普通车床数控化改造的探索研究

曾军华

摘 要：在我国社会发展过程中，现阶段企业所应用的普通机床已经无法满足市场的需求，这种情况下就需要结合相应设备运行需要，对其进行相应的数控化改造。普通车床的数控化改造可以在一定程度上弥补以往机床应用的弊端，提高整体数控车间生产效率。本文根据普通车床数控化改造的基本步骤及内容，对其在实际车床改造中的应用进行了简单的分析。

关键词：普通车床；数控化改造；探究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.032

0 前言

近几年，我国生产制造行业得到了迅速的发展。在生产制造业发展过程中数控机床的市场需求也不断增加，对于普通机床的改造成为时代发展的主要趋势。在实际普通车床数控化改造过程中，电极参数选择不精确、数控系统功能不合理等问题频繁发生，影响了普通车床数控化改造的精确度。因此为了保证改造后数控机床的应用效率，对其具体改造过程进行进一步分析非常必要。

1 普通车床数控化改造内容

1.1 普通车床数控化改造可行性分析

为了保证普通车床数控化改造工作实施后的车床运行效益，在普通车床数控化改造前期因结合机床基础构件进行综合分析，如数控机床结构、基本部件、驱动系统、刀具系统、加工精度、功能等。通过对上述系统的可行性评估，可结合实际可操作需求，对整体机床数控化改造价格进行合理分析，为后需资金投入及技术开展情况提供有效的依据。

1.2 普通车床机械部件改造

机械部件的改造主要是在机床导轨精度改进的基础上，对机床主轴箱传动部件进行全面优化。在机床导轨精度改进方面可结合精度要求，选择滑动丝杠、滚珠丝杆等构件进行滑动面优化；而在机床主轴箱传动方面可选择齿轮传动的方式，结合数控机床的传动要求，对整体数控车床刀具装夹机械、机床进给机械部件进行合理转化。

1.3 电气控制系统模块改造

电力控制系统改造主要是在PLC系统的基础上，对伺服系统、主轴驱动系统、刀架电动机控制线路等几个模块进行统一改造优化。

2 普通车床数控化改造应用

2.1 普通车床数控化改造设计

在普通车床数控化改造过程中，合理的电机选择直接影响了整体系统的运行效率。而由于直流伺服电机价格较高，在普通机床数控化改造环节大多选择交流伺服电机、步进电机等形式。在实际运行中步进电机主要为脉冲数字信号控制形式，在其步距运动过程中伴随着定期的误差归零操作，可以有效提高控制效率；而永磁式交流伺服电机为主要的驱动模块，其具有运行稳定、结构简单的优良特点。在实际电极选择过程中可以根据具体情况进行适当的计算评估，结合机床加工精度要求，可确定具体的计算标准。如在步进电机选择过程中，主要是通过对步距角β、步距角精度、转矩等因素进行合理控制。其中步距角β为：360°*脉冲当量/（传动比*丝杆螺距）。现阶段在步进电机选择过程中一般需要选择五相电极或三相电机。而根据具体需要的不同可优先选择距离计算结果最近的数值；在步进精度选择过程中，主要是根据普通机床数控化改造后开环控制系统特点，通过对传动件定位误差及步距精度的控制对整体构件加工精度进行统一分析。在实际步进电机运行过程中其步距精度主要是在空载情况下，转子与准确位置之间的最大偏移位置；而传动件定位误差则是在频率突变情况下，高频或者低频振动环节实际步距位置与预期位置的差距。在实际设计过程中普通车床数控改造过程中的静态误差为电极步距误差、传动件累积误差、摩擦负载随机误差等几个因素之和；最后在转矩选择环节，需要综合考虑定位转矩、启动转矩、最大静转矩等几个方面因素选择合理的驱动转矩因数。

2.2 数控改造主要机械部件安装

数控改造机械部件安装主要包括齿轮副、滑动导轨副、滑动丝杠、滚珠丝杠等几个方面。首先在滑动丝杠及滚动丝杠安装过程中，需要结合传动链精度要求，选择合理的丝杠类型[1]。若在实际加工件加工过程中并没有对拖动扭矩具有较高的要求可选择滑动丝杠，反之则选择滚珠丝杠。在实际工程实施环节，应首先对以往丝杠磨损情况进行全面检测，结合螺距累积误差、螺距误差、螺距间隙的计算，确定合理的丝杠等级及更换需求；其次在齿轮副安装过程中需要依据相应主轴箱、变速箱情况，对传动精度及齿轮精度等级进行统一分析。为了保证整体基础齿轮应用效率，应尽量控制齿轮结构间的无间隙传动；最后在滑动导轨副安装过程中，主要因结合普通车床导向精度要求，在确定其磨损特性、耐摩擦特点符合要求的情况下，对整体滑动导轨的加工精度进行量化分析，保证滑动导轨的稳定运行。此外，在机械部件安装完毕之后，为了降低数控改造后机械构件运行风险，相关改造人员可结合实际加工需求选择合理的防护措施。

2.3 数控改造安装实例分析

在CA6140普通车床改造过程中，基于经济性的考虑，制定了较为便捷的改进措施。在改造后的车床的相关位置进行了两个相同规格步进电机的安装，相应电极驱动主要为减速齿轮、纵横向丝杠综合驱动的模式[2]。为了进一步提高工作效率，在实际改造过程中将以往的丝杠螺母从横、纵两个方向进行了驱动电极的加设。而通过对丝杠导程、电极步距角、减速齿轮比等因素的综合分析，确定其相互之间具有一定的比例关系。即：驱动丝杠导程*电机步骤角度/360°*减速齿轮比=脉冲当量。通过对上述相关因素的分析，可控制该车床改造后的快速移动向速度为1.25m/min；进给速度为11-350mm/min；脉冲当量在0.023-0.050mm之间。随后对相关机械器件的连接及电路连接情况进行全面检测，在各方面连接模块确认无误之后，可进行数控系统的连接。

3 总结

综上所述，普通机床的数控改造与机床类型息息相关，随着机床类型的变化，整体数控改造模式也将发生一定的变化。因此在实际普通机床改造过程中，应结合实际生产需求，在加工精度、自动化管理等要求的指导下，对数控机械部件、数控电机系统等因素进行综合分析，并进行整体设计方案的制定。然后通过不断的安装调试，保證普通机床数控化改造工作的顺利开展。

参考文献：

[1]马中辇.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].自动化应用，2016（08）：5-6.

[2]伍倪燕，毛羽.普通车床数控化改造研究与实践[J].机电信息， 2016（21）：77.