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普通車床數(shù)控化改造
摘要：這次設(shè)計主要是將一臺普通車床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計，設(shè)計改造后的經(jīng)濟型數(shù)控機床具有定位、直線插補、順逆圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，且加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。零件加工的適應(yīng)性強，自動化程度高。
關(guān)鍵詞：車床 ;數(shù)控 ;改造
一、引言
計算機技術(shù)與車床制造業(yè)的高速發(fā)展，特別是面向柔性制造技術(shù)的出現(xiàn)，使得數(shù)控車床得到了迅速普及。這次設(shè)計主要是將一臺普通車床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計，由于定位精度高，所以縱、橫向?qū)к壘捎觅N塑導(dǎo)軌，傳動系統(tǒng)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(yù)拉伸，傳動齒輪采用雙片錯齒消隙齒輪，驅(qū)動元件采用步進電機。為了保證加工螺紋時，主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個被加工導(dǎo)程，主軸用脈沖發(fā)生器通過波紋管聯(lián)接，并將縱向和橫向進給系統(tǒng)用單片機控制，是其成為一個能獨立運動的開環(huán)進給伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)采用MCS—51系列的8031單片機擴展系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)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(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管，以顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。為了達到機床要求的脈沖當量，傳動系統(tǒng)采用步進電機齒輪減速后，帶動絲杠。
二、數(shù)控改造的優(yōu)點和意義
數(shù)控機床是實現(xiàn)柔性制造、計算機系統(tǒng)、敏捷制造等先進制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)裝備，它關(guān)系到一個國家發(fā)展的戰(zhàn)略地位。數(shù)控系統(tǒng)可分為開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)等幾種形式。開環(huán)具有穩(wěn)定性好、環(huán)境是適應(yīng)性強、造價底等特點;閉環(huán)定位精度和重復(fù)定位精度高，但造價高;而半閉環(huán)既有高檔全閉環(huán)機床的加工精度，又有開環(huán)機床的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，適合復(fù)雜零件的加工。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴大，數(shù)控機床及其系統(tǒng)已成為機械制造業(yè)中不可缺少的組成部分。
我國在普及應(yīng)用數(shù)控技術(shù)方面近幾年來取得了很大的進展，從計算機數(shù)控(CNC)發(fā)展到直接數(shù)控(DNC)，并能獨立設(shè)計和制造機械加工中心及柔性制造系統(tǒng)(FMS)。但鑒于我國機床擁有量大、工業(yè)規(guī)模小的特點，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動強度，提高經(jīng)濟效益，而實現(xiàn)這一任務(wù)的有效的基本途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控機床，并對原有機床進行數(shù)控改造。利用經(jīng)濟型數(shù)控技術(shù)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(shù)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(shù)控裝置，從而使機床具有數(shù)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(fā)，改造閑置舊設(shè)備。
2.為了提高生產(chǎn)效率進行數(shù)控改造。
3.為了適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)而進行數(shù)控改造。
4.為了使技術(shù)等級較底的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進行數(shù)控改造。
5.為了減小整個設(shè)備投資計劃而進行數(shù)控改造。
三、數(shù)控改造中主要機械部件改裝
一臺新的數(shù)控機床，在設(shè)計上要達到：有高的靜動態(tài)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(shù)控改造時應(yīng)盡量達到上述要求，應(yīng)對主要部件進行相應(yīng)的改造，使其達到一定的設(shè)計要求，這樣才能獲得預(yù)期的改造目的。不能認為將數(shù)控裝置與普通機床聯(lián)接在一起就達到了數(shù)控機床的要求。
1.滑動導(dǎo)軌副。對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除了具有普通車床的導(dǎo)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(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)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(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)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(zhuǎn)矩要求。被加工工件精度不高時可采用滑動絲杠，但應(yīng)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(yīng)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(jù)實際情況采用相應(yīng)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(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面而損傷導(dǎo)軌。
四、數(shù)控改造機械傳動系統(tǒng)的要求
對現(xiàn)有的普通車床進行改造，主要應(yīng)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(zhuǎn)位進給改造成由數(shù)控系統(tǒng)控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進給的自動加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。經(jīng)濟型數(shù)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(tǒng)的控制精度;二是機床本身的機械傳動精度。數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)，由于必須對車床進給的位移和速度同時實現(xiàn)自動控制，所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比，應(yīng)具有更好的精度，以保證機械傳動系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。
數(shù)控改造對機械傳動系統(tǒng)的要求為：
1.盡量采用底摩擦的傳動副，如滾動導(dǎo)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(yù)緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度。
3.盡量滿足底振動和高可靠性方面的要求。為此，應(yīng)選擇精度高，運動平穩(wěn)，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(lián)軸器和消除傳動齒輪間隙的機構(gòu)等。
從應(yīng)用的方面考慮，結(jié)合目前國內(nèi)大多數(shù)工礦企業(yè)的現(xiàn)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(fù)，但此時，必須相應(yīng)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(shù)控化改造事業(yè)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(shù)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(shè)備在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益，的確是許多企業(yè)的一項不可忽視的問題。
五、總結(jié)
數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但因數(shù)控機床價格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機床大國，對普通機床數(shù)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(chǎn)率，而且降低了工人的勞動強度，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，減少對工夾具的投資和數(shù)量，而且適合我國的國情。
參考文獻：
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