普通机床数控改造中需注意的若干问题

刘广强， 丁延亮， 苏洪年， 徐锐

（济柴聊城机械有限公司，山东 聊城 252000）

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的要求不断提升，原来的普通机床生产效率低，对个人操作技能要求较高，尤其是目前市场产品更新换代快，普通机床很难保证加工产品质量稳定性，但完全更换全新数控机床势必增加企业生产成本，且存在风险，而对普通机床进行合理的数控改造则是中小型企业的首选，改造后，可由原来的专人专机，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地更换丝杠、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。

2.1 首先明确改造的目的

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，改造后产品加工中的完全操作问题，机床部分配件的动平衡变化是否影响产品的加工精度等。针对如何提升机床的加工性能及自动化程度，则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。

2.2 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，以便根据该依据制定设计任务书，参照原普通机床的出厂精度等级，讨论制定合理切实可行的机床技术参数及改造方案。

2.3 改造过程中需要注意的问题

1）恢复机械导轨精度。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、定量的自动进行，避免发生干摩擦。

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，如需提高传动扭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扭矩。

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，分清先后，避免精密部分反复拆卸。热装及冷装必须根据转动部位合理选择，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，势必降低轴承精度及寿命，安装密封件时，也应根据密封件的材质确定安装方案，避免硬性安装。选择进口的数控系统未必都是合适的，如果不能充分发挥系统的功能反而浪费，宜量力而行，根据实际需求合理选择数据系统，对于一般半闭环的机床，国产系统已完全能替代进口产品，而且性价比较高，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，必须选用有抗拉且柔韧性好的电缆，避免电路虚连的不稳定因素。

6）机床的调试。在机械及电气分开调试完成后再整体试车。当确认机械传动链安装无误后，可先进行手动旋转，利用测试扭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，多次切削加工试件，以检验机床精度的稳定性，在调试的过程中，每次检验后绘出机床导轨的直线度曲线图，同时记录检测室的温度及湿度，通过对比不同时段绘制的曲线图，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 影响机床改造后精度的地基因素

其中对于一些大型或精度要求高的机床，在制作机床基础时，必须根据国家对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重量及占地面积，合理布置钢筋网，为减少周围环境的干扰，预留减震槽。如果机床的基础不合理，出现塌腰现象或与周围物体共振，机床精度势必下降，

4 齐一机床厂立式车床C5112A的数控改造实例

仔细阅读机床原说明书等技术资料，确定立车C5112A数据改造目的与方向，保留机床工作台转速及横梁升降部分原功能，机床立刀架及溜板横向进给部分更换伺服电机，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1.3/1.7 kW，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，滚珠丝杠采用南京艺工FFZD4005-P4及FFZD3205-P4，具体选择参照了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，电机座及丝杠的支撑方式进行重新设计，伺服电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5.5 kW，扭矩为27 N·m的150ST系列的伺服电机，驱动为SD100-5，Z轴采用4.7 kW，扭矩为23N·m的带抱闸功能的伺服电机，驱动为SD100-5；刀架采用国内工艺成熟的烟台环球320×4数控转塔刀架，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。

改造后的机床加工精度高，加工质量稳定；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即可，可节省生产准备时间；机床本身精度高、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。

［1］ 恽达明.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］.武汉：华中科技大学出版社，2013.