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1、CA6140 普通车床改数控车床方法1.1.3 普通车床改数控车床的内容 普通车床改数控车床的主要内容和主要结构形式如下：1、进给轴的改造普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，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。普通车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：纵向电机一减速箱（或联轴器）一纵向滚珠丝杠一大拖板，纵向按数控指 令获得不同的走刀量和螺距。X轴：横向电机f减速箱（或联轴器）f横向滚珠丝杠f横滑板，横向按数控指 令获得不同的走刀量。改造
2、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。（1）滚珠丝杠副的选择和布置结构形式普通车床大多采用的是 T 型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、 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，可达0.900.96 ；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
3、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
4、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。丝杠副轴承常见的布置形式根据不同的需要可以分为以下几种，如 图 1。图 1 丝杠副轴承的布置图1 a中为一端固定，一端悬空的布置方式。这种安装方式的承载能力小， 轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或
5、升降台式数控铣床的垂 直坐标中。图1b中为一端固定，一端支承的布置方式。这种安装方式多在丝杠较长， 转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承得数量，转速不高时多用 更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。1d中为两端固定的布置方式。这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴 承的预紧力预拉伸丝杠，以减少丝杠热变形的影响。这种方式多用在丝杠长度不 大得情况，但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、支承刚度以及丝杠装配 时的预拉伸量，否则会影响轴承寿命，同时也会因为预加负载得不易控制而增加 电机的附加扭矩。(2) 机床导轨 普通车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
6、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) 电机与丝杠的联接 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，我们多将电机与丝 杠副通过联轴器直接联接，这要根据改造中实际情况来定。一般对于小型车床如 C6116型，由于空间尺寸有限，特别是X轴，电机与丝杠副不能直联，多采用 齿轮副或同步带论来传动；对于大型车床如C6150,床身长5米的车床，由于丝 杠较长，直径较大，除了要考虑传动力的问题
7、，还要考虑其低速性能及加减速惯 量匹配的问题，往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带 论来传动，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、偏心轴调整法等等，同步带论传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。2、主轴部分的改造 车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。普通车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(924)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机和变频器组 成。普通车床在数控化改造时大部分情况下保留原主轴箱
8、，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 机加以驱动，避免液压系统受到主电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，传统车床加工螺 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。改造时如图2，我们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，
9、从而加工出理想螺距的螺纹。根据其编码方式的不同，光电 码盘可分为增量式光电码盘和绝对式光电码盘，目前国内常用的为增量式光电码 盘。根据光电码盘上刻线条数可分为 1024线、2048 线等，我们常用的为 1024 线即可满足要求。3、刀架部分的改造 目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统车床 刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根据需要对其加以更换。电动刀架可分为卧式转塔刀架（一般安装812把刀）和立式电动刀架，立式电 动刀架有四工位（或六工位），其中每一种刀架又有抬刀刀架（两端齿盘）和免 抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用立式
10、四工 位电动刀架。4、润滑部分的改造 老式传统车床除主轴箱外，导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和油脂 润滑，这对机床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利，在同等驱动下机床运动的 稳定性、灵活性也差一些。在对这些机床改造时一般都要对其润滑部分进行相应的改动，采用稀油集中定 量、定时供油润滑的方式，可分为手控润滑和编程自动润化两种，在机床导轨、 丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。丝杠支承轴承一般采用油脂润滑，如特殊需要和供油充分的条件下也可采用稀油 润滑。5、机床防护机床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。 局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础
11、上增加切削的保护，即增加挡屑装置。全防护即在局部防护的基础上对整个机床 加以封闭，此种防护最难处理，考虑的因素也很多如安装位、防水、美观等。实 际操作起来以前两种最多，也最易操作。在整个机床的改造过程中涉及到许多测试、调试问题，在硬件设备改造安装好好， 需对机床的机械部分进行调整，对插补（直线、圆弧），反向间隙补偿参考点， 螺纹加工等参数进行反复调试，试切工件对参数进行整体优化完全满足生产质量 与精度要求生产稳定运行。通过上述方案改造的普通车床，加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便。 与购买相同配置的数控车床相比，性能价格比高，改造的费用近2万元（不含机 床的费用），而购置同类型的普通数控机床的价格近 5 万元。本次改造最大的收 获是：通过老师的指导，巩固了理论知识，提高了实际动手能力，积累了一定的 机床改造经验。由于不同机床其结构、功能和性能差异很大，在对每台机床数控改造之前，工程 技术人员必须对改造的对象进行充分深入的调查研究，和机床的用户，维修技术 员、以及操作者紧密配合，制定出合理准确的改造方案。根据我们的改造经。总之，良好的开端是成功的一半。只有制定好改造的技术路线和方案，改造的成 功才有保障。
