镗床电气控制系统数字化改造
2017-4-7 来源：齐齐哈尔二机床集团有限公司 作者：贾英明
摘要：镗床是机械加工中常用的一种机床设备。普通镗床控制系统中由于没有误差补偿功能，所以只能靠本身精度来保证加工零件精度。对普通镗床进行控制系统的数字化改造是一种提高机床精度、改善控制过程的有效方法。
关键词：镗床；控制系统；数字改造
1.数控改造的必要性
目前，部分机械制造企业仍广泛使用传统的普通机床，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于其控制系统是以继电器、接触器的硬连接为基础，技术上比较落后，直接影响了产品质量和生产效率。镗床虽具有主轴转速高、调速范围宽等优势，但镗床的电气控制系统存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点，给生产与维护带来诸多不便甚至严重影响生产。对镗床传统的电气控制系统进行数字化改造, 在生产线上可明显提高生产效率和经济效益，可保证机床控制的快速性、准确性、合理性,更好地满足实际生产的需要。使用 PLC 改造镗床电气系统后，去掉了原机床的 5 只中间继电器，中间硬件环节的减少使线路简化，电气故障减少，生产效率得到明显提高。
2.机床数控化改造常用方案
（1）普通机床的数显改造。就是在机床控制系统中加装数显装置，这样可以显示坐标轴的运动坐标，提高操作者对机床控制能力。
（2）普通机床的 CNC 化。在普通机床加数控系统，改造成NC 机床、CNC 机床，进给轴采用伺服控制装置和伺服电机，这种改造比较复杂，机床改造后实现数字控制，封闭或半封闭控制系统可以有效提高机床进给精度和自动化程度。
（3）机床翻新。为提高精度、效率和自动化程度，对机床的机械、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 技术进行更新。
（4）技术更新或技术创新。为提高性能、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，建立 FMS 计算机柔性制造单元和计算机集成制造，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
3.镗床数字化改造内容
镗床的主要结构如图 1 所示。镗床主要用于加工工件上的精密圆柱孔，按用途的不同，镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。卧式镗床的用途很广，除了对各种复杂的大型工件如箱体零件、机体等的镗孔以外，还可以完成钻孔、扩孔、铰孔、车削内外螺纹、车外圆柱面和端面、用端铣刀与圆柱铣刀铣削平面等多种工序。因此在这种镗床上，工件一次安装后，即能完成大部分表面的加工，有时甚至可以完成全部的加工，特别是在加工大型及笨重的工件时具有优势。
1.支承架；2.后立柱；3.工作台；4.9 轴；5.平旋盘；6.溜板；7.前立柱；8.主轴箱；9.后尾筒；10.床身；11.下滑座；12.上滑座
图 1 镗床的主要结构
普通镗床的控制过程为了适应各种工件的加工工艺要求，主轴旋转和进给都应有较大的调速范围。因此，采用双速笼型异步电动机 M1 作为主拖动电动机，并采用机电联合调速，这样既扩大了调速范围又使机床传动机构简化。进给传动和主轴及花盘旋转采用同一台电动机拖动，由于进给运动有几个方向（主轴轴向、花盘径向、主轴垂直方向、工作台横向、工作台纵向），所以要求电动机能正反转，并有高、低速度选择。高速运转应先低速起动，各方向的进给应有电气联锁。进给方向均能快速移动。为适应调整需要，机床采用另一台快速电动机 M2 拖动，要求主拖动电动机应能正反向点动，并且带有制动。为此，该机床采用电磁铁带动的机械制动装置。
（1）主轴的改造。
目前，数控机床的主传动电机已经基本不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。数控机床的主传动要求较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，所以可采用变频系统。
（2）进给轴的改造。
进给传动的要求一般为：高精度，即高的定位精度和重复定位精度以及加工零件的综合精度；高品质,即响应快、频带宽、动静态速降小、调速范围宽；高速度，能快速定位以提高效率；大功率，即能输出大的力矩和功率以满足加工要求。可采用交流伺服电机。
（3）润滑系统改造。
对于润滑部分普通机床的润滑就可以，若要进一步数字化可以把手动润滑泵改为电子润滑泵有CNC 及 PLC 控制。
（4）机床防护系统改造。
数控机床在外观上与普通机床的最大区别在于安全防护，数控机床外都有一层防护板主要是保证操作者的安全，如在加工铸铁工件时由于铸铁件的特性加工时会导致铁屑飞溅，尤其是数控机床的高速加工，所以在数控机床的外层都有防护。防护装置的观察部分用可用透明树脂材料，其余部分可用铝板或薄铁板。
（5）电气系统改造。
普通机床的电气部分简单，主要是通过操作者的操作来进行加工，而数控机床的电气部分复杂需要安装配电柜，建议采用正规数控系统。国内主要使用日本FANUC 系统或是德国的 SIEMENS 的系统，而对于经济型的也可用国产系统，或是单片机来代替主系统。控制系统现在一般采用 PLC（可编程控制器） 来进行控制，PLC 具有灵活、通用、控制功能可变等优点。
4.结语
通过改造的数字控制镗床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到设计要求，才能获得预期的改造目的。
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