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旧机床数控化再制造案例研究

2016/1/22    来源:互联网    作者:苏纯  陈志伟  崔鹏飞  赵剑      
关键字:机床数控化  再制造  立式车床  
文章详细阐述了立式车床数控化再制造的方案,包括采用电主轴、更换电动刀架、选配数控系统、实现半闭环伺服驱动等。对案例进行了技术可行性分析,得出了数控化再制造可行的结论。

    机床再制造是一种基于废旧机床循环利用的机床制造模式。它充分利用先进制造技术、信息技术、数控及自动化技术等高新技术对废旧机床进行可再制造性评估、拆卸以及创新性再设计、再制造、再装配,从而制造出功能和性能均得到恢复、提升且节能环保的新机床。绿色再制造技术采用的先进成形技术包括高新表面工程技术、数控化改造技术、快速成形技术及其他加工技术。在机床再制造领域内,为了恢复机床的精度、性能,提高自动化能力、产品质量和生产力水平等,采用最为普遍的是数控化改造技术。

    产品的绿色度是指产品符合绿色产品要求的程度。产品的绿色度有狭义和广义两方面的含义,其中狭义的产品绿色度是指产品对自然环境和人类的友好程度;而广义的产品绿色度是指产品的环境性、经济性和技术性的综合最优的组合。机电产品的绿色度指的是广义的产品绿色度,其绿色度体现在产品生命周期的全过程。机电产品的绿色度评价是对产品的环境性、经济性和技术性的综合评价,是面向产品整个生命周期的一个多层次、多因素的评价问题,也可说是指产品整个生命周期中对资源和能源的输入量、对环境的输出量以及这些输入输出对环境的友好程度的综合指标的评价。

    旧机床的数控化再制造可以提高机床精度、延长机床寿命,如对其进行绿色度评价,那么产品的环境性和经济性达标是毋庸置疑的,因而其技术可行性就成为检验改造方案是否可行的关键指标。

1 机床数控化再制造的内容

    1.1 精度恢复和机械传动部分的改进

    随着机床使用役龄的增加,机床的机械传动部件,如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。机床数控化再制造过程中的首要任务是对旧机床进行类似于通常机床大修的修整,以恢复机床精度,达到新机床的性能指标。因此,机床数控化再制造可以结合机床的大修来进行。但机床数控化对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的,即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进,都要为满足数控机床的结构特点和数控自动加工的要求来进行,并应具有批量大修的特征,通常采用纳米表面技术、复表面技术和其他表面工程技术(如模具修复技术、高强度纳米修补技术等),修复与强化机床导轨、溜板、尾座等磨损、划伤表面,并提高其尺寸、形状和位置精度。机床的润滑系统及动配合部位采用纳米润滑添加剂和纳米润滑脂、纳米固体润滑干膜等材料,可以进一步提高机床的性能。

    1.2 选定数控系统和伺服系统

    由于数控系统是整个数控机床的指挥中心,因此数控系统的选择对改造后的机床性能是至关重要的,在选择时除了考虑各项功能满足要求外,还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取,并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统,将对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取也按再制造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统,再制造产品的质量和维修更容易得到保证。

    1.3 数控机床辅助装置的选择

    在机床数控化再制造过程中,要根据机床的控制功能选取辅助装置。如选取四方或六角电动换刀架来实现刀具自动转换功能,刀位数的选择主要由被加工工件的工艺要求决定。由于大部分数控机床的辅助装置目前在国内已有不少生产厂家配套供应,所以选取后即可按其产品说明书在机床相应位置上进行安装、调整。

    1.4 电控柜的设计和制作

    由于普通机床的电器控制功能要求与数控机床不一样,所以在对旧机床进行机床数控再制造时,原机床的电器控制部分一般只能报废,重新按数控化再制造要求进行设计制作。强电控制部分的线路设计,主要根据数控系统输入、输出接口的功能和控制要求来进行。当控制功能较复杂时,为简化强电控制部分的电气线路,需要配置可编程序控制器(PLC)。数控机床的强电控制部分设计时要特别注意的是数控系统各接口信号的特点和形式要相配,并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。

    1.5 整机连接调试

    旧机床上述各个部件的再制造过程完成后,就可以对组装的再制造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试,看单个动作是否正常,然后再进入联机调试阶段。

    机床数控化再制造有多种方案,机床类型不同,再制造的内容也不同,所以机床再制造的内容并非一成不变,而要根据实际情况选用合适的方式。

2 C5225车床数控化再制造实例

    C5225机床是万能型双立柱立式车床,可以车削圆柱、圆锥和平面,镗圆柱与圆锥孔,用于铸铁、钢及有色金属零件的粗精加工。机床操纵皆集中在悬挂操纵箱上进行。虽然该机床1995年就出厂使用至今,但机床的基础件基本未受损,几何精度虽已下降但仍在可修复范围内,通过修复和保养,其基本性能可达到现代同类机床的机械水平,所以实施机床数控化再制造的机械条件和适用性是相当的好。

    改造前刀架移动速度为2500mm/min,改造后要求最快移动速度6000mm/min,最终可实现0~6000mm/min无级调速;改造前主传动为有极调速16级,改造后要求变速档为4级,最终可实现无级调速。其他基本参数,如最大加工直径2500mm,刀架垂直/水平行程1000mm/1400mm等保持不变。

    2.1 再制造方案拟定

    a.主传动变速档由16级改造为4级,由手工变档改造为无级调速,采用直流电机和英国欧陆590直流数字化调速系统。

    b.主轴、右刀架和横梁采用日本三菱FX2N-80MR PLC来控制,保证在数控系统发生故障,左刀架不能进行数控加工时,机床能利用右刀架作常规加工。

    c.左刀架的X轴和Z轴运动改为数控。将原来的T形丝杠替换为滚珠丝杠,以满足较高精度零件加工要求。将左刀架原有的齿轮传动系统改造为一对减速齿轮,X,Z轴伺服电机通过减速齿轮与丝杆相连以降低对驱动力矩的要求。

    d.进给系统采用西门子SINUMERIK802D数控系统。X轴和Z轴伺服驱动系统采用SIIMO-DRIVE611UE双轴驱动模块和1FK7交流伺服电机,X轴和Z轴伺服电机均带有内装式脉冲编码器,采用半闭环控制。

    e.保留原右刀架、横梁和主轴的手动加工操作功能,右刀架留作常规加工或备用。

责任编辑:程玥
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