C630普通车床数控化改造设计

秦显峰

摘要：对C630普通车床进行经济型数控改造，且主要涉及对C630R的纵向进给系统、横向进给系统、步进电机、机床导轨、刀架以及三爪夹头液压系统改造，利用微机系统对纵，横向进给系统，主轴系统，自动回转刀架进行数字控制。设计方案力求简单，经济，不宜盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单，使用与维修方便。综合考虑性价比。

关键词：普通车床 数控改造 进给系统 滚珠丝杠副 数控刀架

【中图分类号】TG519.1

一、数控车床的发展和现状

随着现代科学技术的迅猛发展，现代机械产品的形状和结构不断改进，计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加一工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多，产品更新换代加速。数控机床代替普通机床是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。

与机床迅猛发展的现状相比，作为机床“心脏部件”的数控系统，2005年销量虽然超过3万台，但处于低档的经济型数控系统占据较大比重。业内专家不无忧虑地表示，国产数控系统近几年虽有很大发展，但仍无法阻止进口数控系统垄断的局面。在我国机床消费额中，进口机床占据了半壁江山，其中绝太多数是数控机床。长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。

二、C630数控步进改造设计的目的及意义

首先，对C630数控步进改造设计后能使其实现数控控制；让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工；提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。其次通过对C630普通车床进行改造能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。

三、总体改造方案

（一）改造任务

采用数控技术对C630普通车床进行自动化和精密化的改造，经改造后的机床能实现车削端面、外圆、螺纹、任意锥面圆弧面、球面等加工。

（二）改造方案确定

1.数控系统的选择

北京凯恩帝数控技术公司针对中国国情开发生产的，控制全数字伺服或步进电机的经济型车床或两轴机械控制用数控系统有以下优点：

（1）控制电路采用了高速微处理器，超大规模定制式集成电路芯片，多层印制电路板，显示器采用了高分辨率的液晶屏，从而使整套系统更为紧凑，体积进一步缩小，同时也使系统的可靠性进一步的提高。

（2）在控制面板上与机床操作面板集成为一体，在控制软件上，将全功能数控系统的机能引入步进机控制系统中，从而使系统具有较高的性能价格比。

（3）具有丝杆螺距误差补偿功能。

（4）可高速加工螺纹，快速退尾，退尾角度可调。

（5）系统配置U盘接口实现系统与U盘之间程序互存。

2.对车床导轨和床鞍配合滑动面的改造

对数控车床来说，导轨除了应该具有卧式车床导轨的精度和工艺性外，还要有良好的耐磨性，并减少因摩擦力而致死区，同时还要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响。

在该项工作中，主要是对贴塑材料的选用和贴接工艺的控制。考虑到性能价格比，选用聚四氟乙烯软带作为粘贴材料。精磨床鞍导轨，大拖板滑动面、调整塞铁滑动面粘贴聚四氟乙烯软带，并进行刮研，使床鞍与大拖板配合精度达到要求。

3.进给系统的改造

按伺服系统分类， 进给传动系统可分为闭环控制、半闭环控制和开环控制系统三类。由于闭环控制系统结构复杂及成本高， 开环控制系统控制精度不高及控制速度低，不予采用。而半闭环控制系统在装配和调整时都比较方便， 在精度上也可以满足一般要求， 所以采用半闭环控制系统的设计方法。

4.刀架改造

数控车床的方刀架可以根据机床的实际尺寸选择，也可以选用厂家生产的成品刀架，下面分别介绍自行设计和选择成品刀架的方法。

鉴于本机床的具体情况，对设计数控刀架的技术要求有如下三方面：1）夹紧力在4000N以上。2）需要进行四个方位的转换选择。3）重复定位精度不大于0.005mm。

4.滚珠丝杠螺母副的选择

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方式，根据螺母的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，结构简单，加工方便。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性也比单螺母的好，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用外循环式双螺母结构。

机床的数控化改造的优缺点总结以下几点：（1）减少投资额，制造周期短。（2）机械性能稳定性可靠所利用的床身箱体、等基础件都是重而坚固的铸造构件性能高，质量好，可以作为新设备继续使用多年。（3）熟悉了解设备便于维修，改造的机床操作者对机床的性能早已了解经过短期培训就可上机操作。（4）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。（5）可以采用最新的控制技术，提高设备质量和档次将旧机床改成当今水平的机床。（6）缺点是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。

车床改造后，实现了半闭环控制系统数控自动化加工，大大提高了加工工效，增强了其适应性，稳定了零件的加工质量，并保留了原有的基本结构和部分工作性能，能节约资金，缩短生产周期，是工厂进行机械设备技术化改造的趋势。

参考文献：

[1] 机械设计手册编写组编.《机械设计手册》（一至三卷）[M]， 北京：化学工业出版社，1992.

[2] 张新义.《经济型数控系统设计》[M]， 济南：机械工业出版社，1979.

[3] 罗学科，谢富春.《数控原理和数控机床》[M]， 北京：化学工业出版社，2003.