普通机床的数控化改造

方案的确定。

关键字：数控改造；机械设计；软件设计；硬件设计

0 引言

近年来，各行业对机械加工产品要求越来越高，在这一趋势下，数控机床以高精度、高效率和低劳动强度等诸多优点，称为如今制造业的主流选择设备。在如今高速发展的市场经济下，可以毫不夸张的说，企业机床数控化程度的高低直接影响着企业的生存与否。那些仍然使用大量普通机床的企业，面临着巨大的挑战。它们的主要问题在于两点，一方面大量普通机床闲置浪费，另一方面没有足够的资金购买先进的数控机床。因此，在减低成本的情况下，进行普通机床的数控改造成为最经济、最现实的办法。如今，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。

1 总体方案设计

在数控改造中，从经济性角度出发，在满足功能的前提下，应该尽可能减少对原有机床的机械改动。结合C6140车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对数据进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。如图1所示。

2 主体机械改造

C6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床要把两者分离，即将主传动系统和进给系统的运动分离。分离后，主传动和进给系统的动力分别来自各自的步进电机。为了将两者的运动联系起来，须在主轴上安装一个脉冲发生器。为了提高精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠。在机械实现上拆去进给箱、溜板箱、纵向小拖板，并将横向拖板的丝杠换成滚珠丝杠，丝杠由步进电机来控制。

3 刀架改造

C6140普通车床采用手动换刀，换刀时间长，定位不准，不利于高效生产。数控机床提高效率的重要一点就体现在缩短非切削时间上。因此，还要对C6140普通车床原有刀架进行自动化刀架改造，用以满足更高的车床性能和精度的要求。刀架改造后，由控制系统直接控制，刀架能自动完成抬起、回转、选位、下降、定位和压紧一系列动作，主体机械机构如图2所示，它能够在步进电机的控制下实现，刀架抬起、刀架转位、刀架定位、夹紧刀架等动作。

4主轴脉冲发生器设计

C6140普通车床的主传动系统的精度可以达到数控要求，所以在改造时，保留原有的主传动系统。但为了在车螺纹时保证主运动与进给运动的联系，需要另外加设一个脉冲发生器，脉冲用以控制主轴系统和进给系统的配合动作，从而完成车削螺纹的动作，使得主轴转一转，车刀进给一个螺距，车螺纹控制电路如图3所示。

5 传动装置设计

数控机床的传动装置是指将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动的整个机械传动链及其附属机构。包括齿轮减速器、丝杠螺母副、导轨、工作台等。数控机床传动的设计要求除了具有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。在设计中，主要采取如下措施：

1）采用低摩擦的传动，如采用滚动丝杠以减少摩擦力；

2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率；

3）缩短传动链以及预紧的办法提高传动系统的刚度；

4）尽量消除传动间隙，减少反向死区误差。

6 数控系统硬件电路设计

硬件设计是软件实现的基础，硬件设计的好坏影响着整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行机床数控系统，在C6140普通车床改造中，硬件设计主要包括四部分：

1）中央处理单元CPU；

2）总线。包括数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）；

3）存贮器。包括只读可编程存贮器和随机读写存贮器；

4）I/O输入/输出接口电路。

其中CPU是数控系统的核心，作用是进行数据处理和控制各部分电路协调工作；总线联通CPU与存贮器，是数据传送的桥梁；存贮器用于存放各种系统软件，实现程序调用。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁，实现人机交互功能。

7 结论

随着机械行业和微电子行业的发展，我国数控机床的发展有了很大进步。普通机床在数控化改造后，能够大大降低加工成本，减少工人劳动量，在实际中得到了广泛应用。全功能的数控系统虽然功能丰富，但成本高，中小型企业很难配备，但对原有普通机床进行数控化改造，成本低、见效快，是提高企业生产效率的有效途径。

本位以C6140普通车床的数控改造为例，探索了普通车床数控化改造的一般方法，改造后的车床，可手动、机动操作，操作简单，使用方便，价格低廉，其性能价格比适中；而且还能解决复杂零件的加工精度控制问题，节约大量工装费用，减轻工人的劳动强度，提高工人素质。

参考文献

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