機床的數字化改造

機床數控系統專(zhuān)題機氚的數字世改造周宜汪偉明(上海電氣數控技術(shù)應用中心,200023)【摘要】我國現有的大量傳統機床已無(wú)法滿(mǎn)足現代制造業(yè)的要求,全部更新為新型數控機床又不太現實(shí)。因此,對這些機床進(jìn)行教字化改造是一種切實(shí)可行的方法。機床數字化改造包括更換機械部件、增加傳感器和檢測裝置、釆用數字化交直流傳動(dòng)裝置、選用數控系統和增加聯(lián)網(wǎng)通信功能等方面。對機床進(jìn)行數字化改造具有投資少、交貨期短、機械性能穩定可靠、便于操作維修、充分利用現有條件、可采用最新的控制技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。最后,列舉了幾個(gè)典型的改造實(shí)例。關(guān)鍵詞機床機電一體化技術(shù)改造綜述制造技術(shù)的競爭是世界經(jīng)濟競爭的主要內容之必須大力提高機床的數控化率。高科技的制造技術(shù)已發(fā)展成為當今國際科技競用數字技術(shù)改造傳統產(chǎn)品,在機械裝備中廣泛爭的重點(diǎn)。應用數控技術(shù),提升傳統機械的技術(shù)能級,使之數字當前機床工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)以機床數字化為目化、智能化。這是機械裝備業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向,也是標發(fā)展快速高效高精度的數控機床和加工中心,使我國機械裝備業(yè)能贏(yíng)得國際市場(chǎng)競爭的基本條先進(jìn)的數控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現自動(dòng)化、柔性化集成件?；W(wǎng)絡(luò )化數字化的關(guān)鍵。數控設備作為一種高精2機床數字化改造的實(shí)施度、高效率、高科技先進(jìn)裝備,在裝備制造行業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用2.1改造不適應要求的機械部件些進(jìn)口的數控機床或是二手進(jìn)口機床,由于1機床數字化改造發(fā)展現狀長(cháng)期工作,主傳動(dòng)系統、進(jìn)給系統液壓系統潤滑系在美國、日本、德國等發(fā)達國家,用數控技術(shù)改統、旋轉工作臺、刀庫、換刀機械手等部件磨損。改造機床和生產(chǎn)線(xiàn)具有廣闊的市場(chǎng),已形成了機床和造時(shí)應對機床各部件仔細檢查,確認設備的磨損狀生產(chǎn)線(xiàn)數控改造的新興行業(yè)。態(tài)和老化程度,確定目前機床的精度,機械傳動(dòng)鏈的目前我國役齡10年以上的機床占60%左右;狀況,絲杠、導軌的狀況,有無(wú)重大故障等,以決定機10年以下的機床中,自動(dòng)/半自動(dòng)機床不到20%,采床是進(jìn)行大修還是項修。用柔性制造設備的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)更是屈指可數,而目前還有大量的各種類(lèi)型普通機床,為了適應美國和日本等國家的自動(dòng)和半自動(dòng)機床占60%以產(chǎn)品的升級換代需要改造為數控機床。改造機械上(柔性制造設備是以數控機床作為基本加工設部件前,應對機床進(jìn)行結構、性能、精度等技術(shù)現狀備,配有物料自動(dòng)輸送和存儲系統,由計算機控制各的全面分析確定改造目標、用途,考慮機械改裝的部分運行,實(shí)現加工過(guò)程自動(dòng)化的制造設備。只需可行性。包括機床原來(lái)的結構設計是否合理,機床改變有關(guān)軟件和少量工夾具,便可實(shí)現對一定范圍的基礎部件和結構件是否仍然完好,各坐標軸的機內不同品種工件的加工。編者注)?？梢?jiàn),我械傳動(dòng)結構及導軌副的形式是否適用(最重要的是國制造業(yè)生產(chǎn)加工裝備絕大多數仍舊在使用傳統導軌的形式及滾珠絲杠的安裝),機械傳動(dòng)機構的機床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量傳動(dòng)問(wèn)中國煤化工機床的要求等。差、品種少、檔次低成本高供貨期長(cháng)等問(wèn)題,從而2.2CNMHG傳感器和測量裝在國際、國內市場(chǎng)上缺乏競爭力,直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)效益影響企業(yè)的生存和發(fā)展。因此數控機床位置傳感器的作用是檢測位移和速定世界(2008-8)393機床數控系統專(zhuān)題度,發(fā)送反饋信號,構成閉環(huán)控制。位置傳感器有感是用于最多四個(gè)伺服軸數控機床的高性?xún)r(jià)比數控系應同步器、旋轉變壓器、編碼器、光柵尺、磁柵尺等類(lèi)統。 SIEMENS公司的810D、840D、840C系統和型。目前的數控系統常用編碼器、直線(xiàn)光柵尺作為 FANUC公司的18、16系統是應用于高端設備的高位置傳感器。性能數控系統。上海電氣集團中央研究院研發(fā)的數字化測量方式有伺服電動(dòng)機內裝編碼器的半SE303系統,是新一代開(kāi)放式數控系統。閉環(huán)測量方式,及外裝數字式測量器件的全閉環(huán)測2.5應用新技術(shù)提升機床的功能量方式。外裝數字式測量器件需要考慮彈性聯(lián)軸對于現代制造工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)除了要提高機床的數節、安裝卡子、電纜走線(xiàn)方向及長(cháng)度等問(wèn)題,如直線(xiàn)控化率之外還要使所擁有的數控機床具有雙向高光柵尺還需考慮定尺、動(dòng)尺的安裝基礎配合、安裝精速的聯(lián)網(wǎng)通信功能,以保證信息流在車(chē)間數控機床度、溫度等影響。其他類(lèi)型傳感器可釆用新型總線(xiàn)之間及車(chē)間數控機床與監控、編程中心之間通信暢連接的測量裝置,這些新開(kāi)發(fā)的接口裝置可以很方通無(wú)阻便地將傳感器與數控系統連接起來(lái)。監控中心可同時(shí)對不同點(diǎn)的機床進(jìn)行實(shí)時(shí)監2.3采用先進(jìn)的數字化交直流傳動(dòng)裝置測,發(fā)現故障隱患,及時(shí)傳遞給維修人員。編程中心進(jìn)給驅動(dòng)裝置和主軸驅動(dòng)裝置是數控機床的重可對每臺機床傳輸零件程序,實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化管理。制要組成部分。驅動(dòng)裝置向數字化方向發(fā)展是為了適造信息(輸入輸出信號)全部實(shí)現數字化通過(guò)網(wǎng)應高速、高精度機械加工的需要。絡(luò )的傳輸可以完成整個(gè)CAD/CAM數控加工過(guò)程。進(jìn)給交流伺服裝置中的電流環(huán)速度環(huán)、位置環(huán)如產(chǎn)品CAD數據經(jīng)過(guò)模擬運行后即可直接傳送給的反饋控制全部數字化裝置的控制模型和動(dòng)態(tài)補數控機床完成加工償均由高速微處理器及其控制軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,機床網(wǎng)絡(luò )化管理系統示意圖如圖1所示。采用前饋與反饋結合的復合控制實(shí)現高精度和高速車(chē)間上位機度主軸驅動(dòng)裝置的數字化使主軸控制性能達到最佳化,速度調節更加穩定,在斷續負載下電動(dòng)機轉速通信總線(xiàn)波動(dòng)小,并提高了主軸定位控制時(shí)系統的剛性和精度。智能化數控系統的主軸交流驅動(dòng)和進(jìn)給伺服裝置能自動(dòng)識別負載,并自動(dòng)優(yōu)化參數調整提高了驅動(dòng)性能減少了調試時(shí)間。24選用合適的數控系統數控系統有開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控車(chē)間加工機床制。根據機床類(lèi)型有高性?xún)r(jià)比的二軸控制的車(chē)床數車(chē)間加工機床控系統和三軸控制的鏜銑床數控系統,也有用于帶圖1機床網(wǎng)絡(luò )化管理系統示意圖刀庫的車(chē)削加工中心、復雜的多軸聯(lián)動(dòng)加工中心的高性能數控系統。新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)應用,使得數3數控化改造的優(yōu)點(diǎn)控系統在控制性能上向智能化發(fā)展,現在數控系統3.1投資少、交貨期短具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、自適應控制、刀數控機床設備通常都由機械系統液壓系統、電具補償等功能;而且人機界面友好,具有PC邏輯氣控制系統及測量系統等組成。其中電氣控制系統圖顯示智能故障診斷、智能故障監控等更完善功的壽命大大短于機械與液壓系統,一些機床的工藝能及材料較好,使得部分機床設備在使用了二三十年可根據機床的具體功能要求選擇相應的數控系后,V中國煤化工。從價(jià)值角度來(lái)統。在國內市場(chǎng)占有率較高的數控系統有SIE-說(shuō)CNMHG大于電氣控制系MENS、 FANUC等進(jìn)口品牌。 SIEMENS公司的統。因此,花少量的投資利用最新電氣控制系統對802S、802C、802D系統和 FANUC公司的021系統,舊設備或二手設備進(jìn)行電氣系統改造,一方面可提定世界(2008-8)機床數控系統專(zhuān)題高原機床的功能與技術(shù)水平,另一方面可提高機床4.1用 SIEMENS810M840D改造CBFK130/2加工精度、可靠性和可維修性,使機床獲得再生。從加工中心而提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,增強企業(yè)參與市場(chǎng)甘肅省某廠(chǎng)于1993年引進(jìn)了德國UNON公司競爭的能力CBFK130/2加工中心。該設備屬大中型加工中心同購置新機床相比,采用改造方法的成本將大伺服軸加工范圍X軸為2000mm,Y軸為1250大降低,一般可節省60%~80%的費用,交貨期也mm,Z軸為800mm,W軸為400m,B軸為360°旋可大大縮短。特別是對于大型機床,其改造費用只轉工作臺。X、Y、Z軸由3臺36N·m交流伺服電是新機床購置費用的30%左右。但有些特殊情況,動(dòng)機驅動(dòng)W、B軸由2臺18N·m的交流伺服電動(dòng)如高速主軸、托盤(pán)自動(dòng)交換裝置的制作與安裝,由于機驅動(dòng)。主軸采用了ABB400直流調速裝置進(jìn)行控這些裝置過(guò)于費工費錢(qián)往往改造成本會(huì )提高2~制。刀庫容量為60把刀,由液壓馬達控制機械裝置3倍,與購置新機床相比,只能節省投資費用50%左自動(dòng)換刀。該設備由于電氣和機械安裝調試不當等右原因致使機床一直未能正常使用。3.2機械性能穩定可靠該廠(chǎng)199年委托我中心用 SIEMENS810數控所利用的原機床床身、立柱等基礎件都是重而系統進(jìn)行電氣改造。當時(shí)國內一共引進(jìn)了4臺堅固的鑄造構件,而不是那種焊接構件,改造后的機CBFK130/2加工中心,另1臺江蘇省某廠(chǎng)的加工中床性能好質(zhì)量高,可以作為新設備繼續使用多年。心也于2004年底由我中心用 SIEMENS840D改造但是受到原來(lái)機械結構的限制,不宜做突破性的改成功。目前這2臺設備都運行良好,達到加工精度造要求。3.3熟悉了解設備、便于操作維修4.2用 SIEMENS840D改造龍門(mén)銑床購買(mǎi)的新設備,由于不熟悉,所以需要重新學(xué)某單位F4000-12龍門(mén)銑床是20世紀70年習、適應后,才能使用,而且是否能滿(mǎn)足加工要求也代末從德國引進(jìn)的大型普通機床,可加工上百?lài)嵉牟灰欢ㄇ宄?。大型構?當時(shí)主要用于生產(chǎn)大型船用柴油發(fā)動(dòng)機改造的設備則不然,可以精確地計算出機床的箱體。該機床只完成能銑平面斜面、鏜孔等簡(jiǎn)單操加工能力;另外,由于多年使用操作者對機床的特作已無(wú)法滿(mǎn)足當今復雜零部件的加工要求;且機床性早已了解,在操作使用和維修方面培訓時(shí)間短、見(jiàn)經(jīng)多年運行,電氣設備老化嚴重,故障不斷。因此,效快。改造的機床安裝完畢后,就可以實(shí)現全負荷決定對該機床進(jìn)行數控改造,以適應發(fā)展生產(chǎn)的需運轉。要34可充分利用現有的條件FZ4000-12龍門(mén)銑床工作臺面寬4m、長(cháng)12可以充分利用現有地基,不需要像購入新設備m。X軸導軌長(cháng)26m、Y軸導軌長(cháng)6m、Z軸導軌長(cháng)1時(shí)那樣重新構筑地基。m。橫梁W軸可上下升降4.5m。機床主軸直流電3.5可以采用最新的控制技術(shù)動(dòng)機功率80kW,橫梁直流電動(dòng)機功率20kW。用可根據技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時(shí)地提高生產(chǎn)于潤滑、液壓、回流油輸送、軸夾緊、通風(fēng)、刀具裝卸設備的自動(dòng)化水平和效率等交流電動(dòng)機26臺。Y、Z軸為滾珠絲桿傳動(dòng)精度較高。絲桿到電動(dòng)機之間有減速齒輪箱。經(jīng)檢測4數控改造幾個(gè)實(shí)例齒輪間隙較大,由此原因引起的軸反向運轉間隙有上海電氣數控技術(shù)應用中心專(zhuān)門(mén)從事各類(lèi)進(jìn)口0.5mm,如不修正將影響加工精度。Y、Z軸導軌有和國產(chǎn)大型機床電控裝置的改造、配套及相應的研液壓夾緊裝置,當銑切加工時(shí),夾緊不移動(dòng)的加工制工作。自20世紀90年代開(kāi)始,充分運用當今最軸防止軸走動(dòng)影響加工。X軸為靜壓導軌,蝸輪副先進(jìn)的數控系統、直流傳動(dòng)數顯、可編程序控制器,傳動(dòng)。已成功改造各類(lèi)大型機床(如:加工中心、鏜銑床、中國煤化工機床機械結構作立車(chē)、龍門(mén)銑、滾齒機、臥車(chē)、龍門(mén)刨)以及各類(lèi)專(zhuān)用大改CNMHG部分預算約200機床數百臺。萬(wàn)元),二是改動(dòng)后雙果個(gè)確足。因此經(jīng)多次調研現列舉幾個(gè)典型改造實(shí)例如下。后決定采用機械調整配合電氣改造的方式,以達到世零(2008-8)395機床數控系統專(zhuān)題見(jiàn)效快費用低的目的。機床設計為龍門(mén)式結構,龍門(mén)架寬6m,龍門(mén)架為了使改造的機床性能較優(yōu),電氣上廢除原機由2臺伺服電動(dòng)機驅動(dòng)機械為無(wú)隙雙齒輪、直線(xiàn)滾床所有的控制裝置選用先進(jìn)的 SIEMENS840D數珠導軌傳動(dòng)結構。龍門(mén)架上有4臺可以上下左右移控系統和數字式交流伺服驅動(dòng)裝置,X軸為140N動(dòng)的鉆機機械傳動(dòng)為滾珠絲桿結構,共用10臺伺m伺服電動(dòng)機、Y軸為36N·m伺服電動(dòng)機、Z軸服電動(dòng)機,4臺主軸電動(dòng)機。分別為龍門(mén)架前后移為18N·m伺服電動(dòng)機。保留主軸、橫梁W軸升降動(dòng)的X軸位置檢測為2套光柵尺全閉環(huán);龍門(mén)架直流電動(dòng)機,采用 SIEMENS S7-300 PLC D/A(數上鉆機左右移動(dòng)的Y、A、B、C四個(gè)Y方向軸位置模轉換)模塊輸出指令值,2套歐陸590直流調速裝檢測為共用1套光柵尺全閉環(huán);龍門(mén)架上鉆機上下置驅動(dòng)。保留用于液壓、潤滑、電氣輔助控制等用移動(dòng)的Z、U、V、W四個(gè)Z方向軸位置檢測均為電途的26臺交流電動(dòng)機,并作必要的整修。動(dòng)機編碼器半閉環(huán),以及S1,S2、S3S4四個(gè)主軸。機床控制程序編制及機床電氣參數設置兼顧配原機床電氣柜安裝在龍門(mén)架上,機床長(cháng)期運行合機械調整。機械上調整滾珠絲桿副配合調整齒產(chǎn)生震動(dòng)影響正常工作改造方案將電氣控制柜移輪間隙,將間隙反向間隙減小至可用電氣補償的范到機床外。選用了當時(shí)非常先進(jìn)的美國AB公司圍內。由于數控機床加工工件需要三軸聯(lián)動(dòng)故廢除9290數控系統這也是該數控系統國內首次引進(jìn)使原軸夾緊功能,重新設計、制作一套液壓裝置使Y、用。Z軸導軌始終工作于預夾緊狀態(tài),導軌面間即無(wú)間美國AB公司92090數控系統為雙32位CPU隙,又能正常運動(dòng),保證加工精度。X軸的靜壓經(jīng)整運行速度快,主機與高密度LO模塊、機床控制面修使工作臺面正常浮起,蝸輪傳動(dòng)副調整至電氣補板、外部手輪等部件用光纜通信。光纜通信布線(xiàn)簡(jiǎn)償范圍內。編寫(xiě)報警文本,對ⅹ軸靜壓16個(gè)點(diǎn)、液?jiǎn)瓮ㄐ潘俣瓤?通信距離長(cháng),抗干擾能力強。X軸壓站12個(gè)點(diǎn)及限位、液壓、油位等幾十個(gè)接近開(kāi)關(guān)為雙伺服電動(dòng)機同步平衡驅動(dòng),系統實(shí)時(shí)檢測2個(gè)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,故障點(diǎn)以文字形式顯示在屏幕上維閉環(huán)光柵尺位置值及時(shí)修正出現的偏差保護機床修人員根據提示及時(shí)修理,使機床能保持正常工作龍門(mén)架不產(chǎn)生扭曲。10個(gè)伺服軸及主軸可同時(shí)運狀態(tài)行,根據加工程序指令互相協(xié)調工作。改造完成后機床運行良好,零件的加工速度、5結語(yǔ)精度等方面都有了很大的提高。4.3用AB9290數控系統改造四軸數控機床考慮到我國裝備制造業(yè)機強電弱加工機械的某廠(chǎng)一臺英國制造的四軸數控機床為二手設機械部分壽命遠長(cháng)于電氣部分壽命等因素利用先備,主要用于發(fā)電設備大中型冷卻塔的多層隔板鉆進(jìn)的數控系統對老式進(jìn)口機床或國產(chǎn)普通機床進(jìn)行孔(每塊隔板要鉆上萬(wàn)個(gè)孔,上萬(wàn)根水管穿過(guò)每塊數字化改造是一種切實(shí)可行的方法,可達到減少投隔板組成一個(gè)冷卻塔),對鉆孔的位置精度要求相資加快進(jìn)度、保障服務(wù)的目的使這些老式機床滿(mǎn)當高。當時(shí)設備引進(jìn)安裝后由于數控裝置故障多,足先進(jìn)加工工藝和加工精度的要求。不能正常運行,決定進(jìn)行數控電氣改造。(2080326收到稿件)(編抨志皓)十:閩耀通用導電(力合國國圖沉爵導電膏是國家規范要求在母排搭接面使用的新材料,可替代導電連接接觸面傳統處理工藝和過(guò)渡接頭。閥耀通用導各種干式變壓器(1~600kⅤA)電膏工藝簡(jiǎn)單,使用方便,耐溫抗搴,無(wú)污染,壽命長(cháng),是電氣設備安全運行的保護神。各種環(huán)氧變壓器(30~1600kVA)燥太頭題3各種平次/遺線(xiàn)電抗器(5-2000止導電接頭燒損、腐蝕降溫升(可降25%-75%)●本企業(yè)通過(guò)O900認誣,被批準為“全國電網(wǎng)建設與改造各種空范/濾波電抗器所需產(chǎn)品選型選廠(chǎng)推介企業(yè)”,分別獲省、市級“安全、質(zhì)量三優(yōu)企業(yè)”和”守合同重香信用單位”等榮譽(yù)中國煤化業(yè)有限公司CNMH傳真e420472電話(huà):(經(jīng)囊)0591-8731東路1652號網(wǎng)址:www億my.com中文域名:導電膏cn(導電膏/ww, Long4|396定世零(2008-8)