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數(shù)控機床刀架改造
數(shù)控機床刀架改造【1】
摘 要：隨著機械制造發(fā)展，企業(yè)為了提高產(chǎn)品效益和質(zhì)量，對普通機床數(shù)字化改造及普通數(shù)控機床升級改造愈來愈重視，因此數(shù)控機床改造有著廣闊的市場和效益，刀架的改造就是其一。
關(guān)鍵詞：電動刀架 數(shù)字化改造
一、數(shù)控機床刀架改造及方案
數(shù)控車床電動刀架是數(shù)控車床的重要功能部件，主要完成零件加工過程中的自動換刀。
使機床在一次裝夾中完成多工序的加工，有效的減少刀具多次裝夾帶來的加工誤差，刀架用于夾持切削用的刀具，其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和切削效率。
因此數(shù)控車床的刀架選擇的好與壞、效率高與低將直接影響到產(chǎn)品的加工時間和質(zhì)量，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對自動刀架的功能及性能要求也越來越高，原有的四工位刀架常常不能滿足盤式零件加工要求。
本篇主要介紹如何用臥式六工位電動刀架取代立式四工位刀架，以提高數(shù)控機床使用性能。
圖 1-1 所示為數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架機電系統(tǒng)，其中包括控制元件、動力源、傳動裝置、刀架體與檢測裝置。
PMC作為控制裝置，通過程序控制電機的起停與正反轉(zhuǎn)，電機作為動力源，通過傳動裝置控制上刀體的抬起、下降與轉(zhuǎn)動，霍爾元件作為檢測元件，檢測上刀體是否到位，到位信號反饋給PMC，共同控制電機的運轉(zhuǎn)。
下面從機械與電氣兩方面做一說明。
二、刀架選擇及安裝
1.刀架選擇
數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。
目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。
立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床;臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。
另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。
電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。
另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的自動回轉(zhuǎn)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。
電動刀架已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，國內(nèi)許多廠家已有定型產(chǎn)品，如：立式四工位刀架、臥式六工位刀架、八工位刀架、十工位、十二工位刀架等，我們在改造時只需要根據(jù)產(chǎn)品加工的工藝要求，選用臥式六工位刀架，如下圖(b)。
2.刀架安裝
與原刀架高度及尺寸相近視，刀架電控系統(tǒng)與原刀架電控系統(tǒng)電平一致，機械參數(shù)可以參考同類機床進行類比，中心高不能過高，低了可以用墊板墊;安裝尺寸也要合適，可以采用過渡件安裝。
3.電氣改造及調(diào)試
電氣控制部分改造分兩步，線路改造和刀架控制梯形圖的編寫。
3.1電氣部分改造
電氣部分，刀架電機主電路不變，原刀架四個刀位輸入信號地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三個可作為六工位刀位信號使用，刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測和控制，信號是BCD碼，X2.4可作為刀架加緊信號輸入，需增加X2.6、X2.5兩個輸入點作為刀位選通信號及刀架電機過載保護輸入端，系統(tǒng)其它電氣控制部分不再改動，下圖為改裝后的原理接線圖。
3.2刀架結(jié)構(gòu)及動作分析
經(jīng)濟型數(shù)控車床刀架式在普通車床六方位刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通六方位刀架一樣：有6個刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)60°時，刀架交換一個刀位，但方刀架回轉(zhuǎn)和刀位號的選擇是由加工程序指令控制的。
下面就以六工位刀架為例來說明其結(jié)構(gòu)與原理，如下圖3.2所示。
3.3刀位信號
3.4自動刀架控制涉及到的I/O信號
PLC輸入信號： X2.1～X2.3：1～6號刀到位信號輸入;X2.4：熱繼電器信號輸入;
X2.5：行程到達信號輸入; X2.6：角度編碼器位置選通信號輸入;
X2.7：電源空開信號輸入; PLC輸出信號： Y2.4：刀架正轉(zhuǎn)繼電器控制輸出;
Y2.5：刀架反轉(zhuǎn)繼電器控制輸出。
電動機的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關(guān)SQ1進行檢測，地址為X2.5。
刀架的分度由刀架電動機后端的角度編碼器進行檢測和控制，信號是BCD碼，分別是X2.1、X2.2、X2.3。
刀具位置選通脈沖信號為X2.6。
電動刀塔過載保護輸入信號為X2.4。
選通信號X2.6為1時表示刀架已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到某個刀位位置，這時的具體刀位號由X2.1、X2.2、X2.3來確定。
3.5電氣設(shè)計要求
機床接收到換刀指令(程序的T碼指令)后，刀架電動機正轉(zhuǎn)進行松開并分度控制，分度過程中要有轉(zhuǎn)位時間的檢測，檢測時間設(shè)定為10s，每次分度時間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報警。
刀架分度并到位后，通過電動機反轉(zhuǎn)進行鎖緊和定位控制，為了防止反轉(zhuǎn)時間過長導(dǎo)致電動機過熱，要求電動機反轉(zhuǎn)控制時間不得超過0.7s。
電動機正反轉(zhuǎn)控制過程中，還要求有正轉(zhuǎn)停止延時時間控制和反轉(zhuǎn)開始的延時時間控制。
自動換刀指令執(zhí)行后，要進行刀架鎖緊到位信號的檢測，只有檢測到該信號，才能完成T代碼功能。
自動換刀過程中，要求有電動機過載、短路及溫度過高保護，并有相應(yīng)的報警信息顯示。
自動運行中，程序的T代碼錯誤(T=0或T>7)時相應(yīng)有報警信息顯示。
3.6控制軟件的設(shè)計
電動刀架控制系統(tǒng)軟件執(zhí)行過程為：換刀系統(tǒng)接收到換刀指令后，系統(tǒng)首先讀取刀號存儲單元中存儲的當前刀位號碼，并將該存儲單元中的刀位號與換刀指令給出的刀位號比較，如果相同，則不需換刀，系統(tǒng)繼續(xù)向下執(zhí)行程序;如果當前刀位號碼與換刀指令給出的刀位號不相同，則PMC的Y2.4腳輸出高電平控制刀架電機正轉(zhuǎn)，并不斷檢測刀位到位信號。
當檢測到刀位到位信號后，PMC的Y2.4腳輸出低電平，停止刀架運轉(zhuǎn)，同時在Y2.5腳輸出高電平，電機反轉(zhuǎn)，同時啟動定時器(電機反轉(zhuǎn)的時間必須嚴格控制，時間過短，刀架無法鎖緊，時間過長，會導(dǎo)致電機過載而燒毀)，延時時間一到， Y2.5腳輸出低電平，電機停止旋轉(zhuǎn)，完成換刀過程。
接下來就要完成FANUC系統(tǒng)PMC刀架控制梯形圖的編制，根據(jù)刀架換刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形圖的編寫。
對一臺特定的數(shù)控機床，只要能滿足控制要求，對梯形圖的結(jié)構(gòu)、規(guī)模并沒有硬性的規(guī)定，我們可以按思路和邏輯方案進行編程。
但理想的梯形圖程序除能滿足機床的控制要求外，還應(yīng)具有最少的步數(shù)、最短的處理時間和易于理解的邏輯關(guān)系。
3.7調(diào)試
3.7.1順序程序的輸入、調(diào)試
3.7.2系統(tǒng)運行
機械選型安裝和電氣設(shè)計連接完成后，經(jīng)過檢查就可以通電試驗，這些工作做完以后，車床刀架的升級改造工作就完成了。
數(shù)控機床改造【2】
【摘要】數(shù)控機床的改造在機械加工行業(yè)中應(yīng)用越來越廣,近年來用戶對數(shù)控機床的認知能力進一步提高,對此需求也進一步增加，機床數(shù)控化改造成為新的經(jīng)濟增長行業(yè)。
本文簡要介紹了數(shù)控機床的改造分析，并對數(shù)控機床改造的特點和常用方法進行了闡述。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控;機床;數(shù)控化改造;特點和方法
1 機床數(shù)控化改造分析
一臺舊設(shè)備使用到一定年頭后，必然會故障頻繁發(fā)生、維修困難、生產(chǎn)效率降低、加工精度不穩(wěn)定、甚至完全停機。
對這樣的設(shè)備是采取徹底報廢、還是經(jīng)過中大修數(shù)控改造?做出這種決定之前，首先要對現(xiàn)有設(shè)備的剩余使用價值作出評估。
例如一臺加工中心，主要構(gòu)成的機電部件有：①CNC系統(tǒng)及操作子系統(tǒng);②伺服系統(tǒng)(包括電動機);③機床電氣;④機械本體(床身、立柱、導(dǎo)軌和絲杠等);⑤刀庫機械手系統(tǒng);⑥自動工作臺交換系統(tǒng)(APC)等。
每一個子系統(tǒng)根據(jù)實際情況，都可以作出相應(yīng)剩余使用價值評估。
例如根據(jù)伺服系統(tǒng)的磨損程度，如果繼續(xù)留用，應(yīng)考慮整修后還有50%以上剩余價值;但考慮到新更換數(shù)控系統(tǒng)的匹配及追求好的伺服特性，即使舊的伺服系統(tǒng)沒有完全損壞，或預(yù)計繼續(xù)使用壽命不會太長，也可考慮徹底更換。
機械部件的剩余價值一般都占較高比例，多項工程實踐表明，一臺高質(zhì)量機床的機械大件磨損是有限的。
例如改造過的70年代美國臥式加工中心，X方向行程1臺為1.5m、1臺為2.5m，導(dǎo)軌的直線度和扭曲都能調(diào)整到0.008mm/1000mm，導(dǎo)軌本身沒有進一步修磨。
機械手刀庫部件易損件集中在幾個零件上(如手爪、插銷等)，即使重新更換花費也不多，因此機械部件都占有較高剩余價值。
2 數(shù)控機床改造的特點
2.1 投資額少、交貨期短同購置新機床相比,一般可以節(jié)省60 % - 80 %的費用,改造費用低,特別是大型、特殊機床尤其明顯。
一般大型機床改造,只是新機床購置費用的1/ 3 。
即使有些特殊情況,如高速主軸、托盤自動交換裝置的制造與安裝過于費工、費錢,改造成本也高2 - 3倍,但與購置新機床相比,也能節(jié)省投資50%左右。
另外可以根據(jù)實際情況進行針對性的改造，交貨期縮短。
2.2 機械性能穩(wěn)定可靠 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而兼顧的鑄造構(gòu)件,而不是那種焊接構(gòu)件,改造后的機床性能高、質(zhì)量好,可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。
2.3 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時,不了解新設(shè)備是否滿足其加工要求。
改造則不然,可以精確地計算出機床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者對機床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短,見效快。
改造的機床一安裝好,就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。
2.4 可采用最新的控制技術(shù)可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時地提高生產(chǎn)設(shè)備地自動化水平和效率,提高設(shè)備和檔次,將舊設(shè)備改成當今水平的機床。
充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基,不必像購置新設(shè)備時那樣需要重新構(gòu)筑地基。
因此可節(jié)約費用,降低改造成本,同時也可縮短生產(chǎn)準備周期。
3 提高數(shù)控機床改造精度的常見方法
數(shù)控機床在設(shè)計上要達到高的靜動態(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)盡量達到上述要求,還應(yīng)對主要部件進行相應(yīng)的改造使其達到一定的設(shè)計要求,才能獲得預(yù)期的改造目的,常見的機床改造方法如下：
3.1 修復(fù)機床導(dǎo)軌精度
導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向與承載。
導(dǎo)軌在空載和在切削條件下運動時,都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。
是機床幾何精度的基礎(chǔ),所以,機床在改造時,為了達到預(yù)期的精度要求,往往必須修復(fù)導(dǎo)軌精度。
對不同形式導(dǎo)軌,大概修理方法如下:
3.1.1 使用環(huán)氧型耐磨導(dǎo)軌涂層修復(fù)導(dǎo)軌精度:工作臺導(dǎo)軌的涂層,就是床身導(dǎo)軌的拓印,它的配合精度必然很高,簡化了工藝,縮短了制造周期。
應(yīng)用于機床改造更為便利,效果顯著。
3.1.2 鑄鐵導(dǎo)軌:鑄鐵導(dǎo)軌的精加工是用刮削的方法得到的,刮研顯點為18 ―25 點/ 平方厘米,同時,必須保證潤滑的可靠性。
這樣才能盡可能的減小摩擦,以及對位置控制精度的影響。
3.2 恢復(fù)主軸精度
主軸是主軸組的重要組成部分。
機床工作時,由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運動,對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率,有重要影響。
所以,改造時必須修復(fù)主軸的精度。
對于精度超差的主軸拆卸以后應(yīng)對其進行全面檢查,以便確定修理方案。
但大多需要更換主軸軸承、重新調(diào)整軸承的間隙調(diào)整和預(yù)緊。
調(diào)整后應(yīng)進行溫升實驗,溫升超過規(guī)定值,應(yīng)減少預(yù)緊量。
當主軸軸承重新裝配好后,用千分表和標準檢驗棒,檢查主軸錐孔中心線是否和主軸的回轉(zhuǎn)中心重合,如果相差較大,則必須用專用的磨頭,重新磨削主軸錐孔,使其回轉(zhuǎn)中心同主軸的回轉(zhuǎn)中心完全重合。
3.3 修復(fù)或更換滾珠絲杠
絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度，滾珠絲杠作為當代數(shù)控機床進給的主要傳動機構(gòu),以其長壽命、高剛度、高效率、高靈敏度、無間隙等顯著特點而得以廣泛應(yīng)用,成為各類數(shù)控機床的重要配套部件。
基本上現(xiàn)代的數(shù)控機床都采用了滾珠絲杠,但在改造時,一定要恢復(fù)其傳動精度,或干脆更換新的或更高精度的滾珠絲杠,只有這樣才能保證改造后的定位精度,尤其是在半閉環(huán)系統(tǒng)中,絲杠不僅要起到傳動作用,還要起到標尺的作用,編碼器只是測量絲杠的轉(zhuǎn)數(shù),至于工作臺實際行走的距離,相當于開環(huán),只能靠滾珠絲杠本身的精度保證。
3.4 利用精密儀器檢測機床精度
可以結(jié)合具體的機床改造過程,利用先進的激光干涉儀測量系統(tǒng),對機床的定位精度進行測量,并利用球桿儀快速檢查機床精度,診斷誤差來源,自動分析機床精度狀態(tài),檢查出反向間隙、垂直度、直線度、周期誤差、伺服不匹配、傳動鏈磨損等,根據(jù)檢測結(jié)果,進行必要的分析,再結(jié)合資金投入、新技術(shù)應(yīng)用等因素確定必要的改造、修理方案。
在調(diào)整機床參數(shù)時,尤其是伺服驅(qū)動參數(shù),可根據(jù)球桿儀的檢測結(jié)果,進行系統(tǒng)優(yōu)化,使機床參數(shù)更合理,系統(tǒng)更穩(wěn)定。
在改造完成后,利用激光干涉儀對定位精度進行測量,并根據(jù)情況進行適當?shù)难a償,可以大大提高機床的定位精度和加工精度。
3.5 減少傳動環(huán)節(jié)的間隙
一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。
為了保證傳動精度,數(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。
在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙傳動,因而改造時,機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求,以保證機床加工精度。
如果進給傳動系統(tǒng)中有蝸輪蝸桿傳動,一定要注意,調(diào)整好反向間隙,否則,很可能直接影響機床性能。
另外,如果進給傳動系統(tǒng)中有同步齒形帶,也必須進行適當?shù)恼{(diào)整或更換,尤其是在采用半閉環(huán)系統(tǒng)中,若此部分不在控制環(huán)內(nèi),將直接影響機床的定位精度。
4 結(jié)論
為了能夠大幅度提高數(shù)控機床改造后的性能,升級為先進的高端機床,有時需要使用高性能和高可靠的新型功能部件。
但往往價格非常昂貴,使用時一定要根據(jù)實際情況,慎重選擇。
本文對數(shù)控機床改造從實際情況分析入手，對數(shù)控機床改造特點和提高改造精度的常見方法進行了較全面的論述,對數(shù)控機床改造具有一定的指導(dǎo)意義。
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