黃　鳴

(集美大學(xué) 誠毅學(xué)院,福建 廈門 361021)

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C5225立式車床數(shù)控化再改造技術(shù)可行性探討

黃鳴

(集美大學(xué) 誠毅學(xué)院,福建 廈門 361021)

為了進一步完善C5225立式車床功能，使其滿足曲面類零件的加工要求，對其實施數(shù)控化改造處理，并進行可行性分析.研究結(jié)果表明:通過數(shù)控化改造，C5225立式車床能夠擴大機床加工范圍，提高生產(chǎn)效率和加工精度，可用于實際生產(chǎn).

C5225立式車床；數(shù)控化；再改造技術(shù)

機床再改造就是在原有機床基礎(chǔ)上，充分利用制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、信息技術(shù)以及自動化技術(shù)等領(lǐng)域的成果，對存在某些缺陷的機床進行技術(shù)和性能的改進.它不僅可以提高機床的性能、精度與效率，還能提升其環(huán)保功能.本研究采用數(shù)控化再改造技術(shù)，對C5225立式車床實施數(shù)控化再改造處理，并對其可行性進行分析，旨在推動機床再改造技術(shù)的進一步發(fā)展.

1　C5225立式車床結(jié)構(gòu)

如圖所示，C5225立式車床屬于雙柱立式車床，主要由刀架、滑座、橫梁、立柱以及圓形工作臺等結(jié)構(gòu)部件組成.C5225立式車床主要功能參數(shù)為：工作直徑2 500 mm，工作臺直徑2 250 mm，工件高度1 600 mm，工作臺轉(zhuǎn)速范圍 2～63 r/min，工件重量10 t，刀架垂直行程1 000 mm，刀架水平行程1 400 mm，工作臺最大扭轉(zhuǎn)速16級，交流主電機功率55 kW.此機床能夠車削圓柱、圓錐、平面、圓錐孔等工件，同時也能夠進行金屬及有色金屬零件的粗精加工處理[1-2].近幾年，隨著產(chǎn)品進一步發(fā)展，原來的C5225立式車床功能遠遠不能滿足新產(chǎn)品的市場要求.它已無法完成復(fù)雜曲面零件的加工，其產(chǎn)品適應(yīng)性低，生產(chǎn)效率不高，實際加工成本高，滯后于市場發(fā)展要求.因而，必須對原有的C5225立式車床進行技術(shù)改造，以提高其使用性能和生產(chǎn)效率.

2　C5225立式車床數(shù)控化再改造技術(shù)的可行性

圖1　C5225立式車床結(jié)構(gòu)圖

C5225立式車床是20世紀(jì)80年代的制造設(shè)備，優(yōu)點是機床剛性比較好、精度高；缺點是液壓變速為6級，工作方式采用手工變擋和交流電機形式，工作時間比較長，費時費力，不僅影響到加工精度，而且其X軸和Z軸不能實施聯(lián)動，無法滿足一些比較復(fù)雜的曲面零件的加工需求，產(chǎn)品功能范圍小，運行成本高，工作效率低，很難滿足新市場要求[3-4].因此，對其進行數(shù)控化改造，以有效解決上述問題，提高原有設(shè)備功能.

對C5225立式車床數(shù)控化改造預(yù)計需要總投資40～50萬元，而在國內(nèi)購買一種類似的國產(chǎn)數(shù)控立式車床一般總花費為80～150萬元，且購買新設(shè)備所花費的時間一般比較長，會影響到企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營.對原有機床設(shè)備實施數(shù)控改造，則可以依據(jù)企業(yè)實際經(jīng)營情況，合理安排改造時間，能夠最大限度地促進生產(chǎn)，提高企業(yè)工作效率[5].在改造車床之前，企業(yè)可以預(yù)先對其他形式的機床實施多次技術(shù)改造，比如對企業(yè)CQ5250立式機床的刀架和主軸實施數(shù)控改造，這樣能夠給企業(yè)機床改造提供寶貴的技術(shù)改造經(jīng)驗，減少C5225立式車床改造時問題的出現(xiàn)，縮短改造時間[6-7].顯然，對C5225立式車床進行數(shù)控化改造，無論是從生產(chǎn)方面還是技術(shù)方面都是可行的，而且在經(jīng)濟方面也比較合理，能夠有效提高C5225立式車床工作效率和生產(chǎn)性能，擴大其應(yīng)用范圍，同時減少企業(yè)成本投入，節(jié)約資金，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益.

3　C5225立式車床數(shù)控化再改造技術(shù)

3.1數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成分析

C5225立式車床數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入裝置、輸出裝置、主軸單元、驅(qū)動裝置、輔助裝置、數(shù)控裝置等組成.數(shù)控系統(tǒng)一般控制角度、速度以及位置、壓力等，其控制方式可以分為時間邏輯控制和數(shù)據(jù)運算處理控制.其中主控制器內(nèi)的零件依據(jù)一定模式的零件程序，在信息處理的基礎(chǔ)上對刀具進行綜合分析與預(yù)算，然后利用伺服系統(tǒng)的位置、速度、反饋信號等控制機床各個坐標(biāo)軸位置.邏輯控制一般由PLC實施，而且此過程的實施不需要軌跡上的改變，僅僅需要接受控制代碼M、S、T等順序動作信息對相應(yīng)的儀器實施譯碼處理即可，然后再將此信息轉(zhuǎn)換為開關(guān)信息，實施開關(guān)動作處理，同時接受機床操作面板的制定，完成機床控制動作[8].伺服系統(tǒng)直接關(guān)系著機床性能的好壞，主要由電機系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及位置檢索系統(tǒng)組成；主轉(zhuǎn)動系統(tǒng)是機床切削交工的主要部件之一，一般由主軸驅(qū)動控制系統(tǒng)機械轉(zhuǎn)動以及主軸電動機組成.強電控制柜是機床改造過程中實施安裝的主要工具，它的主要功能是為數(shù)控、伺服系統(tǒng)以及各種短路、欠壓等電器提供保護作用[9].

3.2PLC程序改造設(shè)計

工作臺PLC由主電機經(jīng)變速箱直接控制和啟動，正反向工作轉(zhuǎn)動是為了實施工作找正處理，工作臺的啟動、控制、操作等需要在懸掛系統(tǒng)中實現(xiàn).工作臺的變速通過變速箱中的改動來推動滑輪齲齒完成，當(dāng)工作臺需要變換速度時，變速油缸的電磁閥根據(jù)檔位實施通電處理，同時做好變檔準(zhǔn)備；與此同時，利用主電機低速或齒輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動力來推動機床進行工作，以便能夠較好地固定滑移齒，進而完成變檔工作步驟.變檔工作結(jié)束后將工作臺正反操作箱上的電位器調(diào)整到合適位置，從而完成整個工作臺的工作改造.為了簡化PLC程序的設(shè)計工作，縮短PLC程序的設(shè)計調(diào)試周期，本次改造調(diào)用PLC初始化、急?？刂啤⒂蚕尬豢刂?、手持單元控制及McP_NCK等子程序模塊.操作方式的選擇、手動進給以及回參考點等功能的實現(xiàn)則參考標(biāo)準(zhǔn)子程序模塊，編寫PLC控制程序.主程序結(jié)構(gòu)見表1.

表1　主程序結(jié)構(gòu)表

C5225立式車床操作過程比較復(fù)雜，PLC主要作用是控制整個工作臺在數(shù)控化改造實施過程中的動作.首先，工作中必須解決控制電磁閥的問題，此問題解決的關(guān)鍵是在技術(shù)改造時保證機床滑移齒輪的轉(zhuǎn)動，而只有滑移齒輪轉(zhuǎn)動的情況下才能實施變速油箱的變檔處理；其次，主電機正反轉(zhuǎn)和正反點速度調(diào)節(jié)控制工作也應(yīng)該受到重視.除此之外，還要解決工作臺工作信號的控制問題.解決這些問題必須對PLC程序?qū)嵤└脑煸O(shè)計，保證工作臺在實施操作的過程中做好操縱箱/操作臺的控制.在工作的過程中，其信號燈指示輸出18點，輸入15點[10].

3.3主轉(zhuǎn)動系統(tǒng)數(shù)控化技術(shù)改造

圖2　機床主軸的功率或轉(zhuǎn)矩特性圖

C5225立式車床主轉(zhuǎn)動系統(tǒng)改造首先要解決的問題就是機床主軸和轉(zhuǎn)動機是否匹配.在通常情況下，設(shè)備的主軸恒功率變速范圍比電動機恒功率變速范圍要大很多，因此技術(shù)改造的過程中應(yīng)注意機床的主軸和電動機間串聯(lián)的變速箱，保證擴大機床工作過程中恒功率變速范圍，進而滿足機床對低速切削輸出功率要求：車床直流電機轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，計算轉(zhuǎn)速為4.73 r/min，主軸恒功率變速范圍為63/4.73=13.3 r/min.利用機床主軸的功率或轉(zhuǎn)矩特性進行分析，機床主軸所傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，稱為機床主軸的功率或轉(zhuǎn)矩特性，如圖2所示.需要注意的是實施的過程中必須配備分級變速箱.在對機械設(shè)備實施數(shù)控化改造時，對變速箱重新設(shè)計需要更換變速箱和液壓系統(tǒng)兩個設(shè)備，而這給改造技術(shù)帶來一定的難度，延長了改造時間，提高了改造成本，不利于經(jīng)濟方面的技術(shù)改造要求.所以，在改造的過程中，保留原變速箱機構(gòu)，將液壓變速16級改造為液壓變速4級.

3.4車床進給系統(tǒng)技術(shù)改造

進給系統(tǒng)的改造應(yīng)在用戶的要求下實施，改造過程中要保留刀架體、左滑座體等零部件，并在此基礎(chǔ)上對車床的刀架實施簡單的數(shù)控化技術(shù)改造.改造中先拆除原機床的T型絲杠、進給箱，然后將車床的減速齒輪箱正確安裝在原機床設(shè)備的末尾處；實施減速處理的過程中采用一級齒輪，而后將原T型絲杠改造為滾珠絲杠；承載方式采用“單推-單推”式，如圖3所示.這種支撐方式不僅能夠?qū)z杠進行預(yù)拉伸安裝，以減少絲杠因自重引起的彎曲，同時還能夠有效提高絲杠拉壓剛度.

圖3　單推-單推

4　結(jié)語

對C5225立式車床數(shù)控化的改造是一個復(fù)雜、繁瑣的過程，改造的過程中必須充分考慮各個方面的問題，比如經(jīng)濟、性能、效率等方面，以便能夠綜合提高C5225立式車床數(shù)控化技術(shù).本研究對C5225立式車床進行的數(shù)控化改造，能夠有效提高此型號車床的工作性能、效率，擴大其工作范圍，同時減少經(jīng)營成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量.改造后的機床不僅提高了機床的可維修性與機床技術(shù)性能，同時還提高了加工精度和工作效率，降低了成本.本改造應(yīng)用于實際工作中能夠大大提高企業(yè)經(jīng)濟效益.

[1]莊曉龍.C5225立式車床進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造[J].煤礦機械,2007,28(7):137-138.

[2]莊曉龍.C5225立式車床的數(shù)控化改造[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué),2006.

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[5]蔡澤華,于潛洋,馬景新,等.PLC可編程控制器在數(shù)控立式車床中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息,2015(18):110.

[6]任建生，王周.cQ5250立車之?dāng)?shù)控化改造[J].機電新產(chǎn)品導(dǎo)報，2005(11)：92-95.

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[10]鄧?yán)t,周建華.數(shù)控機床伺服系統(tǒng)故障分析[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,9(2)：88-90.

[責(zé)任編輯王新奇]

Discussion on the Feasibility of Numerical ControlRemanufacture Technology of C5225 Vertical Lathe

HUANG Ming

(Chengyi College, Jimei University, Xiamen 361021, China)

In order to further improve the function of C5225 vertical lathe, and make it meet the processing requirements of curved surface parts, the numerical control remanufacture processing is implemented and analysis on its feasibility is carried out for C5225 vertical lathe. The research results show that the processing scope of the machine tool of C5225 vertical lathe can be expanded, and the production efficiency and the processing precision are improved through the numerical control remanufacture. The numerical control remanufacture technology can be used for the actual production.

C5225 vertical lathe; numerical control; remanufacture technology

1008-5564(2016)03-0053-04

2015-10-20

黃鳴(1981—)，男，臺灣淡水人，集美大學(xué)誠毅學(xué)院講師，碩士，主要從事機械原理、機械設(shè)計等機械基礎(chǔ)學(xué)科的研究.

TG515

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