煤機(jī)企業(yè)機(jī)床的數(shù)控改造
1 引言
煤機(jī)產(chǎn)品專業(yè)性強(qiáng)、品種多、批量小、生產(chǎn)周期要求短,這些都給企業(yè)的生產(chǎn)管理帶來困難。企業(yè)要在市場需求多變、競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展,就需要更新和開發(fā)新產(chǎn)品,以最低的價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場需求的變化。目前煤機(jī)企業(yè)所用的機(jī)床半數(shù)以上是役齡在10 a 以上的舊機(jī)床,加工的產(chǎn)品質(zhì)量差、檔次低、成本高、供貨周期長,不能滿足企業(yè)發(fā)展的要求。數(shù)控機(jī)床則綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密檢測技術(shù)和精密機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等方面的最新成就,最適宜生產(chǎn)小批量、生產(chǎn)周期要求短、品種要求頻繁變化的產(chǎn)品。因此,煤機(jī)企業(yè)必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。但由于長期以來,煤機(jī)產(chǎn)品利潤較低,影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,特別是近幾年煤炭企業(yè)資金短缺,貨款拖欠嚴(yán)重,絕大多數(shù)煤機(jī)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益嚴(yán)重下滑,設(shè)備更新資金明顯不足,而數(shù)控機(jī)床價(jià)格不菲,在這種情況下,對企業(yè)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造,無疑是一條可行之路。
2 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)
⑴節(jié)省資金 機(jī)床的數(shù)控改造,可大大減少資金的投入,同購置新機(jī)床相比,一般可節(jié)省60 % ~80 % 的費(fèi)用,改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造,只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級,也只需花費(fèi)購買新機(jī)
床60 % 的價(jià)格??梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基,不必象購入新設(shè)備那樣重新購筑地基。
⑵性能穩(wěn)定可靠 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效,幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度,且各部件已經(jīng)長期磨合,使改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠,質(zhì)量好,可作為新設(shè)備繼續(xù)長期使用。
⑶可充分體現(xiàn)煤機(jī)企業(yè)自身的意愿 企業(yè)與改造人員可依照實(shí)際需要和機(jī)床長期使用的情況,在改造中提出對機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)意見,有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)、電器設(shè)備等的規(guī)格、型號、性能等??筛鶕?jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率,提高設(shè)備質(zhì)量和檔次,將機(jī)床改造成具有當(dāng)今水平的設(shè)備。
⑷更有利于使用和維護(hù) 由于改造前機(jī)床已使用多年,操作者對機(jī)床的特性早已了解,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、見效快。改造的機(jī)床一經(jīng)安裝好,就可實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
⑸提高生產(chǎn)效率 機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后,即可實(shí)現(xiàn)加工的自動化,效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。對復(fù)雜零件而言,難度越高,功效提高得越多。且可以不用或少用工裝,不僅節(jié)約了費(fèi)用,而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
⑹提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低廢品率 零件的加工精度高,尺寸分散度小,使裝配容易,不再需要修配,提高裝配效率和質(zhì)量。
3 數(shù)控改造的方案
機(jī)床的數(shù)控改造一般是指對現(xiàn)有某臺普通機(jī)床的某些部位作一定的改裝,配上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng),從而使原機(jī)床具有數(shù)控加工能力。一般是對大型、中型機(jī)床以及精密、關(guān)鍵技術(shù)和生產(chǎn)中起重要作用的中小型機(jī)床進(jìn)行改造。改造中方案的選擇和制定是數(shù)控改造中極其重要的一環(huán),它會影響到改裝后機(jī)床的使用性能和經(jīng)濟(jì)性能。因而在選擇方案時(shí)要進(jìn)行充分的論證。主要應(yīng)考慮2個(gè)方面的因素:一個(gè)是增加數(shù)控系統(tǒng),另一個(gè)是對機(jī)械等部分的翻新。
⑴數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心。在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí),要對其使用性能、經(jīng)濟(jì)性及維修服務(wù)等方面綜合考慮。在經(jīng)濟(jì)能力許可的情況下,盡量選用名牌的微機(jī)控制系統(tǒng)。作為名牌產(chǎn)品,其零件篩選嚴(yán)格,制造工藝規(guī)范可靠,對出現(xiàn)的因電氣元件故障或提前失效引起的設(shè)備故障,有極好的預(yù)防作用。且應(yīng)盡量向同一個(gè)著名廠家的型號靠攏,這樣有利備件的購買。同時(shí)要清楚所選廠家的國內(nèi)維修服務(wù)狀況。改造前還要對擬改造機(jī)床的自身功能有一個(gè)充分的了解,根據(jù)被改機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能及被加工零件的精度來選擇數(shù)控系統(tǒng)。即要使數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能與準(zhǔn)備改造的機(jī)床所能達(dá)到的功能相匹配,盡量減少過剩的數(shù)控功能,這樣一方面可避免功能過剩造成的資金浪費(fèi),另一方面也可避免因數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度增加而帶來的高故障率。
目前數(shù)控系統(tǒng)主要有3種類型:步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)、異步電機(jī)或直流電機(jī)光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、交/直流伺服電機(jī)拖動編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其中步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng),其伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖,經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后,使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動,通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。該系統(tǒng)位移精度較低,但結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強(qiáng)、對環(huán)境室溫要求不高,易改裝成功。適用于精度要求一般的中小型機(jī)床的改造,也是目前數(shù)控改造中應(yīng)用最為廣泛的一種。異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),控制精度高,但在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜,工作量大,成本也高,調(diào)試?yán)щy,因此,在數(shù)控改造中一般不采用。交/直流伺服電機(jī)拖動編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),其精度介于前二者之間,結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單,適用于控制精度要求較高的大、中型機(jī)床的改造。
⑵機(jī)械部分翻新
機(jī)床數(shù)控改造后應(yīng)達(dá)到較高的靜動態(tài)剛度,運(yùn)動副之間的磨擦系數(shù)小,傳動無間隙,功率大,便于操作和維修等要求。要達(dá)到這些要求,就要對機(jī)床原有主要機(jī)械部件進(jìn)行相應(yīng)的改造翻新,其中主要為導(dǎo)軌的形式及傳動鏈的傳動精度。
對數(shù)控車床來說,導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外,還要有良好的耐磨擦性,并減少因磨擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度,以減小導(dǎo)軌變形對加工精度的影響。目前數(shù)控改造廣泛使用在原導(dǎo)軌上粘接聚乙烯導(dǎo)軌軟帶,這樣能有效防止爬行,具有自潤滑性,提高導(dǎo)軌壽命,且零件不用更換,加工部位少,改裝工作量小、周期短、費(fèi)用低。
傳動鏈的精度受傳動絲杠和齒輪副的影響。絲杠的選擇,可根據(jù)實(shí)際加工零件的精度要求進(jìn)行。滑動比杠價(jià)格低,但難以滿足精度要求較高的零件加工;滾珠絲杠磨擦損小,效率高,其傳動效率可在90%以上,傳動靈敏、精度高、壽命長,且可以降低電機(jī)啟動力矩,可滿足較高精度零件的加工要求。
為保證傳動精度,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動,因而改造時(shí),機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求,要盡可能地消除配對齒輪之間的傳動間隙,其方法有2種:柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。柔性調(diào)法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,傳動剛度低,影響傳動的平穩(wěn)性,剛性高速法有較好的傳動剛度,結(jié)構(gòu)比較簡單。
4 改造應(yīng)注意的問題
⑴施工隊(duì)伍的選擇 數(shù)控改造后效果的優(yōu)劣,很大程度上依賴于施工隊(duì)伍的素質(zhì)。參與項(xiàng)目的公司應(yīng)具有完整、高效的技術(shù)支持體系,即要有一支包括機(jī)械、電氣、液壓、工藝工裝等全方位的、具有多年豐富的設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試工作經(jīng)驗(yàn)的工程師隊(duì)伍和現(xiàn)場施工隊(duì)伍。
⑵現(xiàn)場調(diào)試 改造能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是現(xiàn)場調(diào)試。工程人員在這一階段完成機(jī)、電聯(lián)廟,數(shù)控系統(tǒng)的最終調(diào)試、驅(qū)動系統(tǒng)和參數(shù)最佳化調(diào)節(jié)等工作,此階段應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),并為驗(yàn)收作準(zhǔn)備。
⑶驗(yàn)收 數(shù)控發(fā)行后的驗(yàn)收通常有2個(gè)內(nèi)容:①標(biāo)準(zhǔn)樣件的試切削,按照國際標(biāo)準(zhǔn),不同類型的機(jī)床都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試切削程序。在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試切削,以此可驗(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、運(yùn)動軌跡、關(guān)聯(lián)動作等是否合格;②機(jī)床精度的校驗(yàn)。改造后機(jī)床的控制精度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能(如步進(jìn)尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具(如激光干涉儀)對照檢查,這樣機(jī)床位置測量系統(tǒng)的補(bǔ)償可采用得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行,從而提高機(jī)床精度。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對比,獲得量化的指標(biāo)差。機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)都應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,幾何精度要在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
⑷改造資料 機(jī)床改造后還應(yīng)從施工單位索取改造圖紙、資料、改造記錄等,將其匯總、整理、歸檔。保持資料的完整,對設(shè)備今后的穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。
5 結(jié)語
數(shù)控機(jī)床是制造高質(zhì)量、高效率、高一致性產(chǎn)品的有利保障,而機(jī)床的數(shù)控改造是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期的必要和重要行為,也是煤機(jī)企業(yè)數(shù)控化的可行之路。通過對現(xiàn)有設(shè)備的改造、升級,以較小的投入,盡快使這些設(shè)備發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益,是煤機(jī)企業(yè)長期發(fā)展、在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟的戰(zhàn)略措施。
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