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機(jī)床的數(shù)控化改造方法研究
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摘要：本文將對(duì)機(jī)床的數(shù)控化改造進(jìn)行科學(xué)分析并從數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的改造等方面提供可行性方案和思路。
關(guān)鍵詞：普通機(jī)床;數(shù)控機(jī)床;系統(tǒng)改造
引言：隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控化機(jī)床率已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)是否發(fā)達(dá)的主要標(biāo)志。20世紀(jì)90年代我國(guó)有150多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床，目前我國(guó)家擁有機(jī)床約300萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床僅僅8萬(wàn)臺(tái)左右，數(shù)控機(jī)床數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于那些制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家。我國(guó)普通機(jī)床設(shè)備陳舊老化、技術(shù)落后，嚴(yán)重影響生產(chǎn)力的發(fā)展。對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造已經(jīng)成為既適合我國(guó)國(guó)情又使其具備先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)的最好途徑。它將使企業(yè)走出困境，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的必由之路。
1、 機(jī)床數(shù)控化改造分析
數(shù)控化改造是指對(duì)普通化機(jī)床的某些部位進(jìn)行改裝，再配上經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控裝置和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)。改造后的數(shù)控機(jī)床將在自動(dòng)化程度上、專(zhuān)業(yè)性上、加工精度和生產(chǎn)率上大幅度提高。首先，要進(jìn)行性價(jià)比分析。購(gòu)置一架新機(jī)床大約需要340萬(wàn)元，從安裝到調(diào)試要半年到一年的時(shí)間。改造舊機(jī)床需要100萬(wàn)元左右，改造時(shí)間約為3個(gè)月左右。其次，進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。主要包括改造后機(jī)床的精確度和使用性能。
2、 數(shù)控機(jī)床的改造方案
一般情況下對(duì)數(shù)控機(jī)床的改造主要為兩部分。一部分是機(jī)械部分改造，第二部分是數(shù)控系統(tǒng)改造。
2.1 機(jī)械部分改造
機(jī)械系統(tǒng)改造是數(shù)控系統(tǒng)改造的關(guān)鍵技術(shù)。主要改造內(nèi)容為提高過(guò)去零部件的靈活性，減小轉(zhuǎn)動(dòng)間隙和反向轉(zhuǎn)動(dòng)間隙。要想達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，要對(duì)導(dǎo)軌、主軸變動(dòng)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行改造。
1)導(dǎo)軌改造。大多數(shù)普通機(jī)床均采用普通鑄鐵。數(shù)控機(jī)床要求采用淬硬的合金鋼材料，例如用G CR 15 軸承鋼淬硬到65～62H RC，可以提高硬度5倍～10倍。另外，普通機(jī)床的滑動(dòng)導(dǎo)軌需要換成滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，但是改造難度較大，主要是在導(dǎo)軌表面加裝輔助軟帶;
2)刀架改造。數(shù)控機(jī)床安裝的刀架為自動(dòng)刀架，以便數(shù)控機(jī)床根據(jù)程序更換刀具。因此，必須將普通機(jī)床的刀架進(jìn)行改造或更換;
3)進(jìn)給機(jī)械改造。一般進(jìn)給系統(tǒng)可以保持原來(lái)的支架系統(tǒng)，但是要調(diào)整彈簧，加裝減速齒輪系統(tǒng)。
2.2 數(shù)控系統(tǒng)的確定
在機(jī)床數(shù)字化改造過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是非常重要的組成部分。因此，必須根據(jù)改造的實(shí)際需求選擇合適的數(shù)控產(chǎn)品。目前，數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)逐漸成熟，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的品牌，大致可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是常規(guī)數(shù)控系統(tǒng);另一類(lèi)是開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。每一類(lèi)控制系統(tǒng)都具有高、中、低不同檔次供用戶選擇。因此，用戶可以根據(jù)自己改造的控制精度、改造資金情況進(jìn)行選擇。
1)常規(guī)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)
常規(guī)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)比較著名的品牌主要有德國(guó)西門(mén)子的SINUMERIK，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸形成了產(chǎn)品系列，如SINUMERIK810、820，SINUMERIK840、850，SINUMERIK802等。日本的FANUC 系列以及MITSUBISHIM50系列。這些產(chǎn)品都是集成的、封閉體系結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)控裝置CNC、交直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、可編程控制器、位置控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及輔助控制系統(tǒng)等。由于該類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)功能齊全、種類(lèi)繁多、適用性較強(qiáng)以及信價(jià)比高，因而很多機(jī)床改造時(shí)首選這類(lèi)控制裝置，我國(guó)就有很多這類(lèi)產(chǎn)品的用戶。但是這類(lèi)產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于硬件系統(tǒng)集成，用戶不能隨意更換，所以開(kāi)發(fā)的靈活性不足。另外，系統(tǒng)的編程必須使用指定的軟件和編程語(yǔ)言，數(shù)控裝置程序開(kāi)發(fā)采用NC，PLC開(kāi)發(fā)采用梯形圖等，需要開(kāi)發(fā)人員具有較高的軟件編程能力。因此，這類(lèi)數(shù)控裝置已經(jīng)逐步退了市場(chǎng)，而另一類(lèi)數(shù)控產(chǎn)品即開(kāi)放式機(jī)床數(shù)控裝置成為了數(shù)控機(jī)床制造的主流。
2)開(kāi)放式機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)
開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)靈活、編程方便。用戶可以根據(jù)需要選擇硬件結(jié)構(gòu)，可以借助PC機(jī)強(qiáng)大的編程能力提高系統(tǒng)控制的性能。目前，市場(chǎng)常用的開(kāi)放式機(jī)床數(shù)控產(chǎn)品主要有三種。每一種數(shù)控裝置都是以PC為控制核心。第一種CNC+PC機(jī)的開(kāi)放式數(shù)控裝置。這類(lèi)產(chǎn)品雖然提高開(kāi)放程度，但是還是需要CNC作為機(jī)床的直接控制裝置，PC機(jī)將各種命令、數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。因此，這類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。主要的代表是西門(mén)子的SINUMERIK840、850和日本的FANUC18I等產(chǎn)品。第二種是PC+運(yùn)動(dòng)卡式的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。這類(lèi)產(chǎn)品完全采用PC機(jī)作為真正的控制核心，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并利用windows操作系統(tǒng)和高級(jí)編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)除了PC機(jī)外，比較重要的硬件是運(yùn)動(dòng)卡，它是對(duì)外控制伺服系統(tǒng)的控制接口。國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)品為有華中數(shù)控、廣州數(shù)控等產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)如圖1所示。第三種是全軟件型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以PC機(jī)為控制核心，主要采用軟件形式實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制。因此，更大程度的調(diào)高了靈活性，是當(dāng)前機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的最新產(chǎn)品。
數(shù)控改造中還涉及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改造和設(shè)計(jì)。首先要選擇合適的、配套的伺服電機(jī)�，F(xiàn)在的機(jī)床可以選擇直流電機(jī)，也可以選擇交流電機(jī)，甚至步進(jìn)電機(jī)。一般主軸電機(jī)選擇交流電機(jī);Z軸、X軸以及U軸等坐標(biāo)軸電機(jī)選擇直流電機(jī)、交流電機(jī)皆可;工件拖動(dòng)等輔助部分可采用直流電機(jī)。電機(jī)選擇時(shí)注意電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等指標(biāo)。最后，電機(jī)一般采用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)控制模塊或變頻器進(jìn)行控制，現(xiàn)在市場(chǎng)上都有比較成熟的產(chǎn)品可供選擇。
3、 結(jié)論
本文詳細(xì)介紹了有關(guān)數(shù)控機(jī)床改造的過(guò)程和方法，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了比較分析。本文提出系統(tǒng)改造主要以機(jī)械部分和數(shù)控裝置的加裝為主，改造過(guò)程中一定循序漸進(jìn)，注意成本的控制，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
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