- 相關(guān)推薦
機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)論文
機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)論文
【摘 要】本文針對(duì)我國(guó)現(xiàn)存大量傳統(tǒng)機(jī)床、舊機(jī)床無(wú)法滿足技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品革新要求的現(xiàn)狀，結(jié)合筆者的學(xué)習(xí)與研究，詳細(xì)探討了機(jī)床數(shù)控化的技術(shù)改造，以供有關(guān)單位及人員參考。
【關(guān)健詞】機(jī)床;數(shù)控化改造;改造方案;機(jī)械系統(tǒng);選型和設(shè)計(jì);參數(shù)設(shè)計(jì);
1 引言
近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)得到了很快的發(fā)展，提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量及提高生產(chǎn)效率已經(jīng)非常重要。
在各中、大型制造企業(yè)中也有相當(dāng)數(shù)量的傳統(tǒng)機(jī)床，且50%都是使用超過10年以上的舊機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10 年，而我國(guó)大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。
由于使用時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法滿足技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品革新的要求。
要解決以上問題，提高企業(yè)加工能力和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，有兩種根本途徑: (1) 重新購(gòu)置數(shù)控機(jī)床，淘汰舊設(shè)備;(2) 對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行數(shù)控改造。
后者與前者相比，更具優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在:
(1)交貨期短。
尤其是大型機(jī)床和特殊專用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。
一般來(lái)講，改造大型機(jī)床能在較短時(shí)間內(nèi)使機(jī)床投入生產(chǎn)，而購(gòu)買新機(jī)床周期都在半年到一年時(shí)間;
(2)性能更穩(wěn)定。
各基礎(chǔ)件經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度，各功能部件經(jīng)長(zhǎng)期磨合，功能穩(wěn)定，可靠性好;
(3) 設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。
新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來(lái)的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在;
(4) 可以更充分地體現(xiàn)用戶的意愿。
用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等;
(5) 更有利于使用與維護(hù)。
由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力;
(6) 可以更快地獲取最新的更實(shí)用的備件;
(7) 節(jié)省大量投資;
(8) 降低投資風(fēng)險(xiǎn)。
2 機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)
(1) 確定改造方案
對(duì)改造對(duì)象進(jìn)行全面檢查，明確改造目標(biāo)和改造后機(jī)床用途，確定改造方案。
普通機(jī)床數(shù)控化改造總體步驟如圖1 所示。
對(duì)于舊數(shù)控機(jī)床的升級(jí)改造，機(jī)械系統(tǒng)改造較少，主要是電氣控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，以改變系統(tǒng)老化、備件匱乏帶來(lái)的故障率高、維修周期長(zhǎng)的問題。
(2) 機(jī)械系統(tǒng)的改造
普通機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)改造項(xiàng)目多，如圖2 所示。
如普通機(jī)床往往在鑄鐵床身上直接加工出導(dǎo)軌，長(zhǎng)時(shí)間使用出現(xiàn)磨損，影響加工精度，為提高其耐磨性和動(dòng)、靜剛度，可以改造為采用軸承鋼淬硬制成導(dǎo)軌，粘貼緊固到鑄鐵床身上，而后再對(duì)粘貼好的導(dǎo)軌進(jìn)行磨削;改變普通機(jī)床繁瑣的傳動(dòng)鏈，采用步進(jìn)、DC或AC 伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)合滾珠絲杠副的傳動(dòng)形式，使傳動(dòng)鏈大大縮短;增加自動(dòng)換刀裝置; 增加分度工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等輔助功能部件等。
對(duì)于舊數(shù)控機(jī)床的升級(jí)改造，如果機(jī)械部件性能良好，液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等輔助部件性能也都正常，除對(duì)機(jī)械部件做除銹和清潔保養(yǎng)外，無(wú)需做大的更換和修復(fù)。
(3) 數(shù)控系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)
無(wú)論普通機(jī)床的數(shù)控化改造，或是舊數(shù)控機(jī)床的升級(jí)改造，數(shù)控系統(tǒng)的選型、設(shè)計(jì)和安裝都是至關(guān)重要的核心步驟。
舊數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)較多采用: SINUM ERIK7，3，8，850 /880，810; FANUC 7，6，3。
目前，多數(shù)早期型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)的電氣備件已經(jīng)停止供貨，改造時(shí)，基本不考慮保留老系統(tǒng)，而是根據(jù)機(jī)床的現(xiàn)狀、產(chǎn)品生產(chǎn)要求、企業(yè)資金狀況，選擇相應(yīng)的低、中、高檔數(shù)控系統(tǒng)。
如圖3 所示，如果追求品質(zhì)優(yōu)越、穩(wěn)定的數(shù)控系統(tǒng)，可選擇國(guó)外知名品牌的數(shù)控系統(tǒng);國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)也具有性價(jià)比高、維修使用成本低的優(yōu)勢(shì)，在選用時(shí)，建議根據(jù)企業(yè)所在地區(qū)選用。
舊數(shù)控系統(tǒng)大部分帶有老型號(hào)的PLC 邏輯控制系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)改造過程中，要考慮新老系統(tǒng)替換時(shí)的差別，對(duì)PLC 部分輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量和性質(zhì)作出比較精確的估算。
對(duì)于外圍電路的改造，可采取的方案有兩種: ①“接口型改造”，即保留外圍繼電器電路，只對(duì)NC、PLC 進(jìn)行改造，新PLC 不參與外圍電路控制，只處理NC 所需的指令信號(hào)。
此方案改造設(shè)計(jì)、調(diào)試工作量較小;② “徹底改造”，在繼電器邏輯較復(fù)雜、故障率較高、用戶又能提供清楚邏輯圖的情況下，可用新NC 所帶的PLC 將外圍電路全部改造，簡(jiǎn)化了外圍電路，又合理利用了PLC 的控制能力。
此方案可大大簡(jiǎn)化硬件電路，提高可靠性，但改造設(shè)計(jì)、調(diào)試工作量較大。
對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的改造，還應(yīng)注意:①要盡量向一個(gè)著名廠家的型號(hào)系列靠攏，這樣既有利于維修和管理，又利于備件的購(gòu)買，千萬(wàn)不要把企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)搞成“萬(wàn)國(guó)牌”。
②要清楚所選廠家在國(guó)內(nèi)的維修服務(wù)狀況，以免將來(lái)后患無(wú)窮。
(4) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)
如圖4 所示，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)主要包括: 主軸伺服系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的選擇以及配套電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和主軸變頻器的選擇。
對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可選擇與數(shù)控系統(tǒng)配套的驅(qū)動(dòng)器，如FANUC 本身開發(fā)了集成程度很高的多軸驅(qū)動(dòng)器，也可選擇市面上的其他品牌驅(qū)動(dòng)器。
在改造過程中，對(duì)于狀態(tài)良好、價(jià)值很高的老伺服系統(tǒng)，可采取保留驅(qū)動(dòng)裝置和電機(jī)的方案，也可采取只保留功率大、價(jià)格貴、安裝麻煩、狀況良好的電機(jī)，而更換為新型驅(qū)動(dòng)裝置，若保留，還要考慮老伺服系統(tǒng)是否與新數(shù)控系統(tǒng)匹配的問題。
(5) 機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)
對(duì)于機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)，目前數(shù)控系統(tǒng)的要求是增量式脈沖編碼輸入，所以舊機(jī)床所配的感應(yīng)同步尺或旋轉(zhuǎn)變壓器等測(cè)量元件均需用增量式脈沖編碼器、光柵尺代替。
具體方案是: 旋轉(zhuǎn)變壓器基本不能保留，可以采用新型旋轉(zhuǎn)編碼器替代; 感應(yīng)同步器/尺的情況略微復(fù)雜，能改掉盡量改掉，用新型HEIDENHAIN光柵尺和圓光柵替代，但在某些場(chǎng)合，如精密轉(zhuǎn)臺(tái)，會(huì)遇到新的圓光柵不能安裝的問題，西門子為此提供了感應(yīng)同步器/尺信號(hào)到新系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換裝置，但該裝置價(jià)格昂貴，盡量不要選用。
(6) 電柜設(shè)計(jì)
電柜設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容如圖5 所示。
此外，在舊數(shù)控機(jī)床的升級(jí)改造中，還應(yīng)遵循以下原則：一是進(jìn)口數(shù)控機(jī)床電氣柜以及柜內(nèi)的元器件即使使用了若干年，狀態(tài)仍會(huì)優(yōu)于國(guó)內(nèi)甚至合資品牌的元器件，所以，改造高檔進(jìn)口數(shù)控機(jī)床，不建議做大拆大改; 如果電氣柜狀態(tài)比較差，全套更換，在資金允許的情況下，要盡量選擇知名品牌。
在改造方案確定初期，就要根據(jù)電氣改造方案測(cè)定所需的電纜長(zhǎng)度，凡與數(shù)控驅(qū)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)直接相關(guān)的電纜，只選擇原裝電纜;但大型主軸電機(jī)的電力電纜價(jià)格過于昂貴，改造時(shí)不考慮原裝電纜。
(7) 參數(shù)設(shè)計(jì)及設(shè)置
根據(jù)改造方案，查閱數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器說明書，依據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)性能，設(shè)計(jì)、設(shè)置、匹配參數(shù)。
如圖6 示。
(8) 機(jī)電聯(lián)調(diào)和精度控制
這是改造能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
工程人員在這一階段完成機(jī)電聯(lián)調(diào)、數(shù)控系統(tǒng)的最終調(diào)試、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)最佳化調(diào)節(jié)等工作，并為驗(yàn)收做準(zhǔn)備。
驗(yàn)收主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容：①按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，不同類型的機(jī)床相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試切削程序，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣件試切削; ②對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行檢驗(yàn)，可采用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量，機(jī)床位置測(cè)量系統(tǒng)的補(bǔ)償可采用得到的數(shù)據(jù)，從而提高機(jī)床精度。
3 總結(jié)
現(xiàn)代制造技術(shù)快速發(fā)展，高速電主軸、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、直線電動(dòng)機(jī)、大容量刀庫(kù)、虛擬技術(shù)等廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床功能越來(lái)越復(fù)雜，5 軸加工中心、復(fù)合加工設(shè)備( 如車、銑、磨集成) 、特種加工設(shè)備( 激光、真空電子束、噴涂) 等越來(lái)越多。
研究、探索這些數(shù)控設(shè)備性能特點(diǎn)，在其正常工作階段充分利用，通過合理的數(shù)控改造進(jìn)一步挖掘其價(jià)值，提高設(shè)備可靠性，減少維護(hù)費(fèi)用，是隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)的升級(jí)而不斷深入的研究課題。
參考文獻(xiàn):
[1]李猛.機(jī)床數(shù)控技術(shù)[M].北京: 北京航空航天大學(xué)出版社,2009.
[2]李猛.數(shù)控機(jī)床與編程[M].北京: 北京大學(xué)出版社,2009.
[3]陳吉紅.數(shù)控機(jī)床電氣控制[M].武漢:華中科技出版社,2006.
[4]李皓.17 m 龍門移動(dòng)式鏜銑加工中心技術(shù)改造[J].中國(guó)設(shè)備工程,2008( 9) : 56-57.
【機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)論文】相關(guān)文章：
機(jī)床的數(shù)控化改造研究10-26
機(jī)床的數(shù)控化電氣改造設(shè)計(jì)10-26
數(shù)控機(jī)床改造的必要性及技術(shù)要求論文10-08
數(shù)控機(jī)床刀架改造10-07
機(jī)床數(shù)控改造的內(nèi)容及措施10-26
計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床技術(shù)改造10-05