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機(jī)床的數(shù)控化改造方法

2013-09-07 01:02
中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2013年4期
關(guān)鍵詞:開環(huán)絲杠數(shù)控系統(tǒng)

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 對(duì)機(jī)床數(shù)控化的改造及其必要性

在發(fā)達(dá)國家,工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)從上世紀(jì)的七八十年代就進(jìn)入了數(shù)控工業(yè)的發(fā)展階段,數(shù)控機(jī)床的使用也是在那個(gè)時(shí)候開始發(fā)展起來的。本質(zhì)上就是建立在信息技術(shù)發(fā)展上的軍、民機(jī)械工業(yè)的信息化改造。信息化的生產(chǎn)以其獨(dú)有的不可超越的優(yōu)勢占領(lǐng)了工業(yè)生產(chǎn),而信息技術(shù)對(duì)工業(yè)發(fā)達(dá)的國家的機(jī)械工業(yè)的改造即信息化的深入,使得其工業(yè)技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍,因此他們的產(chǎn)品在國際市場上的綜合競爭力大大加強(qiáng),無論是軍用品還是民用品領(lǐng)域。而對(duì)于我國,由于種種原因,在信息化技術(shù)的發(fā)展上相對(duì)落后于國際發(fā)達(dá)國家,因而,在機(jī)械工業(yè)的信息化技術(shù)改造上也落后了近乎二十年。例如,我國在數(shù)控機(jī)床的使用上,在1995 年的時(shí)候才只占到了整體機(jī)床數(shù)量比重的1.9%,而同時(shí)期的日本,則已經(jīng)達(dá)到了20.8%是我國的十倍。這就是為什么我國每年都會(huì)大量的進(jìn)口機(jī)電產(chǎn)品的最主要的原因,機(jī)床的數(shù)控化改造勢在必行。

2 如何改造

2.1 改造內(nèi)容

對(duì)于機(jī)床的數(shù)控化改造包括了對(duì)機(jī)床的改造以及對(duì)生產(chǎn)線的改造,主要內(nèi)容有:首先是恢復(fù)原有功能。即首先對(duì)機(jī)床以及生產(chǎn)線存在的故障進(jìn)行維修診斷;其次是NC化。即將數(shù)顯裝置安裝到普通的機(jī)床上,或者是增加數(shù)控系統(tǒng)。是機(jī)床成為NC 機(jī)床或者是CNC 機(jī)床;再者,是翻新。因?yàn)槔吓f的機(jī)床對(duì)于工件的加工的精度以及效率還有自動(dòng)化的程度都會(huì)產(chǎn)生不良影響,因此對(duì)機(jī)械部分老舊部件應(yīng)當(dāng)重新翻新或裝配,恢復(fù)精度和更新;最后,是在技術(shù)上進(jìn)行更新和創(chuàng)新。機(jī)械性能的提升以及機(jī)床新工藝的應(yīng)用,新技術(shù)的推廣都要在原有的工藝和設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行,因此在改造的過程中可以進(jìn)行大規(guī)模的革新,以此提高整體的技術(shù)水平以及生產(chǎn)檔次。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型,改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng),如圖1 所示,該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。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,便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端,故稱之為開環(huán)系統(tǒng),該系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度,齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度。

異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng),光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),如圖2 所示。該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是:由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號(hào),隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較,將兩者的差值放大和變換,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng),直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜,成本也高,對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度,更快的速度,驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。

交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng),編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),圖3 所示。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上,間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差,因此,它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低,但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機(jī)做成一個(gè)整體時(shí),則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。

3 數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝探討

一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床,在設(shè)計(jì)上要達(dá)到:有高的靜動(dòng)態(tài)剛度;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小,傳動(dòng)無間隙;功率大;便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求,還應(yīng)對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求,才能獲得預(yù)期的改造目的。

滑動(dòng)導(dǎo)軌副。對(duì)數(shù)控車床來說,導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外,還要有良好的耐摩擦、磨損特性,并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度,以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響,要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。

齒輪副。一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng),因而改造時(shí),機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求,以保證機(jī)床加工精度。

滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠,但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況,如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6 級(jí),螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低,但難以滿足精度較高的零件加工。

滾珠絲杠摩擦損失小,效率高,其傳動(dòng)效率可在90%以上;精度高,壽命長;啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近,可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。

安全防護(hù)。改造效果必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施,切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件,工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好,絕對(duì)防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。

[1]進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化技術(shù)改造.中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所,2003.

[2]數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床數(shù)控化改造.杭州電子科技大學(xué),2007.

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