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机床的数控化改造研究

时间:2022-10-26 06:17:38 数控毕业论文 我要投稿
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机床的数控化改造研究

  机床数控化改造是一门综合性很强的机电一体化技术.通过对机床数控化改造应考虑的问题进行了分析,同时对数控系统的选型与机电匹配计算作了较为详细的论述,对于从事机床数控化改造工作具有一定的指导意义.

机床的数控化改造研究

  摘 要:由于机床的数控化改造有较大的经济效益与社会效益,在日本、德国和美国等发达国家已经得到政府的大力扶持,而在中国这种改造才刚刚起步,机床的数控化改造是一项复杂的系统工程,只有抓好改造全过程的设计与管理,才能改造出高质量的数控机床。

  关键词:数控化改造;数控系统;伺服系统

  机床数控化改造有多种方案,机床类型不同,改造的内容也不同,所以机床改造内容并非一成不变,而要根据实际情况选取合适的方式,以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。同时,在机床数控化改造完成后,还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员,以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。

  1、改造数控机床的因素分析

  数控机床的使用提高了机床加工生产的效率。普通机床进行数控化技术改造后可以实现零件加工自动化;其次,零件加工性能更加稳定安全更加可靠。这是由于经数控技术改造的数控机床的各主要部件经过长期工作,几乎不会因刀刃变形而影响生产件的精度;再次,可以为零件生产厂家节约资金。与购买新的普通机床相比,普通机床的数控化改造一般可以节省一半以上的费用;最后,对于复杂的加工零件而言,改造难度越高,其功效提高的越显著:且可不用或少用工装,这样不但节约费用,还可以缩短零件生产的准备时间。由于所需加工产品的尺寸误差较小,精度要求高,不需要再进行修配。而数控机床由于实现了加工的自动化,计算机系统可以对刀具进行自动化管理,从而不会因为刀具的磨损而影响加工零件的精度与一致性;由于数控机床可以实现多种加工功能,因此可以加T出复杂的零件;由于实现了加工产品的自动化生产,数控机床的加工效率可以提高许多。计算机拥有强大的记忆和存储功能,因而可以把所需的程序存储下来,然后根据程序的规定自动去执行加工工序,实现加工的自动化;数控机床实现了多道工序集中完成,减少了频繁搬运被加工的零件,当零件装夹好后,可以实现多道工序的加工。

  2、数控化改造的内容

  2.1精度的恢复和机械传动部分的改进

  机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修,以恢复机床精度,达到新机床的制造标准。但是机床数控化后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化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大,并可无极变速,因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨,如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

  2.2选定数控系统

  根据要进行数控化改造机床的控制要求,选择合适的数控系统是至关重要的。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,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,也按改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,改造产品的质量和维修更容易得到保证。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中,经济型数控系统具有结构简单,操作方便,技术易于掌握及制造成本低等优点,系统性能相对较差,可靠性不高。

  2.3伺服系统设计

  伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便,体积小,目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比, 其精度高、价格昂贵,考虑到改造本身是经济型改造,因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时,一定要考虑其运转性能与电动机的匹配,同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家,都开发了与自己系统配套的驱动器,如广州数控适配DA98 系列驱动器,华中适配HSV 系列动器,FANUC(发那科)本身开发了集成程度很高的多轴驱动器,所以一般优先考虑配套的驱动器。

  2.4电气系统的改造设计

  在进行机床数控化改造时,原机床的电气控制部分一般只能报废,重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是,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。在电气控制系统的改造设计中,应该遵循:机床在满足控制要求的前提下,设计方案力求简单、经济,不宜盲目追求自动化和高指标,力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外,还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制, 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统,不仅保留了机床传统控制系统的优点,同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。

  3、结语

  由于机床数控化改造有多种方案,机床类型不同,改造的内容也不同,所以上述机床改造内容并非一成不变,而要根据实际情况选取合适的方式,以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外,在机床数控化改造完成后,还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员,以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。