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    适合于压条加工的经济型数控龙门铣床

    1现代工业的飞速发展使得普通机床已不能满足日益增长的产品加工精度和劳动生产率的要求。对普通机床进行数控化改造可以在资金投入量最小的前提下大幅度提高加工精度和劳动生产率,缩短产品制造周期,改善工人工作环境,并节省铸造、切削加工过程中所消耗能源,减少环境污染,因而越来越受到各生产企业的重视。阻波器是某电力企业的支柱产品,压条是其关键零件之一。而压条产品的质量在很大程度上取决于压条的加工精度。随着生产规模的扩大,原有的压条加工设备已不能满足生产需要。本文对原压条加工设备进行了数控化改造,成功地研制出适合于压条加工的经济型数控龙门铣床。

    1 压条的加工工艺

    2 改制方案的论证

    该厂原有的压条加工设备为手动+数显!,即铣刀与压条的相对位置通过感应同步器测定后传送至数显表,操作人员通过观看数显表数字反复调节手轮,最后使数显表与根据图纸计算出的数字一致,然后按下铣刀进给按钮。加工每个槽都要重复上述动作,使得压条的质量在很大程度上取决于操作工人的技术水平。通常压条有100多个槽,工作量之大可想而知。因而改造后的数控龙门铣床应在自动化程度上较原铣床有质的飞跃,同时能够提高压条加工精度及生产效率,据此初步拟定了以下两个方案:

    (1)对铣床床面实现简单程序控制。设想通过它的智能控制单元能够实现置数定位,将压条加工工艺编制成程序并存储。工作时,每次只需按床面移动按钮,床面就会移动设定位移。

    (2)对铣床实现两轴自动控制。设想它的智能控制单元是可编程控制器( PLC),将压条加工工艺编成程序并存储。工作时,每次只需按一下程序启动按钮,就能自动完成加工。

    方案(1)虽说比原铣床有很大改进,但和当今数控系统相比相差甚远。方案(2)的自动化程度较高,且国内数控系统也日趋成熟和完善。这样,确定方案(2)为最终的研制方案,铣床核心控制单元选用成熟的国产系统,结合该厂的技术加工力量设计出经济实用的数控龙门铣床。

    经过充分比较和市场调研,首选了高原 GY6MC型数控系统。该系统专用于铣床,能实现三轴联动。出于经济考虑,只对龙门铣床 Z轴(床面)和 X轴(刀架行走)进行自动控制,以实现压条加工的自动化。该系统性能可靠、功能齐全,并且能够通过 RS232串行通讯接口实现与上位机的联机通讯,非常适合该厂压条规格多样而结构复杂的特点,具有很好的性能价格比。

    3 数控龙门铣床的构成

    数控龙门铣床由龙门铣床、数控系统、操作台及计算机等组成。龙门铣床:主轴,由交流电机驱动主轴带动铣刀高速旋转; Z轴,由步进电机驱动滚珠丝杠螺母副带动工作台移动; X轴,由步进电机驱动滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。数控系统由电源单元、控制单元、功率单元(驱动模块)、执行单元(步进电机)等组成。电源单元:输入三相交流380V电源(波动在(-15 15%) V)。控制单元:采用16位高速多 CPU处理技术和大规模集成电路,容量256kB的 ROM区固化有高功能实时控制软件, RAM32kB用户存储区,64位 I/O接口,23c mCRT屏幕显示各种功能状态。功率单元:由控制单元和功率单元模块组成。操纵台上有显示面板、操纵面板、数控系统及计算机(上位机)。它集成了总电源、铣刀旋转、刀架升降、冷却水、排风等控制,使数控龙门铣床的控制更集中、更方便。计算机用于编制、存储大量的压条加工程序,并通过 RS232串行通讯接口与数控系统实现联机通讯。

    4 压条的自动加工过程

    (1)在计算机中编制好压条的加工程序并存储;

    (2)将欲加工的环氧树脂板条放到工作台面上并用压板压紧;

    (3)选择合适的刀具并调整好零位;

    (4)将压条的加工过程通过 RS232串行接口传送到数控系统;

    (5)打开操作台上的冷却水、排风、铣刀旋转开关;

    (6)启动加工程序,即可实现压条的自动加工。

    压条加工流程图如图2所示。压条加工示意图如图3所示。

    5 技术经济性分析

    技术经济性分析显示,经济型数控龙门铣床能够大幅度地提高压条的加工精度和生产效率,满足企业日益增长的生产规模的需要。

    5.1 加工精度

    (1)由于机械传动机构采用了滚珠丝杠螺母副(原铣床是齿轮齿条传动),使工作台的重复精度小于10 m。

    (2)经测量,压条的累计误差小于1mm,如果压条的齿数为100,则压条的齿距平均误差小于10 m。

    (3)由于数控龙门铣床自动化程度的提高,大大减少了人为因素的影响,消除了压条加工中存在的偶然误差。

    5.2 生产效率

    以 XZK-1250-20/40-T6压条为例,压条厚10mm,槽宽14 2mm,槽数69。

    原铣床:放压条50根,铣刀需两次才能铣出142mm槽宽,于是有以下计算: T走刀=57s; T对刀1=22s; T对刀2=20s;则铣每一个槽需要57+22+20+57=156(s)。铣69个槽需要156#69=10764( s)。铣每根压条需要10764/50=215 28( s)。

    数控铣床:放压条66根,142mm宽的槽一次铣好, T走刀=108s;对刀时间可忽略不计,铣每根压条需要108#69/66=113( s)。可以看出,利用数控龙门铣床加工,压条的生产效率提高了近1倍。同时在系统稳定的情况下,由于加工精度的提高,使得压条的合格率趋于100%。以上计算未包括准备时间、换压板时间及卸压条时间等。并认为两种加工方式下,这些时间相同。

    6 结束语

    几年的生产实践表明,经济型数控龙门铣床的数控化改造是成功的。它真正实现了对数控龙门铣床X轴、Z轴的自动控制,完成了压条加工过程的自动化;也充分利用了国内最新数控技术和外部资源,最大限度地挖掘了该厂内部潜力;同时压条的加工精度和生产效率都有很大提高,满足了企业生产的需要。

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