浅谈对旧机床进行数控改造的方案与选择

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浅谈对旧机床进行数控改造的方案与选择

　　【摘 要】在短时期内大量地更新现有设备，无论从资金还是国内机床制造厂的生产能力都很难做到。对旧机床进行数控化改造投资少、见效快，是机械制造厂挖潜技改的一条成功之路。
　　【关键词】旧机床 数控改造 方案 选择
　　
　　随着科学技术的迅速发展，市场竞争日趋激烈，在机械制造中，中小批生产占加工总量的比例越来越大；客观上要求与之相适应的加工设备的自动化程度越来越高。
　　目前，中国煤田地质勘探系统有近万台机床，大都是多年来生产积累的通用机床，柔性和自动化程度低。要想在短时期内大量地更新现有设备，无论从资金还是国内机床制造厂的生产能力都很难做到。对旧机床进行数控化改造投资少、见效快，是机械制造厂挖潜技改的一条成功之路。
　　
　　一、改造原理及改造方案
　　
　　1.改造原理
　　目前，数控系统种类繁多，按数控系统的性能价格比分为：经济型数控系统、标准型数控系统、全功能型数控系统和特殊型数控系统四大类产品。
　　经济型数控系统也称简易数控系统（simple numerical control system）。其特点是价格便宜、精度适中、功能简化、针对性强，比较适用于老设备技朮改造和产品更新。
　　标准型数控系统的特点是功能较全，价格适中，适用于中档的数控机床，应用较广。
　　多功能型数控系统的特点是功能齐全，价格较贵。适用于加工复杂零件的大中型机床以及FMS、CIMS中使用的数控机床。
　　特殊型数控系统适用于各类特种加工机床，如：电加工机床，超精加工机床等。
　　依据经济实用原则。对中小型车床的改造广泛采用步进电机驱动的开环控制系统。用经济型数控系统改造后车床的控制原理如图1所示。改造后的车床可以自动车削圆柱面、圆锥面、端面、球面、螺纹等。
　
　　2.改造方案
　　结合生产实际，依据工艺要求和被改造车床的完好程度，可采用不同的改造方案。
　　对实际役龄较短，零部件完好，精度尚未降低，导轨刮花可见或实际役龄较长经修复后达到精度要求的机床可作如下改造。
　　安装脉冲编码器将主轴的转速与进给量联系起来。将原机床的刀架拆除换成电动刀架实现自动换刀。将原机床的挂轮系统、进给箱、溜板箱、丝杠、光杠拆除，换成由步进电机、齿轮减速装置和滚珠丝杠组成的进给传动系统。纵向步进电机及齿轮减速装置安装在拆除进给箱处的床身上。滚珠丝杠支座可安装在原丝杠的安装基面上，螺母支座安装在纵向拖板上。纵向进给传动示意图如图2所示。横向步进电机及齿轮减速装置安装在纵向溜板上横向丝杠尾端处。滚珠丝杠安装在原丝杠位置，并对原丝杠支承部位、螺母座部位以及原空间尺寸进行加工。注意横向滑板与齿轮减速装置是否碰撞，若碰应采取措施。横向进给传动示意图如图3所示。

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　　二、经济型数控系统的选择
　　
　　目前，国内生产的经济型数控系统有多种类型。经济型数控系统主要包括数控装置、坐标轴驱动(或伺服)系统、主轴驱动系统、刀架及辅助功能的强电控制与驱动系统、接口等。
　　经济型数控装置有步进电机驱动的开环数控装置、直流电机驱动的半闭环数控装置和点位式经济型数控装置三种。对于数控车床改造一般选用步电机驱动开环数控装置。选择时主要考虑以下性能：CPU类型、用户容量、控制轴或联动轴数、设定单位、插补类型、编程尺寸及编程标准，G、M、S、T、F功能、刀具补偿功能、间隙补偿功能及循环功能、显示方式及显示信息的形式、绝对编程、增量编程、程序输入方式以及报警、诊断等。根据需要选择相应的性能。
　　步进电机驱动单元的性能参数主要有：步进电机性能参数及安装尺寸，控制箱与电机的接线型式等。系统的快速进给速度、空载起动频率，静态转矩，系统升频降频时间，起动矩频特性、起动惯频特性、运行矩频特性。
　　驱动电路的型式主要有：高低压驱动电路、斩波驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路、电流检测型功率放大电路等。不同的电路型式、其工作性能不同，根据加工需要合理选择。
　　刀架控制与驱动系统主要考虑刀架型式（如四位或八位电动刀架，或转塔六位刀架等），定位精度及重复定位精度，换刀时间、刀具选择时刀架的转向、夹紧力，刀杆尺寸及装夹刀具结构型式等性能参数。
　　强电接口及弱电接口、主要根据工作需要选择。如工件自动夹紧，加工螺纹时，选择强电接口；主轴的脉冲编码器与数控装置的接线，程序输入接口等选择弱电接口。
　　国内生产的经济型数控系统的类型主要有：BCK2─001，BKC2─005，GWK─1A／Ⅱ/Ⅲ,JWK─20T，BKC2─8A，GSK─928，2385─1T等系列产品。广泛应用在数控改装及老产品车床改型中。在选择时，除性能参数外，还要考虑其外型，安装形式等因素。结合设计计算选择合适的经济型数控系统。
　　
　　参考文献：
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　　[2]龚炳铮.机电一体化技朮应用实例[M].北京：机械工业出版社，1994.
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　　[5]顾冠群，万德均.机电一体化设计手册.江西科学技术出版社.
　　[6]张新义主编.经济型数控机床系统设计.机械工业出版社，1993.
　　[7]张建民，唐水源，冯淑华.机电一体化系统设计.高等教育出版社，2001.