机床数控化改造的目的和实现方法

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-09 阅读:259

传统机床为什么要数控化改造

一、机床数控化改造的意义

一般说来,数控机床比传统机床有以下突出的优越性。

1. 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

2. 可以实现加工的自动化,而且是柔性自动化,从而效率可比传统机床提高3~7倍。

3. 加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要工人“修配”。

4. 可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。

5. 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工。

6. 降低了工人的劳动强度,节省了劳动力(一个人可以看管多台机床),减少了工装,缩短了新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应等等。

数控技术现已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

二、机床数控化改造的市场

由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长,国内机电产品市场需求年均增长30%,带动了机床市场需求30%以上的增长。从2002年开始,我国就成为世界第一机床消费大国。2004年国产金属切削机床年产量达到38.94万台、数控机床产量5.19万台;2005年前三季度,我国金属切削机床和数控机床产量分别达到34.08万台和4.33万台。

我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备大多数是传统的机床,而且多数是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响到企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。

由于近几年国内外数控系统的高速发展,使原来进口的高档数控系统已不再满足日新月异的产品需求,迫切需要更换最新的数控系统及软件。

我国自改革开放以来,很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。在这些项目中,大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因,设备或生产线不能正常运转,甚至瘫痪,使企业的效益受到影响,严重的使企业陷入困境。一些设备、有的生产线的产品销路很好,但是因为设备故障不能达产达标;有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损;有的已引进较长时间,需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富,反而消耗着财富。

这些不能使用的设备、生产线是个包袱,也是一批很大的存量资产,修好了就是财富。只要找出主要的技术难点,解决关键技术问题,就可以最小的投资盘活最大的存量资产,争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。

由于机床数控技术的不断进步,机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业,也已进入到以数控技术为主的新的行业。

三、机床数控化改造的主要形式有以下几点:

其一是恢复原功能,对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复;

其二是NC化,在普通机床上加数控系统,改造成NC机床、CNC机床;

其三是翻新,为提高精度、效率和自动化程度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新;

其四是技术更新或技术创新,为提高性能或档次,或为了使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新,较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

四、机床改造的优缺点

减少投资额、交货期短,同购置新机床相比,改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只花新机床购置费用的1/3,交货期短。

机械性能稳定可靠,结构受限。所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件,而不是那种焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制?不宜做突破性的改造。

用户熟悉了解设备、便于操作维修,购买新设备时,不了解新设备是否能满足其工艺要求。改造则不然,可以精确地计算出机床的加工能力;另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修方面培训时间短,见效快。改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。

可以充分利用现有地基,不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

可以采用最新的控制技术

可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备的自动化水平和效率,提高设备质量和档次,将旧机床改成当今水平的机床。

五、改造方案的确定

改造的可行性分析通过以后,就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案,一般包括:

1. 机械修理与电气改造相结合

一般来说,需进行数控改造的机床,都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容;也要确定因数控改造而需进行机械结构改造的要求、内容;还要确定数控改造与机械修理。机械性能的完好是数控改造成功的基础。

为配合数控改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕,提出明确要求,与整个改造工作衔接得当。

2. 新旧系统接口的转换设计

根据每台设备改造范围不同,需事先设计接口部分转换,若全部改造的,应设计机电转换接口、操作面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修位置等,要求操作与维修方便、合理,线路走向通顺、中小连接点少,强弱电干扰最小,备有适当裕量等。局部改造的,还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压极性与大小变换、安装位置、数模转换等,必要时需自行制作转换接口。

合理的验收标准,也是技术准备工作的重要一环。改造工作涉及机械、液压、电气、控制、传感等,因为验收标准是对新系统的考核,制定时必须实事求是,过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来,不能轻易修改,因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。

六、改造方案的实施

准备工作就绪后,即可进入改造的实施阶段。实施阶段内容按时间顺序分为:

1. 原机床的全面保养

机床经长期使用后,会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷,所以首先要进行全面保养。其次,应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量,记录在案。这样既可对改造工作起指导参考作用,又可在改造结束时作对比分析用。

2. 原系统拆除

原系统的拆除必须对照原图纸,仔细进行,及时在图纸上作出标记,防止遗漏或过拆(局部改造情况下)。在拆的过程中也会发现一些新系统设计中的欠缺之处,应及时补充与修正,拆下的系统及零件应分门别类,妥善保管。还有一定使用价值的,可作其他机床备件用。

3. 改造的实施与调试

机床改造应按预先制定好的方案按先后顺序进行。

调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静,随时记录,以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度,防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净,无多余物品;各运动坐标拖板处于全行程中心位置;能空载试验的,先空载后加载;能模拟试验的,先模拟后实动;能手动的,先手动后自动。

七、改造成果验收

验收工作应聘请有关的人员共同参加,并按已制定的验收标准进行。验收工作包括:

1. 机床机械性能验收

经过机械修理和改造以及全面保养,机床的各项机械性能应达到要求,几何精度应在规定的范围内。

2. 电气控制功能和控制精度验收

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电气控制的各项功能必须达到动作正常,灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能(如步进尺寸等)与标准计量器具(如激光干涉仪、坐标测量仪等)对照检查,达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比,获得量化的指标差。

3. 试件切削验收

可以参照国内外有关数控机床切削试件标准,在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等,一般不宜采用产品零件作试件使用。

八、数控化改造实例

采用华中数控系统已经成功地为常柴股份有限公司、东方电机股份有限公司、南昌飞机制造公司、航天部三院、、长江动力集团、武汉汽轮机厂、兰州石化、北京第一机床厂、东风汽车集团、郑州长城铝业集团、上海路桥、常州柴油机厂、贵州云马飞机制造厂等企业改造了数量约500多台机床,改造的机床种类包括车床、铣床、加工中心、镗床、齿轮加工机床、仿形机床、磨床、组合机床、刨床、锻压和冲压机床、玻璃加工机床等,改造的范围包括二轴、三轴、四轴、五轴联动的机床,积累了丰富的经验,为国家节省了近亿元的设备投资。完成改造的技术成熟性好,把握大。被中国机电装备维修与改造技术协会评为“中国数控装备维修与改造A级资质企业”。

实例1,采用华中数控系统改造西安标准工业股份有限公司XK754卧式加工中心,更换原机床的所有电气控制系统,包括数控系统,PLC控制单元,X、Y和Z轴进给交流伺服系统,主轴控制单元及主轴电机,电气控制柜,操作按钮站等。

由于采用华中世纪星HNC-21M铣削数控系统,具有7.7英寸彩色液晶显示器,显示机床的工作状态,并具有实时图形显示功能。具有性能/价格比高,操做简便等特点。

改造后的数控机床自动化程度高,操作方便。改造后的数控机床精度:

X、Y和Z轴进给轴的定位精度<0.040mm/300mm。

X、Y和Z轴进给轴的重复定位精度<0.025mm/300mm

实例2,采用华中数控系统对苏州工业园区东风汽车传动轴有限公司一台YK5612/5齿扇插齿机的数控系统进行更新,采用全新的华中数控生产的世纪星HNC-22MD数控系统取代原有的数控系统,系统改造中含控制系统、伺服单元及执行机构,系统软件和应用软件随系统一起全部更新。

1. 控制系统应具备插齿专用的成熟的操作软件,采用中文菜单、人机对话式工艺卡编程。加工区零件程序容量不小于14MB;具备图形显示和仿真功能、故障自动诊断功能、三轴三联动功能。采用10.4"彩色液晶显示器;控制主机具备RS232串行通信口和3.5"软盘通信口两种,以便和外部计算机通信(外部计算机由甲方自备)。

2. 采用华中数控生产的HSV-20型全数字交流伺服和登奇电机厂生产的GK7伺服电机,取代原机床伺服和电机。伺服驱动与电机完全匹配,各电机的扭矩、功率、转速不能低于原电机铭牌标定值,并保证所选用的替代电机等与原机床的各项参数相匹配。

3. 采用富士G11数字式交流变频器和先马变频调速电机取代原来的主轴单元。变频器与电机正确匹配,电机的扭矩、功率、转速不能低于原电机铭牌标定值。

4. 机床整体电气线路重新设计,必须保证原机床的机械、液压、电气动作准确。布线合理美观,并有利于设备搬迁时拆卸。为方便起见可重新制造电柜。保留原液压系统、冷却系统、润滑系统。

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