应用微机数控系统改造普通车床的几点体会.pdf

计算机应用 应用微机数控系统改造普通车床的几点体会 Experiences on the Reformation of Engine Lathe by Applying Microcomputer Control System 杨 岗 Yang Gang 桂林高新技术产业开发区实业总公司 桂林 541004 Guilin Hi New Technology Industrial Development Zone General Industrial Co Guilin 541004 目前 我国拥有各类机床 450 多万台 其中约 80 属于落后的传统设备 这种现象已严重地影响 了我国工业生产的发展 要改变这种状况以适应现 代化发展的需要 就必须对传统的设备进行全面的 技术改造 以我国目前的条件 单纯采用以新设备 去替代老设备的办法不仅受资金的制约 而且不能 马上购货安装使用 远水解不了近渴 而用数控 技术改造老设备投资少 见效快 事半功倍 机床 行业自 80 年代初开始对普通车床进行简易数控改 造成功以来 经过多年的不断改进 我国用于机床 改造的经济型数控系统在技术上已基本成熟 其技 术性能和功能均能满足机床数控化改造的要求 可 靠性程度和抗干扰性也有了大幅度的提高 实践证 明 利用微机数控系统改造旧机床不仅可行 而且 已经产生出巨大的经济效益 1995 年以来 我公司 共完成了 C616 型 C620型普通车床等 9 台旧机床 的数控改造 这些简易数控机床已在生产中发挥出 高柔性 高效率的先进功能 极大地提高了产品质 量 取得了较好的经济效益 下面以C620 型普通车 床的数控改造为例 谈谈几点体会 1 正确选择改造方案 普通车床的工作过程是由电机带动车床的变速 机构 再通过丝杠或光杠等来带动工作台的移动以 实现刀具对工件的加工 其切削走刀的速度由变速 机构来实现 其工作方式由操作者或专用工装模具 来实现 车床数控改造就是在原有普通车床的基础 上 经过必要的机械改造并配以合适的数控系统完 成的 普通车床数控改造的总体结构形式如图 1 所 示 加工程序数按装置 自动回转刀架 X Z 轴驱动 功放电路 步 进 电 机 结构改造后车床 圆光栅编码器 图 1 C620型简易数控车床的总体结构原理图 数控车床的工作过程和方式是由微机数控系统 根据数控程序 根据加工要求而编制 的要求 控 制步进电机系统 执行元件 驱动滚珠丝杆来带动 工作台的运动 以实现刀具对工作的加工 其控制 过程原理图如图 2所示 数控监控程序 用户加工程序 微 机 数 控 系 统 接 口 线 路 步 进 电 机 系 统 车床 图 2 数控车床控制过程原理图 2 经济型数控系统的正确选择 数控系统在改造后的数控车床中是十分关键的 部件 我们可以将数控系统划分为主控计算机系统 部分 光电隔离部分 放大驱动及执行部分等三大 部分 其框图如图 3 所示 适合于车床改造用的经 济型数控系统 由于上述三大部分的特性参数等各 具特色 故可以形成不同的驱动能力 性能指标 功 能 成本以及可靠性 据我们几年的改造经验 我 公司选用南京微分电机厂研制生产的 JWK 15T 型数控系统 该系统是由主控计算机 三排 37 广西机械 1998年第1期 LED 显示器 110BF 和 130BF 步进电机及相应的 驱动单元 YGM615 圆光栅编码器 以日本 LF 型为 样机而制造 组成 还带有进给传动系统中的减速 齿轮箱 滚珠丝杆螺母副等配套改装件 该系统采 用开环步进控制系统 110BF 和 130BF 步进电机为 驱动元件 系统的定位精度可达 0 01mm 已能满 足 C620 型普通车床改造后加工零件的精度要求 整套系统功能全 开发性能好 操作简单 驱动力 大 抗干扰能力强 质量稳定可靠 性价比低 直流稳压电源 监控程序 专用控制程序 用户加工程序 主 控 计 算 机 接 口 光 电 隔 离 放 大 驱 动 执 行 部 分 被 控 车 床 图 3 数控系统的组成 3 合理提高旧车床本身的机械精度 应用微机数控系统改造普通车床 主要依赖两 个保证 一是控制系统本身的精度 二是车床本身 的机械精度 由于旧车床在结构上存在先天不足 如 刚度低 抗振性差 滑动摩擦阻力较大及传动元件 存在间隙等 故在改造之前 必需经过必要的修复 使其恢复原有的几何精度和传动精度 其修复工作 视车床的具体情况而定 对实际役龄在五年以下的 车床 各部分零件处于完好状态 精度尚未降低 导 轨刮花基本可见的车床 可以不进行大修 对这类 车床的改造 应保持车床各部份不要拆除 改造后 的车床应同时具备微机控制与手动操作双重功能 以保证个别单件小批量零件 没有必要用数控切削 时 仍可以用手动操作 充分发挥车床的利用率 对 役龄在五至十年 基本零件尚好 只须对部分易损 件进行检修和更换的车床 按照车床中修的标准检 查合格 就可以将其改装成数控车床 对役龄在十 年以上的车床 最好不要改装 如要改装 就得按 照大修标准进行检修 由于这种车床大部分传动零 件已丧失精度 难以修复 所以必须对车床进行大 修 大修的主要内容是对车床导轨进行磨削或刮研 恢复其精度 另外 主轴轴承和尾座套筒也要更换 改装时 进给箱 挂轮箱 溜板箱应全部拆除 光 杆 丝杆 操作杆均拆掉 换成滚珠丝杆或是新丝 杆 并与步进电机联接 这样便成为专一的经济型 数控车床了 4 合理配置各种功能部件 车床数控改造的另一项主要工作是配置各种功 能部件 目前成熟的功能部件主要有圆光栅编码器 电动回转刀架等 圆光栅编码器是检测转动件位置 角速度及角加速度的传感器 是为加工螺纹安装的 主轴转速检测装置 它的安装保证了输出轴与车床 主轴以 1 1 的速比进行无间隙的柔性联接传动 保 证两者有很好的同步性和良好的稳定性 从而保证 了螺距的正确性 螺纹切削时的传动路线如图 4 所 示 主轴齿轮副 圆光栅 编码器 数控装置步进电机 纵向进 给机构 图 4 螺纹切削时的传动路线图 电动回转刀架用于实现车床的自动换刀功能 原有刀架手动换刀 定位精度低 不适合数控车床 的连续加工 所以需要进行改造 改造时原刀架拆 掉后架上自动回转刀架 并用垫板来调整安装后的 刀架中心高与原机床中心高一致 我公司选用了中 国烟台机床附件厂的 AK21110 4M 型数控转塔刀 架 该刀台沿逆时针方向单向转动 由霍尔开关进 行工位的计数 导线由霍尔开关 覆铜板通过走线 管到接线盒 然后接到数控箱 生产过程中靠三联 齿盘的刹紧松开使刀架不必抬起即可转位加工 重 复定位精度达 2 最大切向力矩达 450N m 该 刀架定位精度高 转动平稳 动作简捷 封闭性能 好 结构简单 维修方便 用户还可根据自己的要求 安装自动卡盘 自 动尾架和副刀架等功能部件 并由数控系统发出相 应的控制指令 使其完成相应的动作 对于有主轴 变速要求的 还可选用交流变频调速逆变器与主电 机相连或采用多组电磁离合器 通过数控系统的控 制 实现主轴的调速功能 总之 用户应根据自己 的具体要求 选配各种功能部件 并使之与控制系 统相联 由控制系统控制其完成各种不同动作 实 现所需的功能 以满足实际加工的要求 完成了车床的改造的安装工作 只是改造数控 车床的第一步 车床改造的效果如何 精度怎样 控 制装置及步进电机工作状态如何 都还是未知数 要 通过联机调试和加工试验并不断地进行调整来达到 下转第 17页 38 Guangxi Machinery No 1 1998 计 有 30 企业亏损 大多数企业虽然不亏损 但 经济效益也不好 1996 年全国工程机械行业国内销 售额为 205 亿元 出口2 亿多美元 进口 13 亿美元 与 1994 年和 1995 年相比 虽然销售额年递增 11 以上 利润却没有增长 与此相比 卡特彼勒公司 从 1994 到 1996年连续三年在销售和利润上却连创 记录 1996 年卡特彼勒公司销售额达到 165 22 亿 美元 比 1995 年增长 3 利润总额创造了 13 61 亿美元的新记录 比 1995 年增长 20 出口达 55 亿美元 小松公司 1996 年度销售额为93 4 亿美元 比 1995 年增长 9 其中有 34 产品出口 世界其 他工程机械行业的企业也在不断扩张自己的市场份 额 国外很多工程机械企业正在挖掘中国这块不断 扩大的市场 据有关资料显示 1992 年工程机械进 口额为 6 68亿美元 1995 年猛增到 16 72 亿美元 由于受到进口工程机械的冲击 中国工程机械行业 在本国的市场占有率在不断下降 1996 年国内市场 占有率仅为 56 预计随着进口税率的不断降低 工程机械 尤其是大型工程机械 的进口势头将越 来越猛烈 可以说 中国工程机械市场已逐步与世 界工程机械市场相交融 中国工程机械行业正在面 临全球性竞争 优胜劣汰在所难免 面对强大的国 际竞争对手 中国工程机械行业如何抵御国外工程 机械行业对中国市场的冲击并在世界工程机械市场 占据一席之地 是摆在中国工程机械行业面前的严 峻现实 5 今后的发展方向 根据行业的现状与差距 笔者认为 中国工程 机械行业 2000 年发展方向和目标应是 1 发展方向 一是抓好七类主机 重点发展 国家交通 能源 原材料等工业和国家重点建设急 需的大中型工程施工机械设备 主要是 180 520 马 力推土机 1 8m 3 液压挖堀机 2 5 10m 3 轮式装 载机 16 160t 轮式起重机 5 42t 内燃叉车 液 压凿岩机及凿岩台车 8m 宽以上高等级路面摊铺 机 10 18t 级振动式压路机和 200 400m3 h 稳定 土拌合设备 二是集中攻克关键零部件 提高产品 质量和可靠性 主要是发动机 动力换档变速箱 液 力变矩器 驱动桥 回转支承 四轮一带 制动器 液压件和铸锻件毛坯等 三是建设有国际竞争力的 大型企业集团 发展规模经济 四是加强科技能力 的建设 提高自主开发和创新能力 2 发展的基本战略是 贯彻落实机械工业部 打好组织结构优化战役 产品质量翻身战役和产品 开发能力提高战役的工作部署 坚持以市场为导向 在大力调整产业结构和产品结构 大力提高制造工 艺水平的同时 以重点工程急需的大中型主机产品 为龙头 带动基础件 关键技术和相关行业的发展 逐步完善和更新大中型工程机械产品系列 提高国 内外市场占有率 形成几个具有国际竞争力的大型 企业集团 3 发展的基本目标是 总的品种满足率达 85 以上 系列主要产品结构性能指标达国际 80 90 年代初期先进水平 大中型产品平均无故障工作 时间达 500 小时以上 正常工况下首次大修期达到 8000 10000 小时 各重点工程所需的大中型工程 机械满足率为 70 80 各类主导产品的产量都要 有较大幅度增长 微电子监测 监控 节能 故障 自诊断技术在大部分工程机械上使用 到 2000 年销 售额达到 500亿元人民币 出口 6 亿美元 目前 中国机械行业正在探索一条同行业跨地 区的路 主要目的是为解决各企业集团产品发展趋 向 低水平重复投资建设问题 通过联合盘活存量 资产 以便发挥特色 优势互补 上接第 38页 预期的目标 运用机床微机控制装置将普通车床改造成数控 车床 是一项机电一体化技术 数控机床综合了数 控技术 微电子技术 自动检测技术等先