液壓半自動(dòng)車床的維修_數(shù)控化改造

    液壓半自動(dòng)車床是典型的早期半自動(dòng)車床產(chǎn)品中的一種，由床身、主軸箱、前大拖板、前小拖板、后大拖板、后小拖板、排刀架、液壓卡盤、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。

    液壓系統(tǒng)的工作方式?jīng)Q定了液壓半自動(dòng)車床在生產(chǎn)中的加工局限性。雖說機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)可以滿足很多形式零件的車削加工，但不具備仿形功能，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單工序的加工，且這種機(jī)床采用的是排刀式刀架，前后兩個(gè)刀架在一件產(chǎn)品的加工中只能完成一刀的車削外圓或端面加工，也就是說無法實(shí)現(xiàn)階梯軸類和錐面的車削加工。

(1)改造的必要性

    液壓半自動(dòng)車床在床身結(jié)構(gòu)上接近于目前專業(yè)廠家生產(chǎn)的全功能數(shù)控車床，具有設(shè)計(jì)合理的30°傾角的后刀架大拖板，機(jī)床上、下料方便，導(dǎo)軌的剛性高，并為使用轉(zhuǎn)塔刀架提供了空間。但機(jī)床其他方面使其優(yōu)勢(shì)得不到發(fā)揮。

    ①由于沒有仿形刀架，加工能力及范圍受到限制，液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)使其加工精度難以保證。前刀架在機(jī)床操作人員前增加了大、小拖板，給操作和上、下料帶來不便，也給安全防護(hù)增加了難度。

    ②液壓半自動(dòng)車床有著繁雜的液壓控制系統(tǒng)，兩個(gè)大拖板和兩個(gè)中拖板需要4個(gè)液壓缸提供動(dòng)力，并要求能夠?qū)崿F(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退的轉(zhuǎn)換，電液配合的可靠性及控制精度阻礙了設(shè)備能力的發(fā)揮。

    ③在大多數(shù)情況下液壓半自動(dòng)車床采用一人一機(jī)的操作方式，在人力成本越來越高的今天，占用人力資源增加了制造成本。

(2)改造方案

    ①降低液壓系統(tǒng)故障率棄除液壓半自動(dòng)車床上前后刀架兩套4個(gè)液壓缸的液壓系統(tǒng)，減少液壓系統(tǒng)故障對(duì)機(jī)床的影響；采用伺服電機(jī)和滾珠絲桿組作為刀架的驅(qū)動(dòng)，定位準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠；保留液壓卡盤及液壓剎車系統(tǒng)，可以充分利用原液壓系統(tǒng)；原液壓系統(tǒng)中的油泵為雙聯(lián)葉片泵，流量配備上已過剩，故改用YB-25葉片泵。

    ②棄除前刀架和拖板前拖板的設(shè)計(jì)是為了擴(kuò)展液壓車床的加工范圍，改用數(shù)控設(shè)備之后，機(jī)床后刀架拖板可以在數(shù)控系統(tǒng)控制下，依靠多工位刀塔實(shí)現(xiàn)外圓、端面、錐面、內(nèi)孔等各種加工，前刀架拖板已失去存在的意義。

    ③主軸驅(qū)動(dòng)  主軸驅(qū)動(dòng)有兩種方式：一是保留原有的主軸箱及電機(jī)（手動(dòng)變速），這一方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠保證主電機(jī)工作在較為理想的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高的扭矩，缺點(diǎn)是加工程序中不能設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速；二是電機(jī)通過V帶直接帶動(dòng)主軸，由變頻器控制調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)加工程序中的不同轉(zhuǎn)速變換。在這里選擇的是第二種方案，因?yàn)樵摍C(jī)床改造之后的加工任務(wù)主要是產(chǎn)品的半精和精加工，希望能夠在加工程序執(zhí)行中進(jìn)行主軸速度的改變，以適應(yīng)半精與精加工的需要。

    ④制作全防護(hù)罩廢棄了前拖板與刀架，給操作和上下料帶來了方便，也為全防護(hù)的制作提供了空間。同時(shí)，控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)都可以以最簡(jiǎn)潔合理的方式安裝于機(jī)床上'并且在工作中可以改善機(jī)床對(duì)周邊環(huán)境的影響。

(3)改造中的關(guān)鍵點(diǎn)

    ①主軸電機(jī)的改造原機(jī)床中用的是普通交流三相7.5kW異步電動(dòng)機(jī)，改為數(shù)控設(shè)備之后，系統(tǒng)程序中具有主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)定，這一功能可以大大地?cái)U(kuò)展機(jī)床的加工范圍，能夠很好地發(fā)揮多工位刀塔的作用。如果需要加工螺紋類型的工件，主軸上可增裝光電編碼器，以準(zhǔn)確跟蹤主軸的轉(zhuǎn)速回饋給控制系統(tǒng)。

②拖板驅(qū)動(dòng)的改造拆除原有的液壓缸，用數(shù)控驅(qū)動(dòng)單元代替之。由于機(jī)床原有的拖板及導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，z軸電機(jī)只能與主軸面對(duì)面安裝。為發(fā)揮原機(jī)床的高剛性性能，作為主要傳動(dòng)件的絲杠在安裝結(jié)構(gòu)上必須具有足夠的剛度和精度。在這里選用直徑為32mm、精度等級(jí)為P4的雙螺母可預(yù)緊滾珠絲杠，滾珠直徑為4mm、螺距為5mm、承載圈數(shù)為6。該絲杠可受載荷為53. 5kN，同時(shí)，在絲杠支撐端的結(jié)構(gòu)上，在接近主軸的一端，采用角接觸球軸承（見圖D），以克服切削力，并保證在正常的切削狀態(tài)下絲杠承受拉應(yīng)力，而在另一端采用深溝球軸承。電機(jī)與絲杠采用直連方式，聯(lián)軸器采用雙薄膜式，能夠在較好地保證傳動(dòng)精度的同時(shí)消除安裝誤差的影響。伺服電機(jī)選用130型連接方式，扭矩不小于7N·m；X軸的結(jié)構(gòu)與此類同，但在電機(jī)的選擇上，因?yàn)閷?dǎo)軌有30°的傾角，采用中慣量帶剎車的伺服電機(jī)，功率為1.6kW。

③導(dǎo)軌的改造原機(jī)床采用的為鑄造淬火導(dǎo)軌，拖板為球墨鑄鐵鑄造件。該導(dǎo)軌剛性好，精度高，但摩擦阻力大，響應(yīng)速度慢。為此，在導(dǎo)軌的改造中，將拖板的導(dǎo)軌面刨削掉2mm，進(jìn)行貼塑（聚四氟乙烯）處理。聚四氟乙烯摩擦因數(shù)小，耐磨性好，應(yīng)用很廣，與淬火導(dǎo)軌配合使用，既可體現(xiàn)出硬軌的剛性優(yōu)勢(shì)，又可在一定程度上消除硬軌響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，費(fèi)用也不高。

    ④刀架的改造原機(jī)床的刀架比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)決定了在一次裝夾中只能對(duì)工件的外圓或端面加工一刀，所以機(jī)床只配備了排刀架。數(shù)控改造后功能可很大程度地加強(qiáng)，但排刀已限制了機(jī)床功能的擴(kuò)展，不能充分滿足機(jī)床的功用，所以，改造中選用了4工位的電動(dòng)刀架。

    ⑤潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造液壓車床各潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑是直接由液壓系統(tǒng)的分支完成的，故改造時(shí)保留原機(jī)床上的潤(rùn)滑分支并改成定時(shí)定量潤(rùn)滑以改善潤(rùn)滑性能。

(4)數(shù)控系統(tǒng)的選擇

機(jī)床結(jié)構(gòu)和功能的需求，決定了對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)功能的要求。

①必須提供2個(gè)伺服數(shù)控軸的控制與驅(qū)動(dòng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

    ②必須提供主軸的變頻控制。

    ③必須提供超過4工位刀架的控制。

④必須提供數(shù)控軸的各種異常（如超程）保護(hù)。

⑤必須提供高的移動(dòng)速度和響應(yīng)速度。

⑥提供方便的操作編程界面。

數(shù)控系統(tǒng)的選擇主要考慮的即是上述這些方面，在這里選用了數(shù)控系統(tǒng)與FANUC系統(tǒng)完全兼容，具有絲杠的螺距補(bǔ)償功能，超過10m/min的快速移動(dòng)速度，高速插補(bǔ)，程序預(yù)讀功能保證機(jī)床運(yùn)行不停頓，提高效率與質(zhì)量，控制精度在微米級(jí)，配備串行接口RS232，提供電子盤技術(shù)，數(shù)據(jù)可多個(gè)位置保存，可以快速恢復(fù)，采用電子齒輪比，簡(jiǎn)化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床精度。系統(tǒng)的基本參數(shù)見下表。

 

KNDIT 系統(tǒng)的機(jī)泵參數(shù)

 

 

(5)小結(jié)

經(jīng)過改造，原來的液壓半自動(dòng)車床成為30。斜床身的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，同時(shí)，具有液壓車床的高剛性，加工精度及加工范圍得到很大的提高和擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)外圓、端面、錐面、球面等復(fù)雜工件的加工，也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)粗精加工在一臺(tái)機(jī)床上完成，并大大提高了自動(dòng)化的程度，為降低人力成本創(chuàng)造了條件。