數(shù)控機床原理、結(jié)構(gòu)與維修第9章

第9章普通機床數(shù)控化改造學(xué)習(xí)目的與要求了解機床數(shù)控改造的條件和原則；理解機床數(shù)控改造的方向和途徑；了解機床改造的一般步驟；掌握數(shù)控改造主要技術(shù)方案的選擇；了解車床和銑床的數(shù)控改造方法。[學(xué)習(xí)導(dǎo)引示例]C616型臥式普通車床的數(shù)控化改造

目前我國機床的擁有量約為400萬臺，其中40﹪以上是車床，而且多數(shù)役齡都很長。采用價格較低、性能適宜的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，容易實現(xiàn)對一般臥式車床的改造，而且經(jīng)濟效果也比較明顯。這種改造方法在許多工廠都已獲得成功。以下通過介紹普通機床數(shù)控化改造方法來進行C616型臥式車床的數(shù)控化改造，如圖9-1所示改造后的車床傳動系統(tǒng)。圖9-1改造后的車床傳動系統(tǒng)機床的技術(shù)改造是以應(yīng)用新的技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的成就和先進經(jīng)驗，改變原有機床的結(jié)構(gòu)，裝上或更換新部件、新附件、新裝置，或?qū)闻_機組成流水線、自動線所采取的技術(shù)措施，以補償機床的有形磨損和無形磨損。9.1.1機床數(shù)控改造的條件

(1)機床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。數(shù)控機床屬于高精度機床，工件或刀具的移動精度要求很高。如果基礎(chǔ)件剛性不好則受力后容易變形，這種變形具有不確定性，無法用數(shù)控系統(tǒng)的補償機能進行補償。

(2)改造費用合適、經(jīng)濟性好。機床改造費用分為機床與電氣兩部分。改造費用與原機床。零件的利用率有關(guān)．也與采用何種數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)。出于經(jīng)濟上的考慮，目前國內(nèi)除重型機床和有特殊要求的機床外，通常均采用功率步進電動機驅(qū)動的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)進行機床改造。改造總費用要因用戶而異。一般來說，如果不超過同類規(guī)格設(shè)備價格的一半，在經(jīng)濟上就算合適。

9.1機床改造概述機床數(shù)控改造要遵循針對性、先進適用性、可能性和經(jīng)濟的原則。9.1.3機床數(shù)控改造的方向和途徑

推廣應(yīng)用數(shù)控及微機、數(shù)顯、可編程控制器。靜壓(靜動壓)技術(shù)改造機床，重點是改造大型、中型機床，精密、關(guān)鍵技術(shù)和在生產(chǎn)中起重要作用的中小型機床。普通車床、磨床、齒輪加工機床，可采用數(shù)控技術(shù)及微機加以改造。加工一定批量的軸、套、盤類零件的小型機床，一般可選用單片機控制步進電動機的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)加以改造。大批量流水線生產(chǎn)的自動線，自動、半自動機床和一些專用、高效精密機床，可用一位機等組成可編程控制器加以改造。大中型、重型機床改造時重復(fù)利用形狀復(fù)雜、噸位重的基礎(chǔ)件，如底座、工作臺、床身、立柱、橫梁等，大大縮短改造周期，降低成本費用?？砂惭b數(shù)顯裝置(感應(yīng)同步器、光柵等)加以改造。對于需要解決零件加工定位精度和進給精度的鏜床、車床、銑床、磨床、鉆床等，一般用數(shù)顯技術(shù)改造。這在國外已被廣泛采用，并取得了良好的效果。

9.1.2機床數(shù)控改造的原則運作

(1)明確微機改造的任務(wù)和目標(biāo)。

(2)總體方案設(shè)計。(3)設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)改裝。(4)繪制機床改裝零件圖和完成機床數(shù)控改造的所有技術(shù)資料。

(5)制造、安裝、調(diào)試。（6）設(shè)備投產(chǎn)后要及時總結(jié)。9.1.4機床數(shù)控改造的一般步驟9.2.1數(shù)控改造主要技術(shù)方案的選擇

(1)數(shù)控系統(tǒng):經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，技術(shù)容易掌握及制造成本低等優(yōu)點，在中、小型機床數(shù)控化改裝中應(yīng)用較多。只有需要進行輪廓控制的場合，才需選用具有聯(lián)動功能的數(shù)控系統(tǒng)。例如，改裝鉆床時，可選用兩個控制軸的點位數(shù)控系統(tǒng).

（2）控制方式:開環(huán)系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此，適用于精度要求一般的中小型機床改裝。半閉環(huán)控制方式控制精度較高，且多以直流、交流伺服電動機為驅(qū)動元件，速度也比開環(huán)控制方式高，適用于控制精度要求高的大、中型機床的改裝。（3）伺服驅(qū)動元件:在機床數(shù)控化改裝中常用的驅(qū)動元件有步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機。

9.2機床的經(jīng)濟型數(shù)控技術(shù)改造三種不同生產(chǎn)類型的生產(chǎn)管理特點

（4）主運動變速

1)主傳動系統(tǒng):對普通機床進行數(shù)控改造時，一般可保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構(gòu)。如果要提高機床的自動化程度，可用雙速和四速電動機代替原機床的主電動機。經(jīng)濟型數(shù)控車床加工螺紋或絲杠時，需配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件.2)進給傳動系統(tǒng)經(jīng)濟型數(shù)控車床，適用微機控制的步進電動機來執(zhí)行機床的進給運動。為使進給傳動鏈最短，步進電動機應(yīng)與進給運動的絲杠聯(lián)接.3)自動回轉(zhuǎn)刀架的安裝快速準(zhǔn)確的換刀是每臺數(shù)控機床所必須具備的功能(5)機械系統(tǒng)

1)導(dǎo)軌副在原動導(dǎo)軌上粘接上聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶，能有效的防止爬行，具有自潤滑性，提高導(dǎo)軌壽命.2)傳動元件凡希望角位移和實現(xiàn)位移精確轉(zhuǎn)換的場合大多是用滾珠絲杠副。

9.3C616型臥式普通車床的數(shù)控化改造實例1.總體方案設(shè)計

(1)設(shè)計任務(wù)。利用微機對C616型臥式車床的縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm，驅(qū)動元件采用步進電動機。改造后的機床能完成一般車削及加工任意錐面、球面、螺紋等加工工序，并能控制主軸開停變速、刀架轉(zhuǎn)位及一些輔助功能。(2)總體方案確定。根據(jù)設(shè)計任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用輪廓控制形式。控制系統(tǒng)硬件由微機部分、鍵盤及顯示器等組成?？v向、橫向均采用步進電動機一減速齒輪一滾珠絲杠螺母一溜板的傳動方式。刀架更換為四刀位自動回轉(zhuǎn)刀架。改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖9-1所示。

2.機械部分改造設(shè)計與計算、機械部分設(shè)計內(nèi)容包括：傳動元件的設(shè)計計算及選用，運動部件的慣性計算，步進電動機的選擇等。

3.車床改造后的機械結(jié)構(gòu)特點

(1)主傳動系統(tǒng)為保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構(gòu)，保留機床的原有功能，簡化改造量，只選擇了功率大一些的電動機。(2)進給傳動系統(tǒng)它包括縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)和導(dǎo)軌副等。①縱向進給系統(tǒng)拆除原進給箱，在原機床進給箱的位置安裝齒輪箱體，在原絲杠位置安裝縱向給滾珠絲杠?？v向滾珠絲杠采用三點支撐形式。步進電動機的布置，可放在絲杠的一端?？稍跐L珠絲杠的左端設(shè)計一個專用軸承支撐座，而在絲杠托架處布置步進電動機和減速箱。車床縱向傳動的支撐結(jié)構(gòu)如圖9-5所示。圖9-5車床縱向傳動的支撐結(jié)構(gòu)1、4一推力球軸承2、10一徑向滑動軸承3一左端軸承座5一左接桿6、9一聯(lián)軸套；

7一滾珠絲杠螺母副8一螺母座11一絲杠托架12一消隙減速箱13一步進電動機圖9-6車床橫向傳動的支撐結(jié)構(gòu)1一步進電動機2一消隙減速箱3一支撐架4、5、8一聯(lián)軸套6一滾珠絲杠螺母副7一螺母座9一支承短軸

②橫向進給系統(tǒng)橫向進給系統(tǒng)的橫向滾珠絲杠也采用三點支撐形式。步進電動機都安裝在床鞍的后部。在靠近操作者一端，布置一根支撐短軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原橫向進給絲杠的滑動軸套作為徑向支撐，并對原支撐處進行適當(dāng)改裝，布置一對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支撐。在遠離操作者的一端，用一個聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。滾珠螺母直接同定在中滑板上。車床橫向傳動的支撐結(jié)構(gòu)如圖9-6所示。③導(dǎo)軌副床鞍和刀架移動部件的導(dǎo)軌上可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。

(3)掛輪箱。拆除原掛輪箱，在此位置安裝主軸編碼器。同軸安裝方式如圖9-7所示，連接方式如圖9-8所示。圖9-7同軸安裝方式圖9-8連接方式

(4)安裝電動盤。為了提高經(jīng)濟犁數(shù)控車床的加工效率，還可考慮安裝電動三爪自定心卡盤裝置。這種裝置可與數(shù)控裝置的收發(fā)信電路相配合，實現(xiàn)自動夾緊、松開動作．以提高加工過程的自動化程度。

(5)自動回轉(zhuǎn)刀架的安裝。采用LD4系列電動刀架取代原手動四方刀架，如圖9-9所示。刀架的定位過程如下：系統(tǒng)發(fā)生換刀信號→刀架電動機正轉(zhuǎn)→刀臺上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位發(fā)出信號→刀架電動機反轉(zhuǎn)→初定位→精定位夾緊→刀架電動機停轉(zhuǎn)→換刀應(yīng)答。刀架的到位信號由刀架定軸上二端的4個霍爾開關(guān)和永久磁鐵檢測獲得。4個霍爾開爾分別為4個刀位的位置，當(dāng)?shù)杜_旋轉(zhuǎn)時，帶動磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)竭_規(guī)定刀位時，通過霍爾行關(guān)輸出到位信號。圖9-9LD4系列電動刀架

1一罩殼2一刀臺3一刀架座4一刀架電動機5一霍爾開關(guān)6一永久磁鐵【實例9-1】加工雙人字槽經(jīng)濟型數(shù)控銑床改造實例在普通銑床上用常規(guī)方法是無法對圖9-10所示人字槽零件進行加工的。普通機床選用了X62W銑床進行改造。銑床回轉(zhuǎn)盤可用來擴大機床功能，將銑刀水平裝入主軸7：24孔即可免去繁瑣改造垂直方向機構(gòu)和所需力矩大等不足，再配上萬能銑頭等機床附件，使人字槽的軸類及套類零件的加工更加方便。圖9-10人字槽零件2．故障診斷與維修的步驟和原則銑床經(jīng)數(shù)控改造后，如圖9-11所示，不但可對多種系列的軸套類人字槽配合零件進行加工，而且還可以對其它種類的同種零件進行加工，達到一機多用的目的。圖9-11改造后的銑床結(jié)構(gòu)

1一銑刀2一分度頭

3、5、6一步進電動機4一支架

2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的選擇

(1)數(shù)控系統(tǒng)類型的選擇系統(tǒng)應(yīng)具有編程、空行程、回零、手動、自動、MDI方式及G功能、M功能、T功能、刀具半徑補償、平面設(shè)定、尖角過渡等功能。選用了JBK-30M型。

(2)主軸驅(qū)動及進給驅(qū)動的選擇及校核驅(qū)動系統(tǒng)的選擇可用估算法求其參數(shù)。對機床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造時，一般仍采用原機床主傳動系統(tǒng)，仍采用原機床主傳動系統(tǒng).在使用滾珠絲杠情況下，選用步進電動機，則要根據(jù)能量守恒原理先求出步進電動機輸出軸上的啟動力矩：

查步進電動機相數(shù)、拍數(shù)對應(yīng)的啟動力矩表，如三相六拍：/=0.866，則步進電動機最大靜矩=／0