企业要在当前市场需求多变,竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品, 以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、 小批量生产要求,数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术,最适宜加 工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序 ,无需对机床作任何调整,因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。 一、机床数控化改造 的必要性 数控机床比传统机床有以下突出的优越性,而且这些优越性均来自数控系统所包含的 计算机的威力。 (一)可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于 计算机有高超的运算能力,可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量,因此可以复 合成复杂的曲线或曲面。 (二)可以实现加工的自动化,而且是柔性自动化,从而效率可比传 统机床提高3～7倍。 由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记住和存储下来,然 后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序,就可实现另一工 件加工的自动化,从而使单件和小批生产得以自动化,故被称为实现了“柔性自动化”。 (三 )加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要“修配”。 (四)可实现多工序 的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。 (五)拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自 律功能,因而可实现长时间无人看管加工。 (六)由以上五条派生的好处。 如:降低了工 人的劳动强度,节省了劳动力(一个人可以看管多台机床),减少了工装,缩短了新产品试制周期 和生产周期,可对市场需求作出快速反应等等。16二、机床与生产线数控化改造的市场 中国 目前机床总量380余万台,而其中数控机床总数只有11.34万台,即中国机床数控化率不到 3%。近10年来,中国数控机床年产量约为0.6～0.8万台,年产值约为18亿元。机床的 年产量数控化率为6%。中国机床役龄10年以上的占60%以上;10年以下的机床中,自动/ 半自动机床不到20%,FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机 床占60%以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床, 而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少 、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、 市场、效益,影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 一些设备、生产线 从国外引进后消化吸收不好,备件不全,维护不当,运转不良;有的引进时只注意引进设备、仪器 、生产线,忽视软件、工艺、管理等,造成项目不完整,设备潜力不能发挥;有的甚至不能启动运 行,没有发挥应有的作用;有的生产线的产品销路很好,但是因为设备故障不能达产达标;有的因 为能耗高、产品合格率低而造成亏损;有的已引进较长时间,需要进行技术更新。 三、数控化 改造的内容及优缺点 机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点: 其一是恢复原功能 ,对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复; 其二是NC化,在普通机床上加数显装置 ,或加数控系统,改造成NC机床、CNC机床; 其三是翻新,为提高精度、效率和自动化程 度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的 CNC系统以最新CNC进行更新; 其四是技术更新或技术创新,为提高性能或档次,或为了 使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新,较大幅度地提高水平和 档次的更新改造。 数控化改造的优缺点: (一)减少投资额、交货期短 同购置新机床 相比,一般可以节省60%～80%的费用,改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般 大型机床改造,只花新机床购置费用的1/3,交货期短。但有些特殊情况,如高速主轴、托盘自 动交换装置的制作与安装过于费工、费钱,往往改造成本提高2～3倍,与购置新机床相比,只能 节省投资50%左右。 (二)机械性能稳定可靠,结构受限 所利用的床身、立柱等基础件 都是重而坚固的铸造构件,而不是那种焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备 继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制,不宜做突破性的改造。 (三)熟悉了解设备、 便于操作维修 购买新设备时,不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然,可以精确地 计算出机床的加工能力;另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修 方面培训时间短,见效快。改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。 (四)可充分利用 现有的条件 可以充分利用现有地基,不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。 (五)可 以采用最新的控制技术 可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备的自动化水平和效率 ,提高设备质量和档次,将旧机床改成当今水平的机床。26 四、数控系统的选择 目前市 场上数控系统的类型比较多,选择前首先应对拟改造的数控机床自身功能有一个充分的了解,可依 据价格合理、技术先进、服务方便的原则选择数控系统。在经济能力许可的情况下,尽量选用名牌 产品。此类数控系统,零件筛选严格,制造工艺规范可靠,出现的因电器元件故障或提前失效引起 的设备故障,有极好的预防作用。而且注重数控系统的功能选择。不应单纯追求数控系统的高性能 指标,这对于实现较高的性能价格比非常重要。数控系统所具有的功能要与准备改造的数控机床所 能达到功能相匹配,尽量减少过剩的数控功能。因为数控系统功能过剩,一方面浪费资金,另一方 面还可能潜伏由于数控系统复杂程度的增加而带来的故障率长高的隐患。 数控系统主要有三种 类型,改造时应根据具体情况进行选择。 (一)步进电机拖动的开环系统 该系统的伺服驱 动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲,经驱 动电路控制和功率放大后,使步进电机转动,通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指 令脉冲的数量、频率以及通电顺序,便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统 不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端,故称之为开环系统,该系统的位移精度主要决定 于步进电机的角位移精度,齿轮丝杠等传动元件的节距精度,所以系统的位移精度较低。 该系 统结构简单,调试维修方便,工作可靠,成本低,易改装成功。 (二)异步电动机或直流电机 拖动,光栅测量反馈的闭环数控系统 该系统与开环系统的区别是:由光栅、感应同步器等位置 检测装置测得的实际位置反馈信号,随时与给定值进行比较,将两者的差值放大和变换,驱动执行 机构,以给定的速度向着消除偏差的方向运动,直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止 。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂,成本也高,对环境室温要求严。设计和调试都比开 环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度,更快的速度,驱动功率更大的特性指标。可 根据产品技术要求,决定是否采用这种系统。 (三)交/直流伺服电机拖动,编码器反馈的半 闭环数控系统 半闭环系统检测元件安装在中间传动件上,间接测量执行部件的位置。它只能补 偿系统环路内部部分元件的误差,因此,它的精度比闭环系统的精度低,但是它的结构与调试都较 闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检 测装置的安装问题。 选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机 的功率和用户的要求。五、数控改造中主要机械部件改装探讨 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 床数控改造时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。 (一)滑动导轨副 对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良 好的耐摩擦、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 36工精度的影响,要有合理的导轨防护和润滑。 (二)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。 (三)滑动丝杠与滚珠丝杠 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。 (四)安全防护 必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施,切不可 忽视。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 可加整体铁板防护罩。大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 滑动面损伤导轨。普通机床数控技术改造探讨@诸小丽$南宁职业技术学院机电工程系!广西 南宁 530003
数控技术;;
改造;;机床企业中传统的普通机床已远远不能满足当今日趋变化的市场需求。根据机床数控化改造的内容、特点及数控系统选择对普通机床数控化改造的方法进行一些探讨。<1> 王计文.浅析普通机床的数控改造
.机床与液压,2000,(5).
<2> 刘淑华.浅谈数控车床主传动系统设计.组合机床与自动化加技术,
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