引言
數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備，是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，因此有必要提高機(jī)床的數(shù)控化率。
1車(chē)床數(shù)控改造的意義
一是機(jī)床的數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。二是因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。。三是機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍。對(duì)復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
2普通車(chē)床的數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì)
2.1普通車(chē)床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車(chē)床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成(那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論)。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求�，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無(wú)論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過(guò)程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。
2.2數(shù)控車(chē)床的性能和精度的選擇
并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控改造，機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個(gè)條件：第一，機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二，改造的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。在改裝車(chē)床前，要對(duì)機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定。改裝后的車(chē)床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長(zhǎng)度、主電動(dòng)機(jī)功率等一般都不會(huì)改變。加工工件的平面度、直線(xiàn)度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。①軸變速方法、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動(dòng)停車(chē)等。②進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給速度：Z向(通常為8～400mm/min)；X向(通常為2～100mm/min)�？焖僖苿�(dòng)：Z向(通常為1.2～4m/min)；X向(通常為1.2～3m/min)。脈沖當(dāng)量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向?yàn)閄向的2倍。加工螺距范圍：包括能加工螺距類(lèi)型(公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等)，一般螺距在10mm以?xún)?nèi)都不難達(dá)到。③進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng))。④給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是否需要改裝成滾珠絲杠傳動(dòng)。⑤刀架是否需要配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。⑥其他性能指標(biāo)選擇：插補(bǔ)功能：車(chē)床加工需具備直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)功能。刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償功能。顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示，顯示的位數(shù)多少等問(wèn)題要根據(jù)車(chē)床加工功能實(shí)際需要確定，一般來(lái)說(shuō)，顯示越簡(jiǎn)單成本越低，也容易實(shí)現(xiàn)。診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯(cuò)和隨之出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入必要的器件和軟件，使其能指示出機(jī)床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實(shí)現(xiàn)有限的診斷功能。以上是車(chē)床數(shù)控改造時(shí)需要考慮的一些通用性能指標(biāo)，有的車(chē)床改造根據(jù)需要還會(huì)有些專(zhuān)門(mén)的要求，如車(chē)削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車(chē)刀高精度對(duì)刀等，這個(gè)時(shí)候應(yīng)有針對(duì)性的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。
2.3車(chē)床數(shù)控改造方案
當(dāng)數(shù)控車(chē)床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來(lái)確定改造方案。目前機(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專(zhuān)用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿(mǎn)足車(chē)床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車(chē)床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專(zhuān)用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能。
目前較典型的經(jīng)濟(jì)型專(zhuān)用車(chē)床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能：①采用單片微機(jī)為主控CPU，具有直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)、代碼編程、刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償功能、數(shù)碼管二坐標(biāo)同時(shí)顯示、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。②配有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，脈沖當(dāng)量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向?yàn)?.005mm(要與相應(yīng)導(dǎo)程的絲杠相配套)。③加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動(dòng)保護(hù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；可以對(duì)程序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編輯修改和試運(yùn)行操作。④具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機(jī)械極限位置自動(dòng)限位、超程報(bào)警，以及進(jìn)給速度程序自動(dòng)終止等各類(lèi)數(shù)控基本功能。
3數(shù)控車(chē)床的加工編程
3.1方法
數(shù)控編程方法有手工編程和自動(dòng)編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、編寫(xiě)程序單、輸入程序到程序校驗(yàn)等各步驟主要有人工完成的編程過(guò)程。它適用于點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件的加工，以及計(jì)算較簡(jiǎn)單，程序段不多，編程易于實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合等。但對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的零件(尤其是空間曲面組成的零件)，以及幾何元素不復(fù)雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時(shí)計(jì)算數(shù)值的工作相當(dāng)繁瑣，工作量大，容易出錯(cuò)，程序校驗(yàn)也較困難，用手工編程難以完成，因此要采用自動(dòng)編程。所謂自動(dòng)編程即程序編制工作的大部分或全部有計(jì)算機(jī)完成，可以有效解決復(fù)雜零件的加工問(wèn)題，也是數(shù)控編程未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，也要看到手工編程是自動(dòng)編程的基礎(chǔ)，自動(dòng)編程中許多核心經(jīng)驗(yàn)都來(lái)源于手工編程，二者相輔相成。
3.2步驟
首先應(yīng)對(duì)零件圖紙分析，確定加工工藝過(guò)程，也即確定零件的加工方法(如采用的工夾具、裝夾定位方法等)，加工路線(xiàn)(如進(jìn)給路線(xiàn)、對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)等)及工藝參數(shù)(如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和切削深度等)。其次應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。絕大部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)都帶有刀補(bǔ)功能，只需計(jì)算輪廓相鄰幾何元素的交點(diǎn)(或切點(diǎn))的坐標(biāo)值，得出各幾何元素的起點(diǎn)終點(diǎn)和圓弧的圓心坐標(biāo)值即可。最后，根據(jù)計(jì)算出的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)值和已確定的加工參數(shù)及輔助動(dòng)作，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標(biāo)指令代碼和程序段格式，逐段編寫(xiě)零件加工程序單，并輸入CNC裝置的存儲(chǔ)器中。
用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，因此有必要提高機(jī)床的數(shù)控化率。 |
