落地鏜銑床機(jī)械大修及數(shù)控改造
2015-12-4 來源： 中國有色（沈陽）冶金機(jī)械有限公司 作者：張忠旭
摘 要：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代裝備制造業(yè)中的重要組成設(shè)備，隨著機(jī)電一體化進(jìn)程不斷深入，數(shù)控機(jī)床越來越成為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造的首選設(shè)備。為了提高公司機(jī)床設(shè)備裝備水平，適應(yīng)市場需求，提高產(chǎn)品質(zhì)量、精度，提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度，減少工裝，縮短生產(chǎn)周期，公司對ＳＫＯＤＡ Ｗ２５０ＨＣ落地鏜銑床進(jìn)行了機(jī)械大修及數(shù)控化改造。本文介紹了機(jī)床機(jī)械及電氣方面的現(xiàn)狀，大修及改造方案。
１ 、機(jī)床現(xiàn)狀及問題
１．１ 機(jī)床現(xiàn)狀
ＳＫＯＤＡ生產(chǎn)的Ｗ２５０ＨＣ落地?cái)?shù)控銑鏜床，其Ｘ軸機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)為齒條齒輪，Ｙ、Ｚ、Ｗ 軸為滾珠絲杠副。Ｘ、Ｙ軸的驅(qū)動電機(jī)分別為１１．９ｋＷ 的直流電機(jī)，Ｚ、Ｗ 軸共用一臺電機(jī)并通過程序切換。該設(shè)備于１９９２年安裝投入使用至今，機(jī)床傳動精度、幾何精度有所下降，需進(jìn)行大修及數(shù)控化改造。
１．２ 機(jī)床規(guī)格參數(shù)
主軸直徑２５０ｍｍ，主軸錐孔ＩＳＯ６０，滑枕尺寸５２０ｍｍ×５２０ｍｍ，Ｘ軸行程１２ ０００ｍｍ，Ｙ軸行程４０００ｍｍ，Ｚ軸行程２ ０００ｍｍ，Ｗ軸行程１ ６００ｍｍ。
１．３ 機(jī)床坐標(biāo)軸
Ｘ軸為立柱水平移動，Ｙ軸為主軸箱上下移動，Ｚ軸為鏜桿移動，Ｗ 軸為滑枕水平運(yùn)動，Ｂ軸為工作臺旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，Ｖ軸為工作臺水平移動，Ｓ軸為鏜桿主軸旋轉(zhuǎn)。
１．４ 主要問題
控制系統(tǒng)老化，維修困難，機(jī)械部件磨損，精度下降。
２ 、大修基本要求及改造方案
２．１ 大修基本要求
機(jī)械部分作常規(guī)大修，恢復(fù)設(shè)備的主要基礎(chǔ)精度。電氣部分采用ＳＩＥＭＥＮＳ ８４０Ｄ對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。
２．２ 機(jī)械改造方案
２．２．１ 主軸部分
（１）保留機(jī)床主傳動的原直流主軸電機(jī)驅(qū)動，并經(jīng)機(jī)械變速，及電機(jī)的無級調(diào)速，以滿足各種不同工序的加工要求。
（２）主軸可保留原掛輪機(jī)構(gòu)極其功能，或取消該機(jī)構(gòu)安裝編碼器以實(shí)現(xiàn)數(shù)控的定向功能及螺紋加工。
２．２．２ Ｘ軸部分
Ｘ軸移動采用雙齒輪－齒條傳動裝置，其反向間隙通過雙齒輪的調(diào)整來消除。采用該結(jié)構(gòu)后，有利于提高其位置精度，并改善其抖動爬行狀態(tài)。改造時(shí)重新設(shè)計(jì)制造Ｘ軸的減速箱。
２．２．３ Ｙ軸主軸箱部分
根據(jù)機(jī)床的原有結(jié)構(gòu)及數(shù)控要求重新設(shè)計(jì)制造新的傳動箱。
２．２．４ Ｚ、Ｗ 軸部分
根據(jù)數(shù)控要求重新設(shè)計(jì)制造其傳動箱。Ｚ、Ｗ軸通過原主軸箱內(nèi)的離合器進(jìn)行切換。并實(shí)現(xiàn)Ｚ、Ｗ 軸的分別編程功能。
２．２．５ 工作臺改造方案
（１）Ｖ軸部分
取消Ｖ軸原傳動齒條，在床身合適部位安裝滾珠絲杠。因安裝滾珠絲杠的高度尺寸較小，故只能選擇Φ６３ｍｍ的滾珠絲杠。由于絲杠直徑較小，其傳動鏈的剛性不足，因此建議Ｖ 軸作為定位軸使用。為了配合傳動鏈的改造，轉(zhuǎn)臺下滑座將粘貼導(dǎo)軌軟帶，并與修理好的床身導(dǎo)軌配刮合研。根據(jù)數(shù)控驅(qū)動的技術(shù)要求，重新設(shè)計(jì)制造Ｖ 軸減速箱，并
將新的減速箱安裝在床身外端面。
（２）Ｂ軸部分
將轉(zhuǎn)臺的原減速箱改為回轉(zhuǎn)臺專用，取消原切換用的離合器。
若安裝部位尺寸合適，我方將設(shè)計(jì)專用雙齒輪減速箱，以改善其傳動性能及反向間隙。
２．２．６ 升降走臺部分
新設(shè)計(jì)的機(jī)床的操作箱安裝在走臺上。機(jī)床采用集中操作方式，對主機(jī)進(jìn)行操作，工作臺保留原獨(dú)立的操作方式不變。為了對刀及調(diào)整方便操作箱配備一帶５ｍ長線纜的手持單元。
２．２．７ 拖鏈部分
機(jī)床改造保留機(jī)床的原有Ｘ軸拖鏈并增加立柱到主軸箱的拖鏈。
２．３ 液壓部分改造方案
２．３．１ Ｘ軸部分
Ｘ軸的移動均采用一腔一泵的恒流靜壓導(dǎo)軌。并由專用多頭泵供油，該系統(tǒng)具有靜壓剛度高，避免了恒壓毛細(xì)式靜壓易堵塞和復(fù)合式導(dǎo)軌靜動磨擦系數(shù)差別大，導(dǎo)軌易摩損，定位精度低等缺陷，提高了導(dǎo)軌的剛度，延長了導(dǎo)軌的使用壽命。
２．３．２ 滾珠絲杠及導(dǎo)軌潤滑
滾珠絲杠及Ｙ 軸導(dǎo)軌潤滑保留機(jī)床的原潤滑方式不變。
２．３．３ 減速箱潤滑
Ｘ、Ｙ、Ｚ／Ｗ軸減速箱采用機(jī)床的原潤滑方式不變。
２．３．４ 總油泵站方案
重新設(shè)計(jì)制造新的機(jī)床總油泵站，并配備其相應(yīng)的回油管路及保護(hù)檢測元件。油泵站為機(jī)床床身、滑座等提供靜壓油和潤滑油。油路系統(tǒng)中配備了一臺制冷能力強(qiáng)勁的油溫自動控制裝置，對供油裝置進(jìn)行溫度控制。
２．４ 機(jī)械大修方案
清洗除銹，對機(jī)床進(jìn)行全面清洗。對機(jī)床的相關(guān)部件除銹處理。對機(jī)床床身的導(dǎo)軌進(jìn)行檢查，對其研傷通過精加工或人工修刮的方式來修復(fù)。將下滑座與床身導(dǎo)軌進(jìn)行合研配刮，恢復(fù)Ｘ軸的相關(guān)精度。重新安裝機(jī)床床身并調(diào)整其幾何精度，以滿足其工藝要求。對立柱導(dǎo)軌進(jìn)行檢修，恢復(fù)其精度，若需要，則通過人工修刮的方式來保證其精度要求。
對立柱的傳動部分進(jìn)行檢修。對機(jī)床主軸箱傳動部分及變檔機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查調(diào)整，更換已經(jīng)損壞的零件，恢復(fù)其正常的工作狀態(tài)。并將主軸箱與立柱導(dǎo)軌進(jìn)行合研配刮，恢復(fù)其相關(guān)精度。重新調(diào)整與鏜桿軸向及徑向精度相關(guān)的軸承預(yù)緊力并檢查調(diào)整滑枕鑲條。對機(jī)床的各個(gè)鑲條進(jìn)行配刮，以滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)工藝參數(shù)要求，重新配磨機(jī)床的各個(gè)壓板。
清洗檢修機(jī)床的液壓潤滑系統(tǒng)，更換老化壞損的壓力開關(guān)、閥、密封件、管件等。保留機(jī)床原用于主軸箱、滑枕夾緊及變擋拉刀的氣動系統(tǒng)不變。對其進(jìn)行檢修調(diào)整，更換老化元件，恢復(fù)正常使用。
２．５ 電氣改造方案
２．５．１ 數(shù)控系統(tǒng)
采用德國西門子公司目前最高檔的８４０Ｄ機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)來完成該機(jī)床的ＣＮＣ 部分控制，ＮＣＣＰＵ選配ＮＣＵ５７２．４，該系統(tǒng)具有數(shù)控車床所要求的一切基本功能。另配ＵＳＢ接口，方便用戶零件程序的傳送。為方便機(jī)床操作，另配置手持操作單元一件。數(shù)控系統(tǒng)與伺服單元、顯示器、ＰＬＣ、手持操作單元等采用西門子專用電纜進(jìn)行連接。
２．５．２ 顯示器
采用ＯＰ０１０ 彩色液晶１０．４" 顯示器，配以ＰＣＵ５０來完成ＮＣ與顯示器的聯(lián)系。ＰＣＵ５０自帶硬盤，擴(kuò)大了用戶程序存儲的空間。８４０Ｄ可進(jìn)行中英文顯示切換。具有狀態(tài)顯示及報(bào)警診斷等功能。
２．５．３ 通信接口
具有ＣＯＭ（ＲＳ２３２）、ＭＰＩ、ＵＳＢ、ＶＧＡ、ＬＰＴ１、ＰＳ／２鍵盤鼠標(biāo)及外接軟驅(qū)接口。還具有ＰＣＩ／ＩＳＡ擴(kuò)展插槽。
２．５．４ 位置檢測元件
（１）半閉環(huán)坐標(biāo)
Ｚ、Ｗ 軸采用各自獨(dú)立的外裝編碼器，檢測裝置安裝在主軸箱尾端的相應(yīng)的傳動軸端部。
Ｘ、Ｙ軸編碼器安裝在伺服電機(jī)尾部，編碼器選 １Ｖｐｐ正弦波，通過西門子專用電纜連接于６１１Ｄ伺服單元，完成軸的速度和半閉環(huán)位置控制。
（２）全閉環(huán)坐標(biāo)
作為選項(xiàng)，Ｘ、Ｙ 軸可采用進(jìn)口光柵尺，并選用其輸出為１Ｖｐｐ 正弦波信號，可以與ＳＩＥＭＥＮＳ８４０Ｄ系統(tǒng)直接連結(jié)而不需轉(zhuǎn)換裝置。
２．５．５ ＰＬＣ部分
機(jī)床采用ＳＩＥＭＥＮＳ Ｓ７－３００ＰＬＣ完成機(jī)床的邏輯控制，ＰＬＣ Ｉ／Ｏ 點(diǎn)可通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ擴(kuò)展。該ＰＬＣ數(shù)字Ｉ／Ｏ除滿足機(jī)床的控制功能外還保留一定的備用點(diǎn)。
２．５．６ 手持單元
為了方便操作者對工件找正、對刀及微量進(jìn)刀，在機(jī)床操作箱旁配備一小型手持單元。
２．５．７ 補(bǔ)償功能
螺距誤差補(bǔ)償，反向間隙補(bǔ)償功能，刀具長度及半徑補(bǔ)償。
２．５．８ 主軸（Ｓ軸）部分
保留機(jī)床原主軸驅(qū)動電機(jī)及更換其驅(qū)動裝置，主軸驅(qū)動系統(tǒng)采用５９０數(shù)字式調(diào)速系統(tǒng)，或采用ＳＩＥＭＥＮＳ的全數(shù)字式６ＲＡ７０裝置。該系統(tǒng)為邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，有完善的診斷及報(bào)警功能；通過數(shù)值設(shè)置參數(shù)，并可自動優(yōu)化閉環(huán)參數(shù)。通過控制器可使主軸電機(jī)具有主傳動的恒功率控制模式。通過ＡＮＡ 模塊，將ＣＮＣ輸出的±１０Ｖ 模擬電壓接入主軸裝置，完成Ｍ０３／Ｍ０４／Ｍ０５及Ｓ功能。系統(tǒng)通過主軸編碼器，將其信號接入ＡＮＡ 模塊，使主軸能完成定向功能。
２．５．９ 進(jìn)給軸部分
采用ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ ６１１Ｄ 全數(shù)字式的驅(qū)動裝置，配備與電源模塊功率相匹配的電抗器和濾波器，并配備ＳＩＥＭＥＮＳ的高性能的交流伺服電機(jī)。
２．５．１０ 輔助控制部分
保留原機(jī)床的輔助控制部分，其液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)的控制電機(jī)保留，其執(zhí)行模式不變，并由新的ＰＬＣ進(jìn)行控制。
２．５．１１ 控制電柜
重新設(shè)計(jì)制作電氣控制柜，主要低壓電器采用法國ＴＥ 的品牌產(chǎn)品和日本ＯＭＲＯＮ 的繼電器。元件布局合理，布線有序，標(biāo)牌及線號清楚可見、不易脫落。電柜安裝有照明燈，并提供２２０ＶＡＣ維修電源插座及機(jī)床照明電源。按國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＥＣ２０４－１施工。為了使ＣＮＣ系統(tǒng)的工作可靠并延長其使用壽命，電柜配備一個(gè)溫度控制器。
２．５．１２ 操作部分
重新設(shè)計(jì)制造操作箱，ＣＮＣ系統(tǒng)的顯示屏安裝在操作箱上。操作箱安裝在機(jī)床的走臺上。操作箱外形美觀大方，強(qiáng)度高，防塵性好。操作箱內(nèi)低壓電氣元件選用質(zhì)量可靠的名牌廠家產(chǎn)品。元件布局合理，布線有序，標(biāo)牌及線號清楚可見、不易脫落。嚴(yán)格按照按國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＥＣ２０４－１施工。
２．５．１３ 低壓電器
該數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)的主要低壓電器采用施耐德ＴＥ系列產(chǎn)品，小型繼電器采用日本ＯＭＲＯＮ的產(chǎn)品，其它低壓電器則采用國內(nèi)知名品牌。
２．５．１４ 床身電氣部分
對床身上全部電氣元件進(jìn)行檢修，更換床身上損壞的電線電纜接插件及接線端子。選用質(zhì)量可靠的名牌廠家產(chǎn)品。保留原清洗床身接線盒及拖鏈。按國家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ５２２６．１－２００２施工。
２．６ 位置精度（見表１）
表１ 位置精度
３、 結(jié) 語
改造后加工效率照改造前提高一倍以上，性能與新購置同規(guī)格數(shù)控鏜銑床相當(dāng)，改造費(fèi)用只相當(dāng)購置同樣配置新數(shù)控鏜銑床費(fèi)用的１／２以下。提高了公司大型設(shè)備數(shù)控化的水平，擴(kuò)大了產(chǎn)品加工承制范圍，提高了產(chǎn)品加工精度，提高了加工效率，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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