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機械社區(qū)

標題: 普通車床的數(shù)控改造方法及設計 [打印本頁]

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作者: 杭州機床維修    時間: 2010-1-24 18:49
標題: 普通車床的數(shù)控改造方法及設計
一,、機床數(shù)控改造的意義
    1,、節(jié)省資金
    機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用,，大型及特殊設備尤為明顯,。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用,，并可以利用現(xiàn)有地基,。
: H- A/ ~' u6 c, N% _    2、性能穩(wěn)定可靠
9 F% i% d2 J  r( L# @    因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效,，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度,。
    3、提高生產(chǎn)效率
9 z5 W+ L* d( R    機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍,。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多,。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期,。
& b+ x  v$ U- r: v4 l0 H1 w二,、普通車床的數(shù)控化改造設計
    機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設計,，最終使機床達到比較理想的狀態(tài),。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處,。然而,，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上,，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制,，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點,，如剛性不足,、抗振性差、熱變形大,、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等,，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量,、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求�,，F(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心,，無論是其支承部件,、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng),、刀具系統(tǒng),、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局,、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化,，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此,，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中,，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近,。
1 u6 z9 r) n7 u3 K+ T* ~三,、數(shù)控車床的性能和精度的選擇
$ e, ]# x1 Q9 o) y    并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造，機床的改造主要應具備兩個條件：第一,，機床基礎件必須有足夠的剛性,。第二，改造的費用要合適,，經(jīng)濟性好,。在改裝車床前，要對機床的性能指標做出決定,。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長度,、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度,、直線度,、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定,。
    1,、軸變速方法、級數(shù),、轉(zhuǎn)速范圍,、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。
: ^8 `- l0 O1 w# }    2,、進給運動
    進給速度：Z向（通常為8～400mm/min）,；X向（通常為2～100 mm/min）。
, G7 S( _2 T( I8 I    快速移動：Z向（通常為1.2～4m/min）,；X向（通常為1.2～3m/min）,。
9 k% t: N" W, A0 t    脈沖當量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向為X向的2倍,。
    加工螺距范圍：包括能加工螺距類型（公制,、英制、模數(shù),、徑節(jié)和錐螺紋等）,，一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達到,。
    3、進給運動驅(qū)動方式（一般都選用步進電機驅(qū)動）,。
    4,、給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。
    5,、刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架,，若配置需要確定工位數(shù)。
! Y5 y) b6 P7 L& C9 \, ^    6,、其他性能指標選擇
: ~1 L  o1 c7 m- \    插補功能：車床加工需具備直線和圓弧插補功能,。
    刀具補償和間隙補償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設置刀補和間隙補償功能,。  
    顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示,，顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實際需要確定，一般來說,，顯示越簡單成本越低,，也容易實現(xiàn)。
    診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯和隨之出現(xiàn)的錯誤動作,，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設計時加入必要的器件和軟件,，使其能指示出機床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實現(xiàn)有限的診斷功能,。
: ~. C$ d, l( ?: M& u    以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標,，有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門的要求，如車削大螺距螺紋,、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾,、車刀高精度對刀等，這個時候應有針對性的專門設計,。
; H9 u( N  \. J四,、車床數(shù)控改造方案選擇
2 ~, G( x) ]% d* O; u    當數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案,。目前機床數(shù)控改造技術已經(jīng)日趨成熟,，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此,，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng),，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動,、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能,、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。
    目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能：
    1,、采用單片微機為主控CPU,，具有直線和圓弧插補,、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能,、數(shù)碼管二坐標同時顯示,、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能,。
    2、配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng),，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm,，X向為0.005mm（要與相應導程的絲杠相配套）。
6 Z' {; }: x7 [( K% ?8 H/ k; b    3,、加工程序大多靠面板按鍵輸入,，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲,；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作,。
! J. H0 n. }: ~4 Z- p% T* ]/ \    4、具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序,、循環(huán)執(zhí)行程序,、機械極限位置自動限位、超程報警,，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能,。
五、車床數(shù)控改造實例
    以CA6140型普通車床數(shù)控化改造例,，它采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案,，改造后的車床進給運動由步進電機A和B驅(qū)動，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)（或床身尾部）和拖板后方,，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動,。     為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副,。當利用原絲杠螺母副時,，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機及減速箱一般裝在床身尾部,，這時連接車床原傳動系統(tǒng)（主軸系統(tǒng)）和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除,，工作時應使處于脫開位置。同理,，脫落蝸桿等原橫向自動進給機構(gòu)若未拆除,，工作時也應使其處于空檔（空擋）位置。改造后的進給脈沖當量的量值靠步進電機步距角,、減速齒輪比,、絲杠導程三者協(xié)調(diào)確定,。三者之間換算關系可以以下式表示：  
    （θ/360）×（ac/bd）×T=δ  
) P6 Z9 e' a( p6 ~; @: @1 y    式中θ——步進電機步聚角（度）；  
2 k, @& z3 v1 g3 O, J    T——所驅(qū)動絲杠導程（mm）;  
    a,b,c,d——齒輪齒數(shù),，當單級減數(shù)時,，令c、d等于1,；  
! r9 [. ], A/ D* z( o& o" i. k+ Y    δ——脈沖當量值（mm）,。
    步進電機的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機床型號來選擇，普通車床（如C6140,、C620等）的數(shù)控改造中多采用0.08——0.15（N·m）靜力矩的步進電機,，如選0.08（N·m）的作為橫向進給電機；選0.15（N·m）的作為縱向進給電機,。
    若需要,，可將原刀架換成自動轉(zhuǎn)位刀架，則可以用程序數(shù)控轉(zhuǎn)換刀具進行切屑加工,。當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時,，首先繼電器K1動作，換刀電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿機構(gòu),，使上刀體上升,。當上刀體上升到一定的高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用,，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)進行選刀,。刀架上方的發(fā)信盤中對應每個刀位都安有一個傳感器，當上刀體旋轉(zhuǎn)到某個刀位時,，該刀位的傳感器向數(shù)控系統(tǒng)輸出信號,，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號與指令刀位信號進行比較，當兩信號相同時,，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位,。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K2吸合,，換刀電動機反轉(zhuǎn),，活動銷在反靠盤上初定位。在活動銷反靠的作用下,，螺桿帶動上刀體下降,，直到齒牙盤咬合，完成精定位,，并通過蝸輪蝸桿鎖緊螺母,，使刀架緊固。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K2釋放,，換刀電動機停轉(zhuǎn),，完成換刀動作,。也可以保留原刀架仍采用手動轉(zhuǎn)換刀具，但在換刀時必須設置程序暫停,。如果需要加工螺紋,，則要在主軸外端或其他適當部位裝上一個脈沖發(fā)生器C，用它發(fā)出脈沖使步進電機準確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生相應的進給運動,，即保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),，車刀移動一個導程。
    上述改造方案中,，不更換絲杠方法當數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,，仍可以加工，但滑動絲杠螺母副容易磨損故需要經(jīng)常檢修,，而且功率和加工精度均不如滾珠絲杠螺母副驅(qū)動方式。另外,，拖板與床身的導軌不夠平行或垂直,，以及兩者之間摩擦力過大，絲杠軸線與導軌間存在平行度誤差等問題均會使驅(qū)動阻力增加,。為了減阻力以提高步進電機的力矩有效率和加工精度,。
. P+ y* Z, P$ P5 v    機床改造完畢后，還應該對其進行安裝調(diào)試及驗收,。一般來說,，應特別注意安裝的位置和基礎，使機床處于良好穩(wěn)定的工作環(huán)境,。其次是全面檢查各器件,、插件的連接情況以及各油路、電路的情況,，再進行數(shù)控系統(tǒng)的連接,。當完成數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)整，具備了機床聯(lián)機通電試車的條件,，可切斷數(shù)控系統(tǒng)的電源,，連接電動機的動力線，恢復報警設定,，準備通電試車,。試車的目的是考核機床的安裝是否穩(wěn)固，各傳動,、操縱,、控制、潤滑,、液壓,、氣動等系統(tǒng)是否正常和靈敏可靠,。改造后的數(shù)控機床的驗收是和安裝調(diào)試工作同步進行的。一臺機床數(shù)控改造完好后的檢測驗收工作是一項復雜的工作,，其試驗檢測手段及技術要求也很高,，它需要使用各種高精度的儀器，對機床的機,、電,、液、氣各部分及整機進行單項性能綜合性能檢測,，包括運行剛度和熱變形等一系列試驗,，其中應特別注意機床數(shù)控功能的檢驗，最后得出該機床的綜合評價,。
& G% j; K* }" s( |0 ?0 b7 O- h, D/ S六,、結(jié)論
    經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性,。其改造涉及到機械,、電氣、計算機等領域,，是一項理論深,、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時,，應該做好改造前的技術準備,。改造過程中，機械修理與電氣改造相結(jié)合,，先易后難,、先局部后全局。

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