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我国机床数控化改造的现状分析

2018-11-28 15:49:47

我国机床数控化改造的现状分析

【机床制造产业】由于数控机床高加工精度、高生产率的特点,在制造业中的应用比例越来越大,有效地保证了产品质量和产量。购置新的数控机床是提高机床数控化效率的途径,对旧机床进行数控化改造也是提高机床数控化效率的重要途径。机床数控化改造可降低采购数控机床的成本,为企业节约资金。近几年,随着国内各种类型机床改造需求的扩大,机床改造已经逐渐形成了一个产业,其中绝大部分是对旧数控机床的数控化改造,也有一部分是对普通机床的数控化改造。现将机床数控化改造过程中应注意的问题介绍如下,供大家参考。

一、机床数控化改造与更新的性价比分析

旧机床在数控化改造前,应调查市场上同性能的数控机床的价格。对二者价格进行对比的同时还应考虑供货时间。对于价格不高的小型数控车、铣床,建议更新购置新机床,不进行旧机床改造。因为二者费用相差不多,节省资金较少,机床改造时间约为2个月。对于小型数控车、铣床,机床厂家一般都有现货。对于大型、价格较高的机床进行数控改造是较佳地选择,不仅可以节省较多资金,还可以缩短购置时间。例如,一台工作台面尺寸为2000x1800mm,三轴联动,60把刀具的卧式加工中心对照如下。

二、对需改造的机床进行现状调查

不是所有的旧机床都适合进行数控改造,对需改造的机床要进行全面地了解。

对机床的机械系统要进行测绘做出正确判断,良好的机械性能是机床数控化改造成功的基础条件,否则,再好的数控系统也无法发挥其应有的性能。因此,在机床数控改造前应对机床进行机械精度的检测,发现问题可以在机床改造实施过程中进行修复。若机床机械系统存在较多问题,如旧机床在机械结构设计、制造时存在缺陷,机床数控改造就不会有太大的意义。

旧机床电气系统由于元器件老化故障不断,是机床改造的重点工作。要了解旧机床数控系统厂家型号,控制轴的数量,主轴、进给轴驱动配置,主轴电机的功率、进给轴电机的扭矩等。

检查随机技术资料是否完整齐备,完整的技术资料可缩短机床改造的技术准备时间。其中电气原理图、PLC程序、机床维护手册、液压、气动、润滑原理图、机械装配图等,我们都要仔细研究。特别要注意的是技术资料提供的内容可能有误,与机床实物不符。这是由于有的机床厂家提供的是系列型号的通用图纸,个别机床的电气硬件改动未在电气资料上标明,这就要求我们一定要对照机床实物,认真核对避免失误。

三、机床数控改造方案的确定

在对机床测绘的基础上,根据用户的要求,确定总体机床改造方案。

1、数控系统的改造方案

机床的改造,首先就是数控系统的改造,根据机床的现有控制等级、工件加工要求、企业资金状况,选择相应的低、中、次的数控系统。选择数控系统时需要考虑主流厂家产品,例如,国外数控系统可选择FANUC、西门子系统等,国内数控系统可选择华中、凯恩帝系统等。还应尽可能与机床用户现有其它数控机床的数控系统选择一致,这样做的好处是便于维修人员日常维修机床;较集中的数控系统也便于缩减备件种类。数控系统选择时以实用为原则,没必要为追求高一档次而浪费资金。

2、主轴伺服系统的改造方案

旧的数控机床主轴控制一般采用直流伺服或交流模拟伺服驱动系统(一般是+/-10V的模拟信号)。根据使用需求,可以不保留原驱动装置和主轴电机,采用交流数字伺服驱动系统替代或采用变频器控制。也可保留原驱动系统,如状态良好的交流模拟伺服驱动系统;直流伺服驱动系统可保留状态良好的直流电机,使用新的直流伺服控制装置替代老的驱动装置。

3、进给伺服系统的改造方案

同主轴伺服系统的改造方案类似,根据使用需求,可以不保留原驱动装置和电机,采用交流数字伺服驱动系统替代;也可保留原驱动系统,如状态良好的交流模拟伺服驱动系统。

4、闭环控制检测装置的改造方案

对于旧机床的感应同步器/尺,可用圆光栅和光栅尺加以替代,选型时注意检测元件与系统之间接口信号的一致性,方波信号或电压信号。若保留老的电流信号的光栅尺,则需加装电流信号到电压信号的转换装置,才能与新系统匹配,因为新系统大多不支持电流信号。

5、其它电气部件的改造方案

通常重做电气柜,并加装热交换器或电气柜空调,便于电气柜内通风、散热。与数控系统、伺服驱动系统、测量系统直接相连的电缆,要选择原装电缆,避免出现问题。若需更换行程开关、接近开关等电器元件时,需注明规格、型号和数量,以免遗漏。

6、机械系统的改造方案

依据前期测绘结果,制订机械修理方案,某些零部件是否需要调整、修理或更新,恢复机床的几何精度。例如,主轴轴承、直线滚动导轨副、滚珠丝杠螺母副、刀库等是否需要调整、更新;对于磨损严重的滑动导轨应进行床身导轨磨削加工,与之相配的工作台导轨粘贴聚四氟乙烯导轨软带后进行刮研,恢复机床的导轨精度。

7、辅助装置的改造方案

依据前期测绘结果,制订液压、气动、润滑、冷却、排屑装置等的修理方案,恢复原有功能,以满足机床使用要求。

待上述改造方案确定后,开始设计电气原理图、接线图,编制PLC控制程序。

四、机床数控改造方案的实施

实施机床改造方案时,要注意合理安排时间。在等待数控系统到货期间(一般订货周期国外数控系统为3个月,国内数控系统为1个月),安排好机械的修理、电气柜订做等工作。

待电气柜、数控系统到货后按照电气原理图、接线图进行电气元器件的接线工作。在机床通电前,根据电路图、按照各模块的电路连接依次检查线路和各元器件的连接。重点检查变压器的初次级;开关电源的接线;继电器、接触器的线圈和触点的接线位置等。同时,在断电情况下进行如下检测:三相电源对地电阻测量、相间电阻的测量;单相电源对地电阻的测量;24V直流电源的对地电阻,两极电阻的测量。如果发现问题,在未解决之前,严禁机床通电试验。

数控机床在通电之前要使用相序表检查三相总开关上口引入电源线相序是否正确,还要将伺服电机与机械负载脱开,否则一旦伺服电机电源线相序接错,会出现“飞车”故障,极易产生机械碰撞损坏机床。在电气检查未发现问题的情况下,依次按下列顺序进行通电检测:三线电源总开关的接通,检查电源是否正常,观察电压表,电源指示灯;依次接通各断路器,检查电压;检查开关电源(交流220V转变为直流24V)的入线及输出电压。如果发现问题,在未解决之前,严禁进行下一步试验。若正常可进行NC 启动,观察数控系统的现象。一切正常后可输入机床系统参数、伺服系统参数,传入PLC程序。关闭机床,然后将伺服电机与机械负载连接,进行机械与电气联调。

五、机床数控改造完成后的验收

机床数控改造完成后,需对其进行机床精度验收,内容主要包括:几何精度、定位精度和切削精度。检测项目、检测数值的允许误差范围可依据原机床生产厂家提供的精度检验单进行,实测数值应小于或等于允差数值。

机床几何精度的检测必须在机床精调后一次完成,不允许调整一项检测一项,因为在几何精度中有些项目是相互联系、相互影响的。

使用激光干涉仪对数控机床的定位精度进行检测,检测后对所得数据进行分析,利用数控系统的补偿功能:螺距误差补偿和反向间隙误差补偿,对数控坐标轴进行补偿,以达到机床规定的定位精度。

机床切削精度是一项综合精度,它不仅反映了机床的几何精度和定位精度,同时还受到试件的材料、环境温度、刀具性能及切削条件等各种因素影响。切削试件加工完毕后需用三坐标测量仪对其进行检测是否合格。

机床精度检测合格后,将检测报告存档;同时还要将改造后的机床电气原理图、接线图,PLC程序等整理存档;并将数控系统的参数、PLC程序进行备份保存,供日后后机床维修时使用。

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