鏜床電氣控制系統(tǒng)數(shù)字化改造
2017-4-7 來源:齊齊哈爾二機(jī)床集團(tuán)有限公司 作者:賈英明
摘要:鏜床是機(jī)械加工中常用的一種機(jī)床設(shè)備。普通鏜床控制系統(tǒng)中由于沒有誤差補(bǔ)償功能,所以只能靠本身精度來保證加工零件精度。對普通鏜床進(jìn)行控制系統(tǒng)的數(shù)字化改造是一種提高機(jī)床精度、改善控制過程的有效方法。
關(guān)鍵詞:鏜床;控制系統(tǒng);數(shù)字改造
1.數(shù)控改造的必要性
目前,部分機(jī)械制造企業(yè)仍廣泛使用傳統(tǒng)的普通機(jī)床,雖然它能在一定范圍內(nèi)滿足單機(jī)和自動生產(chǎn)線的需要,但由于其控制系統(tǒng)是以繼電器、接觸器的硬連接為基礎(chǔ),技術(shù)上比較落后,直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。鏜床雖具有主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)勢,但鏜床的電氣控制系統(tǒng)存在線路復(fù)雜、故障率高、維護(hù)工作量大、可靠性差、靈活性差等缺點(diǎn),給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便甚至嚴(yán)重影響生產(chǎn)。對鏜床傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造, 在生產(chǎn)線上可明顯提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益,可保證機(jī)床控制的快速性、準(zhǔn)確性、合理性,更好地滿足實際生產(chǎn)的需要。使用 PLC 改造鏜床電氣系統(tǒng)后,去掉了原機(jī)床的 5 只中間繼電器,中間硬件環(huán)節(jié)的減少使線路簡化,電氣故障減少,生產(chǎn)效率得到明顯提高。
2.機(jī)床數(shù)控化改造常用方案
(1)普通機(jī)床的數(shù)顯改造。就是在機(jī)床控制系統(tǒng)中加裝數(shù)顯裝置,這樣可以顯示坐標(biāo)軸的運(yùn)動坐標(biāo),提高操作者對機(jī)床控制能力。
(2)普通機(jī)床的 CNC 化。在普通機(jī)床加數(shù)控系統(tǒng),改造成NC 機(jī)床、CNC 機(jī)床,進(jìn)給軸采用伺服控制裝置和伺服電機(jī),這種改造比較復(fù)雜,機(jī)床改造后實現(xiàn)數(shù)字控制,封閉或半封閉控制系統(tǒng)可以有效提高機(jī)床進(jìn)給精度和自動化程度。
(3)機(jī)床翻新。為提高精度、效率和自動化程度,對機(jī)床的機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新,對機(jī)械部分重新裝配加工,恢復(fù)原精度;對其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 技術(shù)進(jìn)行更新。
(4)技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。為提高性能、檔次,或為了使用新工藝、新技術(shù),在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新,建立 FMS 計算機(jī)柔性制造單元和計算機(jī)集成制造,較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
3.鏜床數(shù)字化改造內(nèi)容
鏜床的主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。鏜床主要用于加工工件上的精密圓柱孔,按用途的不同,鏜床可分為臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床、金剛鏜床等。臥式鏜床的用途很廣,除了對各種復(fù)雜的大型工件如箱體零件、機(jī)體等的鏜孔以外,還可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、車削內(nèi)外螺紋、車外圓柱面和端面、用端銑刀與圓柱銑刀銑削平面等多種工序。因此在這種鏜床上,工件一次安裝后,即能完成大部分表面的加工,有時甚至可以完成全部的加工,特別是在加工大型及笨重的工件時具有優(yōu)勢。

1.支承架;2.后立柱;3.工作臺;4.9 軸;5.平旋盤;6.溜板;7.前立柱;8.主軸箱;9.后尾筒;10.床身;11.下滑座;12.上滑座
圖 1 鏜床的主要結(jié)構(gòu)
普通鏜床的控制過程為了適應(yīng)各種工件的加工工藝要求,主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給都應(yīng)有較大的調(diào)速范圍。因此,采用雙速籠型異步電動機(jī) M1 作為主拖動電動機(jī),并采用機(jī)電聯(lián)合調(diào)速,這樣既擴(kuò)大了調(diào)速范圍又使機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)簡化。進(jìn)給傳動和主軸及花盤旋轉(zhuǎn)采用同一臺電動機(jī)拖動,由于進(jìn)給運(yùn)動有幾個方向(主軸軸向、花盤徑向、主軸垂直方向、工作臺橫向、工作臺縱向),所以要求電動機(jī)能正反轉(zhuǎn),并有高、低速度選擇。高速運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)先低速起動,各方向的進(jìn)給應(yīng)有電氣聯(lián)鎖。進(jìn)給方向均能快速移動。為適應(yīng)調(diào)整需要,機(jī)床采用另一臺快速電動機(jī) M2 拖動,要求主拖動電動機(jī)應(yīng)能正反向點(diǎn)動,并且?guī)в兄苿印榇耍摍C(jī)床采用電磁鐵帶動的機(jī)械制動裝置。
(1)主軸的改造。
目前,數(shù)控機(jī)床的主傳動電機(jī)已經(jīng)基本不再采用普通的交流異步電機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī),它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機(jī)和直流調(diào)速電機(jī)所代替。數(shù)控機(jī)床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍,以保證加工時能選用合理的切削用量,從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的,所以可采用變頻系統(tǒng)。
(2)進(jìn)給軸的改造。
進(jìn)給傳動的要求一般為:高精度,即高的定位精度和重復(fù)定位精度以及加工零件的綜合精度;高品質(zhì),即響應(yīng)快、頻帶寬、動靜態(tài)速降小、調(diào)速范圍寬;高速度,能快速定位以提高效率;大功率,即能輸出大的力矩和功率以滿足加工要求。可采用交流伺服電機(jī)。
(3)潤滑系統(tǒng)改造。
對于潤滑部分普通機(jī)床的潤滑就可以,若要進(jìn)一步數(shù)字化可以把手動潤滑泵改為電子潤滑泵有CNC 及 PLC 控制。
(4)機(jī)床防護(hù)系統(tǒng)改造。
數(shù)控機(jī)床在外觀上與普通機(jī)床的最大區(qū)別在于安全防護(hù),數(shù)控機(jī)床外都有一層防護(hù)板主要是保證操作者的安全,如在加工鑄鐵工件時由于鑄鐵件的特性加工時會導(dǎo)致鐵屑飛濺,尤其是數(shù)控機(jī)床的高速加工,所以在數(shù)控機(jī)床的外層都有防護(hù)。防護(hù)裝置的觀察部分用可用透明樹脂材料,其余部分可用鋁板或薄鐵板。
(5)電氣系統(tǒng)改造。
普通機(jī)床的電氣部分簡單,主要是通過操作者的操作來進(jìn)行加工,而數(shù)控機(jī)床的電氣部分復(fù)雜需要安裝配電柜,建議采用正規(guī)數(shù)控系統(tǒng)。國內(nèi)主要使用日本FANUC 系統(tǒng)或是德國的 SIEMENS 的系統(tǒng),而對于經(jīng)濟(jì)型的也可用國產(chǎn)系統(tǒng),或是單片機(jī)來代替主系統(tǒng)。控制系統(tǒng)現(xiàn)在一般采用 PLC(可編程控制器) 來進(jìn)行控制,PLC 具有靈活、通用、控制功能可變等優(yōu)點(diǎn)。
4.結(jié)語
通過改造的數(shù)字控制鏜床,在設(shè)計上要達(dá)到:有高的靜動態(tài)剛度;運(yùn)動副之間的摩擦系數(shù)小,傳動無間隙;功率大;便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求,還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到設(shè)計要求,才能獲得預(yù)期的改造目的。
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