液壓半自動車床的維修_數控化改造

    液壓半自動車床是典型的早期半自動車床產品中的一種，由床身、主軸箱、前大拖板、前小拖板、后大拖板、后小拖板、排刀架、液壓卡盤、電氣控制系統、液壓系統等組成。

    液壓系統的工作方式決定了液壓半自動車床在生產中的加工局限性。雖說機床床身的結構可以滿足很多形式零件的車削加工，但不具備仿形功能，只能進行簡單工序的加工，且這種機床采用的是排刀式刀架，前后兩個刀架在一件產品的加工中只能完成一刀的車削外圓或端面加工，也就是說無法實現階梯軸類和錐面的車削加工。

(1)改造的必要性

    液壓半自動車床在床身結構上接近于目前專業廠家生產的全功能數控車床，具有設計合理的30°傾角的后刀架大拖板，機床上、下料方便，導軌的剛性高，并為使用轉塔刀架提供了空間。但機床其他方面使其優勢得不到發揮。

    ①由于沒有仿形刀架，加工能力及范圍受到限制，液壓系統及控制系統使其加工精度難以保證。前刀架在機床操作人員前增加了大、小拖板，給操作和上、下料帶來不便，也給安全防護增加了難度。

    ②液壓半自動車床有著繁雜的液壓控制系統，兩個大拖板和兩個中拖板需要4個液壓缸提供動力，并要求能夠實現快進、工進、快退的轉換，電液配合的可靠性及控制精度阻礙了設備能力的發揮。

    ③在大多數情況下液壓半自動車床采用一人一機的操作方式，在人力成本越來越高的今天，占用人力資源增加了制造成本。

(2)改造方案

    ①降低液壓系統故障率棄除液壓半自動車床上前后刀架兩套4個液壓缸的液壓系統，減少液壓系統故障對機床的影響；采用伺服電機和滾珠絲桿組作為刀架的驅動，定位準確，運行可靠；保留液壓卡盤及液壓剎車系統，可以充分利用原液壓系統；原液壓系統中的油泵為雙聯葉片泵，流量配備上已過剩，故改用YB-25葉片泵。

    ②棄除前刀架和拖板前拖板的設計是為了擴展液壓車床的加工范圍，改用數控設備之后，機床后刀架拖板可以在數控系統控制下，依靠多工位刀塔實現外圓、端面、錐面、內孔等各種加工，前刀架拖板已失去存在的意義。

    ③主軸驅動  主軸驅動有兩種方式：一是保留原有的主軸箱及電機（手動變速），這一方式的優點是能夠保證主電機工作在較為理想的狀態，實現高的扭矩，缺點是加工程序中不能設定主軸轉速；二是電機通過V帶直接帶動主軸，由變頻器控制調速，可以實現在一個加工程序中的不同轉速變換。在這里選擇的是第二種方案，因為該機床改造之后的加工任務主要是產品的半精和精加工，希望能夠在加工程序執行中進行主軸速度的改變，以適應半精與精加工的需要。

    ④制作全防護罩廢棄了前拖板與刀架，給操作和上下料帶來了方便，也為全防護的制作提供了空間。同時，控制系統和電氣系統都可以以最簡潔合理的方式安裝于機床上'并且在工作中可以改善機床對周邊環境的影響。

(3)改造中的關鍵點

    ①主軸電機的改造原機床中用的是普通交流三相7.5kW異步電動機，改為數控設備之后，系統程序中具有主軸轉速的設定，這一功能可以大大地擴展機床的加工范圍，能夠很好地發揮多工位刀塔的作用。如果需要加工螺紋類型的工件，主軸上可增裝光電編碼器，以準確跟蹤主軸的轉速回饋給控制系統。

②拖板驅動的改造拆除原有的液壓缸，用數控驅動單元代替之。由于機床原有的拖板及導軌設計，z軸電機只能與主軸面對面安裝。為發揮原機床的高剛性性能，作為主要傳動件的絲杠在安裝結構上必須具有足夠的剛度和精度。在這里選用直徑為32mm、精度等級為P4的雙螺母可預緊滾珠絲杠，滾珠直徑為4mm、螺距為5mm、承載圈數為6。該絲杠可受載荷為53. 5kN，同時，在絲杠支撐端的結構上，在接近主軸的一端，采用角接觸球軸承（見圖D），以克服切削力，并保證在正常的切削狀態下絲杠承受拉應力，而在另一端采用深溝球軸承。電機與絲杠采用直連方式，聯軸器采用雙薄膜式，能夠在較好地保證傳動精度的同時消除安裝誤差的影響。伺服電機選用130型連接方式，扭矩不小于7N·m；X軸的結構與此類同，但在電機的選擇上，因為導軌有30°的傾角，采用中慣量帶剎車的伺服電機，功率為1.6kW。

③導軌的改造原機床采用的為鑄造淬火導軌，拖板為球墨鑄鐵鑄造件。該導軌剛性好，精度高，但摩擦阻力大，響應速度慢。為此，在導軌的改造中，將拖板的導軌面刨削掉2mm，進行貼塑（聚四氟乙烯）處理。聚四氟乙烯摩擦因數小，耐磨性好，應用很廣，與淬火導軌配合使用，既可體現出硬軌的剛性優勢，又可在一定程度上消除硬軌響應速度慢的缺點，費用也不高。

    ④刀架的改造原機床的刀架比較簡單，因為系統決定了在一次裝夾中只能對工件的外圓或端面加工一刀，所以機床只配備了排刀架。數控改造后功能可很大程度地加強，但排刀已限制了機床功能的擴展，不能充分滿足機床的功用，所以，改造中選用了4工位的電動刀架。

    ⑤潤滑系統的改造液壓車床各潤滑點的潤滑是直接由液壓系統的分支完成的，故改造時保留原機床上的潤滑分支并改成定時定量潤滑以改善潤滑性能。

(4)數控系統的選擇

機床結構和功能的需求，決定了對機床數控系統功能的要求。

①必須提供2個伺服數控軸的控制與驅動，并能夠實現聯動。

    ②必須提供主軸的變頻控制。

    ③必須提供超過4工位刀架的控制。

④必須提供數控軸的各種異常（如超程）保護。

⑤必須提供高的移動速度和響應速度。

⑥提供方便的操作編程界面。

數控系統的選擇主要考慮的即是上述這些方面，在這里選用了數控系統與FANUC系統完全兼容，具有絲杠的螺距補償功能，超過10m/min的快速移動速度，高速插補，程序預讀功能保證機床運行不停頓，提高效率與質量，控制精度在微米級，配備串行接口RS232，提供電子盤技術，數據可多個位置保存，可以快速恢復，采用電子齒輪比，簡化傳動結構，提高機床精度。系統的基本參數見下表。

 

KNDIT 系統的機泵參數

 

 

(5)小結

經過改造，原來的液壓半自動車床成為30。斜床身的經濟型數控車床，同時，具有液壓車床的高剛性，加工精度及加工范圍得到很大的提高和擴展，可以實現外圓、端面、錐面、球面等復雜工件的加工，也可以同時實現粗精加工在一臺機床上完成，并大大提高了自動化的程度，為降低人力成本創造了條件。