浅析数控车床性能及加工改造

摘  要：数控车床属于机电一体化设备，其具有较高的自动化程度，在数控车床中运用了自动控制与检测技术、计算机技术等多项先进技术。当前，车床的数控化改造在国内具有广阔的发展空间。基于此，本文首先介绍了数控车床的特点，研究了普通车床的数控改造和设计，阐述了数控车床的加工编程，以期能够对车床的加工改造提供一定参考。

关键词：数控;车床;改造

中图分类号：TG519.1  文献标识码：A     文章编号：2096-6903（2020）08-0000-00

0 引言

当前国内机床的数控率依然相对较低，因此具有较大的上升空间。过去采用普通机床对工件进行生产加工，最终获取工件的质量相对较差，类型缺乏多样性，并且需要耗费大量加工时间，成本投入也相对较高。实践证明使用数控机床可以以上问题得到有效解决，因此对机床进行加工改造十分必要。

1 数控车床的特点

数控车床采用数字化控制，是一种具有程序控制系统的自动化车床。这一控制系统可以对带有控制编码或是其它对应符号指令的程序进行相应的逻辑处理及译码处理，实现对工件的有效加工[1]。数控车床具有以下几方面的特点。第一，具有较高的加工精度，且加工质量较为稳定。第二，变更生产加工零件时，通常仅仅需要对程序作出改变即可，节约了大量生产加工时间。第三，数控车床具有较高自动化程度，能够降低操作人员的劳动强度。第四，能够实现多坐标之间的联动，可以对较为复杂的工件进行加工。第五，数控车床的刚性更大，且加工精度高，具有更高的生产效率。第六，对操作者和维修人员提出更高的技能要求。

2 普通车床的数控改造和设计

2.1 普通车床的数控改造设计

车床的数控改造指的是对原有车床结构实施创造性的设计，从而使其获取更加良好的工作状态。数控车床采用的是机电一体化技术，其机构构造和一般机床之间存在很多类似之处[2]。但现代数控机床并非简单地将数控加入到机床配置中，亦不是将传统机床作为基础，只做局部改进。过去的车床往往存在热变形大、刚性不够等诸多缺点，很难实现数控机床之于工件表面加工质量、生产效率、工件加工精度及其应用年限等要求。现代化数控机床，尤其是加工中心，不管是在主传动系统、刀具系统、进给传动系统或是外观构造和整体结构等方面都发生了较大改观，逐渐形成数控机床自身特有的机械构造。所以，针对一般机床实施数控改造时，需要对各种不同状况进行考虑，确保一般机床的各相关性能可以达到数控机床标准水平。

2.2 数控车床性能与精度的选择

车床的改造需要同时兼具如下两方面条件：首先，车床相关基础件需要具备足够的刚性;其次，改造的成本投入应合理，且具有良好的经济性。实际改造车床之前，需要充分了解車床的各项性能指标。改造之后车床可以加工工件的最大长度和回转直径等通常是不会出现变化的。所加工工件的直线度、粗糙度和平面度等取决于车床原有水平。通常以下精度与性能的选取应在实际改造之前确立。

第一，进给运动。关于进给速度，X向一般在2～100mm/分范围内，Z向一般在8～400mm/分范围内。关于快速移动，X向一般在1.2～3m/分范围内，Z向一般在1.2～4m/分范围内。关于脉冲当量，通常在0.025～0.005mm范围内，一般情况下，X向是Z向的1/2。关于生产加工螺距的实际范围，主要包含可以生产加工的螺距种类，通常螺距在10mm以下均是可以实现的。第二，关于进给运动所采用的驱动方式，通常均是选择步进电机进行驱动。第三，关于进给运动的传动，是否需要使用滚珠丝杠传动加以取代。第四，转速的实际范围、轴变速的方法、是否需要采取数控制动对停车进行控制等。第五，关于刀架，是否需要将自动转位刀架设置其中，如果设置应确立出对应的工位数。第六，其它性能指标的选取。关于间隙补偿与刀具补偿，要想确保更高的生产加工精度，通常需要设定间隙补偿与刀具补偿。关于诊断功能，为了有效规避操作人员出现输入错误以及与之而产生的错误动作，需要在设计数控改造系统的过程中加入相关的硬件与软件，令其可以显示出车床产生故障或是没有发挥实际作用的部位，满足基本的诊断功能需求。

2.3 车床数控改造方案

在数控车床精度及性能等方面完成大体选定之后，可以结合这些确定出具体的改造方案。当前车床的数控改造技术较为成熟，专用化的车床数控改造系统所具有的功能通常都可以使车床的常规生产加工需求得到满足。所以，通常采用的数控车床改造方案是：用滚动丝杠传动取代滑动丝杠传动;将脉冲发生器加入其中，令其可以完成螺纹的生产加工;采用专用的数控车床改造系统;将自动转换刀架加入其中，使其具有自动转换刀具的作用;利用步进电机对相应的进给运动加以驱动。当前采用的经济型专用车床数控改造系统需要具备如下作用与配置：第一，配置相应的步进电机驱动系统，针对控制精度或是脉冲当量通常是：X向是0.005mm，Z向是0.01mm且需要和对应导程的丝杠相匹配。第二，同时兼具循环执行程序、超程警报、单步或是连续执行程序等多项功能。第三，对于主控CPU，使用单片机进行控制，可以实现刀具补偿、代码编程、螺纹生产加工、间隙补偿等方面的功能。第四，大部分生产加工程序主要借助于按键输入，根据代码进行编制，能够针对程度实施现场编辑和修改，并可以执行试运行动作。

3 数控车床的加工编程

3.1 方法

数控编程主要分为两种方式，即自动编程与手工编程。手工编程指的是对加工工件进行工艺分析，实施相应数据计算，将程序输入到数控系统中完成整个编程过程。这种编程方式适合于几何形状相对简单或是点位加工，其计算过程不是十分繁琐，容易编程的工件[3]。自动编程指的是大多数或是所有的程序编程都是通过数控系统来完成，能够使工件加工复杂的问题得到有效解决，是今后数控编程的主要发展方向。但我们也应意识到自动编程是以手工编程作为基础的，自动编程中的很多经验都源自于手工编程，二者之间存在着密不可分的关系。

3.2 步骤

首要步骤是分析工件加工图纸，确立出具体的加工工艺流程。即确立出工件的主要生产加工方法、相关工艺参数和选择的生产加工路线。其次需要对相关数值进行计算。大多数数控系统都具有补刀功能，仅仅需要对轮廓紧邻几何要素交点或是切点对应的坐标值进行计算，获取各相关几何要素起始点、终点以及圆弧圆心对应的坐标值便可。最后，结合计算所得刀具运动轨迹对应的坐标值以及确立的相关生产加工参数和辅助性动作，根据数控系统规定运用的程序段格式以及坐标指令代码，编写工件生产加工对应的程序，同时将其录入到数控系统内。

4 结语

实践表明对普通车床进行数控化改造后，其具有更加良好的稳定性和经济性，车床的改造过程牵涉到计算机、电气与机械等众多领域，是一项具有较深理论性和较强实践性的系统性工程。在具体实施数控化改造的过程中，首先需要将车床改造之前的准备工作做好，实际改造中需要融合机械修理和电气改造等专业知识，遵循“先简单，后困难;先局部，后整体”的基本原则。

参考文献

[1] 张大林.普通车床数控化改造方法及设计探讨[J].江西化工，2011（4）：87-88.

[2] 赵美林.CA6140车床的数控改造[J].机床与液压，2006（4）：208-209+211.

[3] 苗文理.关于数控机床改造方案的方法选择及设计[J].科技致富向导，2008（12）：46-47.

收稿日期：2020-07-10

作者简介：巫怀标（1980—），男，广东潮州人，本科，高级讲师，从事数控专业教学工作。