鏜床電氣控制系統(tǒng)數(shù)字化改造
2017-4-7 來源：齊齊哈爾二機床集團(tuán)有限公司 作者：賈英明
摘要：鏜床是機械加工中常用的一種機床設(shè)備。普通鏜床控制系統(tǒng)中由于沒有誤差補償功能，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，部分機械制造企業(yè)仍廣泛使用傳統(tǒng)的普通機床，雖然它能在一定范圍內(nèi)滿足單機和自動生產(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，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.機床數(shù)控化改造常用方案
（1）普通機床的數(shù)顯改造。就是在機床控制系統(tǒng)中加裝數(shù)顯裝置，這樣可以顯示坐標(biāo)軸的運動坐標(biāo)，提高操作者對機床控制能力。
（2）普通機床的 CNC 化。在普通機床加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC 機床、CNC 機床，進(jìn)給軸采用伺服控制裝置和伺服電機，這種改造比較復(fù)雜，機床改造后實現(xiàn)數(shù)字控制，封閉或半封閉控制系統(tǒng)可以有效提高機床進(jìn)給精度和自動化程度。
（3）機床翻新。為提高精度、效率和自動化程度，對機床的機械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機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 計算機柔性制造單元和計算機集成制造，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、機體等的鏜孔以外，還可以完成鉆孔、擴孔、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 M1 作為主拖動電動機，并采用機電聯(lián)合調(diào)速，這樣既擴大了調(diào)速范圍又使機床傳動機構(gòu)簡化。進(jìn)給傳動和主軸及花盤旋轉(zhuǎn)采用同一臺電動機拖動，由于進(jìn)給運動有幾個方向（主軸軸向、花盤徑向、主軸垂直方向、工作臺橫向、工作臺縱向），所以要求電動機能正反轉(zhuǎn)，并有高、低速度選擇。高速運轉(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，機床采用另一臺快速電動機 M2 拖動，要求主拖動電動機應(yīng)能正反向點動，并且?guī)в兄苿印榇耍摍C床采用電磁鐵帶動的機械制動裝置。
（1）主軸的改造。
目前，數(shù)控機床的主傳動電機已經(jīng)基本不再采用普通的交流異步電機或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機和直流調(diào)速電機所代替。數(shù)控機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。
（3）潤滑系統(tǒng)改造。
對于潤滑部分普通機床的潤滑就可以，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）機床防護(hù)系統(tǒng)改造。
數(shù)控機床在外觀上與普通機床的最大區(qū)別在于安全防護(hù)，數(shù)控機床外都有一層防護(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)控機床的高速加工，所以在數(shù)控機床的外層都有防護(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。
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)控裝置與普通機床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機床的要求，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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