而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。

    數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動元件，無檢測反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01至0.02mm，已能滿足C620車床改造后加工零件的精度要求。

    普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的改造目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠，以盡可能低的故障率運(yùn)轉(zhuǎn)。普通車床應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動強(qiáng)度。現(xiàn)將應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)對C620-1車床改造過程作一總結(jié)分析。

　

    1　微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇

    目前市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型比較多，選擇前首先應(yīng)對擬改造的數(shù)控機(jī)床自身功能有一個充分的了解，可依據(jù)價格合理、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。在經(jīng)濟(jì)能力許可的情況下，盡量選用名牌產(chǎn)品。此類數(shù)控系統(tǒng)，零件篩選嚴(yán)格，制造工藝規(guī)范可靠、出現(xiàn)的因電器元件故障或提前失效引起的設(shè)備故障，有極好的預(yù)防作用。而且注重數(shù)控系統(tǒng)的功能選擇。不應(yīng)單純追求數(shù)控系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，這對于實(shí)現(xiàn)較高的性能價格比非常重要。數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn)備改造的數(shù)控機(jī)床所能達(dá)到功能相匹配，盡量減少過剩的數(shù)控功能。因為數(shù)控系統(tǒng)功能過剩，一方面浪費(fèi)資金，另一方面還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加而帶來的故障率升高的隱患。

    因此根據(jù)被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能及被加工零件精度選擇了機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)。即GWK/AT-Ⅱ型數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)配備了110BF03、160BF5C功率步進(jìn)電機(jī)。控制電腦采用高速微機(jī)處理器，半導(dǎo)體存儲器，并行接口電路。驅(qū)動部分采用晶體管PWM驅(qū)動線路，整個系統(tǒng)屬于開環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡單驅(qū)動力大，價格低，抗干擾性能強(qiáng)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，安裝調(diào)試方便。特別是示教編程功能直接面向操作者，很適合中、小批生產(chǎn)。

　

    2　機(jī)械部分的改造

    為了充分發(fā)揮GWK/AT-Ⅱ數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能，保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度，微機(jī)進(jìn)給無爬行，使用壽命長、外型美觀，機(jī)械部分作了如下改動。

    (1)床身

    為了使改造后的機(jī)床有較高的開動率和精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時，應(yīng)充分考慮機(jī)床零件、部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。

    當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的床身等大件多采用普通鑄鐵。而導(dǎo)軌則采用淬硬的合金鋼材料，其耐磨性比普通鑄鐵導(dǎo)軌高5至10倍。據(jù)此，在改造中利用舊床身，采用GCR15軸承鋼淬硬到HRC56-62制成導(dǎo)軌，用螺釘和粘劑固定在鑄鐵床身上。

    粘接前的導(dǎo)軌工作表面采用磨削加工，表面粗糙度Ra0.8mm，以提高粘接強(qiáng)度。

    (2)主軸變速箱

    選用GWK/AT-Ⅱ數(shù)控系統(tǒng)。主運(yùn)動方式和傳統(tǒng)機(jī)床一樣都要求有十分寬廣的變速范圍來保證加工時選擇合理的切速，從而獲得較高的生產(chǎn)率和表面質(zhì)量。根據(jù)原主軸箱變速的具體情況，有效地利用數(shù)控系統(tǒng)中提供的以編碼方式輸入的16種主軸變速功能S只將I軸上56和51及Ⅱ軸上的34和39兩個雙聯(lián)齒輪一分為二，在56和51上各裝DLM3—10遠(yuǎn)程控制電磁離合器，以達(dá)到在不停機(jī)的情況下，按系統(tǒng)S功能發(fā)出的變速指令完成兩種調(diào)速，其它速度組的調(diào)整可利用系統(tǒng)中停車待起動指令采用原手動機(jī)械變速來完成。改裝部分的傳動見圖。

    (3)拖板

    拖板是GWK/AT-Ⅱ數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，不論是點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，對被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受拖板運(yùn)動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。對于應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)作拖動元件的開環(huán)系統(tǒng)尤其是這樣。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動而沒有位置檢測和信號反饋，故實(shí)際移動值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會造成加工誤差。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動精度和靈敏度要求。①在傳動裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動扭矩和傳動精度(分辨率為0.01mm)。傳動比計算公式為：


    式中：α為步進(jìn)電機(jī)的步距角(度)；p為絲杠螺距，mm；δ為脈沖當(dāng)量，即要求的分辨率，mm。②在齒輪傳動中，為提高正、反傳動精度必須盡可能的消除配對齒輪之間的傳動間隙，其方法有兩種，柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后的齒輪側(cè)隙可以自動補(bǔ)償?shù)姆椒?，在齒輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無側(cè)隙嚙合。但將影響其傳動平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動剛度低。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒輪側(cè)隙不能自動補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法，它要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距誤差，否則傳動的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動有較好的傳動剛度，而且結(jié)構(gòu)比較簡單。在設(shè)備改造中應(yīng)用的配對齒輪側(cè)隙方法是剛性調(diào)整法。③采用滾珠絲杠代替原滑動絲杠，提高傳動靈敏性和降低功率、步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。

    (4)自動換刀裝置

    為了滿足在一臺機(jī)床上一次裝夾完成多工序加工和應(yīng)用GWK/AT-Ⅱ數(shù)控系統(tǒng)T功能，經(jīng)多次調(diào)研和試用，最后確定采用WZD4型自動刀架。該刀架不但可代替普通車床手動刀架，還可用作數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制元件。該刀架體積小，重復(fù)定位精度高，適用于強(qiáng)力車削并安全可靠。

    (5)拖板箱

    采用GWK/AT-Ⅱ數(shù)控系統(tǒng)控制。拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱除固定滾珠絲杠的螺母外，并在內(nèi)部設(shè)存儲油箱和手壓泵，用于潤滑絲杠副。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)及減速箱。使改造后的機(jī)床外型美觀、合理。改造后機(jī)床的啟動、停機(jī)均由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機(jī)床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。



    3　效果

    車床經(jīng)改造后不但保持了原機(jī)床主軸傳動部分變速范圍廣的特點(diǎn)，在機(jī)床運(yùn)動控制上可以利用編程語言編程控制，還可以在系統(tǒng)示教狀態(tài)下將操作者手動加工過程自動生成ISO代碼，以便下一零件的自動加工。實(shí)踐證明該機(jī)床操作方便，降低了操作者勞動強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為下一道工序生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。而改造所需費(fèi)用僅是購買簡易數(shù)控車床價格的一半。

　

    作者單位：河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院(石家莊市：050031)