數控機床刀架改造

時間：2022-10-07 21:12:27 數控畢業論文我要投稿

相關推薦

數控機床刀架改造

　　數控機床刀架改造【1】

　　摘要：隨著機械制造發展，企業為了提高產品效益和質量，對普通機床數字化改造及普通數控機床升級改造愈來愈重視，因此數控機床改造有著廣闊的市場和效益，刀架的改造就是其一。

　　關鍵詞：電動刀架數字化改造

　　一、數控機床刀架改造及方案

　　數控車床電動刀架是數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，其結構直接影響機床的切削性能和切削效率。

　　因此數控車床的刀架選擇的好與壞、效率高與低將直接影響到產品的加工時間和質量，隨著制造業的不斷發展，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，以提高數控機床使用性能。

　　圖 1-1 所示為數控車床自動回轉刀架機電系統，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，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。

　　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

　　數控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發展。

　　目前國內數控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。

　　立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數控車床;臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數控車床。

　　另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。

　　電動刀架是數控車床重要的傳統結構，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率，縮短生產準備時間，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，加工工藝適應性和連續穩定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統能提供相應的控制指令外，很重要的一點是數控車床需配備易于控制的自動回轉刀架，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。

　　電動刀架已經形成了系列產品，國內許多廠家已有定型產品，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產品加工的工藝要求，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，刀架電控系統與原刀架電控系統電平一致，機械參數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刀架結構及動作分析

　　經濟型數控車床刀架式在普通車床六方位刀架的基礎上發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60°時，刀架交換一個刀位，但方刀架回轉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構與原理，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：刀架正轉繼電器控制輸出;

　　Y2.5：刀架反轉繼電器控制輸出。

　　電動機的正反轉由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動行程開關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時表示刀架已經旋轉到某個刀位位置，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，刀架電動機正轉進行松開并分度控制，分度過程中要有轉位時間的檢測，檢測時間設定為10s，每次分度時間超過10s系統就發出分度故障報警。

　　刀架分度并到位后，通過電動機反轉進行鎖緊和定位控制，為了防止反轉時間過長導致電動機過熱，要求電動機反轉控制時間不得超過0.7s。

　　電動機正反轉控制過程中，還要求有正轉停止延時時間控制和反轉開始的延時時間控制。

　　自動換刀指令執行后，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)時相應有報警信息顯示。

　　3.6控制軟件的設計

　　電動刀架控制系統軟件執行過程為：換刀系統接收到換刀指令后，系統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，系統繼續向下執行程序;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，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，同時在Y2.5腳輸出高電平，電機反轉，同時啟動定時器(電機反轉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，完成換刀過程。

　　接下來就要完成FANUC系統PMC刀架控制梯形圖的編制，根據刀架換刀流程及I/O分配地址，完成刀架控制梯形圖的編寫。

　　對一臺特定的數控機床，只要能滿足控制要求，對梯形圖的結構、規模并沒有硬性的規定，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，還應具有最少的步數、最短的處理時間和易于理解的邏輯關系。

　　3.7調試

　　3.7.1順序程序的輸入、調試

　　3.7.2系統運行

　　機械選型安裝和電氣設計連接完成后，經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。

　　數控機床改造【2】

　　【摘要】數控機床的改造在機械加工行業中應用越來越廣,近年來用戶對數控機床的認知能力進一步提高,對此需求也進一步增加，機床數控化改造成為新的經濟增長行業。

　　本文簡要介紹了數控機床的改造分析，并對數控機床改造的特點和常用方法進行了闡述。

　　【關鍵詞】數控;機床;數控化改造;特點和方法

　　1 機床數控化改造分析

　　一臺舊設備使用到一定年頭后，必然會故障頻繁發生、維修困難、生產效率降低、加工精度不穩定、甚至完全停機。

　　對這樣的設備是采取徹底報廢、還是經過中大修數控改造?做出這種決定之前，首先要對現有設備的剩余使用價值作出評估。

　　例如一臺加工中心，主要構成的機電部件有：①CNC系統及操作子系統;②伺服系統(包括電動機);③機床電氣;④機械本體(床身、立柱、導軌和絲杠等);⑤刀庫機械手系統;⑥自動工作臺交換系統(APC)等。

　　每一個子系統根據實際情況，都可以作出相應剩余使用價值評估。

　　例如根據伺服系統的磨損程度，如果繼續留用，應考慮整修后還有50%以上剩余價值;但考慮到新更換數控系統的匹配及追求好的伺服特性，即使舊的伺服系統沒有完全損壞，或預計繼續使用壽命不會太長，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，導軌的直線度和扭曲都能調整到0.008mm/1000mm，導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,也能節省投資50%左右。

　　另外可以根據實際情況進行針對性的改造，交貨期縮短。

　　2.2 機械性能穩定可靠所利用的床身、立柱等基礎件都是重而兼顧的鑄造構件,而不是那種焊接構件,改造后的機床性能高、質量好,可以作為新設備繼續使用多年。

　　2.3 熟悉了解設備、便于操作維修購買新設備時,不了解新設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時間短,見效快。

　　改造的機床一安裝好,就可以實現全負荷運轉。

　　2.4 可采用最新的控制技術可根據技術革新的發展速度,及時地提高生產設備地自動化水平和效率,提高設備和檔次,將舊設備改成當今水平的機床。

　　充分利用現有的條件可以充分利用現有地基,不必像購置新設備時那樣需要重新構筑地基。

　　因此可節約費用,降低改造成本,同時也可縮短生產準備周期。

　　3 提高數控機床改造精度的常見方法

　　數控機床在設計上要達到高的靜動態剛度,運動副之間的摩擦系數小、傳動無間隙、功率大、便于操作和維修。

　　機床數控改造時應盡量達到上述要求,還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求,才能獲得預期的改造目的,常見的機床改造方法如下：

　　3.1 修復機床導軌精度

　　導軌的作用是導向與承載。

　　導軌在空載和在切削條件下運動時,都應具有足夠的導向精度。

　　是機床幾何精度的基礎,所以,機床在改造時,為了達到預期的精度要求,往往必須修復導軌精度。

　　對不同形式導軌,大概修理方法如下:

　　3.1.1 使用環氧型耐磨導軌涂層修復導軌精度:工作臺導軌的涂層,就是床身導軌的拓印,它的配合精度必然很高,簡化了工藝,縮短了制造周期。

　　應用于機床改造更為便利,效果顯著。

　　3.1.2 鑄鐵導軌:鑄鐵導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,對加工質量和生產率,有重要影響。

　　所以,改造時必須修復主軸的精度。

　　對于精度超差的主軸拆卸以后應對其進行全面檢查,以便確定修理方案。

　　但大多需要更換主軸軸承、重新調整軸承的間隙調整和預緊。

　　調整后應進行溫升實驗,溫升超過規定值,應減少預緊量。

　　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,使其回轉中心同主軸的回轉中心完全重合。

　　3.3 修復或更換滾珠絲杠

　　絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度，滾珠絲杠作為當代數控機床進給的主要傳動機構,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用,成為各類數控機床的重要配套部件。

　　基本上現代的數控機床都采用了滾珠絲杠,但在改造時,一定要恢復其傳動精度,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,尤其是在半閉環系統中,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數,至于工作臺實際行走的距離,相當于開環,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

　　可以結合具體的機床改造過程,利用先進的激光干涉儀測量系統,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,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,根據檢測結果,進行必要的分析,再結合資金投入、新技術應用等因素確定必要的改造、修理方案。

　　在調整機床參數時,尤其是伺服驅動參數,可根據球桿儀的檢測結果,進行系統優化,使機床參數更合理,系統更穩定。

　　在改造完成后,利用激光干涉儀對定位精度進行測量,并根據情況進行適當的補償,可以大大提高機床的定位精度和加工精度。

　　3.5 減少傳動環節的間隙

　　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,數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。

　　在結構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控機床的要求,以保證機床加工精度。

　　如果進給傳動系統中有蝸輪蝸桿傳動,一定要注意,調整好反向間隙,否則,很可能直接影響機床性能。

　　另外,如果進給傳動系統中有同步齒形帶,也必須進行適當的調整或更換,尤其是在采用半閉環系統中,若此部分不在控制環內,將直接影響機床的定位精度。

　　4 結論

　　為了能夠大幅度提高數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,使用時一定要根據實際情況,慎重選擇。

　　本文對數控機床改造從實際情況分析入手，對數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,對數控機床改造具有一定的指導意義。