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落地鏜銑床機械大修及數控改造

2015-12-4 來源：中（zhōng）國有色（沈陽（yáng））冶金（jīn）機械有（yǒu）限公司作（zuò）者：張忠旭

摘　要：數控機床是現代裝備製造業（yè）中的重要組成設備，隨（suí）著機電一體化進程不斷深入，數控機床越（yuè）來越成為機械工業技術改造的首選設備。為了提高公司機床設（shè）備裝備水（shuǐ）平（píng），適應市場需求，提高產品質量、精度，提高生產效率（lǜ），降低工人勞動強度，減少工裝，縮短生產周期，公司對ＳＫＯＤＡ　Ｗ２５０ＨＣ落地鏜銑床進行了（le）機械大修及數控化改（gǎi）造。本文介紹（shào）了機床機械及電氣方（fāng）麵的現狀，大修及改造方案。

１　、機床現狀及問題

１．１　機（jī）床現狀

ＳＫＯＤＡ生產的Ｗ２５０ＨＣ落地數控銑鏜床，其Ｘ軸機械傳動結構為齒條齒輪，Ｙ、Ｚ、Ｗ軸為滾珠絲杠（gàng）副。Ｘ、Ｙ軸的驅動（dòng）電機分別為１１．９ｋＷ的（de）直流電機，Ｚ、Ｗ軸共（gòng）用一台電機並通過程序切換。該設（shè）備於１９９２年安裝投入使用（yòng）至今，機床傳動精度、幾何精度有（yǒu）所下降，需進行大修及（jí）數控化改造。

１．２　機床規（guī）格參數

主軸直徑（jìng）２５０ｍｍ，主軸錐孔ＩＳＯ６０，滑枕尺寸５２０ｍｍ×５２０ｍｍ，Ｘ軸行（háng）程１２　０００ｍｍ，Ｙ軸行程４０００ｍｍ，Ｚ軸行（háng）程２　０００ｍｍ，Ｗ軸行程１　６００ｍｍ。

１．３　機床坐標軸

Ｘ軸為立柱水平移動，Ｙ軸（zhóu）為主軸（zhóu）箱上下移動（dòng），Ｚ軸為鏜杆（gǎn）移動（dòng），Ｗ軸為滑（huá）枕水平運動，Ｂ軸（zhóu）為工作（zuò）台旋轉運動，Ｖ軸為工作台水（shuǐ）平移（yí）動，Ｓ軸為鏜杆主軸旋轉。

１．４　主要問題

控製係（xì）統老化（huà），維修（xiū）困難，機械部件磨損，精度下降。

２　、大修基本要（yào）求及改造方案

２．１　大修基本要求

機械部分作常規大修，恢複設備的主要基礎精度。電氣部分采用（yòng）ＳＩＥＭＥＮＳ　８４０Ｄ對機床進行數控化改（gǎi）造（zào）。

２．２　機械改造方案

２．２．１　主軸部分

（１）保留機床主傳動的原直流主軸電機驅動，並經機械變速，及電機（jī）的無（wú）級調速，以滿（mǎn）足各種不同（tóng）工序的加工要求。

（２）主軸可保留原掛輪機構極其功能，或取消該機構安裝編碼器以實現數控的定向功能及螺紋加工。

２．２．２　Ｘ軸部分

Ｘ軸移動采用雙齒輪（lún）－齒條傳動裝（zhuāng）置，其（qí）反向間隙通過（guò）雙齒輪的調整（zhěng）來消除。采用該結構後，有利於提高其位置精度，並改善其抖動爬（pá）行狀態（tài）。改（gǎi）造時重（chóng）新設計製造Ｘ軸的減速箱。

２．２．３　Ｙ軸（zhóu）主軸箱部分

根據機床的原有結構及（jí）數控要求重新設計製造新的傳動箱（xiāng）。

２．２．４　Ｚ、Ｗ軸部分

根（gēn）據數控（kòng）要求重（chóng）新設計製造其傳動箱。Ｚ、Ｗ軸通過原主軸（zhóu）箱內的離合（hé）器進行切換。並實現Ｚ、Ｗ軸的分別編程功能。

２．２．５　工作台（tái）改（gǎi）造方案

（１）Ｖ軸部分

取消Ｖ軸原傳動齒條，在床身合適部位安裝滾珠絲杠。因安裝滾珠絲杠的高度尺寸較小，故隻能選擇（zé）Φ６３ｍｍ的滾珠絲杠（gàng）。由於絲杠（gàng）直（zhí）徑（jìng）較小，其傳動（dòng）鏈的剛性不足，因此建議Ｖ軸作為定位軸（zhóu）使用。為了配合傳動鏈的改（gǎi）造，轉台下滑座將粘貼導軌軟帶，並與修理好的床身導軌配刮合研。根（gēn）據數控驅動（dòng）的技術要求，重新設計製造Ｖ軸減速箱，並

將新的減速箱安裝在床身外端（duān）麵。

（２）Ｂ軸部分

將轉台的原減速箱改（gǎi）為回轉台專用，取消原切換用的離合器。

若安裝部位（wèi）尺寸合（hé）適，我方將設計專用雙齒輪減速箱，以改善其（qí）傳動性能及反向間隙。

２．２．６　升降走台部分

新設計的機床的操作箱安裝（zhuāng）在走台上。機床采用集中操作方式，對主機進行操作（zuò），工作台保留原獨立的操作（zuò）方式（shì）不變。為了對刀（dāo）及調整方便操作箱配備一帶（dài）５ｍ長線纜的手持（chí）單元。

２．２．７　拖鏈部（bù）分

機床改（gǎi）造保留機床的原有Ｘ軸拖鏈並增（zēng）加立柱到主軸箱的（de）拖鏈。

２．３　液壓部分改造方案

２．３．１　Ｘ軸部分

Ｘ軸的移動（dòng）均采用一腔一泵的恒流靜壓（yā）導軌。並由專（zhuān）用多頭泵供油，該（gāi）係統具有靜壓（yā）剛度高，避免了恒壓毛細式靜壓（yā）易堵塞和複（fù）合式導軌靜動磨擦係數差別大，導軌易摩損，定位精度低等缺（quē）陷，提高了導軌的剛度（dù），延長了導軌的使用壽命。

２．３．２　滾珠絲杠及導軌潤滑

滾（gǔn）珠絲杠（gàng）及Ｙ軸導軌潤滑保留機床的（de）原潤滑方式不變（biàn）。

２．３．３　減速箱（xiāng）潤滑（huá）

Ｘ、Ｙ、Ｚ／Ｗ軸減（jiǎn）速箱采用機床的原潤滑方式（shì）不變。

２．３．４　總油泵站方案

重新設計製造新（xīn）的機床總油（yóu）泵站，並配（pèi）備其相應的回油（yóu）管路及（jí）保護檢（jiǎn）測元件（jiàn）。油泵（bèng）站為機床（chuáng）床身（shēn）、滑座等提供靜壓油和潤滑油。油路係統中（zhōng）配備了一台製（zhì）冷能力強勁的油溫自動控（kòng）製裝置，對供油裝置進行溫度控製。

２．４　機械大修（xiū）方案

清洗除鏽，對機床進行全麵清洗。對（duì）機床的相關部件除鏽處理。對機床床身的（de）導軌進行檢查，對其研傷通過精加（jiā）工或人工修刮的方式來修複。將下滑座與床身導軌進行合研配刮，恢複Ｘ軸的相關精度。重新安裝機床床身（shēn）並調整其幾何精度（dù），以滿足其（qí）工藝要求。對立柱導軌進行檢修，恢（huī）複（fù）其精度，若需要，則通過人工修刮的（de）方式來保證其精度要（yào）求。

對立柱的傳動部分（fèn）進行檢修。對機（jī）床主軸箱傳動部分及變（biàn）檔機構進行檢查調整，更換已經損壞的零件，恢複其正常的工作狀態。並將（jiāng）主（zhǔ）軸箱與立柱導軌進行（háng）合研配（pèi）刮，恢複其相關（guān）精度。重新調整與鏜杆軸向及（jí）徑向精度相關的軸（zhóu）承預緊（jǐn）力並檢查調（diào）整（zhěng）滑枕鑲條。對機床的各（gè）個（gè）鑲條進行配（pèi）刮（guā），以（yǐ）滿足相關的標準要求。根據工藝（yì）參數要求（qiú），重新配磨機床的各個壓板。

清洗檢修機床的（de）液（yè）壓潤滑係統，更換老化壞損的壓力（lì）開關、閥、密封件（jiàn）、管件等。保留機床原用於主軸箱、滑枕夾緊及變擋拉刀的氣動係統（tǒng）不變。對其進行檢修調整，更換老化元件，恢複正常使用（yòng）。

２．５　電氣改造方案

２．５．１　數控係統

采用德國西門子公司目前最高（gāo）檔的８４０Ｄ機床數控係統來完成（chéng）該機床（chuáng）的ＣＮＣ部分控製，ＮＣＣＰＵ選配ＮＣＵ５７２．４，該係統具有數控車床所要求的一切基本功能。另配（pèi）ＵＳＢ接口，方便用戶零件程序的傳送。為方便機床操作，另（lìng）配置手持操作單元一件。數控係統與伺服單元、顯示器、ＰＬＣ、手持操作單元等采用西門子專用電纜（lǎn）進行連接。

２．５．２　顯示器

采用ＯＰ０１０彩色液晶１０．４" 顯示器，配以ＰＣＵ５０來（lái）完成ＮＣ與顯示器的（de）聯係（xì）。ＰＣＵ５０自帶（dài）硬盤，擴大了用戶程序（xù）存儲的空間。８４０Ｄ可進行中英（yīng）文（wén）顯示切換（huàn）。具有（yǒu）狀態顯（xiǎn）示及（jí）報警診斷等（děng）功（gōng）能。

２．５．３　通信接（jiē）口

具有ＣＯＭ（ＲＳ２３２）、ＭＰＩ、ＵＳＢ、ＶＧＡ、ＬＰＴ１、ＰＳ／２鍵盤鼠標及外接軟驅接（jiē）口。還具有ＰＣＩ／ＩＳＡ擴展插槽。

２．５．４　位置檢測元件

（１）半閉環坐標

Ｚ、Ｗ軸采（cǎi）用（yòng）各自獨立的外裝編碼器，檢測裝置安裝在（zài）主軸箱尾端的相（xiàng）應的（de）傳動（dòng）軸端部（bù）。

Ｘ、Ｙ軸編碼器安（ān）裝在伺服電機尾部，編碼器（qì）選（xuǎn）１Ｖｐｐ正弦波，通過西門子專用電纜連接於６１１Ｄ伺服單（dān）元，完成軸的速（sù）度和半（bàn）閉環位置控製。

（２）全閉環坐標

作為選項，Ｘ、Ｙ軸可采用進口光（guāng）柵尺，並選用其輸出為１Ｖｐｐ正弦波信（xìn）號，可以與ＳＩＥＭＥＮＳ８４０Ｄ係統直接連結（jié）而不需轉換裝置。

２．５．５　ＰＬＣ部分

機床采用（yòng）ＳＩＥＭＥＮＳ　Ｓ７－３００ＰＬＣ完成機床的邏輯控（kòng）製，ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ點可通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ擴展。該ＰＬＣ數字Ｉ／Ｏ除滿（mǎn）足機床的控製功能外還保留一定的備用點。

２．５．６　手持單（dān）元

為了方便操作者對工件找正、對刀及微量進刀，在機床操作箱旁配備一小型手持單元（yuán）。

２．５．７　補償功能

螺距誤差補償，反向間隙補償功能，刀具（jù）長度及半徑補（bǔ）償。

２．５．８　主軸（Ｓ軸）部分

保留機床原主軸驅動電機及更換其驅動裝置，主軸驅動係統采用５９０數字式調速係統，或采用ＳＩＥＭＥＮＳ的全數字式６ＲＡ７０裝置。該係統為邏（luó）輯無環流雙閉環調速係（xì）統，有完善的診斷及（jí）報警功能；通過數（shù）值設（shè）置參數，並可自動優化閉環參數。通過控（kòng）製器可使主軸電機具有主傳動的恒功率控製模式。通過ＡＮＡ模塊，將ＣＮＣ輸出的±１０Ｖ模擬電壓接入主軸裝置，完成Ｍ０３／Ｍ０４／Ｍ０５及Ｓ功能。係統通過主軸編碼（mǎ）器，將（jiāng）其信號接入ＡＮＡ模塊，使主軸能完（wán）成定向功能。

２．５．９　進給軸部分

采用ＳＩＭＯＤＲＩＶＥ　６１１Ｄ全數字（zì）式（shì）的驅（qū）動裝置，配備與電源模塊功（gōng）率相匹配的電（diàn）抗器和濾波器，並配備ＳＩＥＭＥＮＳ的高性能的交流伺（sì）服電機（jī）。

２．５．１０　輔助控製部分

保留原機床的輔助（zhù）控製部分，其液壓係統、潤滑係統、冷卻係統、排屑係統的控製電機保留（liú），其執行模式不變，並由新的ＰＬＣ進行（háng）控製。

２．５．１１　控製電櫃

重新設計製作電氣控製櫃，主要低壓電器采用法國ＴＥ的品牌產品和日本ＯＭＲＯＮ的繼電器。元件布局（jú）合理，布線有序，標（biāo）牌（pái）及線號清楚可見、不易脫（tuō）落。電櫃安裝有照明燈，並提（tí）供２２０ＶＡＣ維修電源插座及機床（chuáng）照明電源（yuán）。按國際標準ＩＥＣ２０４－１施工。為了使ＣＮＣ係統的工作可靠並延長其使用壽命，電櫃配備一（yī）個溫度控製器。

２．５．１２　操作部分

重新設計製造操作箱，ＣＮＣ係統的顯（xiǎn）示屏安（ān）裝在操作箱上。操作箱（xiāng）安裝在機（jī）床的走台上。操作箱外形美觀大方，強度高，防塵性好。操作箱內低（dī）壓電氣元件選（xuǎn）用質量可靠的名牌廠家產品。元件布局合理（lǐ），布線有序，標（biāo）牌及線號清楚可見、不易脫落。嚴格（gé）按照按國際標準ＩＥＣ２０４－１施工（gōng）。

２．５．１３　低壓電器（qì）

該數控機床的電氣係統的主要低壓（yā）電器（qì）采用施耐德ＴＥ係列產品，小型繼電器采用日本ＯＭＲＯＮ的產品，其它低壓電器則采（cǎi）用國內知名品牌。

２．５．１４　床（chuáng）身電氣部分

對床身上全部電氣元件進行檢修，更換床身上損壞的電線電纜接插件及接線端子。選用質量可靠的名牌廠家產品。保（bǎo）留原清洗床身接線盒及拖鏈。按（àn）國家標準ＧＢ５２２６．１－２００２施（shī）工。

２．６　位置精度（見表（biǎo）１）

表１　位置精度

３、　結　語

改造後加工效率照改造前（qián）提高一倍以上，性能與新購置同規格數控鏜（táng）銑床相當，改造費用隻（zhī）相當購置同樣配置新數控（kòng）鏜銑床費用（yòng）的（de）１／２以下。提高（gāo）了公司大型（xíng）設備數控化的水平，擴大了產品加工承製範圍，提高了產品加工精度，提高了加工效率，創造了良好的經濟效益。

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