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摘要：本文主要介绍了针对6325A悬臂铣床数控化改造的机械改造方法。提出了一套能提高机床机械系统传动刚度、效率和自适应能力，降低传动惯量，能够满足数字控制的机械改造方法。
关键词：数控化改造 机械改造 导轨的改造 进给传动改造
1 概述
为了解决数控编程加工实操工位不足的问题，学校对一批南通机床厂生产的X6325A型悬臂铣床进行了数控化改造。该铣床是一种立式悬臂铣床，可用于铣、钻、扩、铰等工序的加工，其进给传动装置主要有梯形螺杆、齿轮、齿条等，由于传动环节多，传动零件的间隙大，其传动刚度、加工精度受到较大限制，自适应能力较差，其加工的吃刀量、进给速度和反向间隙的调整主要由操作工人根据经验进行实时调整，加工效率较低。所以，要实现该机床的数控化控制，除了要配以数控装置外，还必须先对机床的机械部分进行改造。
2 机床的改造方案
受机床改造成本及机床原有结构的限制，不可能对机床的床身结构作太大的改变，所以改造方案是在保持机床原有的结构上，根据数字控制的性能要求，提高基础部件的机械性能，更换无法实现数控自适应要求的零件，并安装相匹配伺服系统和数控装置，方案内容：
①保留机床原有的主传动系统，其主轴变速和转向机构不变。
②改善工作台导轨导向精度，提高导轨的摩擦性能和接触精度。
③拆除工作台X、Y轴原有进给系统，将滑动丝杠更换成滚珠丝杠从而改进传动摩擦特性，提高传动效率，同时更换丝杠的支撑零件，保证丝杠的稳定性，减小传动间隙。
④拆除主轴头上原有的Z向进给系统，加装Z向传动箱和滚珠丝杠。
3 改造的关键技术
3.1 导轨部件的改造
3.1.1 基准导轨面的修整
6325A机床X轴和Y轴方向分别采用的是燕尾导轨和矩形导轨，皆属于滑动导轨类型，由于长期的运动摩擦和集中受力，会出现磨损和变形的情况，在改造前需对导轨的形状精度即直线度进行检测，若发现上述问题，需对基准导轨面进行重磨和硬化处理。
3.1.2 移动导轨面的刮削
刮削的目的一方面是提高导轨的导向精度。导轨的水平方向起支撑作用，刮削导轨的水平面，可调整工作台的移动平面度，使工作台面在移动过程中保持在一个水平面上，保证平面加工的精度。刮削导轨的导向面，能够调整X、Y轴间的垂直度。
另一方面是提高导轨的接触精度，通过刮削的途径将接触度从原来的25×25mm内6～8点提高到25×25mm内11～12点，这样的好处一是能提高接触均匀度，能提高导轨的接触刚度和运动平稳性；二是刮点间隙能有存油的作用，使润滑油均匀分布在导轨接触面间，改善摩擦条件。
3.2 进给传动系统的改造
3.2.1 X轴、Y轴丝杠的更换安装
机床X、Y 两轴原有的传动零件为滑动丝杠，摩擦系数较大，而且没有间隙调整结构，正反向传动的间隙大。将滑动丝杠替换成滚珠丝杠螺母副，能使进给传动的摩擦性能得到较大的改善，摩擦系数大大减小，传动的效率能提高到90%～96%；采取预紧措施后能很好的消除间隙，能够提高传动的刚度，满足数控的自适应要求。
丝杠的安装以导轨为基准，必须保证丝杠轴心线与导轨的平行度。否则，若丝杠轴心与导轨不平行，螺母在移动过程中会迫使丝杠轴线逼近理想位置，使丝杠产生弯曲变形，丝杠对两端产生倾覆力矩。当螺母运行到丝杠两端时，在倾覆力的作用下相互挤压，磨损加剧，严重时会产生沟痕，引起振动，产生导程误差。所以，丝杠装配完成后需要空手盘动丝杠，保证丝杠在传动全程轻便。
3.2.2 丝杠的预紧
根据机床原有的结构特点，本方案为各轴配置了不同预紧类型的滚珠丝杠。X轴方向采用的是双螺母螺纹调隙式预紧，见图1，左右两螺母用平键与外套6相连，其中螺母4外伸部分有螺纹。调整时拧动圆螺母1、2使4沿轴向移动一定距离，消除间隙后用圆螺母锁紧。Y向丝杠采用的是双螺母垫片调隙式预紧，通过双螺母间的垫片使螺母产生轴向位移，产生预紧作用，其预紧力调整由丝杠生产厂家完成。
3.2.3 丝杠的支承结构
X轴丝杠的支承采用一端固定，一端浮动的结构，见图2。紧固端由一对接触角为60度角接触球轴承按背对背方式组合，可承受径向力和双向的轴向力。两轴承的外圈由压盖5沿轴向压紧在支座8的内侧端面上，实现轴承与支座的轴向定位。轴承的内圈由压盖4和垫圈9压紧，实现与丝杠的固定。在轴承间有外圈隔环6，以使两轴承内圈内侧悬空产生预紧量，其预紧力由预圆螺母2施加。丝杠的右端用两个深沟球轴承支撑，主要承受径向力，轴向能作微量浮动。安装后丝杠的跳动和窜动量不可超过0.02mm，否则需对固定端的预紧量进行调整。Y轴的传动距离约为200mm，由于传动距离短，所以采用一端固定一端自由的方式，固定端采用了角接触球轴承背对背的配置结构，与X轴固定端相似。
3.2.4 进给传动结构
各轴进给都采同步齿轮带传动，带轮和传动带有相互配合的齿形，能实现啮合，不会出现打滑现象，传动比准确，传动效率高。带轮与丝杠和电机间采用涨紧套连接，能克服键连接侧向间隙所产生的影响。
3.3 主轴箱的改造
由于铣床主轴头内部空间狭小，无法布置安装丝杠、丝杠支承及电机等零部件，所以通过加装进给传动箱实现丝杠零件的安装，见图3。首先需要在铣头正面铣出平面，用以安装传动箱，并通过刮削保证该面与丝杠箱背面的贴合度，防止丝杠箱的松动影响传动的精度和稳定性。Z轴方向保留主轴套筒的导向结构，套筒15在铣头16的导向孔内上下运动实现导向，Z轴与工作台面的垂直度通过铣头原有蜗杆蜗轮机构调整。套筒与丝杠螺母间通过丝母座连接，需先在套筒上开出安装槽、螺孔和定位销孔。传动箱中轴承孔与丝母座孔的同轴度通过刮削丝母座与套筒安装槽的接触面来调整。
Z轴丝杠用一对角接触球轴承支撑，分别安装在丝杠两端，采用面对面安装，以获得适当的作用点距离。下端轴承安装在轴承座9中，轴承座安装在传动箱底部，可通过均匀分布在圆周上的基米螺钉调整方向，实现轴承与丝杠的同轴度和预紧力微调。轴承的预紧力通过调整内圈隔环8的厚度实现。
4 改造的效果
经过机械改造后，各项精度指标基本达到经济型数控机床的水平。导向精度方面，各轴移动的直线度达到0.015/500mm，各轴间的垂直度达到0.020/300mm，工作台移动相对工作台面的平行度在任意300mm测量长度上小于0.025mm，主轴旋转轴线相对工作台面的垂直度，在纵向及横向都达到0.025/300。传动精度方面，直线运动轴线的定位精度达到0.030mm，各运动轴的重复定位精度达到0.020mm，各轴反向定位精度达到0.025
mm。
5 推广前景
数控机床的机械制造中很好地解决了机械制造中结构复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，数控机床的大量使用，为我国机械制造整体水平的提高提供了广阔的空间。但由于数控机床的前期投资大，使许多中小型企业和职业院校难以承受，这成为了数控机床推广发展的最大障碍。普通机床的数控化改造投入低、周期短，是企业实现前期技术提升的有效途径。
参考文献：
[1]熊军.数控机床原理与结构[M].人民邮电出版社，2013.
[2]苏慧袆.机械装配修理与实训[M].山东科学技术出版社，2007.
[3]孙宝寿.机床改造中影响机床性能的因素分析[J].机械设计与制造，2004.
作者简介：
朱沛欣（1983-），男，广东佛冈人，助理讲师，工学学士，现工作于广州市高级技工学校，主要从事数控机床结构、数控机床装调维修、数控加工编程等方面的教学和研究。
关键词：数控化改造 机械改造 导轨的改造 进给传动改造
1 概述
为了解决数控编程加工实操工位不足的问题，学校对一批南通机床厂生产的X6325A型悬臂铣床进行了数控化改造。该铣床是一种立式悬臂铣床，可用于铣、钻、扩、铰等工序的加工，其进给传动装置主要有梯形螺杆、齿轮、齿条等，由于传动环节多，传动零件的间隙大，其传动刚度、加工精度受到较大限制，自适应能力较差，其加工的吃刀量、进给速度和反向间隙的调整主要由操作工人根据经验进行实时调整，加工效率较低。所以，要实现该机床的数控化控制，除了要配以数控装置外，还必须先对机床的机械部分进行改造。
2 机床的改造方案
受机床改造成本及机床原有结构的限制，不可能对机床的床身结构作太大的改变，所以改造方案是在保持机床原有的结构上，根据数字控制的性能要求，提高基础部件的机械性能，更换无法实现数控自适应要求的零件，并安装相匹配伺服系统和数控装置，方案内容：
①保留机床原有的主传动系统，其主轴变速和转向机构不变。
②改善工作台导轨导向精度，提高导轨的摩擦性能和接触精度。
③拆除工作台X、Y轴原有进给系统，将滑动丝杠更换成滚珠丝杠从而改进传动摩擦特性，提高传动效率，同时更换丝杠的支撑零件，保证丝杠的稳定性，减小传动间隙。
④拆除主轴头上原有的Z向进给系统，加装Z向传动箱和滚珠丝杠。
3 改造的关键技术
3.1 导轨部件的改造
3.1.1 基准导轨面的修整
6325A机床X轴和Y轴方向分别采用的是燕尾导轨和矩形导轨，皆属于滑动导轨类型，由于长期的运动摩擦和集中受力，会出现磨损和变形的情况，在改造前需对导轨的形状精度即直线度进行检测，若发现上述问题，需对基准导轨面进行重磨和硬化处理。
3.1.2 移动导轨面的刮削
刮削的目的一方面是提高导轨的导向精度。导轨的水平方向起支撑作用，刮削导轨的水平面，可调整工作台的移动平面度，使工作台面在移动过程中保持在一个水平面上，保证平面加工的精度。刮削导轨的导向面，能够调整X、Y轴间的垂直度。
另一方面是提高导轨的接触精度，通过刮削的途径将接触度从原来的25×25mm内6～8点提高到25×25mm内11～12点，这样的好处一是能提高接触均匀度，能提高导轨的接触刚度和运动平稳性；二是刮点间隙能有存油的作用，使润滑油均匀分布在导轨接触面间，改善摩擦条件。
3.2 进给传动系统的改造
3.2.1 X轴、Y轴丝杠的更换安装
机床X、Y 两轴原有的传动零件为滑动丝杠，摩擦系数较大，而且没有间隙调整结构，正反向传动的间隙大。将滑动丝杠替换成滚珠丝杠螺母副，能使进给传动的摩擦性能得到较大的改善，摩擦系数大大减小，传动的效率能提高到90%～96%；采取预紧措施后能很好的消除间隙，能够提高传动的刚度，满足数控的自适应要求。
丝杠的安装以导轨为基准，必须保证丝杠轴心线与导轨的平行度。否则，若丝杠轴心与导轨不平行，螺母在移动过程中会迫使丝杠轴线逼近理想位置，使丝杠产生弯曲变形，丝杠对两端产生倾覆力矩。当螺母运行到丝杠两端时，在倾覆力的作用下相互挤压，磨损加剧，严重时会产生沟痕，引起振动，产生导程误差。所以，丝杠装配完成后需要空手盘动丝杠，保证丝杠在传动全程轻便。
3.2.2 丝杠的预紧
根据机床原有的结构特点，本方案为各轴配置了不同预紧类型的滚珠丝杠。X轴方向采用的是双螺母螺纹调隙式预紧，见图1，左右两螺母用平键与外套6相连，其中螺母4外伸部分有螺纹。调整时拧动圆螺母1、2使4沿轴向移动一定距离，消除间隙后用圆螺母锁紧。Y向丝杠采用的是双螺母垫片调隙式预紧，通过双螺母间的垫片使螺母产生轴向位移，产生预紧作用，其预紧力调整由丝杠生产厂家完成。
3.2.3 丝杠的支承结构
X轴丝杠的支承采用一端固定，一端浮动的结构，见图2。紧固端由一对接触角为60度角接触球轴承按背对背方式组合，可承受径向力和双向的轴向力。两轴承的外圈由压盖5沿轴向压紧在支座8的内侧端面上，实现轴承与支座的轴向定位。轴承的内圈由压盖4和垫圈9压紧，实现与丝杠的固定。在轴承间有外圈隔环6，以使两轴承内圈内侧悬空产生预紧量，其预紧力由预圆螺母2施加。丝杠的右端用两个深沟球轴承支撑，主要承受径向力，轴向能作微量浮动。安装后丝杠的跳动和窜动量不可超过0.02mm，否则需对固定端的预紧量进行调整。Y轴的传动距离约为200mm，由于传动距离短，所以采用一端固定一端自由的方式，固定端采用了角接触球轴承背对背的配置结构，与X轴固定端相似。
3.2.4 进给传动结构
各轴进给都采同步齿轮带传动，带轮和传动带有相互配合的齿形，能实现啮合，不会出现打滑现象，传动比准确，传动效率高。带轮与丝杠和电机间采用涨紧套连接，能克服键连接侧向间隙所产生的影响。
3.3 主轴箱的改造
由于铣床主轴头内部空间狭小，无法布置安装丝杠、丝杠支承及电机等零部件，所以通过加装进给传动箱实现丝杠零件的安装，见图3。首先需要在铣头正面铣出平面，用以安装传动箱，并通过刮削保证该面与丝杠箱背面的贴合度，防止丝杠箱的松动影响传动的精度和稳定性。Z轴方向保留主轴套筒的导向结构，套筒15在铣头16的导向孔内上下运动实现导向，Z轴与工作台面的垂直度通过铣头原有蜗杆蜗轮机构调整。套筒与丝杠螺母间通过丝母座连接，需先在套筒上开出安装槽、螺孔和定位销孔。传动箱中轴承孔与丝母座孔的同轴度通过刮削丝母座与套筒安装槽的接触面来调整。
Z轴丝杠用一对角接触球轴承支撑，分别安装在丝杠两端，采用面对面安装，以获得适当的作用点距离。下端轴承安装在轴承座9中，轴承座安装在传动箱底部，可通过均匀分布在圆周上的基米螺钉调整方向，实现轴承与丝杠的同轴度和预紧力微调。轴承的预紧力通过调整内圈隔环8的厚度实现。
4 改造的效果
经过机械改造后，各项精度指标基本达到经济型数控机床的水平。导向精度方面，各轴移动的直线度达到0.015/500mm，各轴间的垂直度达到0.020/300mm，工作台移动相对工作台面的平行度在任意300mm测量长度上小于0.025mm，主轴旋转轴线相对工作台面的垂直度，在纵向及横向都达到0.025/300。传动精度方面，直线运动轴线的定位精度达到0.030mm，各运动轴的重复定位精度达到0.020mm，各轴反向定位精度达到0.025
mm。
5 推广前景
数控机床的机械制造中很好地解决了机械制造中结构复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，数控机床的大量使用，为我国机械制造整体水平的提高提供了广阔的空间。但由于数控机床的前期投资大，使许多中小型企业和职业院校难以承受，这成为了数控机床推广发展的最大障碍。普通机床的数控化改造投入低、周期短，是企业实现前期技术提升的有效途径。
参考文献：
[1]熊军.数控机床原理与结构[M].人民邮电出版社，2013.
[2]苏慧袆.机械装配修理与实训[M].山东科学技术出版社，2007.
[3]孙宝寿.机床改造中影响机床性能的因素分析[J].机械设计与制造，2004.
作者简介：
朱沛欣（1983-），男，广东佛冈人，助理讲师，工学学士，现工作于广州市高级技工学校，主要从事数控机床结构、数控机床装调维修、数控加工编程等方面的教学和研究。