机床的数控化改造分析(编辑修改稿)

机床的数控化改造分析(编辑修改稿)内容摘要：

，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。 （ 4）落实参与改造人员和责任。 改造是一个系统工程，人员配备十分重要。 除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。 人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。 根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。 如果项目 采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。 （ 5）改造范围与周期的确定。 有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。 停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。 改造前的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。 技术准备包括： （ 1） 机械部分准备。 为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。 同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。 （ 2） 新系统电气资料消化。 新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造北京广播电视大学 2020 秋级机械设计制造及其自动化专业毕业论文 (设计 ) 9 前应熟悉技术资料，包括系统原理说明，线路图、 PLC 梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、 编程于册等。 要有充裕的时间来对上述资料进行翻译（进口系统），消化、整理、核对，做到思路清晰，层次分明。 （ 3）新旧系统接口的转换设计。 根据每台设备改造范围不同，需事先设计接口部分转换，若全部改造的，应 设 计机电转换接口、操作而板控制 与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等，要求操作与维修方便、合理，线路走向通顺、中间连接点少，强弱电干扰最小，备有适当裕量等。 局部改造的，还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等，必要时需 自行 制作转换接口。 （ 4）操作、编程人员的技术培训。 机床电气系统改造后，必然对操作、编程人员带来新的要求。 因此提前对操作人员和编程人员进行新系统知识培训十分重要，否则将影响改造后的机床迅速投入生产。 培训内容一般应包括新的操作面板配置、功能、指示含义；新系统的功能范围、使用方法及与旧系统的 差别；维护保养要求；编程标准与自动化编程等。 重点是弄懂、弄通操作说明书和编程说明书。 （ 5）调试步骤与验收标准的确定。 新的电气系统改造完以后，怎样进行调试以及确定合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。 调试工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等，因此必须山项目负责人进行，其他人员配合。 调试步骤可从简到繁，从小到大，从里到外进行，也可先局部后全局，先子系统后整系统进行。 验收标准是对新系统的考核，制定时必须实事求是，过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。 标准一旦确定下来，不能轻易修改，因为它牵涉到整个 改造工作的各个环节。 改造的实施 准备 工 作就绪后，即可进 入 改造的实施阶段。 实施阶段内容按时间顺序分为： （ 1）原机床的全面保养。 机床经长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。 其次，应对机床作一次改造前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案。 这样既可对改造工作起指导参考作用，又可在改造结束时作对比分析用。 （ 2）保留的电气部分最佳化调整。 若对电气系统作局部改造，则应对保留电气部分进行保养和最佳化调整。 如强电部分的零件更换，电动机的保养，变压器的烘干绝缘，污 染的清洁，通风冷却装置的清洗，伺服驱动装置的最 大 化调整，老化电线电缆的更新，连接件的紧固等。 只有对保留的电气部分做好过细的最佳化调整工作，才能保证改造后的机床有较低的故障率。 （ 3）原系统拆除。 原系统的拆除必须对照原图纸，仔细进行，及时在图纸上作出标记，防止遗漏或过拆（局部改造情况下）。 在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处，应及时补充与修正，拆下的系统及零件应分门别类，妥善保管，以备万一改造不成功或局部失败时恢复使用。 还有一定使用价值的，可作其他机床备件北京广播电视大学 2020 秋级机械设计制造及其自动化专业毕业论文 (设计 ) 10 用。 切忌大手大脚，乱扔乱放。 （ 4）合理安排 新系统位置及布线。 根据新系统设计图纸，合理进行新系统配置，包括箱体固定、面板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及必要装饰等。 连线工作必须分工明确，有人复查检验，以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠美观。 （ 5）调试。 调试必须按事先确定的步骤和要求进行。 调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。 调试中首先检测安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。 调试现场必须清理干净，无多余物品；各运动坐标拖板处于全行程中心位置；能空载试验的，先空载后加载；能模拟试验的，先模拟后实动；能手动的，先手动后自动。 验收及后期工作 验收工作应聘请有关的专业人员共同参加，并按已制定的验收标准进行。 改造的后期工作也很重要，它有利于项口技术水平的提高和使设备尽早投产。 验收及后期工作包括： （ 1）机床机械性能验收。 经过机械修理和改造以及全面保养，机床的各项机械性能应达到要求，几何精度应在规定的范围内。 （ 2）电气控制功能和控制精度验收。 电气控制的各项功能必须达到动作正常，灵敏可靠。 控制精度应由系统本身的功能（如步进尺寸等）与标准计量器具（如激光干涉仪、坐标测量仪等）对照检查，达到精度范围之内。 同时还应 与改造前机床的各项功能和精度做出对比。 获得量化的指标差。 （ 3）试件切削验收。 可以参照国内外有关数控机床切削试件标准，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。 试件切削可验收机床刚度、切削力，噪声、运动轨迹，关联动作等，一般不宜采用产品零件作试件使用。 （ 4）图纸、资料验收。 机床改造完后，应及时将图纸（包括原理图、配置图、接线图、梯形图等）、资料（包括各类说明书）、改造档案（包括改造前、后的各种记录）汇总、整理、移交入档。 保持资料的完整、有效，连续，这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。 （ 5）总结、提高。 每次改造结束后应及时总结，既有利于提高技术人员的业务水平，也有利于整个企业的技术进步。 机床 数控 化 主要机械部件的改造 一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大：便于操作和维修。 机床数控 化 改造时也应尽量达到上述要求。 不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对北京广播电视大学 2020 秋级机械设计制造及其自动化专业毕业论文 (设计 ) 11 主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。 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，以保证机床加工精度。 进给轴的改造 普通机床的 X 轴和 Z 轴均由同一电动机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱，获得不同的工件螺距即 Z 轴运动；走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱，获得不同的进刀量即 X 轴运动。 普通 机 床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替，具体体现为： Z 轴：纵向电动机 ─ 减速箱（或联轴器） ─ 纵向滚珠丝杠 ─ 大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。 X 轴：横向电动机 ─ 减速箱（或联轴器） ─ 横向滚珠丝杠 ─ 横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。 改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。 丝杠传动直接关系到传动链精度。 丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。 被加工件精度要求不高时可 采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。 一般情况滑动丝杠应不低于 6 级，螺母间隙过大则更换螺母。 采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但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；起动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电动机起动力矩。 因此可满足较高精度零件加工要求。 1. 滚珠丝杠副的选择和布置结构形式 丝杠传动直接关系到传动链精度。 丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。 被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠 ，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。 一般情况滑动丝杠应不低于 6 级，螺母间隙过大则更换螺母。 采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但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；起动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电动机起动力矩。 因此可满足较高精度零件加工要求。 普通 机 床大多采用的是 T 型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、北京广播电视大学 2020 秋级机械设计制造及其自动化专业毕业论文 (设计 ) 12 传动效率低，不能适应于高速运动。 另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等，在进行普通机床数控化改 造时往往都将其更换为滚珠丝杠副。 滚珠丝杠副有以下一些特点：摩擦损失小，传动效率高；若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小，寿命长、精度保持性好。 但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。 滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺 母。 在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。 由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构。 改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原 T 型丝杠直径相近，对有特殊要求的机床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝杠的直径。 丝杠导程在满足机床改造后性能的前提下越小，对机床的传动精度 越有利。 机床的传动精度在保证机床刚性的情况下，与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系，一般在普通机床改造中丝杠副选 P4 级即可满足要求，特殊精密机床选 P3 级甚至更高。 因此本文中采用的是内循环式 的回珠器 和 双螺母的结构形式。 2. 机床导轨 对数控 机 床来说，导轨除应具有普通 机 床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、耐磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。 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。 普通机床导轨大多采用的是滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时间后都会 有不同程度的磨损，对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。 因此在对其进行数控化改造的同时必须针对机床导轨状况进行必要的检修处理，对于磨损较严重的更要进行大修，即进行磨削、淬火、贴塑、配刮等处理，同时采用合理的润滑，充分保证其精度。 3. 电动机与丝杠的连接 在满足机床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，多将电动机与丝杠副通过联轴器直接连接，这要根据改造中实际情况来定。 一般对于小型 机 床，由于空间尺寸有限，特别是 X 轴，电机与丝杠副不能直连，多采用齿轮副或同步带轮来传动；无论是采用齿轮还是同步带轮来传动， 其传动间隙的消除是比较关键的。 齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等，同步带轮传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。 北京广播电视大学 2020 秋级机械设计制造及其自动化专业毕业论文 (设计 ) 13 主轴部分的改造 机 床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动，消耗机床大部分动力。 普通 机 床由主电动机经皮带传动，经主轴变速箱带动主轴旋转，主轴箱经手动或自动变速获得 9～ 24 级转速，通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转，而数控车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电动机和变频器组成。 普通 机 床在数控化改造时大部分情况下保留原主轴箱，不做改动或少做改动。 如需改 动则要注意以下几点： 如原主轴含液压操纵主轴的变速、正反转和润滑功能，则需对其增装单独普通电动机加以驱动，避免液压系统受到主电动机正反转或转速变换而失灵。 如不需要原有机械变速换挡时，则需将主轴箱内齿轮组固定在一恒定的速度链上，摩擦片也应焊死以免因为误操作出现事故。 机床能否进行螺纹加工是主轴部分数控化改造的另一重要部分，传统 机 床加工螺纹时往往是通过挂轮组来完成，加工不同的螺纹则需不同的挂轮组，操作起来十分麻烦。 数控改造时，通常在主轴末端或挂轮架处增装一光电编码器，其转速与主轴转速一致，主轴转一周，光电码 盘转一转，通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性，从而加工出理想螺距的螺纹。 根据其编码方式的不同，光电码盘可分。