引言
數(shù)控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備,是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產(chǎn)物。目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間,因此有必要提高機床的數(shù)控化率。
1車床數(shù)控改造的意義
一是機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用,大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用,并可以利用現(xiàn)有地基。二是因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效,幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。。三是機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝,不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。
2普通車床的數(shù)控改造方法及設計
2.1普通車床的數(shù)控化改造設計
機床的數(shù)控改造,主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設計,最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表,其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處。然而,現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可,也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上,僅對局部加以改進而成(那些受資金等條件限制,而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論)。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點,如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等,難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求,F(xiàn)代的數(shù)控技術,特別是加工中心,無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu),還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化,已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此,我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中,應在考慮各種情況下,使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。
2.2數(shù)控車床的性能和精度的選擇
并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造,機床的改造主要應具備兩個條件:第一,機床基礎件必須有足夠的剛性。第二,改造的費用要合適,經(jīng)濟性好。在改裝車床前,要對機床的性能指標做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長度、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。①軸變速方法、級數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。②進給運動:進給速度:Z向(通常為8~400mm/min);X向(通常為2~100mm/min)。快速移動:Z向(通常為1.2~4m/min);X向(通常為1.2~3m/min)。脈沖當量:在0.025~0.005mm內(nèi)選取,通常Z向為X向的2倍。加工螺距范圍:包括能加工螺距類型(公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等),一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達到。③進給運動驅(qū)動方式(一般都選用步進電機驅(qū)動)。④給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。⑤刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架,若配置需要確定工位數(shù)。⑥其他性能指標選擇:插補功能:車床加工需具備直線和圓弧插補功能。刀具補償和間隙補償:為了保證一定的加工精度,一般需考慮設置刀補和間隙補償功能。顯示:采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示,顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實際需要確定,一般來說,顯示越簡單成本越低,也容易實現(xiàn)。診斷功能:為防止操作者輸入的程序有錯和隨之出現(xiàn)的錯誤動作,可在數(shù)控改造系統(tǒng)設計時加入必要的器件和軟件,使其能指示出機床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等,實現(xiàn)有限的診斷功能。以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標,有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門的要求,如車削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對刀等,這個時候應有針對性的專門設計。
2.3車床數(shù)控改造方案
當數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后,可根據(jù)此來確定改造方案。目前機床數(shù)控改造技術已經(jīng)日趨成熟,專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此,較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為:配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng),更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。
目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能:①采用單片微機為主控CPU,具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補償功能、數(shù)碼管二坐標同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。②配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng),脈沖當量或控制精度一般為:Z為0.01mm,X向為0.005mm(要與相應導程的絲杠相配套)。③加工程序大多靠面板按鍵輸入,代碼編制,掉電自動保護存儲器存儲;可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。④具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警,以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。
3數(shù)控車床的加工編程
3.1方法
數(shù)控編程方法有手工編程和自動編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析工藝處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程序單、輸入程序到程序校驗等各步驟主要有人工完成的編程過程。它適用于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件的加工,以及計算較簡單,程序段不多,編程易于實現(xiàn)的場合等。但對于幾何形狀復雜的零件(尤其是空間曲面組成的零件),以及幾何元素不復雜但需編制程序量很大的零件,由于編程時計算數(shù)值的工作相當繁瑣,工作量大,容易出錯,程序校驗也較困難,用手工編程難以完成,因此要采用自動編程。所謂自動編程即程序編制工作的大部分或全部有計算機完成,可以有效解決復雜零件的加工問題,也是數(shù)控編程未來的發(fā)展趨勢。同時,也要看到手工編程是自動編程的基礎,自動編程中許多核心經(jīng)驗都來源于手工編程,二者相輔相成。
3.2步驟
首先應對零件圖紙分析,確定加工工藝過程,也即確定零件的加工方法(如采用的工夾具、裝夾定位方法等),加工路線(如進給路線、對刀點、換刀點等)及工藝參數(shù)(如進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削速度和切削深度等)。其次應進行數(shù)值計算。絕大部分數(shù)控系統(tǒng)都帶有刀補功能,只需計算輪廓相鄰幾何元素的交點(或切點)的坐標值,得出各幾何元素的起點終點和圓弧的圓心坐標值即可。最后,根據(jù)計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的加工參數(shù)及輔助動作,結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定使用的坐標指令代碼和程序段格式,逐段編寫零件加工程序單,并輸入CNC裝置的存儲器中。
用普通機床加工出來的產(chǎn)品在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力,直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益,影響企業(yè)的生存和發(fā)展,因此有必要提高機床的數(shù)控化率。 |