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數(shù)控機(jī)床刀架改造

　　數(shù)控機(jī)床刀架改造【1】

　　摘 要：隨著機(jī)械制造發(fā)展，企業(yè)為了提高產(chǎn)品效益和質(zhì)量，對(duì)普通機(jī)床數(shù)字化改造及普通數(shù)控機(jī)床升級(jí)改造愈來愈重視，因此數(shù)控機(jī)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(dòng)刀架 數(shù)字化改造

　　一、數(shù)控機(jī)床刀架改造及方案

　　數(shù)控車床電動(dòng)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(dòng)換刀。

　　使機(jī)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(jī)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(shí)間和質(zhì)量，隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)自動(dòng)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(dòng)刀架取代立式四工位刀架，以提高數(shù)控機(jī)床使用性能。

　　圖 1-1 所示為數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)，其中包括控制元件、動(dòng)力源、傳動(dòng)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(jī)的起停與正反轉(zhuǎn)，電機(jī)作為動(dòng)力源，通過傳動(dòng)裝置控制上刀體的抬起、下降與轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件作為檢測元件，檢測上刀體是否到位，到位信號(hào)反饋給PMC，共同控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　下面從機(jī)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(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。

　　目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)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(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。

　　電動(dòng)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(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)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(shí)，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(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(jī)械參數(shù)可以參考同類機(jī)床進(jìn)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(jī)主電路不變，原刀架四個(gè)刀位輸入信號(hào)地址X2.1、X2.2、X2.3、X2.4中，前三個(gè)可作為六工位刀位信號(hào)使用，刀架的分度由刀架電動(dòng)機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測和控制，信號(hào)是BCD碼，X2.4可作為刀架加緊信號(hào)輸入，需增加X2.6、X2.5兩個(gè)輸入點(diǎn)作為刀位選通信號(hào)及刀架電機(jī)過載保護(hù)輸入端，系統(tǒng)其它電氣控制部分不再改動(dòng)，下圖為改裝后的原理接線圖。

　　3.2刀架結(jié)構(gòu)及動(dòng)作分析

　　經(jīng)濟(jì)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(dòng)換刀裝置，其功能和普通六方位刀架一樣：有6個(gè)刀位，能夾持六把不同功能的刀具，方刀架回轉(zhuǎn)60°時(shí)，刀架交換一個(gè)刀位，但方刀架回轉(zhuǎn)和刀位號(hào)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(hào)

　　3.4自動(dòng)刀架控制涉及到的I/O信號(hào)

　　PLC輸入信號(hào)： X2.1～X2.3：1～6號(hào)刀到位信號(hào)輸入;X2.4：熱繼電器信號(hào)輸入;

　　X2.5：行程到達(dá)信號(hào)輸入; X2.6：角度編碼器位置選通信號(hào)輸入;

　　X2.7：電源空開信號(hào)輸入; PLC輸出信號(hào)： 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(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7控制，刀架的松開和鎖緊靠微動(dòng)行程開關(guān)SQ1進(jìn)行檢測，地址為X2.5。

　　刀架的分度由刀架電動(dòng)機(jī)后端的角度編碼器進(jìn)行檢測和控制，信號(hào)是BCD碼，分別是X2.1、X2.2、X2.3。

　　刀具位置選通脈沖信號(hào)為X2.6。

　　電動(dòng)刀塔過載保護(hù)輸入信號(hào)為X2.4。

　　選通信號(hào)X2.6為1時(shí)表示刀架已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到某個(gè)刀位位置，這時(shí)的具體刀位號(hào)由X2.1、X2.2、X2.3來確定。

　　3.5電氣設(shè)計(jì)要求

　　機(jī)床接收到換刀指令(程序的T碼指令)后，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行松開并分度控制，分度過程中要有轉(zhuǎn)位時(shí)間的檢測，檢測時(shí)間設(shè)定為10s，每次分度時(shí)間超過10s系統(tǒng)就發(fā)出分度故障報(bào)警。

　　刀架分度并到位后，通過電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行鎖緊和定位控制，為了防止反轉(zhuǎn)時(shí)間過長導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱，要求電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制時(shí)間不得超過0.7s。

　　電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制過程中，還要求有正轉(zhuǎn)停止延時(shí)時(shí)間控制和反轉(zhuǎn)開始的延時(shí)時(shí)間控制。

　　自動(dòng)換刀指令執(zhí)行后，要進(jìn)行刀架鎖緊到位信號(hào)的檢測，只有檢測到該信號(hào)，才能完成T代碼功能。

　　自動(dòng)換刀過程中，要求有電動(dòng)機(jī)過載、短路及溫度過高保護(hù)，并有相應(yīng)的報(bào)警信息顯示。

　　自動(dòng)運(yùn)行中，程序的T代碼錯(cuò)誤(T=0或T>7)時(shí)相應(yīng)有報(bào)警信息顯示。

　　3.6控制軟件的設(shè)計(jì)

　　電動(dòng)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(hào)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的當(dāng)前刀位號(hào)碼，并將該存儲(chǔ)單元中的刀位號(hào)與換刀指令給出的刀位號(hào)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(dāng)前刀位號(hào)碼與換刀指令給出的刀位號(hào)不相同，則PMC的Y2.4腳輸出高電平控制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，并不斷檢測刀位到位信號(hào)。

　　當(dāng)檢測到刀位到位信號(hào)后，PMC的Y2.4腳輸出低電平，停止刀架運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)在Y2.5腳輸出高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器(電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)間必須嚴(yán)格控制，時(shí)間過短，刀架無法鎖緊，時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載而燒毀)，延時(shí)時(shí)間一到， Y2.5腳輸出低電平，電機(jī)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(duì)一臺(tái)特定的數(shù)控機(jī)床，只要能滿足控制要求，對(duì)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(jìn)行編程。

　　但理想的梯形圖程序除能滿足機(jī)床的控制要求外，還應(yīng)具有最少的步數(shù)、最短的處理時(shí)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(yùn)行

　　機(jī)械選型安裝和電氣設(shè)計(jì)連接完成后，經(jīng)過檢查就可以通電試驗(yàn)，這些工作做完以后，車床刀架的升級(jí)改造工作就完成了。

　　數(shù)控機(jī)床改造【2】

　　【摘要】數(shù)控機(jī)床的改造在機(jī)械加工行業(yè)中應(yīng)用越來越廣,近年來用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床的認(rèn)知能力進(jìn)一步提高,對(duì)此需求也進(jìn)一步增加，機(jī)床數(shù)控化改造成為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)。

　　本文簡要介紹了數(shù)控機(jī)床的改造分析，并對(duì)數(shù)控機(jī)床改造的特點(diǎn)和常用方法進(jìn)行了闡述。

　　【關(guān)鍵詞】數(shù)控;機(jī)床;數(shù)控化改造;特點(diǎn)和方法

　　1 機(jī)床數(shù)控化改造分析

　　一臺(tái)舊設(shè)備使用到一定年頭后，必然會(huì)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(jī)。

　　對(duì)這樣的設(shè)備是采取徹底報(bào)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(duì)現(xiàn)有設(shè)備的剩余使用價(jià)值作出評(píng)估。

　　例如一臺(tái)加工中心，主要構(gòu)成的機(jī)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(dòng)機(jī));③機(jī)床電氣;④機(jī)械本體(床身、立柱、導(dǎo)軌和絲杠等);⑤刀庫機(jī)械手系統(tǒng);⑥自動(dòng)工作臺(tái)交換系統(tǒng)(APC)等。

　　每一個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況，都可以作出相應(yīng)剩余使用價(jià)值評(píng)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(jià)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(jì)繼續(xù)使用壽命不會(huì)太長，也可考慮徹底更換。

　　機(jī)械部件的剩余價(jià)值一般都占較高比例，多項(xiàng)工程實(shí)踐表明，一臺(tái)高質(zhì)量機(jī)床的機(jī)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(tái)為1.5m、1臺(tái)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(jìn)一步修磨。

　　機(jī)械手刀庫部件易損件集中在幾個(gè)零件上(如手爪、插銷等)，即使重新更換花費(fèi)也不多，因此機(jī)械部件都占有較高剩余價(jià)值。

　　2 數(shù)控機(jī)床改造的特點(diǎn)

　　2.1 投資額少、交貨期短同購置新機(jī)床相比,一般可以節(jié)省60 % - 80 %的費(fèi)用,改造費(fèi)用低,特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。

　　一般大型機(jī)床改造,只是新機(jī)床購置費(fèi)用的1/ 3 。

　　即使有些特殊情況,如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制造與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢,改造成本也高2 - 3倍,但與購置新機(jī)床相比,也能節(jié)省投資50%左右。

　　另外可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性的改造，交貨期縮短。

　　2.2 機(jī)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(jī)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(shí),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(jì)算出機(jī)床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短,見效快。

　　改造的機(jī)床一安裝好,就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)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(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備地自動(dòng)化水平和效率,提高設(shè)備和檔次,將舊設(shè)備改成當(dāng)今水平的機(jī)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(shí)那樣需要重新構(gòu)筑地基。

　　因此可節(jié)約費(fèi)用,降低改造成本,同時(shí)也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。

　　3 提高數(shù)控機(jī)床改造精度的常見方法

　　數(shù)控機(jī)床在設(shè)計(jì)上要達(dá)到高的靜動(dòng)態(tài)剛度,運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小、傳動(dòng)無間隙、功率大、便于操作和維修。

　　機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求,還應(yīng)對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求,才能獲得預(yù)期的改造目的,常見的機(jī)床改造方法如下：

　　3.1 修復(fù)機(jī)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(yùn)動(dòng)時(shí),都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。

　　是機(jī)床幾何精度的基礎(chǔ),所以,機(jī)床在改造時(shí),為了達(dá)到預(yù)期的精度要求,往往必須修復(fù)導(dǎo)軌精度。

　　對(duì)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(tái)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(jī)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(diǎn)為18 ―25 點(diǎn)/ 平方厘米,同時(shí),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(duì)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(jī)床工作時(shí),由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動(dòng),對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率,有重要影響。

　　所以,改造時(shí)必須修復(fù)主軸的精度。

　　對(duì)于精度超差的主軸拆卸以后應(yīng)對(duì)其進(jìn)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(jìn)行溫升實(shí)驗(yàn),溫升超過規(guī)定值,應(yīng)減少預(yù)緊量。

　　當(dāng)主軸軸承重新裝配好后,用千分表和標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)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(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度，滾珠絲杠作為當(dāng)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的主要傳動(dòng)機(jī)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(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用,成為各類數(shù)控機(jī)床的重要配套部件。

　　基本上現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都采用了滾珠絲杠,但在改造時(shí),一定要恢復(fù)其傳動(dòng)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(dòng)作用,還要起到標(biāo)尺的作用,編碼器只是測量絲杠的轉(zhuǎn)數(shù),至于工作臺(tái)實(shí)際行走的距離,相當(dāng)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(jī)床精度

　　可以結(jié)合具體的機(jī)床改造過程,利用先進(jìn)的激光干涉儀測量系統(tǒng),對(duì)機(jī)床的定位精度進(jìn)行測量,并利用球桿儀快速檢查機(jī)床精度,診斷誤差來源,自動(dòng)分析機(jī)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(dòng)鏈磨損等,根據(jù)檢測結(jié)果,進(jìn)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(jī)床參數(shù)時(shí),尤其是伺服驅(qū)動(dòng)參數(shù),可根據(jù)球桿儀的檢測結(jié)果,進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化,使機(jī)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(duì)定位精度進(jìn)行測量,并根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,可以大大提高機(jī)床的定位精度和加工精度。

　　3.5 減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)的間隙

　　一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。

　　為了保證傳動(dòng)精度,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高。

　　在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng),因而改造時(shí),機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求,以保證機(jī)床加工精度。

　　如果進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中有蝸輪蝸桿傳動(dòng),一定要注意,調(diào)整好反向間隙,否則,很可能直接影響機(jī)床性能。

　　另外,如果進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中有同步齒形帶,也必須進(jìn)行適當(dāng)?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(jī)床的定位精度。

　　4 結(jié)論

　　為了能夠大幅度提高數(shù)控機(jī)床改造后的性能,升級(jí)為先進(jìn)的高端機(jī)床,有時(shí)需要使用高性能和高可靠的新型功能部件。

　　但往往價(jià)格非常昂貴,使用時(shí)一定要根據(jù)實(shí)際情況,慎重選擇。

　　本文對(duì)數(shù)控機(jī)床改造從實(shí)際情況分析入手，對(duì)數(shù)控機(jī)床改造特點(diǎn)和提高改造精度的常見方法進(jìn)行了較全面的論述,對(duì)數(shù)控機(jī)床改造具有一定的指導(dǎo)意義。

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