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C6132車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)——（一）
日期：2010年01月07 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：車床
C6132車床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，車床通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。搖臂鉆床數(shù)控化改造后的機(jī)床，能對(duì)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0．01mm／脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0．005mm／脈沖，刀架為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，經(jīng)改造后的機(jī)床能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度螺紋、端面等的自動(dòng)控制。數(shù)控化改造提高了原機(jī)床的生產(chǎn)速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)縮短了生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。
經(jīng)數(shù)控化改造后的優(yōu)越性
(1)數(shù)控化改造提高了加工精度和生產(chǎn)率。
(2)數(shù)控化改造提高了機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出原機(jī)床難以加工或者不能加工的復(fù)雜軸類零件。 ．
(3)機(jī)床數(shù)控化改造后可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，效率可比原機(jī)床提高3倍。
(4)機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動(dòng)報(bào)警、車床自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作者機(jī)床搖臂鉆床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。
設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù)
機(jī)床的數(shù)控化改造主要應(yīng)用了現(xiàn)代成熟的數(shù)控技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件、新裝置和新附件，提高現(xiàn)有機(jī)床的技術(shù)性指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平。
這次設(shè)計(jì)的任務(wù)是：數(shù)控系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)數(shù)控化改造和液壓部分的維護(hù)以及繪制相關(guān)圖樣。要求改造后車床具有一般數(shù)控車床的性能，精度要達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0．01mm／步，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位為0．005mm／步。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：數(shù)控系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架和編碼盤的選型與安裝，以及液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)。車床數(shù)控系統(tǒng)方面，考慮到直流伺服電動(dòng)機(jī)的價(jià)格昂貴，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)，而在機(jī)械系統(tǒng)的改造方面，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一減速齒搖臂鉆床輪一滾珠絲杠螺母副一小滑板的傳動(dòng)方式。
1．總體方案
臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，可以顯著提高機(jī)床性能和減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。而合理選擇數(shù)控系統(tǒng)和改造方案，可保證改造效果和降低成本�？紤]具體的改造方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。
C6132車床總體改造方案為：增配車床數(shù)控系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)，加裝編碼器，配置自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能。
具體的改造主要從數(shù)控系統(tǒng)的選擇、搖臂鉆床伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤的選用和安裝、電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、車床液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)等幾個(gè)方面來進(jìn)行，通過改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。下面就從各個(gè)部分來具體闡述這次的設(shè)計(jì)方案。
2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的選型
在選擇數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)時(shí)，要考慮C6132機(jī)床適用于各類機(jī)械工廠的單件、中小批量生產(chǎn)使用，加工精度可達(dá)IT7級(jí)，且要求C6132車床加工復(fù)雜零件，所以數(shù)控系統(tǒng)選擇連續(xù)型數(shù)控系統(tǒng)，搖臂鉆床以滿足數(shù)控化改造后機(jī)床的定位、插補(bǔ)、循環(huán)加工和螺紋加工等功能。
國產(chǎn)機(jī)床如廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)，其為兩軸聯(lián)動(dòng)，功能比較齊全，性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，一般用于經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該盡量向同一個(gè)廠家的型號(hào)系列靠攏，車床這樣既有利于維修和管理，也有利于備件的購買。在改造中可以考慮有類似特點(diǎn)的數(shù)控裝置。
3．伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)
在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速方便，體積小，目前廣泛用于數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比，其精度高、價(jià)格昂貴，考慮到改造本身是經(jīng)濟(jì)型改造，因此一般選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。車床步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動(dòng)變?yōu)榱悖芊奖愕貙?shí)現(xiàn)調(diào)速以及定位，改變各相繞組的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，搖臂鉆床易于控制，且價(jià)格低廉，數(shù)控車床上大多使用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在需要快速移動(dòng)大距離的條件下，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行頻率高、價(jià)格較低的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
經(jīng)過全面考慮，在C6132的數(shù)控化改造中，選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為縱向和橫向的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。理由是：該系統(tǒng)控制方便，由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可以控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易維修，性價(jià)比高；考慮改造后的C6132機(jī)床精度要求(數(shù)控化改造后縱向精度為0.01mm／步，橫向精度為0.005mm／步)，加工精度要求不算太高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，搖臂鉆床車床故選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。
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