普通机床数控改造中需注意的若干问题

■济柴聊城机械有限公司 （山东 252000） 刘广强 丁延亮 苏洪年 徐 锐

普通机床数控改造中需注意的若干问题

■济柴聊城机械有限公司 （山东 252000） 刘广强 丁延亮 苏洪年 徐 锐

普通机床的数控改造需考虑多方面的因素、缺一不可，机床改造后的成败是一个综合结果。到目前为止我国有将近400多万台普通机床，其中有75%的可以进行数控化改造，机床的再制造领域仍处于上升阶段，认真研究分析普通机床的数控改造方案任重道远。

1. 普通机床数控改造的必要性

随着工业经济的发展，人们对产品加工精度及加工外在品质要求的提升，原来的普通机床生产效率低，对个人操作技能要求较高，操作人员的流动性也很难保证普通机床加工产品品质的稳定性。目前市场产品更新换代较快，普通机床很难适应这种变化的节奏，完全更换全新数控机床势必给生产成本带来相当的压力，且存在风险，对普通机床的合理数控改造是中小型企业的首选，可以节省因全部更新造成的能源消耗及污染排放，改造后，可以由原来的专人专机，转换为一人多机，智能控制。

2. 数控改造过程中配置的合理性

机床的数控改造前必须对机床的现状进行合理的评估，从而制定合理的改造方案，避免不必要的配置；另外数控改造绝不是简单的更换一下丝杠，配上数控系统就能完成的工作，要想达到理想的结果必须合理配型。

（1）明确改造的目的：弄清楚究竟是为特定产品，还是仅仅从提升机床品质而改造机床。

如果为特定产品改造机床，以下几个方面需引起注意：改造后行程是否能满足产品的加工要求，原机床的刚性及强度能否符合该产品的加工要求，产品及配套的加工夹具是否在合理的机床承重范围内，改造后是否引起局部的刚性或强度下降，原机床的热传导性是否影响改造后机床的精度，改造后的自动化程度是否适应产品生产工艺流程的节拍，改造后机床部分配件的动平衡变化是否影响产品的加工精度，如何提升机床的加工性能及自动化程度等，这些问题均需参照国家相应类型的精度等级及机床验收标准角度进行改造。

（2）改造前的准备：原始资料的准备，改造前机床的现有几何精度需有明确的数据，以便以此为依据制定明确的设计任务书，参照原普通机床的出厂精度等级，讨论制定切实可行的机床技术参数及改造方案。

（3）改造过程中需要注意的问题：①先要对机械导轨精度进行恢复，至于是否提升该机床的机械精度则取决于加工工件的精度要求。恢复机床导轨精度目前大多采用以下两种方法，研伤导轨的磨削修复或刮研修复，甚至二者相结合。磨削过程中需要避免床身的变形，而刮研工作量较大，周期较长。②降低导轨摩擦力，提高机床的响应速度。对于普通机床铸铁与铸铁相摩擦的地方，采用成熟的新工艺，对导轨面贴塑处理，如果要求高刚性，则需粘贴耐磨铜板或合金铝。对于要求高刚性的机床，可以改滑动导轨为直线滚动导轨，或采用滚动导轨块及镶钢导轨的配合以降低摩擦。③增加集中自动润滑。普通机床一般为手动润滑，有固定的保养周期，对操作人员要求较高，为避免遗漏，改用集中自动润滑后，机床导轨及丝杠的润滑均可定时、定量地自动进行，避免干摩擦的发生。④简化机床机械传动链。尽量缩短传动链的长度，以提高精度及可靠性。电动机与丝杠连接时需采用无反向间隙的弹性联轴器；采用滚珠丝杠的螺旋传动代替原来的普通梯形丝杠，个别大型机床需采用消隙齿轮齿条传动，如需提高传动转矩的地方则采用直连精密行星减速机，或者通过同步带减速增加转矩。⑤机械装配的合理性。装配时必须先确定安装基准，然后根据基准进行装配，分清先后顺序，避免精密部分的反复拆卸，热装及冷装必须根据转动部位的部位合理选择，如安装轴承时，采用轴承加热器，合理预热后，可以无创伤安装，而如果安装不当，势必造成轴承精度及寿命的降低；安装密封件时，也应该根据密封件的材质确定安装方案，避免硬性安装。数控系统的选择未必进口的都是合适的，如果不能充分发挥系统的功能，反而浪费，量力而行，根据实际加工需求，合理选择系统。对于一般半闭环的机床，国产系统已完全能替代进口产品，性价比较高，KND数控、蓝天数控等都是不错的选择。对于闭环的机床，有些国产系统也足以满足一些要求，如蓝天NC110系统等；继电器等电气普通电气元件，应选择一些国内名牌产品，尽量采用市场较流行的新工艺，以提高动作的稳定性，对于一些反复运转的部位，电缆必须选用有抗拉且柔韧性好的，避免电路的虚连等不稳定因素。⑥在机床的调试过程中，应该对机械及电气分开调试完成后，再整体试车。在确认机械传动链安装无误后，可能的话，先进行手动旋转，利用测试转矩大小的变化，检查传动链是否存在隐患。电气调试则必须先空盘测试，各输出继电器无误后，连接电动机，设置好系统各坐标轴的电子齿轮比，检查各坐标轴的硬限位是否有效，机床的软限位是否有效，然后进行机床手动回零，建立机床坐标系。⑦运行机床、检测机床的几何精度，先对机床精度粗调整，在静态几何精度合格后，必须进行试件的多次切削加工，以检验机床精度的稳定性，在调试的过程中，每次检验，绘出机床导轨的直线度曲线图，同时记录检测室的温度和湿度，通过不同时段绘制的曲线图进行对比，找出变化规律，去掉尖端，平缓改进导轨的直线度，直到几天的不同时段仅有微小变化时，调整初期结束。在机床运行几个月最多半年后，再进行一次精调整。

3. 影响机床改造后机床精度的地基因素

对于一些大型或精度要求高的机床，在制作机床基础时，必须根据国家机床地基的标准进行设计，垫层夯实，混凝土严格结合机床的质量及占地面积，合理布置钢筋网，为减少周围环境的干扰，预留减振槽。如果机床的基础不合理，出现塌腰现象，或与周围物体共振，机床精度势必不会稳定。

4. 改造团队人的因素

改造是否成败，人员要合理配置，分工必须明确，职责明确，避免出工不出力，制定合理的激励措施，充分调动所有人的积极性，这样才能缩短改造加工周期，提升改造后机床的品质。

5. 改造应用

笔者结合多年改造经验，简单介绍一下齐一机床厂立式车床C5112A的数控改造过程。

首先弄清机床原说明书等技术资料，确定改造目的与方向，对机床工作台转速及横梁升降部分保留原功能，对机床立刀架及溜板横向进给部分更换伺服电动机，以便实现二轴联动。并且对机床原导轨进行磨削恢复机床导轨的直线度，对镶条作贴塑处理。机床原进给功率1.3/1.7kW，立刀架快速进给范围0.8～86 mm/min，为减少传动链，采用弹性膜片联轴器与丝杠直连，原梯形丝杠更换为精密的滚珠丝杠，滚珠丝杠采用国产南京艺工FFZD4005-P4及FFZD3205-P4，具体选择参照机械设计手册螺旋传动部分，对应的螺母座需重新设计，轴承更换为数控丝杠专用60°接触角轴承，电动机座及丝杠的支撑方式进行重新设计，伺服电动机及驱动部分及数控系统均采用性价比较高的KND100Ti系统，X轴采用5.5kW，转矩为27N·m的150ST系列的伺服电动机，驱动为SD100-5，Z轴采用4.7kW，转矩为23N·m的带抱闸功能的伺服电动机，驱动为SD100-5；刀架采用国内工艺成熟的烟台环球320×4数控砖塔刀架，润滑采用南京贝奇尔的2L集中润滑泵，对原来的润滑点接入自动润滑系统。改造后将机床保养设备点检卡更新相应内容。一般来说，在配件准备齐全的情况下，改造一台C5112立式车床5～7天即可完成机床的调试，且符合国家数控车床精度验收要求。

总之，改造后可提高加工精度，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3～5倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。参考文献：

[1] 刘文娟，姜晶. 金属切削机床[M]. 北京：机械工业出版社，2014.

[2] 张发军. 机电一体化系统设计[M]. 湖北：华中科技大学出版社，2013.

20141210）