车床机械部件数控改进的探讨

杭州汽车技工学校 严利吉

车床机械部件数控改进的探讨

杭州汽车技工学校 严利吉

应用数控技术改进普通车床是提高产品质量和生产效率，提高旧设备利用率，推广机电一体化技术的重要手段。本文主要对车床主要机械部件数控改进的方法进行探讨。

车床 数控改进 机械部件

我国设备制造行业广泛使用普通车床，但其已不能满足多品种、小批量的生产需求，而数控车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，最适合加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。因此，对车床机械部件数控改进的探讨具有一定的现实意义。

一、车床床身的改进

国内外数控车床的床身大多采用普通铸铁，在改进中，主要是修复普通车床导轨的精度，所以应充分利用旧床身。为了使改进后的车床有较高的加工精度，应提高车床导轨的精度。导轨的修复方法主要有以下几种。

（1）塑料导轨重新粘塑。使用聚四氟乙烯导轨软带可修复塑料导轨，这种导轨软带是以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混合烧结制作而成。修复时，首先将导轨表面加工至表面粗糙度Ra3.2～1.6。有时为了起定位作用，导轨粘贴面加工成0.5～1mm的凹槽，用汽油（也可用金属清洗剂或丙酮）清洗导轨粘贴面后，再用胶粘剂粘合导轨软带，加压1～2h后再合拢到配对的固定导轨或专用夹具上施加一定的压力，在室温下固化24h，即可进行开槽和精加工。

（2）直线滚动导轨副精度调整。滚动导轨的优点是摩擦系数小于0.005，静、动摩擦系数很接近，没有爬行现象，可以使用润滑脂润滑，改进时要重新调整导轨的几何精度并预紧，以恢复其导向精度和承载能力。若无法修复则更换。

（3）铸铁导轨精加工。铸铁导轨的精加工可采用刮削的方法，刮研显点为18～25点/cm2，同时，必须保证其润滑的可靠性。

二、车床主轴的改进

普通车床由主电动机经皮带传动，再经主轴变速箱带动主轴旋转，主轴箱经手动或自动变速可获得各级转速（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进时，大多数都保留原主轴箱，尽量不做改动或少做改动，如必须改动则要注意以下几点。

（1）如果原主轴具有液压操纵主轴的变速、正反转和润滑功能，则需对其增装单独的普通电机进行驱动，避免液压系统受到主电机正反转或转速变换的影响而失效。

（2）如不需要原有机械变速换档时，可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，以免因误操作发生安全事故。

（3）普通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。改进时，通常在主轴末端或挂轮架处加装一光电编码器，其转速与主轴转速一致，主轴转一周，光电码盘转一转，并反馈给控制系统，使进给轴与主轴同步旋转，从而可加工出所要求螺距的螺纹。

三、车床进给轴的改进

普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，加工螺纹时，走刀运动经走刀箱传给丝杠和溜板箱，以获得不同的螺距（即Z轴运动）；加工一般零件时，走刀运动经走刀箱传给光杆和溜板箱，以获得不同的进刀量（即X轴运动）。普通车床数控改进时，一般都拆除走刀箱和溜板箱，而改用进给伺服（或步进）传动链，其传动路径为：

Z轴：纵向电机→减速箱（或连轴器）→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：横向电机→减速箱（或连轴器）→横向滚珠丝杠→横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。

普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比其摩擦阻力大、传动效率低，不适用于高速运转；另外，由于磨损快，造成其精度保持性差和使用寿命低，在进行普通车床数控化改进时往往都将其更换为滚珠丝杠副。滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又将其分为双螺母和单螺母。在普通车床数控化改进中多选择内循环式双螺母结构。

四、车床刀架部分的改进

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。由于普通车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电驱动，改进时可根据需要对其进行更换。可采用收信四工位电动刀架取代普通车床的手动转位刀架，并由数控系统控制。工作时刀架收到微机发来的信号后，在执行过程中，刀架每一次转位、换刀均有刀架上的霍尔元件电路向微机回送当前刀位的信号，由微机进行判断，当刀位满足微机预先设定的要求后，再向微机发送刀架锁紧执行完毕的信号。

五、润滑部分的改进

普通车床除主轴箱外，导轨、丝杠副、光杆等零部件多用油枪定期注油润滑和油脂润滑，这对车床导轨和丝杠副等的精度保持很不利，在同等驱动条件下，车床运动的稳定性和灵活性也较差。在改进时，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。丝杠支承轴承一般采用油脂润滑，如特殊需要及在供油充分的条件下，也可采用稀油润滑。

六、车床防护

在普通车床改进中要根据实际情况采取相应的安全措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘（特别是切屑和硬砂粒）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，以防止硬质颗粒状的异物进入滑动面而损伤导轨。

七、实例

CQ6123机床多用于普通高校、职校的数控加工实验，下面以此机床为例，作如下改装:

①主传动系统不变，取消了螺纹加工系统，改进后的车床不能加工螺纹;②进给系统采用开环控制，纵向进给采用滚珠丝杠传动，横向采用普通螺纹传动;③刀架采用微机控制，能自动转位。改进方案如下图：

图1 数控改进方案简图

1. 纵向进给系统的改进

拆除原进给箱和溜板箱内的传动件、操纵件和其他零部件，只保留箱体。步进电机经一级齿轮减速，驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动纵拖板、小拖板和刀架左右移动，实现纵向进给运动。为了降低改进费用，利用原机床的进给箱改进成一级齿轮减速箱，滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置上，为了便于手动与对刀，在丝杠的右端设有手轮，使用时安装上，不用即卸下，以防造成伤害。原机床拖板予以保留，并设有一螺母座架，安装在拖板上，以实现丝杠螺母与拖板之间的联接。步进电机安装在丝杠的左端原进给箱的位置上，由电机上的止口定位，靠四个螺钉和二个定位销与床体相连。丝杠左右端分别用支架与轴承支承，左端用向心球轴承，右端用推力球轴承支承。

2. 横向进给系统改进

步进电机经一对减速齿轮，驱动丝杠螺母，推动刀架拖板作横向运动，由于小型台式车床丝杠直径太小，成品丝杠无法购买，设计定制价格昂贵。因此采用普通螺纹螺母传动，其传动性能虽稍差一些，但可与纵向所用滚珠丝杠传动方案作一比较，既可取得纵、横向传动性能对比资料，也符合实验教学的需要。

与纵向进给系统一样，保留原横向进给系统中前端的手动机构，以便手动和对刀。步进电机安装在丝杠的后端，由电机上止口定位，通过一盖板固定在床体上，步进电机经一对减速齿轮驱动丝杠，丝杠通过与小拖板相连的丝杠螺母，带动小拖板及刀架的横向进给，为了便于安装步进电机，横向丝杠定制，用一支架延伸大拖板并支承丝杠。

八、结语

总之，为提高车床的加工精度、加工效率和自动化程度，对其电气、机械部分进行改进，在原有基础上进行较大规模的技术更新，将某些机械部分重新加工装配，可以恢复原有的加工精度，提高车床系统的性能。

［1］余英良.机床数控改进设计与实例［M］.2版.北京：机械工业出版社，2006

［2］吴宝萍，范四立，叶静．浅谈旧机床数控化改进［J］．中国设备工程，2003，（6）

［3］王计文．浅析普通机床的数控改进［J］．机床与液压，2006，（5）

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