
大型落地镗铣床作为基础设备大量装备于加工制造业,应用非常广泛。近年来,随着装备制造业技术水平的大幅度提高,工件的加工尺寸精度和质量要求也日趋提高,传统的加工工艺已不能适应市场经济条件下高效率、高质量、多变化的加工要求,数控化加工势在必行。
然而,投资购买全新的大型数控落地镗铣床不仅投资大而且制造周期长;同时,淘汰现有的大型落地镗铣床不但浪费巨大,而且以现代的技术水平完全可以使老设备焕发青春和活力。
1 数控改造的基本原则
对机床的机械部分,数控机床和普通机床基本一致的大型基础性零部件尽最大可能予以保留和利用。利用现代化的交流数字主轴驱动技术和计算机数控技术对机床的主传动部分、进给传动部分,按照全新数控机床的标准,进行全面彻底的升级改造。选择世界领先的数控系统和交流伺服电动机,重新设计制造机床电控系统;立柱横向移动机构更换为可调预紧力的双小斜齿轮进给箱和高精度斜齿条传动电动机驱动系统改为西门子交流数字主轴驱动系统,各进给运动轴加装光栅尺和旋转位置编码器。从而实现机床的数控化、全闭环控制。并具有自动和手动两种工作方式,使其达到目前同类机床的先进水平。
2 大型落地镗铣床的数控化设计及改造项目
磨削加工立柱横向移动用床身(长度12m)、前立柱各导轨面,加工修复立柱滑板;床身镶装高精度斜齿条。
主轴箱按交流数字主轴驱动系统要求,设计改造主轴变速机构。
立柱横向移动机构更换为可调预紧力的双小斜齿轮进给箱和高精度斜齿条传动机构,用交流伺服电动机驱动。立柱横向运动床身上加装德国海德汉光栅尺,实现立柱横向进给运动的全闭环控制。主轴箱垂直运动机构采用交流伺服电动机驱动,经机械减速装置和换装的滚珠丝杠螺母副,带动主轴箱沿前立柱导轨完成垂直运动。前立柱垂直运动方向上加装光栅尺,实现主轴箱垂直进给运动的全闭环控制。
镗杆轴纵向移动机构采用交流伺服电动机驱动,经机械减速装置和换装的滚珠丝杠螺母副,带动镗杆轴完成纵向移动。在镗杆轴直线运动方向上加装光栅尺,实现镗杆轴纵向移动的全闭环控制。
滑枕纵向移动机构采用交流伺服电动机驱动,经机械减速装置和换装的滚珠丝杠螺母副,带动滑枕完成纵向移动。同时,在滑枕纵向直线运动方向上加装光栅尺,实现滑枕纵向移动的全闭环控制。
工作台旋转采用交流伺服电动机驱动,在旋转工作台主轴末端加装旋转位置编码器,实现高精度分度定位的全闭环控制。
工作台纵向移动采用交流伺服电动机驱动,U轴更换滚珠丝杠两端支撑轴承,加装光栅尺,实现U轴的全数控化、全闭环控制。
各运动导轨副的润滑采用自动集中润滑站,实现定时、定量、定点自动润滑。
按数控机床标准更换各直线进给轴拖链并加装导轨防护罩及限位保护开关。
选用西门子840D数控系统或发格8070CNC数控系统,也可根据需要选用国内外知名厂家的数控系统和相同厂家的交流伺服电动机、伺服驱动系统和PLC等。需要具有:插补功能、补偿功能、数据传输功能、极坐标功能、循环功能、诊断报警功能、PC诊断报警功能、三维图形显示模拟功能、手工和自动编程加工程序和多种参数的存储及调用等功能。系统功能为6个伺服轴,具有4轴联动的功能。
电控柜内配备电柜空调及照明功能。
将落地镗铣床改进为两种工作方式:自动工作和脱离NC时作为普通数显镗床使用。
重新设计制造一个悬挂式集中按钮站,对机床进行统一控制。该按钮站将全部的进给运动和主传动的控制功能都集中在一起操作。按钮站上设有完整的CNC键盘,操作面板为中文界面,显示屏为平面液晶彩色显示器。
配置多键和手摇脉冲发生器的手持操作单元。液压系统根据主轴变速和进给运动定位夹紧的机床动作要求重新设计制造。
3 数控改造型落地镗铣床与普通型和数控型落地镗铣床主要性能参数对比
以T6920数控改造型与T6920普通型和T6920数控型落地镗铣床为例,三者在镗杆直径、各运动部件的移动行程范围、镗孔直径范围和铣削平面范围等方面的参数基本一致。但对数控改造涉及的主轴转速范围、扭矩特性和各进给运动部分进给速度范围、运动定位精度、加工精度、自动化程度和加工效率等方面的参数加以对比后,证明数控改造后的落地镗铣床相对于普通型落地镗铣床的性能参数实现了技术飞跃,其功能和主要性能参数均与全新数控型落地镗铣床的性能参数基本一致。同时又保留了普通数显镗铣床的功能,使机床集数控型和普通数显落地镗铣床的工作特点于一身。然而,其成本与全新的数控落地镗铣床产品相比,得到大幅度降低。
普通落地镗铣床在加工大型箱体的各种复杂孔系时,需用人工反复测量找正,效率低、精度差,难以适应大型箱体的各种复杂孔系尺寸多变的要求。而数控落地镗铣床的加工由数控程序控制伺服进给轴完成运动定位或插补运动,通过与主轴的联动,带动可转位刀头完成平面坐标系内任意曲线的加工;在加工大型箱体的各种复杂孔系时,不需人工反复测量找正,只要操作者给数控系统输入程序和各孔的相对位置坐标尺寸,配好刀具并运行程序即可。加工效率高、精度高、质量稳定。在适应大型箱体的各种复杂孔系尺寸多变和平面曲线轮廓的变化加工时,只要改变加工程序即可适应。
数控化改造后的落地镗床适用于材质为钢件、铸铁及有色金属等工件的粗、精加工。既能完成对尺寸较大的重大型箱体的内孔镗削加工,还可以完成铣端面、钻孔、扩孔、铰孔和切削内孔螺纹等加工要求。极大地满足了用户加工工件箱体孔系分布复杂、高质量、高效率、应变能力强的要求,方便了操作,提高了生产效率,降低了生产成本。
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