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CA6136車床數控化設備與電氣改造開發

添加時間:2018/07/28 來源:現代制造技術與裝備 作者:劉衍益
總體設計方案應重點考慮數控系統選擇和驅動元器件選擇, 考慮如何保證滿足零件加工精度要求等。同時, 要考慮改裝的經濟與適用性, 盡可能利用原機床部件, 遵循小改動、大收益的原則, 縮短改造周期, 因此確定以下設計方案。
  以下為本篇論文正文:

  摘要:以CA6136數控化改造為載體, 重點介紹數控化改造總體設計方案, 主要研究機械部分和電氣部分改造設計工作, 重點闡述了如何改造及改造中應特別注意的問題。

  關鍵詞:CA6136數控化; 改造; 設計;

  Abstract:This article takes CA6136 numerical control transformation as the carrier, focuses on the overall design plan of numerical control transformation, mainly introduces the transformation design work of mechanical part and electrical part, and focuses on how to transform and problems that should be paid special attention to in the transformation

  Keyword:CA6136 numerical control; transformation; design;

  總體設計方案應重點考慮數控系統選擇和驅動元器件選擇, 考慮如何保證滿足零件加工精度要求等。同時, 要考慮改裝的經濟與適用性, 盡可能利用原機床部件, 遵循小改動、大收益的原則, 縮短改造周期, 因此確定以下設計方案。

  (1) CA6136經過數控化設計改造, 應滿足重復定位、線性插補、順逆圓弧插補、內外輪廓循環和英公制螺紋車削功能等。多年的工作實踐證明, GSK980TD系統是非?煽康臄悼叵到y之一, 其性能穩定、功能較完善、價格較經濟, 選用它比較好地滿足了這次改造的要求。

  (2) CA6136數控化設計改裝成簡易經濟型數控機床, 在滿足零件加工精度的要求下, 盡量做到結構簡單, 降低改造成本。因此, 本次設計進給驅動元器件選用單相3k W步進電機。在步進電機參數選擇中, 應特別注意脈沖當量的確定, 依據改造設計精度要求, Z軸設定0.01mm, X軸設定0.005mm。

  (3) 拆除原手動刀架, 安裝四工位自動回轉刀架及刀架控制電路。

  (4) 縱向及橫向進給驅動系統是兩套分別獨立的傳動裝置, 依次為步進驅動電機、齒輪減速裝置、剛性聯軸器、絲杠螺母裝置, 其傳動精度必須符合改造設計精度。

  (5) 為了使進給驅動系統傳動平穩性及傳動精度符合設計要求, 采用傳動精度高及運行過程中非常平穩的滾珠絲杠螺母副, 且設預緊裝置, 以消除齒輪間的傳動間隙, 提高驅動力的傳動穩定性。

  (6) 為防止機械加工中縱向和橫向超越極限, 在縱向和橫向分別安裝限位元件。

  (7) 在數控加工中, 加工前必須通過回參考點建立機床坐標系, 故在縱向和橫向分別安裝回參考點檢測元件。

  (8) CA6136機床總體格局未做大改造, 做到小改動、大收益, 以節約改造成本, 盡快交付使用。

  1、機械部分改造設計

  1.1、進給系統機械結構改造設計

  1.1.1、必須改裝的重要裝置

  在進給驅動系統改造設計過程中, 必須改裝的重要裝置分別是掛輪系統、進給調速系統、溜板箱系統等。

  掛輪系統:整體拆掉, 在進給裝置主軸端部安置脈沖編碼器, 脈沖編碼器的作用是控制主軸每轉一圈使進給系統進給一個螺距, 用于加工公英制螺紋所必須配置的元器件。

  溜板箱部分:把橫向溜板裝置中的絲杠、螺母整體拆掉, 換裝成橫向進給傳遞系統。選擇滾珠絲杠螺母裝置、驅動步進電機、齒輪減速裝置、剛性聯軸器等組成橫向進給傳遞系統。

  進給調速部分:整體拆掉, 在此處安設縱向驅動步進電機和減速與消震裝置。驅動步進電機經兩對減速齒輪裝置, 將縱向進給力傳遞到滾珠絲杠, 后經滾珠絲杠螺母裝置聯接刀架產生切削動作。

  1.1.2、進給系統傳動齒輪間隙的消除

  為了確保驅動步進電機啟動時的穩定性, 人們應高度重視步進驅動電機負載慣性矩問題。每當負載慣性矩逐漸增大至某一特定值, 驅動步進電機將產生擅動, 從而瞬間造成劇烈震動現象。因此, 選擇驅動步進電機應考慮一定的負載余量, 避免過載造成嚴重損失。在此次設計過程中, 選擇減速齒輪裝置用以消除慣性矩產生瞬間的震動問題。在設計消震方法的同時, 減速齒輪裝置也應避免兩齒輪間的間隙過大, 否則將造成數控系統發出指令后, 切削動作不同步現象。

  在此次改造設計中, 選擇雙片齒輪來消除一組齒輪間的間隙。通常將主從動齒輪中的從動齒輪制造成相同規格型號的兩片, 將其中某一片用花鍵固定在齒輪軸上, 相互之間安設彈簧, 在彈簧力作用下, 兩齒廓相互緊貼, 從而達到完全消除齒側間隙的目的。

  1.2、主軸部分改造設計

  CA6136數控化改裝后, 根據總體設計方案要求, 必須能自動加工公英制螺紋, 所以必須將主軸部分進行相應改造設計。在主軸后端安設編碼器, 使其運行與主軸的運行同步, 主軸運行時, 編碼器將同步工作, 編碼器將運行信號反饋到控制系統中, 使進給驅動系統與主軸同步控制, 從而車削出符合設計要求的公英制螺紋。值得注意的是, 在安裝聯接過程中, 必須保證主軸與編碼器心軸的同軸度控制在0.02mm以內, 否則會造成編碼器信號失真。

  2、電氣控制部分改造設計

  2.1、主軸控制系統

  主軸電氣控制系統選擇臺達變頻器 (VFD022M43B三相380V7.5k W) 來驅動三相異步電機, 帶動主軸進行旋轉運行。變頻器主電路部分連線應注意的問題是, 將三相電源線分別接至R、S、T觸點, 萬萬不可將三相電源線錯接至輸出觸點U、V、W, 否則會造成變頻器的燒毀。接線完成后, 應檢查各觸點連接的牢固性, 以免在工作中因接觸不良造成發熱燒毀主軸控制系統。在控制接線端子“+”“PR”上接制動10Ω電阻。為了防止變頻器受到電磁波干擾, 安裝濾波器 (FRBSF01) , 從而使受到無線電干擾降到最小。

  2.2、進給伺服控制系統

  進給伺服驅動器選擇時代M542, 其性能穩定, 功能滿足設計要求。安裝過程中必須注意的事項有:驅動器安裝環境必須通風良好, 無塵, 無干擾信號源, 信號線必須做屏蔽處理, 否則會造成運行不穩定現象;強電與弱電必須分開, 并采取相互隔離措施;橫向與縱向驅動器安裝橫向間距不小于30cm, 否則會造成兩驅動器控制信號相互干擾。

  2.3、刀架控制系統

  刀架選擇常州亞星LD4刀架, 該刀架具有工作可靠度高、剛性好、壽命長、價格低廉等優點。刀架控制接線原理如1所示, QF3為空氣開關, KM5為刀架正轉接觸器, KM6為刀架反轉接觸器, KA1為急停中間繼電器, S1~S4分別為1~4刀位檢測裝置, SB11為手動換刀開關, SB12為自動選刀啟動開關, RC9和RC10為直流滅弧裝置。X3.0~X3.3分別為1~4號輸入刀位信號源, X30.6為輸入手動刀位信號源, 30.7為輸入手動換刀信號源, Y0.6為輸出刀架正轉信號源, Y0.7為輸出刀架反轉信號源。在接線過程中, 應注意的事項為, 信號線必須與電源線進行屏蔽隔離處理, 接線應牢固、無松動現象。

圖1 刀架控制接線原理
圖1 刀架控制接線原理

  3、結語

  本次CA6136數控化改造設計, 圓滿實現了數控機床電氣和機械部分的改造。經調研, 將廢舊機床進行數控化改造具有很好的經濟性, 目前中國機床數控化改造潛在市場非常大, 發展空間廣闊, 特別是專用機床數控化改造項目。在本次改造設計過程中, 筆者親身經歷改造全過程, 學到了前所未有的新知識和新技能, 同時把所學的知識應用到改造設計中, 既鞏固專業理論知識, 又有效提升解決問題的能力, 這有助于今后更好地開展教學和科研工作。

  參考文獻
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  [2]許建.機床改造技術及實例[M].北京:機械工業出版社, 2017.
  [3]韓鴻鸞, 倪建光.數控車床結構與維修[M].北京:化學工業出版社, 2016.
  [4]蔣麗.數控原理與系統[M].北京:國防工業出版社, 2011.
  [5]李慶余.機械制造裝備設計[M].北京:機械工業出版社, 2017.

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