普通机床的经济型数控化改造设计分析

发表时间:2019/8/29   来源:《知识-力量》2019年10月40期   作者:金孝燮
[导读] 普通机床实行数控化改造,是当前中小型机械加工企业提高经济效益,促进技术创新改革的必然趋势,同时也是提高企业生产效率的主要途径。在进行普通机床经济型数控机床改造的过程当中,如何有效选择计算电机参数,合理选择数控系统以及如何设计非标准化电气系统都是需要认真研究的重要课题,本文将针对普通机床的经济型数控化改造的相关设计方案进行分析。
(齐齐哈尔工程学院,161005)
摘要:普通机床实行数控化改造,是当前中小型机械加工企业提高经济效益,促进技术创新改革的必然趋势,同时也是提高企业生产效率的主要途径。在进行普通机床经济型数控机床改造的过程当中,如何有效选择计算电机参数,合理选择数控系统以及如何设计非标准化电气系统都是需要认真研究的重要课题,本文将针对普通机床的经济型数控化改造的相关设计方案进行分析。
关键词:普通机床;经济型;数控化改造;设计方案

 
            引言:
            随着我国制造行业的快速发展,中小型机械制造企业需要面对更加激烈的市场竞争环境,在此背景之下,机械制造企业要想在市场中站稳脚跟,首先需要在保证产品质量的同时,合理降低产品价格,同时通过提高生产效率缩短生产加工时间,更好的满足市场需求。计算制造类企业的加工设备会直接影响到加工产品的综合质量,同时也会对产品的制造周期产生影响,并且直接关系到企业的生产经营效益,正因如此,需要结合生产实际,提高普通机床的生产加工能力,但受到企业自身资金成本原因限制,很难进行大规模更换或者添置新型数控机床设备,同时被替换掉的机床设备无法继续使用也会造成资源浪费问题,这就需要通过利用普通机床经济型数控化改造设计,进而有效提高企业的数控化水平。
            1.普通机床数控化改造基本条件
            1.1基础零部件需要满足刚度要求
            普通数控机床本身具有加高的精确度,这就要求工件定位和刀具的重复定位具有较高的精准度,通常情况下误差不可以超过0.001-0.01 mm这一范围之间,要想满足较高的定位精度要求,就需要机床的相关基础零部件静态刚度和运动刚度能够满足标准要求,才能在数控化改造过程中受到外力也不会轻易变形,保证基础部件具有良好的稳定性。
            1.2数控化改造需要满足经济性原则
            在进行普通机床的数控化改造过程中,主要分为两个重要组成部分,分别是机械的维修与改造;使用新型数控系统替换传统机床控制系统。如果在进行改造时,需要投入的成本资金不超过采购新型机床使用资金的40 %,就说明普通数控机床改造经济性较高,可以进行实际操作。通常情况下,机械制造行业所使用的大型、中型机床,专用机床和重型机床在进行数控化改造时经济性更高。
            2.普通机床数控化改造设计方案
            2.1数控化改造过程中伺服驱动系统、数控操作系统选择
            在机床数控化改造过程中,数控系统的选择属于一项关键性内容,机床数控化改造的最终目的是提高机床运行的稳定性与可靠性,降低运转过程中产生故障的几率。在进行数控系统选择方面,需要综合考虑技术先进性、维护方便性以及价格合理性,不能过于追求性能的提升而忽视其他因素对企业的影响。当前在普通机床数控化改造当中应用效果较好的常见数据系统主要包括日本FANUC数控系统,德国Siemens数控系统等,国内的数控系统生产企业包括华中数控、广州数控等。在数控系统使用方面,企业也可以结合自身需求进行自主设计和研发,自主研发除了能够更加适用于企业机床数控化改造需求,同时也能有效降低经济成本。普通机床的伺服驱动系统主要包括开环方式、半闭环方式以及闭环方式三种,其中半闭环方式与闭环方式能够有效提升伺服控制驱动系统运行的精准度,但由于在使用这两种方式时需要增加位置控制和反馈伺服放大功能,所以在进行设备安装或和调试时复杂性有明显提高,不利于系统最佳动态性能的实现。同时,开环式伺服系统无法进行反馈控制、位置检测功能,因此,在经济性数控化改造过程中使用微机进行控制的步进电机开环式伺服系统技术经济性能更具有优势。


            2.2数控化改造过程中步进电机选择
            在进行普通机床经济型数控改造过程中,通常需要将机床原有的机械传动机构进行拆除,替换成步进电机带动齿轮,实现减速驱动滚珠丝杆,同时传动装置可以带动机床的刀架结构,实现纵向和横向操作。如果步进电机的转矩较大,在各个部件符合相应条件的前提下,也可以不适用减速驱动结构,将机床中的步进电机和丝杆副进行直连。
            2.3数控化改造过程中滚珠丝杆螺母副改造
            为了进一步提高伺服系统传动的精准性、平稳性,使数控化改造后的机床生产精度提升,需要将机床中原有的滑动丝杆螺母副进行替换,在机床中应用摩擦系数较小,运转效率跟高的滚珠丝杆螺母副,通过结合预紧系统,有效提升设备运转时的传动刚度,并且有效控制结构中的间隙问题。
            2.4 数控化改造过程中主轴脉冲编码器安装
            在普通机床数控化改造过程中,离不开螺纹加工,在实际操作时,为有效提高步进电机和主轴旋转的契合度,需要使用现代化切削工艺将螺纹的螺距固定,在螺纹固定后,针对多头等量分度螺纹,需要在主轴的末端设置脉冲编码器,使用这种设备的主要目的是实现主轴旋转产生的角位移动能够通过电脉冲的方式传送到计算机当中,实现对车刀运动、工件运动的有效控制,从而保证普通机床数控化改造后的良好运动性能。
            2.5数控化改造过程中自动转位刀架设计
            刀架是普通机床当中的基础性装置,能够保证机械设备生产加工的精确性,同时也对生产加工效率产生直接影响,在进行普通机床数控化改造过程中,刀架改造至关重要。刀架改造的有效方式为,将机床原有的手动转位刀架拆卸下来,改成自动转位刀架,通过调试提高自动转位刀架的切削精准性,当前在数控系统机床中常见的自动转位刀架包括螺旋形四工位刀架,这种自动刀架能够直接由数控系统进行控制,具有公益可靠、加工生产效率较高等优点。
            2.6数控化改造过程中导轨与主轴变速机构改造
            如果普通机床对生产加工的精确性要求较低,同时机床使用的是开环式控制系统,这种情况先通常不需要对导轨进行改造,同时也不需要进行主轴交流异步电机的改造,利用这一条件能够有效节约数控化改造的投入成本。
            3.普通机床数控化改造经济性分析
            通过应用普通机床数控化改造设计方案,可以有效节省机床改造的资金投入,同时改造时间较短,降低了对正常生产加工的影响。按照价格进行分类,当前机床数控化改造当中常见的两种方式包括经济型和功能型两种,经济型改造方式价格与功能型改造方式价格相差悬殊,因此在中小机械加工类企业中获得了普遍欢迎。普通机床进行数控化改造,省去了新设备使用时对新功能的适应阶段,还能够有效节省设备操作培训费用,降低维修成本。经过数控化改造后的普通机床,生产加工效率将明显提升,可以为机械加工类企业的经济效益增长发挥重要作用。
            结束语:
            通过将普通机床进行经济性数控化改造,能够有效简化原有机床结构,同时提高机床生产的精准性,提升设备钢性,结合先进技术,还能使机床通过执行程序具备一定的自动化加工功能。同时,经济性在数控机床改造当中也有很大优势,能够有效降低设备更新成本投入,提高机械加工制造企业的经济效益。
参考文献
[1]闫向彤,赵璐.普通机床的经济型数控化改造设计[J].机械设计与制造,2009,10:205-206.
[2]罗永顺,曾伟民,甄任贺.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压,2005,06:193-195+203.
[3]曲贵波,赵汉东,乔爽.普通机床的数控化改造初探[J].交通科技与经济,2005,02:55-58.
 
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