淺談旋壓機的數(shù)控改造

由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。目前購置一臺大型數(shù)控旋壓機價格非常昂貴，所以為舊設備的數(shù)控改造提供了一定的市場。  

    1．旋壓機床數(shù)控改造的必要性：  

    我國旋壓機總量幾百臺，而其中數(shù)控機床非常少。大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且多數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床，生產裝備和技術陳舊而落后。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場，軍品和民品市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高旋壓機的數(shù)控化率。  

    舊旋壓機由于使用時間長久，分立電子元件均已嚴重老化，故障頻繁，且各種機械與電子元件根本無處購買，造成維修困難，有的已經(jīng)無法正常使用。目前很多旋壓機用手工進行仿型加工，一是勞動強度大，時間長，二是控制水平比較落后，精度比較低。因此用傳統(tǒng)的手動操作方式加工一致性差，功效低，加工質量得不到保證，采用數(shù)控技術加工已成為必然的趨勢  

    改造的數(shù)控旋壓機投入使用后，由于系統(tǒng)操作靈活，使用方便，加工功能增強，適合于較為復雜型面工件的加工，提高了生產效率，保證了加工精度。  

    2．旋壓機數(shù)控化改造主要內容：  

    其一是恢復原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是NC化，在普通旋壓機上加數(shù)控系統(tǒng)，改造成CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新；其四是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。  

    3．改造方案  

    結合生產實際，依據(jù)工藝要求和被改機床的完好程度，可采用不同的改造方案。  

    3．1機械改造  

    一臺新的數(shù)控旋壓機，在設計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了數(shù)控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。  

    3.1.1滑動導軌副  

    對數(shù)控旋壓機來說，導軌除應具有普通旋壓機導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。  

    3.1.2滾珠絲杠  

    絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。  

    3.2主軸驅動改造選型  

    根據(jù)旋壓工藝的要求，主軸一般都設計成無級調速。  

    對于交流主軸電機，采用變頻調速控制。如西門子6SE70矢量控制三相交流電壓源型變頻調速系統(tǒng)，其調速和起制動性能好，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。  

    對于直流主軸電機，如采用西門子6RA70全數(shù)字直流調速裝置代替原有的調速系統(tǒng)。6RA70是三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，體積小、結構緊湊，用于直流電機電樞和勵磁供電完成調速任務。這一裝置的優(yōu)點在于：本身帶有參數(shù)設定單元，不需要其它的任何附加設備即可完成參數(shù)的設定，并且所有的控制、調節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實現(xiàn)。 

    3.3數(shù)控及進給驅動系統(tǒng)  

    當前生產數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、法國NUM公司、日本FANUC公司；國內公司如中國珠峰公司、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。  

    選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求等具體情況進行選擇  

    3.3.1交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)控制系統(tǒng)  

    半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結構與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。比如西門子的1FT5、1FT6交流伺服電機，穩(wěn)定可靠，伺服性能好。  

    3.3.2異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)  

    該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執(zhí)行機構。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，成本也高，設計和調試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，驅動功率更大的特性指標。  

    3.3.3 伺服閥/伺服油缸，光柵測量反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)  

    在行程較短，旋壓力要求大的場合，由伺服閥，伺服油缸組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)是一個很好的選擇。  
    4．機床數(shù)控改造主要步驟  

    4．1改造方案的確定  

    改造的可行性分析通過以后，就可以針對工藝和機床現(xiàn)況確定改造方案，一般包括：  

    4.1.1 機械修理與電氣改造相結合  

    一般來說，需進行電氣改造的機床，都需進行機械修理。機械性能的完好是電氣改造成功的基礎。  

    4.1.2先局部后整體  

    確定改造步驟時，應把整個電氣部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。  

    4.1.3 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)  

    針對使用環(huán)境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對選擇電氣系統(tǒng)的防護性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù)，使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證。  

    4.1.4 改造范圍確定  

    有時數(shù)控機床電氣系統(tǒng)改造，并不一定包含該機床全部電氣系統(tǒng)，應根據(jù)科學的測定和分析決定其改造范圍。  

    4.2 改造的技術準備  

    改造前的技術準備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術準備包括：  

    4.2.1機械部分準備  

    為配合電氣改造而需進行的機械大修改造的測量、計算、設計、繪圖、零件制作等應先期完成。  

    4.2.2舊系統(tǒng)電氣資料消化  

    只有對舊系統(tǒng)電氣資料進行充分的消化，才能了解以前的設計思想，才能更好完成新舊系統(tǒng)的銜接與轉換。  

    4.2.3新系統(tǒng)電氣資料消化  

    新系統(tǒng)有許多新功能、新技術，因此改造前應熟悉技術資料，包括系統(tǒng)原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調試說明、使用手冊、編程手冊等。  

    4.2.4 新舊系統(tǒng)接口的轉換設計  

    全局改造的，應設計機電轉換接口、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、連接點少，強弱電干擾小，備有適當裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉換等。  

    4.2.5 調試步驟的確定  

    調試工作涉及機械、液壓、電氣,調試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進行，也可先局部后全局，先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進行。  

    4.2.6驗收標準的確定  

    驗收標準是對新系統(tǒng)的考核，制定時必須實事求是。  

    4.3 改造的實施  

    準備工作就緒后，即可進入改造的實施階段。實施階段內容按時間順序分為：  

    4.3.1 原機床的全面保養(yǎng)  

    機床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機械、液壓、潤滑、清潔等方面存在問題，所以首先要進行全面保養(yǎng)。其次，應對機床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導參考作用，又可在改造結束時作對比分析用。  

    4.3.2保留的電氣部分最佳化調整  

    若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應對保留電氣部分進行保養(yǎng)和最佳化調整。如強電部分的零件更換，電機的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風冷卻裝置的清洗，伺服驅動裝置的最佳化調整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。 
    4.3.2 原系統(tǒng)拆除  

    原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細進行，及時在圖紙上作出標記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設計中的欠缺之處，應及時補充與修正.  

    4.3.3合理安排新系統(tǒng)位置及布線  

    根據(jù)新系統(tǒng)設計圖紙，合理進行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調整元器件位置、密封及必要裝飾等。應確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。  

    4.3.4 調試  

    調試必須按事先確定的步驟和要求進行。調試人員隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調試中首先試安全保護系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設備事故發(fā)生；各運動坐標拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。  

    4.4驗收工作及培訓  

    驗收工作應聘請有關的人員共同參加，并按已制定的驗收標準進行，內容包括：  

    4.4.1機床機械性能驗收  

    經(jīng)過機械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機床的各項機械性能應達到要求，幾何精度應在規(guī)定的范圍內。  

    4.4.2 電氣控制功能和控制精度驗收  

    電氣控制的各項功能必須達到動作正常，靈敏可靠�？刂凭�度應用標準計量器具(如激光干涉儀、坐標測量儀等)對照檢查，達到精度范圍之內。同時還應與改造前機床的各項功能和精度作出對比，獲得量化的指標差。  

    4.4.3試件驗收  

    試件可驗收機床剛度、力、運動軌跡、關聯(lián)動作等。  

    4.4.4 圖紙、資料驗收  

    機床改造完后，應及時將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、歸檔。保持資料的完整、有效、連續(xù)，這對該設備的今后穩(wěn)定運行是十分重要的。  

    4.4.5 操作、編程人員的技術培訓 

    5．改造效果  

    同其他機床的改造相比，旋壓機的數(shù)控改造還比較少。考核數(shù)控化改造的一般標準是投入少，回收期短，投資回報率高；尤其軍品的某些旋壓機根本無法從外國購置，如果有，也是供貨時間與價格都無法接受，所以對現(xiàn)有的旋壓機數(shù)控化改造，將取得巨大的社會和經(jīng)濟效益。  

    列如1995年，鞍山高壓容器廠改造兩條旋壓器收口機生產線。已運行7年，至今仍正常運轉，深受用戶好評。  

    6．數(shù)控化改造的利弊  

    1 減少投資額、交貨期短  

    同購置一臺新旋壓機相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用。特別是大型旋壓機節(jié)省費用尤其明顯。  

    2　機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限  

    所利用的現(xiàn)有床身等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床鋼性好，性能穩(wěn)定。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。  

    3　熟悉了解設備、便于操作維修  

    購買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地知道床子的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉。  

    4　可充分利用現(xiàn)有的條件  

    可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。同時芯模及外圍工裝也能再利用。一般旋壓工裝費用要占整個機床造價的10％左右。  

    5　可以采用最新的控制技術  

    可根據(jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高旋壓機的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次。  

    7．結論  

    1) 對旋壓機床進行技術改造，系統(tǒng)在設計安裝調試后，能達到規(guī)定的主要技術指標，運行能夠穩(wěn)定可靠。  
    2) 系統(tǒng)軟件增加了許多特殊功能，方便了用戶編程，擴展了旋壓機的加工工藝范圍。  
    3) 對旋壓機床進行CNC技術改造，進給系統(tǒng)精度可比原來有所提高；對于用交流伺服技術改造的旋壓機，其進給驅動系統(tǒng)采用交流伺服電機，性能可靠，精度更加穩(wěn)定。  
    4) 對旋壓機床進行CNC技術改造，社會效益和經(jīng)濟效益明顯。