论文部分内容阅读
摘 要：在经济高速发展的今天，作为国家产业基础的制造业，对生产型数控机床的需求不断增长，且缺口极大。而对中小企业而言，采购满足生产的数控机床整机费用太高，难以承受。而机床数控化改造作为绿色制造的一种新方式，具有节约资源，降低成本，减少碳排放的效果。本文分析了数控化改造的必要性，又以CL6140型普通车床的改造为例，探索车床数控化改造。
关键词：数控化改造；必要性；普通机床；CL6140型普通车床
绿色制造是从环境影响和资源利用等多方面综合考虑的现代化制造方法。目标在于考虑采用什么样的办法和措施使产品从设计、制造、包装、运输、使用和报废处理的生产周期中，对环境的负面影响最小、资源利用率最高和成本最低，使企业经济和社会效益最优化。机床的数控化改造是一项节能环保的绿色制造技术，已经成为研究热点。现在，国内外不少厂家已把目光投向了机床数控化改造，且发展为一行新兴产业，如德国的Schiess公司，美国的Maintenance Service Corp，日本的岗三机械等。
一、数控化改造机床必要性
目前，我国各类机床保有量约800万台，居世界首位，但是服役超过10年的传统机床就占到60%以上，由于技术和功能等方面的原因，老旧机床的报废期将要到来，未来会有大批的机床面临淘汰，其中不乏有机械性能完好的机床，如此多的机床，直接进入高炉冶炼成钢铁，是对资源和人力的一种浪费。那么如何使这些机床发挥其效应，对其数控化改造的绿色再制造是一个不错的选择，不仅可以使机床资源循环利用，减少资源浪费，又可以降低重复冶炼对环境的污染。据不完全统计，在对老旧机床进行改造中，旧件的再制造率能达到90%，成本却只有新产品的50%，而且同时能够节约能源消耗60%和节约原材料消耗70%。这样的方式将在未来成为我国可持续发展中的新模式。
二、机床数控化改造的内容
普通机床的数控化改造就是将普通机床的某些部位进行改造，配置数控系统，使再制造的新机床能够数控加工产品，达到提高生产效率的目的。机床数控化改造的主要内容有：①恢复原有机床功能。通过对机床的故障诊断，评估其性能，分析可利用程度，做对应维护和维修，使之恢复原有功能。②改造机床机械系统。普通机床的机械系统比较复杂，主要通过齿轮传动来实现相应的传动需求，拆除、更换、加装相应部件，重新配置，从而提高机床的自动化水平，使其能够恢复机床的精度。③机床的数控化。在机床上装备数控系统和数显装置，与机械系统有机结合，使新机床能够实现数控化加工产品。④电器系统的改造。普通机床多采用控制功能要求与数控机床的完全不一样，所以原机床电器系统要完全报废拆除，重新按数控化再制造的要求进行设计制作。⑤整机连接调试。普通机床的各部件再制造完成后，要对各个部件进行调试，先对电器控制部分调试，然后在联机调试。
三、CL6140型普通车床的改造
（一）改造定位
CL6140型普通车床是我校购买的主要型号，生产厂家是浙江联强，与CA6140型相比较，主轴箱控制手柄为分立式设置，将高速档和低速档分开，这样使得车床结构简单，操作方便，目前主要做教学用。结合实际情况，对于普通车床的数控化改造来说，主要是以实现教学为目的，不以加工为中心，因此改造方案要遵循的原则是：数控化改造后的车床要求在运行稳定可靠，数控系统合理匹配的前提下对机床改动尽可能少，以降低成本。
（二）机械部分的改造
1.主轴系统的改造。主轴是车床的主要部件，实现车削加工的主运动，要求有良好的刚性和精度，且噪声要低。CL6140型普通车床改造时，主轴箱内变速换挡机构要保留，拆除主轴正、反转及停转控制机构；齿轮传动保留带轮轴至主轴的最短传动路径，传动比尽可能选择为1：1或者接近1：1的，使得传动速度的恒定，降低电机输出功率的损失；拆除其余齿轮和传动轴。
2.进给系统的改造。进给传功主要是实现刀具的纵向和横向进给运动，使得机床能够加工回转体工件表面各种结构，完成零件加工。CL6140型普通车床改造时，将挂轮箱传功齿轮全部拆除；拆除丝杠和光杠，替换为滚珠丝杠螺母副，加设伺服电机做驱动元件，通过联轴器和齿轮减速器实现纵向进给运动；拆除溜板箱机构，保留原有的中滑板手动传动机构，更换丝杠传动为滚珠丝杠螺母副，将伺服电机及减速器置于溜板后方，实现横向进给运动。
3.刀架的改造。刀架是夹持刀具的主要部件。拆除原有手动刀架，更换为外购四刀位自动刀架，实现多刀位夹持和自动换刀功能，完成工件一次性多道工序的加工。
（三）数控部分的改造
1.数控车床工作原理。数控车床加工零件时，需要工具图纸要求，选择合适的毛坯材料，确定切削参数，选择合理的工艺路线，编制符合车床系统要求的加工程序，并输入到数控装置中，数控系统经过数据处理和运算后发出指令，驱动各伺服电机，按设定好的坐标，带动主轴及X轴和Z轴运动，使刀具实现进给运动，并且严格的按照加工程序设定的加工顺序和参数完成轨迹运动，从而加工出符合图纸要求的工件。
2.数控系统的类型。数控系统按运行方式可分为：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统，区别在于有无检测反馈装置，及其安装位置。鉴于CL6140型普通车床改造对加工精度要求不高，为降低成本，我们选择相对便宜的开环控制系统。
3.数控系统的选择。在确定了数控系统的类型后，就要选择采用那一数控系统。目前国内主流数控系统有德国的西门子，日本的法拉克，中国本土的华中数控和广州数控。本次改造在数控系统选择上，以降低成本为主，所以可以选取相对便宜的国产数控系统，如华中数控系统，广州数控系统。
综上所述，机床的数控化改造，是一项符合绿色再制造技术，不仅能够使企业节约生产成本，还能够保护环境和节省资源，符合我国可持续发展战略思想。改造机床要根据实际情况和需要，攻克技术上的难题，使得老旧设备继续发挥作用，延长设备寿命。对要中小企业来说，数控化改造能够为企业节省资金，降低生产经营成本，增强企业的市场竞争力。
参考文献：
[1]王同玲.机床再制造产业的优势和前景[J].湖南农机，2014，2.
[2]韩玉勇，刘云辉，王士柱.机床再制造问题研究[J].现代制造技术与装备，2015，2.
[3]徐玉荣.中小企业普通机床数控化改造可行性探讨[J].工业经济管理，2014，9.
[4]黄河.CA6140普通车床数控改造[J].技术市场，2013，9.
（作者单位：石培晶/陕西科技大学、阿拉善职业技术学院；薛冬/渭南技师学院）
关键词：数控化改造；必要性；普通机床；CL6140型普通车床
绿色制造是从环境影响和资源利用等多方面综合考虑的现代化制造方法。目标在于考虑采用什么样的办法和措施使产品从设计、制造、包装、运输、使用和报废处理的生产周期中，对环境的负面影响最小、资源利用率最高和成本最低，使企业经济和社会效益最优化。机床的数控化改造是一项节能环保的绿色制造技术，已经成为研究热点。现在，国内外不少厂家已把目光投向了机床数控化改造，且发展为一行新兴产业，如德国的Schiess公司，美国的Maintenance Service Corp，日本的岗三机械等。
一、数控化改造机床必要性
目前，我国各类机床保有量约800万台，居世界首位，但是服役超过10年的传统机床就占到60%以上，由于技术和功能等方面的原因，老旧机床的报废期将要到来，未来会有大批的机床面临淘汰，其中不乏有机械性能完好的机床，如此多的机床，直接进入高炉冶炼成钢铁，是对资源和人力的一种浪费。那么如何使这些机床发挥其效应，对其数控化改造的绿色再制造是一个不错的选择，不仅可以使机床资源循环利用，减少资源浪费，又可以降低重复冶炼对环境的污染。据不完全统计，在对老旧机床进行改造中，旧件的再制造率能达到90%，成本却只有新产品的50%，而且同时能够节约能源消耗60%和节约原材料消耗70%。这样的方式将在未来成为我国可持续发展中的新模式。
二、机床数控化改造的内容
普通机床的数控化改造就是将普通机床的某些部位进行改造，配置数控系统，使再制造的新机床能够数控加工产品，达到提高生产效率的目的。机床数控化改造的主要内容有：①恢复原有机床功能。通过对机床的故障诊断，评估其性能，分析可利用程度，做对应维护和维修，使之恢复原有功能。②改造机床机械系统。普通机床的机械系统比较复杂，主要通过齿轮传动来实现相应的传动需求，拆除、更换、加装相应部件，重新配置，从而提高机床的自动化水平，使其能够恢复机床的精度。③机床的数控化。在机床上装备数控系统和数显装置，与机械系统有机结合，使新机床能够实现数控化加工产品。④电器系统的改造。普通机床多采用控制功能要求与数控机床的完全不一样，所以原机床电器系统要完全报废拆除，重新按数控化再制造的要求进行设计制作。⑤整机连接调试。普通机床的各部件再制造完成后，要对各个部件进行调试，先对电器控制部分调试，然后在联机调试。
三、CL6140型普通车床的改造
（一）改造定位
CL6140型普通车床是我校购买的主要型号，生产厂家是浙江联强，与CA6140型相比较，主轴箱控制手柄为分立式设置，将高速档和低速档分开，这样使得车床结构简单，操作方便，目前主要做教学用。结合实际情况，对于普通车床的数控化改造来说，主要是以实现教学为目的，不以加工为中心，因此改造方案要遵循的原则是：数控化改造后的车床要求在运行稳定可靠，数控系统合理匹配的前提下对机床改动尽可能少，以降低成本。
（二）机械部分的改造
1.主轴系统的改造。主轴是车床的主要部件，实现车削加工的主运动，要求有良好的刚性和精度，且噪声要低。CL6140型普通车床改造时，主轴箱内变速换挡机构要保留，拆除主轴正、反转及停转控制机构；齿轮传动保留带轮轴至主轴的最短传动路径，传动比尽可能选择为1：1或者接近1：1的，使得传动速度的恒定，降低电机输出功率的损失；拆除其余齿轮和传动轴。
2.进给系统的改造。进给传功主要是实现刀具的纵向和横向进给运动，使得机床能够加工回转体工件表面各种结构，完成零件加工。CL6140型普通车床改造时，将挂轮箱传功齿轮全部拆除；拆除丝杠和光杠，替换为滚珠丝杠螺母副，加设伺服电机做驱动元件，通过联轴器和齿轮减速器实现纵向进给运动；拆除溜板箱机构，保留原有的中滑板手动传动机构，更换丝杠传动为滚珠丝杠螺母副，将伺服电机及减速器置于溜板后方，实现横向进给运动。
3.刀架的改造。刀架是夹持刀具的主要部件。拆除原有手动刀架，更换为外购四刀位自动刀架，实现多刀位夹持和自动换刀功能，完成工件一次性多道工序的加工。
（三）数控部分的改造
1.数控车床工作原理。数控车床加工零件时，需要工具图纸要求，选择合适的毛坯材料，确定切削参数，选择合理的工艺路线，编制符合车床系统要求的加工程序，并输入到数控装置中，数控系统经过数据处理和运算后发出指令，驱动各伺服电机，按设定好的坐标，带动主轴及X轴和Z轴运动，使刀具实现进给运动，并且严格的按照加工程序设定的加工顺序和参数完成轨迹运动，从而加工出符合图纸要求的工件。
2.数控系统的类型。数控系统按运行方式可分为：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统，区别在于有无检测反馈装置，及其安装位置。鉴于CL6140型普通车床改造对加工精度要求不高，为降低成本，我们选择相对便宜的开环控制系统。
3.数控系统的选择。在确定了数控系统的类型后，就要选择采用那一数控系统。目前国内主流数控系统有德国的西门子，日本的法拉克，中国本土的华中数控和广州数控。本次改造在数控系统选择上，以降低成本为主，所以可以选取相对便宜的国产数控系统，如华中数控系统，广州数控系统。
综上所述，机床的数控化改造，是一项符合绿色再制造技术，不仅能够使企业节约生产成本，还能够保护环境和节省资源，符合我国可持续发展战略思想。改造机床要根据实际情况和需要，攻克技术上的难题，使得老旧设备继续发挥作用，延长设备寿命。对要中小企业来说，数控化改造能够为企业节省资金，降低生产经营成本，增强企业的市场竞争力。
参考文献：
[1]王同玲.机床再制造产业的优势和前景[J].湖南农机，2014，2.
[2]韩玉勇，刘云辉，王士柱.机床再制造问题研究[J].现代制造技术与装备，2015，2.
[3]徐玉荣.中小企业普通机床数控化改造可行性探讨[J].工业经济管理，2014，9.
[4]黄河.CA6140普通车床数控改造[J].技术市场，2013，9.
（作者单位：石培晶/陕西科技大学、阿拉善职业技术学院；薛冬/渭南技师学院）