基于高职院校实训的普通车床数控化改造的研究与实现

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摘要： 高职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，使其可以重新投入到实训教学当中。本文是高职院校实训设备改造项目中的一个课题，以C616普通车床为例，介绍了较为完整的卧式车床数控化改造方案和具体实施步骤。

Abstract： Higher vocational colleges upgrading and transformation of training equipment are effective means to improve school's training level and increase the number of training equipment with high quality. Upgrading and transformation of machine tools can effectively improve the accuracy and performance and make them used in practical teaching. This paper is a subject about training equipment upgrading and transformation in higher vocational colleges. Taking C616 ordinary lathe as an example, this paper introduces reconstruction scheme of a complete horizontal lathe to numerical control lathe and the concrete implementation steps.

关键词： 数控；实训设备；改造

Key words： NC；training equipment；transformation

中图分类号：G71文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0196-01

1课题提出的背景和意义

数控技术的应用越来越广泛，也带来了大量的人力资源的需求。根据教高[2006]16号文的精神，高职院校的人才培养目标是培养高素质技能型专门人才，培养的学生要具有实践能力、创造能力、就业能力、创业能力的要求。实践能力的锻炼，就成为了高职院校教学的重点。学生在学校的实训内容更是培养这类能力的关键。但是目前很多高职院校的实训设备，还跟不上科技的发展，设备的更新较慢，许多实训设备还是早期的普通机床，不少设备都面临报废。为了增加先进的实训设备并有效的节省资金，对现有设备的更新升级也就成了一个非常重要的课题。普通车床的数控化改造的课题正是在这种背景下提出来的。

2课题研究的目标

对C616普通车床进行升级改造，改造后提升机床的精度和各方面性能。能够完成数控机床的基本操作，可以进行数控机床相关的实训教学。

3课题的详细设计与实现

3.1 C616普通车床主轴箱的改造首先将主轴箱与进给箱之间的挂轮部分去掉，在输出轴一侧安装脉冲编码器，编码器主要用来保证主轴的旋转运动与刀架的切削进给的同步关系，既实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z坐标移动工件一个导程的运动关系。主轴变速采用分段无级调速的方式。利用原机床的主轴交流异步电动机加装变频器和数控单元构成一个变频调速系统。由于交流电动机有转速n与频率f，电动机的级对数p及转差率s之间的关系为n=60f（1-s）/p的特点，通过改变电源的频率f，改变电动机转速。此外主轴的正、反转和制动停止，都由数控指令直接控制电动机实现。

3.2 数控系统的选择及设计计算机数控装置（CNC）是数控机床的中心环节。它通过对加工程序的运行处理，发出控制信号，实现对加工过程的自动控制。采用广州数控GSK980TD车床数控系统。数控系统用摇臂从床身，伸出于床头上方。

3.3 进给系统的改造伺服进给机构的设计是机床数控化改造的主要部分，伺服驱动是机床的执行机构，它负责执行由CNC系统发出的运动命令。机床的伺服控制系统一般可分为开环控制、闭环控制和半闭环控制。开环系统的结构比较简单、造价较为低廉，但是精度、快速性较差；闭环系统精度高、快速性好，单对机床要求较高，造价也昂贵；半闭环系统的结构简单、调整方便，可以应用于中小型机床。从经济性和改造目标的角度考虑，本设计选择采用半闭环系统。

原机床上的进给箱、溜板箱的传动是通过齿轮来实现的，机床的主运动和进给运动都由一台电动机提供，这是不符合我们的设计需要的，所以本设计去掉了进给箱和溜板箱，而保留了大拖板和中拖板。本文的进给运动由进给伺服传动链完成。

原机床的进给丝杠是滑动丝杠，滑动丝杠的摩擦较大，转动效率、精度都较低。滚珠丝杠采用滚动摩擦形式，特点是动作灵敏、装配效率高、传动精度高。所以在充分考虑到改装的精度需求之后，本设计选用滚珠丝杠代替了滑动丝杠。

①纵向进给机构的改造：拆除原来机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座，装上滚珠丝杠及其相应的安装装置，纵向驱动的伺服电机及减速箱安装在丝杠的右端，采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给的整体刚度。纵向运动直接由数控指令获得走刀量和螺距。Z轴的滚珠丝杠直径比原有的丝杠直径大，支承方式不变，这样的改造既能保证传动精度又能保证传动的稳定性。②横向进给机构的改造：拆除原来横向进给的丝杠，换上滚珠丝杠；保留原来的横向手柄机构，横向步进电机和减速箱安装在机床后侧。一般是电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。一般将电机通过法兰盘和大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。横向运动直接由数控指令获得走刀量和螺距。X轴选用的滚珠丝杠直径与原丝杠基本一致，但支承方式由原来的一端固定，一端悬空，改为一段固定，一端径向支撑，所以稳定性增强。③导轨改造：导轨的主要作用是支承和导向。它可以支承车床上的各部分运动部件沿着规定方向运动，所以它的精度和平稳性会直接影响到机床的加工精度和性能。改造过程中要对导轨的磨损度和加工精度进行相关检测，如果不符合设计需要，需要对导轨进行打磨或更换。

3.4 刀架部分的改造C616普通车床的刀架采用手动换刀方式，此种方式效率较低。改造中将原刀架改为四工位电动刀架，这样可以大幅度提高生产效率和定位精度。

3.5 部分的改造为了减少各运动部件的磨损，保证改造后机床的精度，提高机床的稳定性，可以对机床的系统进行改造，增添设备，对机床进行定时定量供油。

4课题成果验收

主要对机床进行各种手动测试，包括各轴运动，刀架，油泵，限位，会令等操作；功能试验，包括各种进给量，刀架转位，重复定位精度，反向间隙等测试；空转试验，长时间运转主轴温升等测试；带负荷试验，包括粗车，重切削，精车等试验。各项测试结果合格，直线度：0.01mm，圆柱度：0.005mm两端直径差：0.005mm等符合要求。

5结束语

对普通机床的升级改造，大大提高了机床的加工精度和使用性能。并可以在节约成本的基础上，增加学校数控类实训设备数量，为学生提供更多的接触和使用数控设备的机会。在改造的过程中，可以让学生参与进来，从而更直观的掌握数控机床的结构和原理，真正的提升了学生的实践能力、就业能力、创造能力、创业能力。

参考文献：

[1]李盛宇．普通车床的数控化改造．电气技术与自动化，2005．

[2]乔建刚，赵华，裴育红．普通机床的数控改造研究．机械管理开发，2002.