普通车床数控化改造
摘要：这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，设计改造后的经济型数控机床具有定位、直线插补、顺逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，且加工质量稳定可靠。零件加工的适应性强，自动化程度高。
关键词：车床 ;数控 ;改造
一、引言
计算机技术与车床制造业的高速发展，特别是面向柔性制造技术的出现，使得数控车床得到了迅速普及。这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，由于定位精度高，所以纵、横向导轨均采用贴塑导轨，传动系统采用滚珠丝杠，同时，为提高传动刚度和消除间隙，对丝杠进行预拉伸，传动齿轮采用双片错齿消隙齿轮，驱动元件采用步进电机。为了保证加工螺纹时，主轴转一转，刀架移动一个被加工导程，主轴用脉冲发生器通过波纹管联接，并将纵向和横向进给系统用单片机控制，是其成为一个能独立运动的开环进给伺服系统。数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管，以显示加工数据及机床状态等信息。为了达到机床要求的脉冲当量，传动系统采用步进电机齿轮减速后，带动丝杠。
二、数控改造的优点和意义
数控机床是实现柔性制造、计算机系统、敏捷制造等先进制造技术的重要基础装备，它关系到一个国家发展的战略地位。数控系统可分为开环、半闭环、闭环等几种形式。开环具有稳定性好、环境是适应性强、造价底等特点;闭环定位精度和重复定位精度高，但造价高;而半闭环既有高档全闭环机床的加工精度，又有开环机床的稳定性和环境适应性，适合复杂零件的加工。随着科学技术的迅速发展，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统已成为机械制造业中不可缺少的组成部分。
我国在普及应用数控技术方面近几年来取得了很大的进展，从计算机数控(CNC)发展到直接数控(DNC)，并能独立设计和制造机械加工中心及柔性制造系统(FMS)。但鉴于我国机床拥有量大、工业规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益，而实现这一任务的有效的基本途径就是普及应用经济型数控机床，并对原有机床进行数控改造。利用经济型数控技术改造普通车床，加工零件的精度高，尺寸一致性好，而且改造方便，成本低。
数控改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工的能力，其改造的目的有以下几点：
1.从提高资本效率出发，改造闲置旧设备。
2.为了提高生产效率进行数控改造。
3.为了适应多品种、小批量零件生产而进行数控改造。
4.为了使技术等级较底的工人也能加工出高质量的产品零件和提高生产效率而进行数控改造。
5.为了减小整个设备投资计划而进行数控改造。
三、数控改造中主要机械部件改装
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦因素小，传动无间隙;便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求，应对主要部件进行相应的改造，使其达到一定的设计要求，这样才能获得预期的改造目的。不能认为将数控装置与普通机床联接在一起就达到了数控机床的要求。
1.滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除了具有普通车床的导向精度和工艺外，还要有良好的耐摩擦、耐磨损性能，并能减少因摩擦阻力而致的死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑装置。
2.齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上，要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证加工精度。
3.滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动精度。丝杠的选用主要取决于加工工件的精度要求和拖动转矩要求。被加工工件精度不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损的情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相匹配螺母间隙。一般情况下，滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大时，则要更换螺母。滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较底，但采用滑动丝杠难以满足精度较高的零件加工。滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上;精度高，寿命长，启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电动机启动力矩。因此可满足较高精度零件的加工要求。
4.安全防护。普通机床改造必须以安全为前提。改造中根据实际情况采用相应的防护措施，如滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘，特别是切屑及硬砂粒进入滚道，在纵向丝杠上也加上整体铁板防护罩。在拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面而损伤导轨。
四、数控改造机械传动系统的要求
对现有的普通车床进行改造，主要应解决的问题是：如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位进给改造成由数控系统控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。经济型数控车床，主要依靠两方面来保证和提高加工零件的精度：一是系统的控制精度;二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对车床进给的位移和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧式车床相比，应具有更好的精度，以保证机械传动系统的传动精度和工作平稳性。
数控改造对机械传动系统的要求为：
1.尽量采用底摩擦的传动副，如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。
2.尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。
3.尽量满足底振动和高可靠性方面的要求。为此，应选择精度高，运动平稳，效率高以及传递扭矩大的传动元件。
4.尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差，如采用消除间隙的联轴器和消除传动齿轮间隙的机构等。
从应用的方面考虑，结合目前国内大多数工矿企业的现状，普通卧式车床改造，可以采用更换滚珠丝杠来替换原机床上的T形丝杠，也可以对原有车床上的T形丝杠加以修复，但此时，必须相应修配与此相配合的螺母，尽量减小其间隙，提高其配合精度。
普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形势下将大批故障机床尤其是一大批进口的数控机床、精密机床和二手机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这些设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的问题。
五、总结
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作，很好地解决了现代机械制造中复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不但提高了机床的加工精度，扩大了机床的使用范围，提高了生产率，而且降低了工人的劳动强度，缩短了新产品的试制周期和生产周期，减少对工夹具的投资和数量，而且适合我国的国情。
参考文献：
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[2] 郝中军，雷晓玲主编. 综合作业指导书. 1995
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[4] 周开勤主编. 机械零件手册. 北京：高等教育出版社， 2001
[5] 王爱玲主编. 现代数控机床. 北京：国防工业出版社， 2003
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