三坐標(biāo)數(shù)控加工中心改造設(shè)計

三坐標(biāo)數(shù)控加工中心改造設(shè)計摘要：現(xiàn)今一些早期投入使用的數(shù)控設(shè)備早已老化，這之中包含了相當(dāng)多的關(guān)鍵設(shè)備。當(dāng)設(shè)備老化時，設(shè)備故障種類逐漸增多，設(shè)備故障頻率日益增加，數(shù)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性降低，加工的可靠性降低，造成了工件報廢，從而對科研生產(chǎn)的正常運行造成了極大的阻礙。且一些設(shè)備廠商對過早的設(shè)備早已停止生產(chǎn)備件，如不改造故障時已無法修復(fù)。因而需要對老化的設(shè)備進行升級改造以保證科研生產(chǎn)的順利進行。0、引言對于數(shù)控加工中心的改造需要從電氣部分，機械部分兩方面進行分析。改造時應(yīng)比照原設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在不破壞不降低原設(shè)備的功能的前提下進行升級改造。電氣部分包含了對新的數(shù)控系統(tǒng)的選用，伺服系統(tǒng)的匹配與連接，PLC單元的控制連接，ATC系統(tǒng)編入控制。機械部分包含了機械精度的恢復(fù)，潤滑系統(tǒng)的選用與改進，氣壓與液壓系統(tǒng)的控制，立式加工中心主軸配重的平衡。1、電氣部分（1）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控設(shè)備的核心。數(shù)控系統(tǒng)的升級改造占數(shù)控設(shè)備改造的最大比重。當(dāng)今最常見的兩種數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS和FANUC，這兩種數(shù)控系統(tǒng)最為主流，技術(shù)最為成熟，市場占有量最大，備件數(shù)也最多。因而在改造的數(shù)控系統(tǒng)改造選型時應(yīng)從這兩種數(shù)控系統(tǒng)中選擇。在數(shù)控系統(tǒng)的選型時應(yīng)保證新的數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)精度不低于原數(shù)控系統(tǒng)精度。由于數(shù)控系統(tǒng)不斷的進行更新?lián)Q代。因而數(shù)控系統(tǒng)都具有從生產(chǎn)銷售到停產(chǎn)備件的生命周期。所以系統(tǒng)的版本在要求成熟穩(wěn)定的同時選用較為新型系統(tǒng)版本，從而保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性同時具有較長的使用生命周期。（2）伺服系統(tǒng)數(shù)控加工中心的伺服系統(tǒng)是以機床移動部件位移和速度為控制對象的自動控制系統(tǒng)，由伺服電機、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動裝置、位置檢測裝置等組成。伺服驅(qū)動單元受數(shù)控系統(tǒng)直接控制。在動力方面，伺服驅(qū)動裝置對伺服電機起到供電作用，在精度方面，伺服驅(qū)動裝置通過位置檢測裝置控制著伺服電機的增益控制，變速比，運行平穩(wěn)性，以及運行精度。選用新的伺服電機應(yīng)在電機的扭矩和功率方面不低于原電機性能，這樣保證了新電機伺服電機滿足對原機械機構(gòu)的拖動能力，以及運行時的穩(wěn)定性。（3）PLC單元數(shù)控加工中心的所有輸入輸出信號都由PLC單元控制，對機床主軸的啟停、主軸抓松刀具、工件的夾緊與松開、冷卻液開關(guān)、刀具更換、工件及工作臺交換、液壓與氣動以及潤滑系統(tǒng)等輔助功能進行順序控制。CNC、PLC和MT之間的信息交換包含以下四個部分。CNC傳送給PLCCNC送至PLC信息可有開關(guān)量輸出信號完成，也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。主要包括各種功能代碼M、S、T的信息，手動/自動方式信息及各種使能信息等。PLC傳送給CNCPCL送至CNC的信息由開關(guān)量輸入信號完成，所有PLC送至CNC的信息地址與含義由CNC系統(tǒng)確定，PLC編程只可以使用，不可改變和增刪。主要包括M、S、T功能的應(yīng)答信息和各坐標(biāo)軸對應(yīng)機床參考點信息等。PLC傳送給MTPLC控制機床的信號通過PLC的開關(guān)量輸出接口送至MT中。主要用來控制機床的執(zhí)行單元，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態(tài)指示和故障報警等。MT傳送給PLC機床側(cè)的開關(guān)量信號可通過PLC的開關(guān)量輸入接口送入PLC中，主要是機床操作面板輸入信息和其上各種按鈕、開關(guān)等信息，如機床的啟停、主軸抓松刀具、工件的夾緊與松開、各坐標(biāo)軸點動、冷卻液開關(guān)、倍率選擇、各運動部件的限位開關(guān)信號等信息。（4）ATC系統(tǒng)數(shù)控加工中心都含有ATC系統(tǒng)，這是數(shù)控加工中心有別于一般數(shù)控設(shè)備的一大特點。ATC系統(tǒng)可以縮短非切削時間，提高生產(chǎn)率，并保證可主軸抓松刀具動作的準(zhǔn)確度，從而提高了加工精度。刀庫的旋轉(zhuǎn)有通過伺服電機控制，這種形式的刀庫在實質(zhì)上屬于一個獨立的伺服軸。也有PLC通過多個位置檢測開關(guān)進行刀庫的旋轉(zhuǎn)以及換刀動作。但無論是哪種結(jié)構(gòu)，都可以在不破壞ATC系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對刀庫電機進行更換從而改變ATC系統(tǒng)的使能及檢測結(jié)構(gòu)。更換數(shù)控系統(tǒng)后需要根據(jù)新的數(shù)控系統(tǒng)對執(zhí)行換刀動作的系統(tǒng)程序進行編寫，并需要重新編寫刀具表。2、機械部分當(dāng)完成對設(shè)備電氣部分改造時，要進一步對設(shè)備的機械部分進行對新的系統(tǒng)的匹配調(diào)制以及部件更換。（1）機械精度數(shù)控加工中心的精度是數(shù)控加工中心各部分的自身精度組合聯(lián)動而成，每一部分都由自身的構(gòu)成決定，同時也受其他部分的影響，其中主軸回轉(zhuǎn)精度由主軸內(nèi)部的軸承、軸頸、軸承座孔等的制造與配合影響，同時也受主軸驅(qū)動電機的影響。主軸實際回轉(zhuǎn)軸線對其理想回轉(zhuǎn)軸線呈現(xiàn)周期性飄移，即為主軸回轉(zhuǎn)誤差，表現(xiàn)為主軸端面誤差與主軸徑向跳動。主軸軸承精度等級，主軸支撐軸頸的圓度誤差，主軸前后支撐的同軸度誤差，主軸箱體與主軸軸承系統(tǒng)的剛性，主軸及隨其回轉(zhuǎn)的零間的不平衡，主軸箱裝配質(zhì)量及主軸回轉(zhuǎn)過程中的冷卻與潤滑等都影響了主軸的幾何精度。數(shù)控加工中心的線性軸相關(guān)的直線運動以及垂直度與機床的導(dǎo)軌和絲杠相關(guān)。導(dǎo)軌的精度由導(dǎo)軌鋪設(shè)形式，導(dǎo)軌自身的幾何精度，導(dǎo)軌的潤滑條件等因素影響。其中數(shù)控加工中心的三個線性軸之間的垂直度同時由三軸導(dǎo)軌之間的鋪設(shè)垂直效果和導(dǎo)軌自身的直線性精度兩項精度共同制約。垂直度時機床的幾何精度中最為重要的一項。除幾何精度外，對于線性軸尤為重要的還有線性軸的定位精度和重復(fù)定位精度。這兩項精度反映了該軸在行程內(nèi)運動到任意位置的定位穩(wěn)定性。這是衡量線性軸是否能穩(wěn)定工作的基本指標(biāo)。影響絲杠的精度的條件有：絲杠自身的直線性，傳動鏈的反向間隙誤差，滾珠絲杠的裝配精度和軸承精度，伺服電機的慣量匹配。（2）潤滑系統(tǒng)數(shù)控加工中心中潤滑系統(tǒng)主要包括主軸傳動部分，軸承，絲杠和導(dǎo)軌等部件的潤滑。對負(fù)載不大，極限轉(zhuǎn)速式移動速度不高的數(shù)控加工中心一般采用油脂潤滑。對負(fù)載較大，極限轉(zhuǎn)速式移動速度較高的數(shù)控加工中心一般采用油潤滑。數(shù)控加工中心的滾動導(dǎo)軌，滾珠絲杠及軸承，由于運動速度低，溫度上升較慢，因而使用油脂潤滑。如果不想改變加工形式，盡可能不要改變設(shè)備原潤滑形式。（3）氣壓與液壓系統(tǒng)氣壓與液壓系統(tǒng)在數(shù)控加工中心中常用來完成一些小型配合動作，如ATC系統(tǒng)，主軸平衡配重，防護門的打開與關(guān)閉，工作臺的松開與夾緊，以及主軸切削吹屑等。（4）立式加工中心主軸配重平衡立式加工中心的主軸配重平衡根據(jù)自身加工能力的傾向性是多種多樣的。在改造的過程中，由于新的伺服電機的屬性與原電機不同，又由于可能有新的加工形式的需求，因而可能對立式加工中心的主軸匹配形式進行調(diào)整甚至改變。用重錘配重這種形式比較常見，也比較簡單。用配重的重量來抵消主軸單元的重量，從而達(dá)到配重平衡，這種形式絲杠和電機的負(fù)載小。但速度較慢不適合高速切削。另一種形式是使用氣壓缸或液壓缸的壓力帶動鋼絲繩拖動主軸單元，從而達(dá)到平衡效果，使用氣壓缸