加工中心数字化改造的实践性探索


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加工中心在工业制造业中发挥着重大作用,随着制造技术的不断发展,对其加工产品的精度、质量、复杂性等方面提出了更高的要求,而传统加工中心难以满足。数控加工中心集自动化控制、计算机信息、传感检测、精密制造等现代化技术工艺于_体,依照事先编好的程序,加工出多形状、高精度的零件[1]。而且,数控加工中心在节约成本、节省劳动力、提高生产效率等方面优势明显,所以对传统加工中心进行数字化改造已成为趋势,也是提升国家工业现代化水平的重要途径。

1加工中心数字化改造方案

当前,国内很多企业加工生产使用的依然是传动加工中心,生产效率较低,且容易出现故障,对传统加工中心进行数字化改造就显得尤为迫切,但也并非所有加工中心都适合改造。首先,要求加工中心基础部件刚性强,可以拆卸组装,并要保证改造后的整体性能。其次,考虑经济成本的投入,主要指数控系统和驱动单元的选择。其改造方案,可从以下几个方面入手:

1.1数控系统和驱动单元

数控系统在数控加工中心中占据着核心地位,负责对整个加工中心的控制,通过数字化技术和自动控制技术等实现其功能。现代工业制造设备正朝着高精密的方向迈进,对精密度非常重视,而数控系统中的驱动单元是决定精密度的关键。很多传统加工中心使用的是单板机简易控制器,以步进电动机为驱动,配置明显偏低,不论是精密度、稳定性,还是显示分辨率,都

收稿日期=2017- 03- 16

作者简介:刘大朋(1987-4 ,男,山东肥城人,本科,毕业于青岛科技大学机械设计制造及其自动化专业,现就职于山东劳动职业技术学院机械工程系,从事理论教学工作。


难以满足当前的工业制造需要。

德国、日本研发的数控系统性能优越,占据了大部分市场,国内不少工厂对档次定位很高,所以为了提高生产效率,大都选择使用国外品牌产品。比如,日本的FANUC系统,国内部分大企业便采用该数控系统,价格大约在8万元左右[2]。但对于中小型企业而言,成本过高,从经济角度考虑,往往会选择国内品牌并进行配置优化。以KND- 1000M型数控系统为例,由北京凯恩帝数控技术有限责任公司研发,采用32位微处理器®速度和精度都比较高,基本能满足大部分制造要求。而且,系统还有其他多项功能,包括故障自行诊断、报警提示、PLC平台、反向间隙补偿等。

驱动单元则可以选择日本松下全数字式交流伺服单元,驱动体积小,调试方便,整体性良好,可以根据实际需求而设定各项参数,还能够将各部分运行情况清晰地显示。同时,电机内部装有编码器检测元件,与数控系统构成负反馈半闭环控制,使得伺服控制精度更高。以上两者配合,既能满足技术要求,又能节省成本。

1.2传统加工中心的二次设计

KND数控系统由国内研发,在数控功能上已经比较完善。不过,随着制造业产品越来越复杂,要提高数控加工中心性能,还需要增加一些特殊控制,这是系统本身不能提供的,所以应对系统提供的平台加以利用,与整体的自动化控制模块相融合。传统加工中心功能有限,融合改造后,其性能和功能都会显著提高。

传统加工中心主轴运转速度固定,不能随意调整,只能满足同一转速要求的切削加工。而改造后,这些问题得到解决,新增的变频调速功能,可以根据不同材料切削时对不同转速的要求而做出相应的调整。此外,改造前,加工中心工作时难免会遇到各种意外,如果突然断电,主轴箱会自动下滑,极易损坏内部零件。改造后,在Z轴方向安装刹车装置,可以保证在突然断电的情况下,主轴箱不会对其他部件造成损害。

润滑也是数控加工中心的重要组成部分,传统加工中心采用手动润滑方式,效率较低,需要润滑时不易发现,常导致润滑不及时。改造后,对润滑油路做出重新设计,采用全自动化润滑系统,效率明显提高,同时还具备报警提示功能,当润滑油液面低于设计值时,系统会自动发出报警信号。

此外,还有装卸刀具装置。气动式装卸刀具在很多企业被广泛应用d英刀方便快捷,但换刀系统设备成本较高,多应用于大型加工中心,更为关键的是如果压力达不到所需要的空气压力值,极有可能会导致换刀动作被阻止[4]。小型加工中心则更倾向于选择手动拉杆方式,操作不便,效率较低。所以,在此选择_种电动式装卸刀具装置,感应开关可以监控主轴上的刀具的运行状态,操作更加方便,且准确度高。电机控制回路会在装置工作时被自动切断,状态指示灯可反映出当前的工作状态。

1.3刀架改造和步进电机

传统加工中心的刀架滑动由两部分组成,包括平行方向和垂直方向的滑动,这两个方向的滑动保证了刀架的运动,但有效移动范围较小,应确保刀具有足够的移动空间。原有的手柄设置不合理,在零件加工上动力不足,应在保留原有位置的基础上,添加一个步进电机,把电机轴与传统的丝杆进行连接。综合考虑体积、耗能和成本,步进电机选为单片机。单片机控制可以减少干扰,能够提高数据传递的速度。但随着加工中心数字化改造技术的发展,单片机种类越来越多,且功能丰富,所以在选择上要慎重。

2实际案例分析加工中心数字化改造操作

我国的加工中心数量众多,其中普通加工中心占了近70%,自动化以及半自动化加工中心相对较少。从目前的工业制造行业来看,竞争尤为激烈,要想获得竞争优势,就必须优化设计,提高产品质量。

在此以某普通加工中心为例,对其进行数字化改造,方案步骤大致如下:

1)  拆卸普通加工中心。这是改造的前提,选择空间足够大、人员出入少、清洗方便的区域作为工作场所。
加工中心已经用过很长时间,内外各部分都很脏
,先对其外部进行清洗。当然,电气装置应当受到保护。为保证拆卸过程中不会出现太多问题,提前搜集相关图纸资料,准备好专用拆卸工具,按照规范的方法和正确的步骤拆卸,每拆下一部分,做好详细记录,并把零件归类放置。拆卸后,要及时清洗上油。

3本次改造对加工中心X轴、Z轴、电路系统、刀架等都进行了更新,另外还增加了电控柜、防护罩、光栅编码器等部件。安装过程其实是各个部件的组合,先把零件组装成组件,再组成部件,最后整合安装为加工中心。

0)  装配结束,还需对其整体性能进行调试。比如,改造后的加工中心几何精度,选择分度值为0.02mm/m的框式水平仪5],分别进行轴向和径向测量。如果发现达不到标准,就适当调整垫铁,直到满足标准为止。另外还有进给系统功能、整机通电功能、辅助功能等各方面的调试[6]。最终结果显示,改造后的系统整体性能良好,比原来的系统加工精度高生产效率也有所提高,同时减少了劳动力节约了成本投入。

3结语

在未来的工业制造行业,数控加工中心需求量更多,而且更偏重于精密性高、智能化强的数控加工中心。而我国目前数控加工中心所占比例较低,急需进行数字化改造j曾加数控加工中心数量,满足生产的实际需要。今后还应加强研究,深入实践进行探索,采取合理可行的改造方案,满足越来越高的要求,促进我国工业制造业的发展。

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