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對加工中心的改造要求


日期：2010年01月14　來源：沈陽第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：加工中心
    加工中心已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向，加工中心廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中，與普通的機(jī)床相比，加工中心具有工序集中、加工精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、勞動強(qiáng)度低、搖臂鉆床有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化等優(yōu)點，所以加工中心一直都是受到企業(yè)的高度重視的。
    在數(shù)控加工中心發(fā)展的半個多世紀(jì)的歷程中，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運(yùn)用，使加工中心功能日益完善，自動化、智能化程度越來越高，加工中心也朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化及高可靠性方向發(fā)展。
    目前，我國的很多大型機(jī)械制造企業(yè)中，有早期引進(jìn)的加工中心，引進(jìn)時價格很高，性能相比其他機(jī)床也保持得比較好。經(jīng)過多年使用，現(xiàn)在這些機(jī)床的加工效率、精度等都處于一種比較落后的水平，且數(shù)控功能也不能滿足要求。在舊的設(shè)備沒有損壞的情況下，倘若企業(yè)為了提高效率，加工中心更換舊設(shè)備為全新設(shè)備的話，生產(chǎn)成本就非常大了，造成資源浪費(fèi)，不利于企業(yè)的發(fā)展。因此，為了節(jié)約成本，搖臂鉆床可以對現(xiàn)有的一些加工中心進(jìn)行數(shù)控化升級改造，在盡量少改動機(jī)床的情況下，使其性能及加工精度等上升一個層次。另外，有些加工中心的數(shù)控系統(tǒng)需要升級和添加附件的情況，都屬于加工中心的升級改造。
    加工中心的伺服進(jìn)給系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分，本例中采用的是閉環(huán)控制。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，由伺服驅(qū)動裝置接收并將其轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，從而驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動。前面幾章選擇的電動機(jī)都是交流伺服電動機(jī)，在加工中心的閉環(huán)或半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，其驅(qū)動裝置要保證電動機(jī)平滑運(yùn)轉(zhuǎn)、波動小、無爬行的現(xiàn)象。
    (1)對加工中心主軸傳動系統(tǒng)的要求。加工中心的主軸傳動系統(tǒng)是由主軸電動機(jī)、主軸傳動系統(tǒng)以及主軸組件組成。加工中心要有更高的效率、更寬的使用范圍、更高的加工精度就必須滿足以下要求：
    1)調(diào)速功能。在加工過程中，不同材料、不同工序、加工中心不同的加工環(huán)境對切削的工藝要求不一樣。所以主軸就必須具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時選擇合適的切削用量，從而獲得最佳加工效果。搖臂鉆床改造后的加工中心應(yīng)具有更好的調(diào)速性能。
    2)精度和剛度要求。加工中心的精度和主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)，包括選擇精度和運(yùn)動精度。剛度則主要是靜態(tài)剛度，它反映了主軸部件或零件抵抗靜態(tài)外載的能力。改造加工中心不主張改造主軸的剛體結(jié)構(gòu)，但是可以通過更換主軸電動機(jī)的方式，提高其精度和剛度。
    3)動態(tài)響應(yīng)性能。加工中心的優(yōu)越性也表現(xiàn)在響應(yīng)速度上，移動速度可調(diào)范圍寬，正反轉(zhuǎn)實時控制等。舊的加工中心普遍存在一個問題就是動態(tài)響應(yīng)性能差。以往的機(jī)床對動態(tài)響應(yīng)要求不高，機(jī)床的響應(yīng)速度慢，不能適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)頻率，因此在數(shù)控化改造中，要重點改造主軸的伺服系統(tǒng)，進(jìn)而提高其動態(tài)響應(yīng)陛能。
    4)抗振性和熱穩(wěn)定性。機(jī)床在加工過程中的振動一直是造成加工精度低的主要原因。加工中心要求主軸要有好的抗振性，抵抗在加工過程中的沖擊力和交變力的干擾。加工中心高速旋轉(zhuǎn)會使主軸部件產(chǎn)生較多的熱量，搖臂鉆床要是主軸的抗熱性不好，則會使其組成部件產(chǎn)生變形，破壞加工精度，造成誤差。舊有的加工中心在長期的使用過程中發(fā)生了主軸變形、軸承磨損嚴(yán)重的問題。這些問題嚴(yán)重地影響了機(jī)床的抗振性，同時由于潤滑環(huán)境惡劣，造成了大量的摩擦熱，影響了機(jī)床的熱穩(wěn)定性。因此在進(jìn)行升級改造時，更換主軸及其支承軸承是必須要做的。
    5)刀具自動夾緊功能。加工中心一個大的特點就是可以自動換刀。所以主軸上就必須裝有自動夾緊裝置，以方便快速換刀和對刀。有些加工中心的機(jī)械手是傳統(tǒng)的形式，不能與現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)匹配，因此在更換數(shù)控系統(tǒng)的同時，還要按照新數(shù)控系統(tǒng)的要求更換或改進(jìn)原有的換刀裝置及刀庫。
    (2)對加工中心進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求。加工中心的進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要是控制機(jī)床移動部件位置。根據(jù)系統(tǒng)的控制信號，使運(yùn)動部件按程序規(guī)定的方向運(yùn)動。它運(yùn)動的準(zhǔn)確度也直接影響加工精度，加工中心所以，加工中心對伺服系統(tǒng)的要求如下：
    1)高的傳動精度和定位精度。高的傳動精度和定位精度是衡量機(jī)床性能高低的一個重要指標(biāo)，搖臂鉆床是保證加工輪廓面精度和尺寸精度的直接影響因素。在加工中心的改造中，一般要更換原有的伺服電動機(jī)。原來的電動機(jī)部件已經(jīng)老化，其傳動精度和定位精度已經(jīng)不能滿足要求，由于使用時間長，修理后再次使用的可能性不是{艮大，因此建議更換進(jìn)給電動機(jī)。
    2)寬的進(jìn)給調(diào)速范圍。不同材料要求切削的速度也有很大的差異，加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)要具備較大的調(diào)速范圍，進(jìn)給速度一般為3-10000mm／min；加工中心定位速度要求可以在3mm／min—40m／min之間變化。在主軸的伺服系統(tǒng)更換后，機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大，要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的進(jìn)給調(diào)速范圍也要進(jìn)一步擴(kuò)大。
    3)快的響應(yīng)速度。進(jìn)給系統(tǒng)要對數(shù)控系統(tǒng)輸來的信號進(jìn)行快速翻譯和跟蹤，快速動作，精準(zhǔn)到位，使系統(tǒng)的命令不滯后。這個要求需要數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的共同配合才能實現(xiàn)，這要求三者的型號和性能匹配。
    4)轉(zhuǎn)矩大。搖臂鉆床當(dāng)機(jī)床在低速下重切削時，要求驅(qū)動系統(tǒng)輸出較大的轉(zhuǎn)矩。加工中心的升級改造后，希望能在原來加工的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)大加工范圍。因此，要選擇功率大的電動機(jī)以適應(yīng)未來加工的需要。
    (3)對測量裝置的要求。包括高精度、高分辨率、高靈敏度、小的遲滯性、寬的測量范圍。加工中心在運(yùn)動中需要檢測工作臺的位移、機(jī)械手的位置等參數(shù)。這些參數(shù)影響了加工中心的加工精度和加工效率，如果測量信號丟失，會造成加工中心的停機(jī)。在改造中，需要檢查、清潔所有檢測裝置，更新已損壞的檢測裝置，加工中心在更換新的檢測裝置時，要先確定其輸入、輸出信號的形式是否能與各相連的裝置匹配。
    (4)對控制系統(tǒng)的要求。加工中心的所有指令都是由控制系統(tǒng)發(fā)出，其他驅(qū)動裝置根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動運(yùn)動部件工作。控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，其性能也影響著整個機(jī)床的性能，正是由于其重要的作用，加工中心對其要求如下：
    1)強(qiáng)控制功能，對主軸和進(jìn)給軸控制。不單是要各軸完成復(fù)雜型面的加工，還必須控制加工中心實現(xiàn)三軸或多軸運(yùn)動。
    2)多種輔助管理功能。包括自動換刀、對刀，刀具半徑和長度補(bǔ)償，搖臂鉆床多種加工自動循環(huán)，刀具壽命管理，過載、超程自動保護(hù)和自我診斷能力等。
    3)多通道控制。加工中心要體現(xiàn)出其高效率，那就必須把加工過程中一些不必要的時間節(jié)省下來。在進(jìn)行加工的同時，可以完成系統(tǒng)賦予其他通道的功能，例加工中心如加工的同時進(jìn)行自動選刀、控制料庫自動備料等。
    4)具有和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)的能力。使數(shù)控系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)直接相連，隨時向數(shù)控系統(tǒng)傳送編好的程序，是現(xiàn)代數(shù)控加工的必要手段。
    5)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制加工的能力。在遠(yuǎn)離數(shù)控機(jī)床的計算機(jī)上對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，大大減輕了人的勞動強(qiáng)度，也在一定程度上減小了人工誤差。但這種技術(shù)由于受到控制權(quán)限和網(wǎng)絡(luò)安全的限制，目前用得還不多。
在加工中心的數(shù)控化更新改造中，選擇數(shù)控系統(tǒng)時，要根據(jù)機(jī)床本身的情況來定，不能因為是加工中心就用最好的系統(tǒng)。無論如何，機(jī)床是舊改新，能在原有基礎(chǔ)上提高一個檔次是可行的，如搖臂鉆床果要提高到新機(jī)床的水平是不可能的。
    (5)對液壓和氣動裝置等輔助裝置的要求。要求液壓和氣動裝置機(jī)構(gòu)緊湊、加工中心工作可靠、易于控制和調(diào)節(jié)。加工中心主要是要求氣、液壓傳動在工作中可以實現(xiàn)無級變速、易于實現(xiàn)自動化、可頻繁換向等。在加工中心的數(shù)控化更新改造中，不建議更改液壓和氣動裝置。原因是這些裝置在原有的機(jī)床中都是布置在機(jī)床內(nèi)部的，如果要更換，需要拆卸機(jī)床，舊機(jī)床拆卸后很難恢復(fù)原來的剛度和精度，因此液壓和氣壓系統(tǒng)的改造只建議更換液壓泵和氣泵等外露器件。

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