，取而代之的則是融合微電子技術、數控技術以及自動檢測技術等多種先進技術為一體的數控機床。其中，在應用數控機床后，企業不僅能夠有針對性地就各種高精度、生產周期要求短的機械零件進行生產，同時還能進一步搶占機械加工市場，并促進企業的可持續發展。

1.2 機械加工領域創新進步的重要渠道

對于以往機械加工行業來說，提升加工效率是大多數企業的主要發展目標，而面對當前要求更高的機械加工市場，僅提升加工效率已經不足以滿足客戶的切實需求。相反，當前機械加工領域更加強調技術創新，多通過結合計算機技術來實現機械產品的全自動生產[1]。在此背景下，數控機床以其加工范圍廣、加工效率高等特點逐漸成為了機械加工領域的主要發展趨勢，尤其是其依托于計算機技術所擁有的記憶和存儲能力，不僅可最大限度減少機械加工所用的人力物力，同時也能有效規避各種機械生產事故，有助于促進機械加工領域的創新進步。

2 普通機床數控化改造的優點

2.1 技術條件充足

對于當前機械加工領域來說，由于技術升級速度相對較快，因此企業并不具備足夠資金來始終確保自身設備的技術水平[2]。在此背景下，對已有機床進行實時更新，不僅擁有較為充足的技術條件，同時還可根據市場需求及時調整優化方案，進而在有限的資金條件下發揮普通機床的最大應用效益。其中，數據顯示，相比于直接購置新機床，就普通機床進行更新一般可節省70%左右的費用，再加上升級時間相對較短，符合企業的快節奏生產需求。

2.2 維修操作方便

對于數控機床來說，雖然一些機床設備已經擁有了足夠高的技術水準，但礙于缺乏專業的技術操作人員，很多企業在引入數控機床后整體的應用效果并不突出。而對于普通機床來說，在長期使用過程中，企業技術人員已經對其具備了足夠的了解和認知，因此在機床改造過程中，企業能夠實時就相應的技術人員進行培訓教育，不僅技術人員能夠快速掌握升級后機床的使用技巧，同時也能大幅縮短更換設備所用的誤工時間，有助于保障企業機械產品生產的持續進行。

3 普通機床數控化改造的具體方法

3.1 總體方案設計

基于普通機床數控化改造，我們圍繞C6140機床進行改造，其中，首先借助計算機技術對機床數據進行處理分析，并在I/O接口基礎上輸出步進脈沖，進而在設置齒輪減速和優化滾珠絲杠轉動的過程中保障機床的縱向、橫向進給運動，具體過程如圖1所示。

圖1 C6140機床數控化改造總體方案示意圖

3.2 主體機械改造

針對C6140機床數控化改造，就其主傳動系統和進給系統進行運動分離是整個改造作業的關鍵所在。其中，由于主軸電機是C6140機床主傳動系統和進給系統的主要動力來源，因此應在分離后將其主要動力分別歸為單獨的步進電機。同時，考慮到兩個系統需建立一定的運動聯系，因此應于主軸上設置一個脈沖發生器，并采用滾珠絲杠代替光杠的方式來提升機床的整體精度和使用效率。此外，應就進給箱、溜板箱、縱向小拖板等數控機床無需使用的零部件進行拆除，并以滾珠絲杠來代替橫向拖板上的絲杠，進而通過步進電機控制來保障機床的正常穩定運轉[3]。最后，由于使用滑動導軌的普通機床其摩擦系數會隨著速度變化而發生變化，且很容易出現低速爬行問題，因此需在改造過程中將滑動導軌優化為靜壓導軌，并適當于導軌處設置一定的粘接軟帶，進而在降低導軌摩擦力的基礎上減少機床的摩擦力損失。

3.3 刀架改造

對于C6140機床來說，其采用手動換刀，換刀時間相對較長，且很容易發生定位不準的問題，因此，需就機床刀架進行改造，使其滿足現代機械加工產業的高效生產需求。其中，針對非切削時間，將其控制在最低水準是提升數控機床運轉效率的主要路徑，因此，應在原有刀架基礎上采用以控制系統直接控制刀架的方式來改善其使用精度，并借助計算機系統實現刀架抬起、回轉、選位、下降等動作的自動化完成。例如，可將刀架改造為圖2的六方刀架，進而滿足包括刀架定位、刀架夾緊在內的刀架動作需求。

圖2 自動轉位六方刀架示意圖

3.4 主軸脈沖發生器設計

通過研究我們發現，C6140機床的主傳動系統并非不能滿足數控機床的精度要求，因此我們為節省改造成本需就原有主傳動系統進行保留。但是，考慮到車螺紋等作業所需主運動與進給運動間的聯系，需在機床上設計一個用于控制主軸系統與進給系統動作配合的脈沖發生器，進而滿足車削螺紋等作業操作的具體需求。其中，當主軸旋轉時，車刀會在進給系統的控制之下完成螺距的自動進給，并按照圖3的電路控制系統實現整個作業過程。

圖3 車螺紋控制電路示意圖

3.5 傳動裝置設計

對于數控機床來說，傳動裝置是其改造升級的關鍵所在。其中，考慮到直線運動是數控機床傳動裝置的主要表現形式，因此將電動機的旋轉運動進行優化，并配以專門的機械傳動鏈，是完成數控化機床控制的具體原理[4]。同時，針對數控機床傳動裝置，由于包括齒輪減速器、絲杠螺母副、導軌、工作臺在內的精密部件很容易受到損壞，因此除了應保障機床系統的動態響應特性外，還應進一步就其定位精度進行優化設計，并確保系統對于跟蹤指令信號的響應速度。例如，針對傳動裝置的摩擦力控制，除了可選用滾動絲杠來減少摩擦力外，還應就整個傳動裝置進行優化，進而從根本上避免各種因摩擦力過大所致的設備問題。此外，應在選擇最佳降速比的基礎上盡可能消除傳動裝置所存在的傳動間隙，最終以此規避機床的反向死區誤差，并確保數控機床的運轉精度。

3.6 系統硬件電路設計

針對數控機床，如果說軟件設計是其核心所在，那么硬件設計便是整個改造過程的關鍵基礎。其中，針對C6140普通機床，一般可采用如下措施進行硬件升級：首先，針對中央處理單元CPU，考慮到其是整個數控系統的主要控制動力，因此應特別強調優化其數據處理能力和電路協調能力，進而以此保障數據處理單元和各電路間的協調作業；其次，針對包括數據總線、地址總線、控制總線在內的總線，由于其負責連接CPU與機床存貯器，因此應注意就其數據傳輸能力進行優化，盡可能采用較好的連接材料以保障其數據傳輸穩定性；再次，針對存貯器，其主要用于存儲數控機床的各種數據，因此除了需基于軟件優化措施更新其存放的各種系統軟件外，還應適當結合企業自身的產品生產需求來就系統功能進行拓展，最終借此滿足企業的發展要求；最后，針對I/O接口電路，其主要負責整個數控系統與外界信息的交互，因此應注重對其人機交互功能進行優化，尤其是應配以專門的可視化讀寫屏幕來保障技術人員的便捷操作，由此來使得系統硬件的電路設計更加科學合理。

4 結束語

綜上所述，本文圍繞普通機床數控化改造，以常見機床C6140為例進行了具體分析，其中，基于近年來日益發展的機械加工產業，機械加工企業需進一步予以機床改造更高重視，并結合自身生產需求和當前技術環境選用最佳的改造方案，進而以此滿足現代企業發展要求，并促進整合機械加工產業的可持續進步。希望本文的以上內容能夠為相關工作人員提供有效的指導幫助，從而促進我國普通機床數控化的進一步發展。