普通車床數控化改造
摘要：這次設計主要是將一臺普通車床進行經濟型數控改造設計，設計改造后的經濟型數控機床具有定位、直線插補、順逆圓弧插補、暫停、循環加工、公英制螺紋加工等功能，且加工質量穩定可靠。零件加工的適應性強，自動化程度高。
關鍵詞：車床 ;數控 ;改造
一、引言
計算機技術與車床制造業的高速發展，特別是面向柔性制造技術的出現，使得數控車床得到了迅速普及。這次設計主要是將一臺普通車床進行經濟型數控改造設計，由于定位精度高，所以縱、橫向導軌均采用貼塑導軌，傳動系統采用滾珠絲杠，同時，為提高傳動剛度和消除間隙，對絲杠進行預拉伸，傳動齒輪采用雙片錯齒消隙齒輪，驅動元件采用步進電機。為了保證加工螺紋時，主軸轉一轉，刀架移動一個被加工導程，主軸用脈沖發生器通過波紋管聯接，并將縱向和橫向進給系統用單片機控制，是其成為一個能獨立運動的開環進給伺服系統。數控系統采用MCS—51系列的8031單片機擴展系統。控制系統由微機部分、鍵盤及顯示器I/O接口及光電隔離電路、步進電機功率放大電路組成。系統的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現，顯示器采用數碼管，以顯示加工數據及機床狀態等信息。為了達到機床要求的脈沖當量，傳動系統采用步進電機齒輪減速后，帶動絲杠。
二、數控改造的優點和意義
數控機床是實現柔性制造、計算機系統、敏捷制造等先進制造技術的重要基礎裝備，它關系到一個國家發展的戰略地位。數控系統可分為開環、半閉環、閉環等幾種形式。開環具有穩定性好、環境是適應性強、造價底等特點;閉環定位精度和重復定位精度高，但造價高;而半閉環既有高檔全閉環機床的加工精度，又有開環機床的穩定性和環境適應性，適合復雜零件的加工。隨著科學技術的迅速發展，數控技術的應用范圍日益擴大，數控機床及其系統已成為機械制造業中不可缺少的組成部分。
我國在普及應用數控技術方面近幾年來取得了很大的進展，從計算機數控(CNC)發展到直接數控(DNC)，并能獨立設計和制造機械加工中心及柔性制造系統(FMS)。但鑒于我國機床擁有量大、工業規模小的特點，突出的任務是用較少的資金迅速改變機械工業落后的生產面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證加工質量，減輕勞動強度，提高經濟效益，而實現這一任務的有效的基本途徑就是普及應用經濟型數控機床，并對原有機床進行數控改造。利用經濟型數控技術改造普通車床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。
數控改造一般是指對普通機床某些部位做一定的改造，配上數控裝置，從而使機床具有數控加工的能力，其改造的目的有以下幾點：
1.從提高資本效率出發，改造閑置舊設備。
2.為了提高生產效率進行數控改造。
3.為了適應多品種、小批量零件生產而進行數控改造。
4.為了使技術等級較底的工人也能加工出高質量的產品零件和提高生產效率而進行數控改造。
5.為了減小整個設備投資計劃而進行數控改造。
三、數控改造中主要機械部件改裝
一臺新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動態剛度;運動副之間的摩擦因素小，傳動無間隙;便于操作和維修。機床數控改造時應盡量達到上述要求，應對主要部件進行相應的改造，使其達到一定的設計要求，這樣才能獲得預期的改造目的。不能認為將數控裝置與普通機床聯接在一起就達到了數控機床的要求。
1.滑動導軌副。對數控車床來說，導軌除了具有普通車床的導向精度和工藝外，還要有良好的耐摩擦、耐磨損性能，并能減少因摩擦阻力而致的死區。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑裝置。
2.齒輪副。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上，要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數控機床的要求，以保證加工精度。
3.滑動絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動直接關系到傳動精度。絲杠的選用主要取決于加工工件的精度要求和拖動轉矩要求。被加工工件精度不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損的情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相匹配螺母間隙。一般情況下，滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大時，則要更換螺母。滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較底，但采用滑動絲杠難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上;精度高，壽命長，啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電動機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件的加工要求。
4.安全防護。普通機床改造必須以安全為前提。改造中根據實際情況采用相應的防護措施，如滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵，特別是切屑及硬砂粒進入滾道，在縱向絲杠上也加上整體鐵板防護罩。在拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質顆粒狀的異物進入滑動面而損傷導軌。
四、數控改造機械傳動系統的要求
對現有的普通車床進行改造，主要應解決的問題是：如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位進給改造成由數控系統控制的刀架自動轉位以及自動進給的自動加工車床，即經濟型數控車床。經濟型數控車床，主要依靠兩方面來保證和提高加工零件的精度：一是系統的控制精度;二是機床本身的機械傳動精度。數控車床的進給傳動系統，由于必須對車床進給的位移和速度同時實現自動控制，所以，數控車床與普通臥式車床相比，應具有更好的精度，以保證機械傳動系統的傳動精度和工作平穩性。
數控改造對機械傳動系統的要求為：
1.盡量采用底摩擦的傳動副，如滾動導軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力。
2.盡量縮短傳動鏈以及用預緊的辦法提高傳動系統的剛度。
3.盡量滿足底振動和高可靠性方面的要求。為此，應選擇精度高，運動平穩，效率高以及傳遞扭矩大的傳動元件。
4.盡量消除傳動間隙，以減小反向行程誤差，如采用消除間隙的聯軸器和消除傳動齒輪間隙的機構等。
從應用的方面考慮，結合目前國內大多數工礦企業的現狀，普通臥式車床改造，可以采用更換滾珠絲杠來替換原機床上的T形絲杠，也可以對原有車床上的T形絲杠加以修復，但此時，必須相應修配與此相配合的螺母，盡量減小其間隙，提高其配合精度。
普通機床的數控化改造事業方興未艾，在我國目前形勢下將大批故障機床尤其是一大批進口的數控機床、精密機床和二手機床進行改造、升級，以較小的投入盡快使這些設備在經濟發展中發揮效能、創造效益，的確是許多企業的一項不可忽視的問題。
五、總結
數控機床作為機電一體化的典型產品，在機械制造業中發揮著巨大的作，很好地解決了現代機械制造中復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩定產品的加工質量，大幅度地提高生產效率。但因數控機床價格較貴，一次性投資較大使企業心有余而力不足。我國作為機床大國，對普通機床數控化改造不但提高了機床的加工精度，擴大了機床的使用范圍，提高了生產率，而且降低了工人的勞動強度，縮短了新產品的試制周期和生產周期，減少對工夾具的投資和數量，而且適合我國的國情。
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