液压半自动车床的维修_数控化改造
液压半自动车床是典型的早期半自动车床产品中的一种，由床身、主轴箱、前大拖板、前小拖板、后大拖板、后小拖板、排刀架、液压卡盘、电气控制系统、液压系统等组成。
液压系统的工作方式决定了液压半自动车床在生产中的加工局限性。虽说机床床身的结构可以满足很多形式零件的车削加工，但不具备仿形功能，只能进行简单工序的加工，且这种机床采用的是排刀式刀架，前后两个刀架在一件产品的加工中只能完成一刀的车削外圆或端面加工，也就是说无法实现阶梯轴类和锥面的车削加工。
(1)改造的必要性
液压半自动车床在床身结构上接近于目前专业厂家生产的全功能数控车床，具有设计合理的30°倾角的后刀架大拖板，机床上、下料方便，导轨的刚性高，并为使用转塔刀架提供了空间。但机床其他方面使其优势得不到发挥。
①由于没有仿形刀架，加工能力及范围受到限制，液压系统及控制系统使其加工精度难以保证。前刀架在机床操作人员前增加了大、小拖板，给操作和上、下料带来不便，也给安全防护增加了难度。
②液压半自动车床有着繁杂的液压控制系统，两个大拖板和两个中拖板需要4个液压缸提供动力，并要求能够实现快进、工进、快退的转换，电液配合的可靠性及控制精度阻碍了设备能力的发挥。
③在大多数情况下液压半自动车床采用一人一机的操作方式，在人力成本越来越高的今天，占用人力资源增加了制造成本。
(2)改造方案
①降低液压系统故障率弃除液压半自动车床上前后刀架两套4个液压缸的液压系统，减少液压系统故障对机床的影响；采用伺服电机和滚珠丝杆组作为刀架的驱动，定位准确，运行可靠；保留液压卡盘及液压刹车系统，可以充分利用原液压系统；原液压系统中的油泵为双联叶片泵，流量配备上已过剩，故改用YB-25叶片泵。
②弃除前刀架和拖板前拖板的设计是为了扩展液压车床的加工范围，改用数控设备之后，机床后刀架拖板可以在数控系统控制下，依靠多工位刀塔实现外圆、端面、锥面、内孔等各种加工，前刀架拖板已失去存在的意义。
③主轴驱动 主轴驱动有两种方式：一是保留原有的主轴箱及电机（手动变速），这一方式的优点是能够保证主电机工作在较为理想的状态，实现高的扭矩，缺点是加工程序中不能设定主轴转速；二是电机通过V带直接带动主轴，由变频器控制调速，可以实现在一个加工程序中的不同转速变换。在这里选择的是第二种方案，因为该机床改造之后的加工任务主要是产品的半精和精加工，希望能够在加工程序执行中进行主轴速度的改变，以适应半精与精加工的需要。
④制作全防护罩废弃了前拖板与刀架，给操作和上下料带来了方便，也为全防护的制作提供了空间。同时，控制系统和电气系统都可以以最简洁合理的方式安装于机床上'并且在工作中可以改善机床对周边环境的影响。
(3)改造中的关键点
①主轴电机的改造原机床中用的是普通交流三相7.5kW异步电动机，改为数控设备之后，系统程序中具有主轴转速的设定，这一功能可以大大地扩展机床的加工范围，能够很好地发挥多工位刀塔的作用。如果需要加工螺纹类型的工件，主轴上可增装光电编码器，以准确跟踪主轴的转速回馈给控制系统。
②拖板驱动的改造拆除原有的液压缸，用数控驱动单元代替之。由于机床原有的拖板及导轨设计，z轴电机只能与主轴面对面安装。为发挥原机床的高刚性性能，作为主要传动件的丝杠在安装结构上必须具有足够的刚度和精度。在这里选用直径为32mm、精度等级为P4的双螺母可预紧滚珠丝杠，滚珠直径为4mm、螺距为5mm、承载圈数为6。该丝杠可受载荷为53. 5kN，同时，在丝杠支撑端的结构上，在接近主轴的一端，采用角接触球轴承（见图D），以克服切削力，并保证在正常的切削状态下丝杠承受拉应力，而在另一端采用深沟球轴承。电机与丝杠采用直连方式，联轴器采用双薄膜式，能够在较好地保证传动精度的同时消除安装误差的影响。伺服电机选用130型连接方式，扭矩不小于7N·m；X轴的结构与此类同，但在电机的选择上，因为导轨有30°的倾角，采用中惯量带刹车的伺服电机，功率为1.6kW。
③导轨的改造原机床采用的为铸造淬火导轨，拖板为球墨铸铁铸造件。该导轨刚性好，精度高，但摩擦阻力大，响应速度慢。为此，在导轨的改造中，将拖板的导轨面刨削掉2mm，进行贴塑（聚四氟乙烯）处理。聚四氟乙烯摩擦因数小，耐磨性好，应用很广，与淬火导轨配合使用，既可体现出硬轨的刚性优势，又可在一定程度上消除硬轨响应速度慢的缺点，费用也不高。
④刀架的改造原机床的刀架比较简单，因为系统决定了在一次装夹中只能对工件的外圆或端面加工一刀，所以机床只配备了排刀架。数控改造后功能可很大程度地加强，但排刀已限制了机床功能的扩展，不能充分满足机床的功用，所以，改造中选用了4工位的电动刀架。
⑤润滑系统的改造液压车床各润滑点的润滑是直接由液压系统的分支完成的，故改造时保留原机床上的润滑分支并改成定时定量润滑以改善润滑性能。
(4)数控系统的选择
机床结构和功能的需求，决定了对机床数控系统功能的要求。
①必须提供2个伺服数控轴的控制与驱动，并能够实现联动。
②必须提供主轴的变频控制。
③必须提供超过4工位刀架的控制。
④必须提供数控轴的各种异常（如超程）保护。
⑤必须提供高的移动速度和响应速度。
⑥提供方便的操作编程界面。
数控系统的选择主要考虑的即是上述这些方面，在这里选用了数控系统与FANUC系统完全兼容，具有丝杠的螺距补偿功能，超过10m/min的快速移动速度，高速插补，程序预读功能保证机床运行不停顿，提高效率与质量，控制精度在微米级，配备串行接口RS232，提供电子盘技术，数据可多个位置保存，可以快速恢复，采用电子齿轮比，简化传动结构，提高机床精度。系统的基本参数见下表。
KNDIT 系统的机泵参数
|
项目 |
参数 |
项目 |
参数 |
|
最大联动轴数 |
2 |
急停/软硬件限位 |
√ |
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最小指令单位 |
0.01mm |
刀具偏置 |
8 |
|
最大编程尺寸 |
±9999.999mm |
刀补量计数/测量方式输入 |
√ |
|
快速移动速度 |
3～6m/min,
可扩展6～12m/min |
刀具选择 |
8 |
|
反向间隙/螺距误差补偿 |
反向间隙补偿 |
|
进给速度 |
1～3000mm/min,
可扩展1～8000mm/min |
每分进给/每转进给 |
√ |
|
工作程序容量/个数/电子盘 |
48kB/63/×6 |
恒线速控制 |
√ |
|
显示界面 |
320×240液晶屏 |
直线/指数自动加减速 |
√ |
|
机床操作面本 |
√ |
手动/自动返回参考点 |
|
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内装式PMC |
标准固话式 |
工件坐标系设定/平移 |
√ |
|
图形功能 |
√ |
电子齿轮 |
√1/127-127 |
|
诊断/报警信息显示 |
√ |
RS232接口 |
√ |
|
位置/计时/计件显示 |
√ |
机床锁住/进给保持/程序段跳过 |
√ |
|
绝对/增量/小数点编程 |
√ |
自动/手动/单步/手轮进给 |
√ |
|
直径/半径编程 |
√ |
MDI运行/试运行/单程序段运行 |
√ |
|
程序编辑/管理 |
√ |
模拟主轴控制 |
√ |
|
子程序调用 |
√ |
输入DI/输出DO点数 |
20/16 |
|
直线/圆弧插补 |
√ |
配数字交流伺服 |
√ |
|
单一/复合循环 |
√ |
配步进电机 |
√ |
|
直/锥/端面/管螺纹切削 |
√ |
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(5)小结
经过改造，原来的液压半自动车床成为30。斜床身的经济型数控车床，同时，具有液压车床的高刚性，加工精度及加工范围得到很大的提高和扩展，可以实现外圆、端面、锥面、球面等复杂工件的加工，也可以同时实现粗精加工在一台机床上完成，并大大提高了自动化的程度，为降低人力成本创造了条件。
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