24小时论文定制热线
24小时论文定制热线
摘要：以CA6136数控化改造为载体, 重点介绍数控化改造总体设计方案, 主要研究机械部分和电气部分改造设计工作, 重点阐述了如何改造及改造中应特别注意的问题。
关键词：CA6136数控化; 改造; 设计;
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;
总体设计方案应重点考虑数控系统选择和驱动元器件选择, 考虑如何保证满足零件加工精度要求等。同时, 要考虑改装的经济与适用性, 尽可能利用原机床部件, 遵循小改动、大收益的原则, 缩短改造周期, 因此确定以下设计方案。
(1) CA6136经过数控化设计改造, 应满足重复定位、线性插补、顺逆圆弧插补、内外轮廓循环和英公制螺纹车削功能等。多年的工作实践证明, GSK980TD系统是非常可靠的数控系统之一, 其性能稳定、功能较完善、价格较经济, 选用它比较好地满足了这次改造的要求。
(2) CA6136数控化设计改装成简易经济型数控机床, 在满足零件加工精度的要求下, 尽量做到结构简单, 降低改造成本。因此, 本次设计进给驱动元器件选用单相3k W步进电机。在步进电机参数选择中, 应特别注意脉冲当量的确定, 依据改造设计精度要求, Z轴设定0.01mm, X轴设定0.005mm。
(3) 拆除原手动刀架, 安装四工位自动回转刀架及刀架控制电路。
(4) 纵向及横向进给驱动系统是两套分别独立的传动装置, 依次为步进驱动电机、齿轮减速装置、刚性联轴器、丝杠螺母装置, 其传动精度必须符合改造设计精度。
(5) 为了使进给驱动系统传动平稳性及传动精度符合设计要求, 采用传动精度高及运行过程中非常平稳的滚珠丝杠螺母副, 且设预紧装置, 以消除齿轮间的传动间隙, 提高驱动力的传动稳定性。
(6) 为防止机械加工中纵向和横向超越极限, 在纵向和横向分别安装限位元件。
(7) 在数控加工中, 加工前必须通过回参考点建立机床坐标系, 故在纵向和横向分别安装回参考点检测元件。
(8) CA6136机床总体格局未做大改造, 做到小改动、大收益, 以节约改造成本, 尽快交付使用。
1、机械部分改造设计
1.1、进给系统机械结构改造设计
1.1.1、必须改装的重要装置
在进给驱动系统改造设计过程中, 必须改装的重要装置分别是挂轮系统、进给调速系统、溜板箱系统等。
挂轮系统:整体拆掉, 在进给装置主轴端部安置脉冲编码器, 脉冲编码器的作用是控制主轴每转一圈使进给系统进给一个螺距, 用于加工公英制螺纹所必须配置的元器件。
溜板箱部分:把横向溜板装置中的丝杠、螺母整体拆掉, 换装成横向进给传递系统。选择滚珠丝杠螺母装置、驱动步进电机、齿轮减速装置、刚性联轴器等组成横向进给传递系统。
进给调速部分:整体拆掉, 在此处安设纵向驱动步进电机和减速与消震装置。驱动步进电机经两对减速齿轮装置, 将纵向进给力传递到滚珠丝杠, 后经滚珠丝杠螺母装置联接刀架产生切削动作。
1.1.2、进给系统传动齿轮间隙的消除
为了确保驱动步进电机启动时的稳定性, 人们应高度重视步进驱动电机负载惯性矩问题。每当负载惯性矩逐渐增大至某一特定值, 驱动步进电机将产生擅动, 从而瞬间造成剧烈震动现象。因此, 选择驱动步进电机应考虑一定的负载余量, 避免过载造成严重损失。在此次设计过程中, 选择减速齿轮装置用以消除惯性矩产生瞬间的震动问题。在设计消震方法的同时, 减速齿轮装置也应避免两齿轮间的间隙过大, 否则将造成数控系统发出指令后, 切削动作不同步现象。
在此次改造设计中, 选择双片齿轮来消除一组齿轮间的间隙。通常将主从动齿轮中的从动齿轮制造成相同规格型号的两片, 将其中某一片用花键固定在齿轮轴上, 相互之间安设弹簧, 在弹簧力作用下, 两齿廓相互紧贴, 从而达到完全消除齿侧间隙的目的。
1.2、主轴部分改造设计
CA6136数控化改装后, 根据总体设计方案要求, 必须能自动加工公英制螺纹, 所以必须将主轴部分进行相应改造设计。在主轴后端安设编码器, 使其运行与主轴的运行同步, 主轴运行时, 编码器将同步工作, 编码器将运行信号反馈到控制系统中, 使进给驱动系统与主轴同步控制, 从而车削出符合设计要求的公英制螺纹。值得注意的是, 在安装联接过程中, 必须保证主轴与编码器心轴的同轴度控制在0.02mm以内, 否则会造成编码器信号失真。
2、电气控制部分改造设计
2.1、主轴控制系统
主轴电气控制系统选择台达变频器 (VFD022M43B三相380V7.5k W) 来驱动三相异步电机, 带动主轴进行旋转运行。变频器主电路部分连线应注意的问题是, 将三相电源线分别接至R、S、T触点, 万万不可将三相电源线错接至输出触点U、V、W, 否则会造成变频器的烧毁。接线完成后, 应检查各触点连接的牢固性, 以免在工作中因接触不良造成发热烧毁主轴控制系统。在控制接线端子“+”“PR”上接制动10Ω电阻。为了防止变频器受到电磁波干扰, 安装滤波器 (FRBSF01) , 从而使受到无线电干扰降到最小。
2.2、进给伺服控制系统
进给伺服驱动器选择时代M542, 其性能稳定, 功能满足设计要求。安装过程中必须注意的事项有:驱动器安装环境必须通风良好, 无尘, 无干扰信号源, 信号线必须做屏蔽处理, 否则会造成运行不稳定现象;强电与弱电必须分开, 并采取相互隔离措施;横向与纵向驱动器安装横向间距不小于30cm, 否则会造成两驱动器控制信号相互干扰。
2.3、刀架控制系统
刀架选择常州亚星LD4刀架, 该刀架具有工作可靠度高、刚性好、寿命长、价格低廉等优点。刀架控制接线原理如1所示, QF3为空气开关, KM5为刀架正转接触器, KM6为刀架反转接触器, KA1为急停中间继电器, S1~S4分别为1~4刀位检测装置, SB11为手动换刀开关, SB12为自动选刀启动开关, RC9和RC10为直流灭弧装置。X3.0~X3.3分别为1~4号输入刀位信号源, X30.6为输入手动刀位信号源, 30.7为输入手动换刀信号源, Y0.6为输出刀架正转信号源, Y0.7为输出刀架反转信号源。在接线过程中, 应注意的事项为, 信号线必须与电源线进行屏蔽隔离处理, 接线应牢固、无松动现象。
图1 刀架控制接线原理
3、结语
本次CA6136数控化改造设计, 圆满实现了数控机床电气和机械部分的改造。经调研, 将废旧机床进行数控化改造具有很好的经济性, 目前中国机床数控化改造潜在市场非常大, 发展空间广阔, 特别是专用机床数控化改造项目。在本次改造设计过程中, 笔者亲身经历改造全过程, 学到了前所未有的新知识和新技能, 同时把所学的知识应用到改造设计中, 既巩固专业理论知识, 又有效提升解决问题的能力, 这有助于今后更好地开展教学和科研工作。
参考文献
[1]文怀兴, 夏田.数控机床系统设计[M].北京:化学工业出版社, 2005.
[2]许建.机床改造技术及实例[M].北京:机械工业出版社, 2017.
[3]韩鸿鸾, 倪建光.数控车床结构与维修[M].北京:化学工业出版社, 2016.
[4]蒋丽.数控原理与系统[M].北京:国防工业出版社, 2011.
[5]李庆余.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社, 2017.