普通车床机械结构的数控化改造

胡会娟+张华

摘 要：普通车床机械结构的数控化改造可以提高车床的运行能力，使其具备定位、补差、自动停止等功能，从而增强改造后车床的自动加工能力。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造，分析了改造过程中主要机械结构的选取情况，以提高普通车床的加工精度。

关键词：普通车床；机械结构；数控化改造；机械加工

中图分类号：TG511 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.070

车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展，数控车床逐渐取代了原本的普通车床，但是，普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高，很多企业无法负担，所以，需要对普通车床的机械结构进行数控化改造，以增强普通车床的自动加工能力，提高加工精度。通过研究某普通车床机械结构的数控化改造情况，本文分析了步进电机、进给系统、自动刀架和编码器的选择、安装情况，使普通车床能够满足数控化操作的需求。

1 机械部分的改造设计要求

普通车床的机械部分主要包括主轴传动部分、进给系统、刀架回转系统和滚珠丝杠等。在对机械结构进行数控化改造时，需要研究数控化结构是否满足普通车床的工作要求，数控化改造之后是否会对车床原有的坐标结构产生影响，传动系统能否满足精度要求，等等。在数控化改造设计的过程中，需要计算主轴的横纵进向，并测量滚珠丝杠的移动性能，确保数控化改造设计完成后普通车床有比较完整的数控功能和机械加工能力，能够自动加工某些机械部件的端面、内外圆、球面、锥面和螺纹等。

2 数控化改造的必要性

普通车床机械结构实现数控化改造后，可以提高车床的加工精度，利用它可以加工精度要求更高的产品。数控化改造后，普通车床具有单独的运行电机，能够实现多个坐标的联动加工，可以加工结构更加复杂的工业元件，而且它还具备了自动换刀的功能，可以缩短复杂工件的加工时间。普通车床的数控化改造降低了车床操作人员的工作强度，使操作人员可以同时操作多台车床，提高了其生产效率。数控化改造后，普通车床具备了数控操作能力，而且改造后价格比较低，能够有效降低企业的投资成本，为机械加工企业创造更大的经济效益，促进我国经济的发展。

3 数控化改造

3.1 普通车床床身导轨的改造

我国大部分普通车床的床身材料为铸铁，在进行数控化改造时，为了提高床身导轨的精度，可以在铸铁导轨上粘贴塑料软带。塑料软带能够提高车床导轨的润滑性，使导轨上的主刀行进得更加流畅，从而保证车床的加工精度。在改造过程中，也可以将传统的铸铁导轨改造为滚动导轨，滚动导轨的摩擦系数比较小，不会影响机械加工的几何精度。

3.2 滚珠丝杠的改造

滚珠丝杠主要是由滚珠、丝杠、回珠管等构成的，它可以将车床机械部件的回转运动转化为直线运动。普通车床中的滚珠丝杠可以提高车床的传动效率，使车床刀轴的行进过程更加平稳。因为滚珠丝杠在运行过程中不会产生较大的振动，所以，不会产生过大的摩擦阻力。对滚珠丝杠进行数控化改造时，需要测量滚珠丝杠的齿差缝隙、丝杠转速和滚珠直径等，以保证改造完成后车床不会出现直线行进失稳的情况。

3.3 主轴传动系统的数控化改造

普通车床的主轴是由电动机带动皮带使主轴旋转。在数控化改造时，尽量不要破坏原本的主轴箱，主要改造电机的变速系统。因此，可以用双速或者四速电动机代替原本的电动机，以增强主轴传动系统的传动能力。在改造过程中，可以在主轴传动系统中增加脉冲编码器，标记主轴运行的初始位置，为主轴传动编码，让主轴每转动一圈编码器自动调整一次主轴刀具的位置。一般情况下，脉冲编码器安装在主轴箱中，并与电动机的传动齿轮1∶1连接，从而实现主轴与编码器的同步运行。

3.4 车床进给系统的数控化改造

在改造进给系统时，需要加装步进电机，并在进给系统的步进电机上安装减速器。减速器通过连接装置与丝杠连接在一起，可以实现对车床横纵向进给系统的单独控制。在数控化改造车床进给系统时，需要将车床原本的走刀箱和溜板箱全部拆除，利用新的步进电机传动链传动进给系统。在改造时，不需要更改滚珠丝杠的原有位置，而要让滚珠丝杠成为主要的传动结构。当车床纵轴需要行进时，计算机会向步进电机发出指令，使纵轴的滚珠丝杠移动，从而获得要求的走刀量。当横轴移动时，数控指令会操纵横向步进电机，使滚珠丝杠获得横向走刀量。在普通车床进给系统数控化改造的过程中，要在原本齿轮箱和丝杠的位置增加防护罩，以保证车床的运行安全。

3.5 刀架结构的数控化改造

在改造普通车床的刀架结构时，要根据普通车床的刀架位置设置专门的电动刀架。为了满足车床的机械加工要求，电动刀架最少要有4个刀位。一般情况下，自动刀架采用三相异步交流电动机操控刀架，然后利用蜗杆来传动刀架。当计算机向车床发出传动信号后，步进电动机就会带动蜗杆运动，实现对刀架结构的控制，同时，步进电机的正反转运行还能够实现刀架的自动切换。

3.6 溜板箱的改造

在对普通车床的机械结构进行数控化改造时，要拆除原有的溜板箱，然后将新的溜板箱固定在改造之后的滚珠丝杠上。在改造溜板箱时，要改进相应的润滑结构，保证车床在不同的驱动条件下溜板箱都能够稳定运行。

使用数控化技术改造了普通车床的机械结构后，要检验改造后车床的运行性能，即检验其传动性能、主轴进给性能和车床噪声等。改造车床的运行监测需要进行空转状态和负载状态检测，以保证改造后的车床具备切削循环、直线插补、螺距补偿、圆弧切削、间隙补差等多种数控化操作功能。

4 结论

本文简要阐述了普通车床机械结构的数控化改造要求，研究了普通车床数控化改造的必要性，并分析了车床数控化的改造内容，希望可以提高普通车床的加工精度，降低车床操作人员的工作强度，提高机械加工行业的经济效益。

参考文献

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