数控机床改造探讨

 中国作为机床大国，为了进步机床的数控化率，对通常机床进行数控改造不失为一种上策。一些发达国家如德国、美国、日本等就非常重视对旧机床的改造，而且已形成了一个完善的产学研联系的改造体系。因为技能的不断进步，机床改造已成为一个永久的课题。中国应在这方面加大宣扬力度，走出一条合适中国国情的机床的数控改造之路。
    一、机床数控改造的含义
    1．节省资金。机床的数控改造同置办新机床比较，通常可节省60%~80％的费用，大型及特别设备尤为显着。通常大型机床改造只需花新机床置办费的1/3。即便将原机床的构造进行完全改造晋级，也只需花费采购新机床60％的费用，并能够使用现有地基。
    2．功用安稳牢靠。因原机床各基础件通过长时间时效，简直不会发生应力变形而影响精度。
    3．进步出产功率。机床经数控改造后，即可完成加工的自动化，功率可比传统机床进步3~7倍。对杂乱零件而言，难度越高，成效进步得越多。且能够不必或少用工装，不只节省了费用，而且能够缩短出产准备周期。
    二、机床数控改造的方案
    1．数控体系的挑选
    数控体系是机床的中心，在挑选时，要对其功用、经济性及修理服务等进行归纳思考，尽量选用名牌产品。依据被改机床的构造、功用及被加工零件的精度来挑选数控体系。既要功用相匹配，又要尽量削减过剩的数控功用。这样一方面可防止资金浪费，另一方面也可防止因数控体系杂乱而增加的故障率。
    当前数控体系主要有三种类型：步进电机拖动的开环体系；异步电机或直流电机拖动光栅丈量反应的闭环数控体系；交／直流伺服电机拖动编码器反应的半闭环数控体系。其间步进电机拖动的开环体系，其伺服驱动设备主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该体系位移精度较低，但构造简略、调试修理便利、质量安稳牢靠、成本低、抗干扰功用强、对环境室温需求不高，易改装成功。适用于精度需求通常的中小型机床的改造，也是当前数控改造中使用最为广泛的一种。异步电机或直流电机拖动光栅丈量反应的闭环数控体系控制精度高，但在构造上比开环进给体系杂乱，工作量大，成本也高，调试艰难，通常不选用。交／直流伺服电机拖动编码器反应的半闭环数控体系，其精度介于前二者之间，构造与调试都较闭环体系简略，适用于控制精度需求较高的大、中型机床的改造。
    2．机械有些改造
    机床数控改造后应到达较高的静动态刚度，为此需求运动副之间的摩擦系数小、传动无空隙、功率大，而且便于操作和修理等。
    对数控车床来说，导轨除应具有原精度外，还要有杰出的耐摩性和小的摩擦阻力。当前多使用在原导轨上粘接聚四氟乙烯软带，能防爬，并具有自润滑性，可进步导轨寿数，工作量小、周期短、费用低。
    传动链的精度受传动丝杠和齿轮副的影响。滑动丝杠报价低，但难以满意精度需求较高的零件加工；滚珠丝杠摩擦丢失小，传动功率可在90％以上，传动活络、精度高、寿数长，且能够下降电机发动力矩，可满意较高精度零件的加工需求。
    为确保传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比通常机床高，要到达无隙传动。消除齿轮副的传动空隙有柔性调整法和刚性调整法两种。柔性调整法构造杂乱，传动刚度低；刚性调整法传动刚度高，构造简略。
    三、机床数控改造实例分析
    现以经济型数控车床为例说明改造要点。
    1．挑选数字控制体系。进口数控体系有日本Fanue、德国Siemens、美国MCS-8051体系等。国产数控体系主要有华中数控、广州数控体系等。这些体系均有直线插补、圆弧插补、车公／英制螺纹、刀具补偿、空隙补偿、刀具自动转位等功用，功用安稳，价钱适中，操作面板简略直观，有发动键、暂停键、单段／连续开关、连续进给键、急停键、键盘、显示屏等。不但控制弱电，而且对主轴变速、刀架转位、主轴启停与换向及其他一些辅助性动作也能通过指令控制。
    2．滚珠丝杠副改造。为了完成丝杠无隙传动，应将原机床的滑动丝杠改换成滚珠丝杠副。此项不属必改项，如对机床精度需求不高时，能够通过预紧原螺母的方法消除传动空隙。
    3．步进电机选用。车床进给传动有些改造时要拆除机械传动机构，代之以步进电机经齿轮或同步带、减速驱动丝杠，带动刀架移动。纵向步进电机固定在床身上，横向步进电机固定在床鞍上。如步进电机的转矩足够大及构造许可的情况下，也能够不必减速驱动机构，由步进电机直接与滚动丝杠相连。
    4．自动刀架安装。将原车床的刀架换成自动转位刀架。卧式车床自动转位刀架最常见的型式是螺旋型四转位刀架，拆除小拖板后将刀架调整好高度安装在中拖板上，由数控体系直接控制，功率高，工艺功用牢靠。
    5．安装光电编码器。加工螺纹时为了确保步进电机进给与主轴的旋转相配合，切削出固定螺距、固定起点、多头螺纹等量分度的螺纹，通常在主轴尾部安装增量式光电编码器。切制螺纹时，编码器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，控制刀架纵向移动。
    6．导轨改造。为防进给部件爬行，影响运动平稳性和定位精度，可选用两种方法，一种是将原导轨贴软带；另一种是改为滚动导轨。当机床精度需求不高时，通常不做导轨改造。
    7．主轴变速机构。主轴变速改造通常选用交流异步电动机变频调速体系，由CNC控制变频器、变频器驱动交流异步电动机完成自动无级变速。在自动化程度需求不高的情况下，机床主轴变速有些可不做改动，这样可大大下降改造成本。
    四、应注意的问题
    1、施工队伍的挑选。改造效果很大程度上依赖于施工队伍的素质，应重视。
    2、现场调试。此阶段应严把质量关，并为验收作准备。
    3、验收。验收通常有两个内容：(1)标准样件的试切削，按照标准制定切削程序。在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削，以此检验机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹和关联动作等是否合格。(2)机床精度的校验。改造后机床的控制精度应以体系本身的功用（如步进尺寸等）与标准计量器具（如激光干涉仪）对照检查，这样可用得到的数据补偿位置丈量体系，从而进步机床精度。同时还应与改造前机床的各项功用和精度作对比，获得量化的指标差。机床的各项机械功用指标都应到达标准需求，几何精度要在规定的范围之内。
    4、改造资料的留存。机床改造后还应从施工单位索取改造图纸、资料和改造记录等，将其汇总、整理、归档。保持资料的完整对设备今后的安稳运行十分重要。