提高数控铣床四轴改造精度探究

摘 要：为了满足教学及技能竞赛的要求，广大高职院校对四轴数控铣床的需求越来越大，除了购买之外升级改造也是行之有效的方法。因此本文针对数控铣床四轴改造的精度提高给予了较为切实可靠的分析研究，在了解其性能和改造特点的基础上分析了四轴改造提高精度的有效方法，并得到处理问题的具体措施。

关键词：数控铣床 四轴改造 精度

前言

数控设备升级改造的现实意义在于功能的增强。原有的电气系统由于受当时技术水平的限制，与现有的系统比较，技术上均较为落后，功能也较弱。用少量的投资对原有数控设备的电气系统进行改造，可使旧设备再生，性能更先进。并且相对添置新设备来说，成本更低。职业院校实训设备的升级改造，是提升学校实训水平，增加高质量实训设备数量的有效手段。对落后或面临淘汰的机床进行改造，能有效的提高它的精度和使用性能，使其在实训教学中发挥更大的作用。许多职业院校在购买数控铣床时因加工零件及教学要求不高，一般的数控铣床就可以完成任务，为了降低生产及教学成本，购进时没有安装旋转工作台（第4轴）。但随着学校及专业的发展以及数控竞赛的赛项要求，对机床要求越来越高，三轴加工不再能达到新的加工要求，给机床增加第4轴功能成了许多职业院校日益紧迫的任务。

一、数控铣床4轴改造的优势

相对于直接购买，数控铣床的四轴改造之所以在职业院校广泛普及，是基于下列优势特点的存在。

1.1成本低，周期短

越是大的数控机床在花费的成本差额上就更为巨大。以大型的数控机床为例，改造的完全花费比起全新购买节省了1/2左右，并且周期短，完工时间很快。

1.2锻炼师资队伍，提高教师的科研水平

在改造过程中，从原数控铣床的诊断、评估，到数控系统及电气元件的选配，再到设备改装，相关教师全程参与。既锻炼了教师业务能力，又提高了教师的科研水平。职业院校自主研发改造数控机床技术，这将是为职教教师提高技能和科研能力的一次革命性创新研究。我院多年来一直致力于通过自有师资力量自主解决数控设备多轴化升级改造这一难题。

1.3快速磨合，减少适应时间

经升级改造过的数控机床由于从前经常使用，改造后又摸清了其各部分的性能，因而后来使用能快速磨合，上手速度较快，减少适应时间，维护和检查都能切中要害，完成修理，一经完成升级改造就立马能实现良性运转。

1.4根据新技术、新工艺的发展趋势来选配系统及装备

有效地完成数控机床升级改造过程，翻新创新技术，根据新技术、新工艺的发展趋势来选配系统及装备，把老旧闲置的机器改装后变成具有新能力的机器。

二、提高数控铣床四轴改造精度的方法

2.1系统检查

在进行设备升级改造之前，我们应对数控机床进行系统检查，以检查结果为依据对机床增加第四轴拿出有效的方案。

2.2修复机床导轨及主轴精度

导轨的作用是导向与承重。导轨的导向精度是机床几何精度的基础，所以数控机床在升级改造时，为了保证精度要求，必須修复导轨的精度。

数控机床运行时，由主轴夹持着工件或刀具参加表面成形运动，对产品质量和生产效率都有重要影响。因而改造时必须修复主轴精度。

2.3机床伺服系统及总体的调试

数控机床伺服系统的调试，主要检查的是机床伺服系统的位置误差、实际速度和实际电流三项。而位置环增益最为直接的表现了数控机床运动坐标性能优劣，并不能够随意的放大，如果可以对位置环增益进行适当调整，则表示其性能为优。一般情况下，数控装置中的位置伺服系统可分为两个部分，一部分是位置反馈环，另一部分是速度反馈环。即数控机床伺服系统中有位置反馈和速度反馈两个回路，可根据伺服机电参数手册进行调试。

数控机床总体的调试是指在机械、电气方面做出调试。不但要从失控数控机床设备上做进一步的修调，尽可能多的消除机械系统之间的间隙，还要从机床电气参数上进行优化，使数控机床电气参数与机械参数契合度达到最优。

2.4数控机床总体性能的优化

一是数控系统参数的优化。系统正常运行后，要对相对应的各坐标轴参数进行优化调整，比如转速、增益等，使数控系统以最佳状态进行运行。

二是机床机械部分的调整。对于数控机床的机械部分，要对其轴间的反向间隙、垂直度和传动系统的精度进行调整，以使机械部分达到最佳的性能运行状态。

三是数控机床精度的补偿。数控机床的精度补偿分为两部分，一是轴间反向间隙补偿，一是丝杠螺距的补偿。因为位置反馈编码器在电动机的末端，半闭环私服系统消除了轴间的反向间歇，但丝杠本身的间隙仍然存在，把该数值输入到数控系统中，即可进行间隙自动补偿。

结束语

本文总结了数控铣床四轴改造的优势，为提高改造精度，提出了有效的整改方法和措施。为了提高改造效果，理应选用高质量的零部件，但也引起价格提升，这就要视具体情况综合考虑。本文对数控机床四轴升级改造的精度提升较为系统地提出了方法，施之于实践，成效优良。

参考文献：

[1]陈金英，牛小铁，石丽娟，等.立式加工中心VDL—1000数控机床增加四轴的研究[J].现代制造技术与装备，2011（3）.

[2]张耀满，于军，王仁德，等.典型数控系统应用技术[M].北京机械工业出版社，2009.

[3]沈军.数控机床改造方案的选择[J].数控设备网，2005（4）.

作者简介：

王小军（1973一），男，讲师，研究方向为机械设计与制造、数控技术。

基金项目：湖南省教育厅科学研究项目（12C1145）