卧式车床机械部分改造

摘 要：随着激烈的市场竞争，为了企业的生存和发展，以最低最好的质量、最短的时间满足市场需求的不断变化，将传统卧式车床进行改进，使之成为最适宜加工批量、高精度、形状复杂、生产周期短等特点。

关键词：卧式车床；改造；结构

1. 进给轴的改造

传统卧式车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱，获得不同的工件螺距即Z轴运动；走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱，获得不同的进刀量即X轴运动。传统卧式车床改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替。

1.1滚珠丝杠副的选择和布置结构形式

传统卧式车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低，不能适应于高速运动。另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等等，在进行传统卧式车床改造时往往都将其更换为滚珠丝杠副。滚珠丝杠副有以下一些特点：摩擦损失小，传动效率高，可达0.90-0.96；若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性好。但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。

滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和车床空间满足要求，在传统卧式车床改造中多选内循环式双螺母结构。改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近，对有特殊要求的车床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝杠的直径。丝杠导程在满足车床改造后性能的前提下越小，对车床的传动精度越有利。车床的传动精度在保证车床刚性的情况下，与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系，一般在普通卧式车床改造中丝杠副选P4级即可满足要求，特殊精密车床选P3级甚至更高。丝杠副轴承常见的布置形式根据不同的需要可以分为以下几种，如图1-1。

（1）图1-1-a中为一端固定，一端悬空的布置方式。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控车床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。

（2）图1-1-b中为一端固定，一端支承的布置方式。这种安装方式多在丝杠较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承得数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。

（2）图1-1-c和1-1-d中为两端固定的布置方式。这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴承的预紧力预拉伸丝杠，以减少丝杠热变形的影响。这种方式多用在丝杠长度不大得情况，但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、支承刚度以及丝杠装配时的预拉伸量，否则会影响轴承寿命，同时也会因为预加负载得不易控制而增加电机的附加扭矩。

1.2车床导轨

传统卧车车床导轨大多采用的是滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时间后都会有不同程度的磨损，对车床传动精度和其保持性带来很大的影响。因此在对其进行改造的同时必须针对车床导轨状况进行必要的检修处理，对于磨损较严重的更要进行大修，当前国内外数控车床的床身等大件多采用普通铸铁，在改造中充分利用旧床身，为了使改造后的车床有较高的开动率和精度保持性，对车床的导轨修复其精度，主要方法有：

（1）塑料导轨重新粘塑；

（2）使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度；

（3）铸铁导轨精加工；

（4）静压导轨重新调整导轨各处的压力，恢复导轨精度；

（5）直线滚动导轨副。

1.3电机与丝杠的联接

在满足车床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，多将电机与丝杠副通过联轴器直接联接，这要根据改造中实际情况来定。一般对于小型车床由于空间尺寸有限，特别是X轴，电机与丝杠副不能直联，多采用齿轮副或同步带轮来传动；对于大型车床，由于丝杠较长，直径较大，除了要考虑传动力的问题，还要考虑其低速性能及加减速惯量匹配的问题，往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带轮来传动，其传动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等，同步带轮传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。

2. 主轴部分的改造

从理论上讲，电主轴为一台高速电动机，其既可使用异步交流感应电动机，也可使用永磁同步电动机。电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术，通常内置一脉冲编码器，来实现厢位控制及与进给的准确配合。由于电主轴的工作转速极高，对其散热、动平衡、等提出了特殊的要求。在应用中必须妥善解决，才能确保电主轴高速运转和精密加工。

车床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动，消耗车床大部分动力。传统卧式车床由主电动机经皮带传动，经主轴变速箱带动主轴旋转，主轴箱经手动或自动变速获得（9～24）级转速，通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转；而数控卧式车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电机和变频器组成。传统卧式车床在改造时大部分情况下保留原主轴箱，不做改动或少做改动。如需改动则要注意以下几点：

如原主轴含液压操纵主轴的变速、正反转和功能，则需对其增装单独普通电机加以驱动，避免液压系统受到主电机正反转或转速变换而失灵。如不需要原有机械变速换挡时，则需将主轴箱内齿轮组固定在一恒定的速度链上，摩擦片也应焊死以免因为误操作出现事故。

车床能否进行螺纹加工是主轴部分改造的另一重要部分，传统车床加工螺纹时往往是通过挂轮组来完成，加工不同的螺纹则需不同的挂轮组，操作起来十分麻烦。改造时通常在主轴末端或挂轮架处增装一光电编码器，其转速与主轴转速一致，主轴转一周，光电码盘转一转，通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性，从而加工出理想螺距的螺纹。根据其编码方式的不同，光电码盘可分为增量式光电码盘和绝对式光电码盘，目前国内常用的为增量式光电码盘。根据光电码盘上刻线条数可分为1024线、2048线等，常用的为1024线即可满足要求刚。

3. 刀架部分的改造

目前数控卧式车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统卧式车床刀架多为手动、液压驱动或少部分的电动，改造时可以根据需要对其加以更换。

电动刀架可分卧式转塔刀架（一般安装8～12把刀）和立式电动刀架，立式电动刀架有四工位（或六工位），其中每种刀架又有抬刀刀架（两端齿盘）和免抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用立式四工位电动刀架。

4. 部分的改造

老式传统车床除主轴箱外，导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油和油脂，这对车床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利，在同等驱动下车床运动的稳定性、灵活性也差一些。在对这些车床改造时一般都要对其部分进行相应的改动，采用稀油集中定量、定时供油的方式，可分为手控和编程自动润化两种，在车床导轨、丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。丝杠支承轴承一般采用油脂，如特殊需要和供油充分的条件下也可采用稀油闭。

5. 车床的安全防护

必须以安全为前提。在车床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。

卧式车床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。

局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础上增加切削的保护，即增加挡屑装置。全防护即在局部防护的基础上对整个车床加以封闭，此种防护最难处理，考虑的因素也很多如安装位、防水、美观等。实际操作起.来以前两种最多，也最易操作。

结论

本文通过对传统卧式车床的机械部分进行改造，提高了工艺水平和产品质量，减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率及旧设备的利用率。

参考文献

[1]刘文波，等编著.机床数控技术[M].东北大学出版社，2000，（05）

[2]余英良.机床数控改造设计与实例[M].机械工业出版社，1998