华中Ⅰ型数控系统对大型立车的数控改造

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1 引言
目前，购置一台大型数控立车价格非常昂贵，因此只有极少数企业用数控立车对于大型回转体零件进行加工。大多数企业一般都采用普通大型立车，手工操作进行加工。手工操作一是劳动强度大，时间长，二是精度无法得到保证。
华中数控系统有限公司自1995年以来，先后对国内的一些企业的大型普通立车进行数控改造，改造普通立车有Ø2.3m一台，Ø2.5m二台，Ø3.4m二台，Ø6.3m一台。都采用HZCNC—1T华中数控系统。Ø6.3m的配德国AMK交流伺服电机，Ø3.4m的二台分别配SIEMENS和FANUC交流伺服电机，其余用华中交流伺服电机。改造的数控立车投入使用后，由于系统操作灵活，使用方便，加工功能增强，适合于较为复杂型面工件的加工，提高了生产效率，保证了加工精度。现以东方电机厂的一台Ø6.3m立车的数控改造为例予以介绍。
/ a/ O0 T. R) K0 X% p1 t该车床为双柱立式车床，由底座、工作台、传动箱、立柱、进给箱、横梁、滑座、滑枕和顶梁等组成。最大车削直径为6300mm，交流主电机功率为100kW。它有左右两个刀架，每个刀架分别由两台三相交流异步电机驱动，控制X、Z方向的快速移动及进给。
2 Ø6.3m立式车床的数控改造
3 B5 p+ m  A& n: R% h* n机械改造
3 U- g/ f0 s4 Q7 {7 i9 s' y7 P从机械改造尽可能简单的原则出发，根据东方电机厂加工零件的要求，Ø6.3m立车数控改造保留了原右刀架、横梁和主轴的手动加工操作功能。对其左刀架的X轴和Z轴运动采用数控。机械部分也相应地做了改动，更换了减速箱。右刀架留作常规加工之用，使以往产品的加工工艺路线不致有较大变化，符合传统生产习惯。左刀架可进行数控加工，满足该厂在不断开发新产品时，实现多品种、单件和小批量生产的要求。
/ \1 t* D. B: M3 d具体方法是：去掉左刀架的原有的齿轮传动系统，安装上伺服进给驱动箱，其变速比为1:4。对于这类大型机床，由于刀架比较重，惯性大，若采用伺服电机直接与丝杆相连，伺服系统的驱动功率要求很大。虽然这样可以提高进给速度，但系统的成本将会非常高。对于大型回转体加工，进给速度一般要求比较低，因此，X、Z轴采用一定速比的机械降速传动，以降低对X、Z轴伺服电机驱动力矩的要求，从而降低改造成本。进给速度通常设定为2m/min左右。改造前后的进给传动系统示意图如图1所示。

(a)改造前
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/ @/ {  S( B' V* u+ C(a)改造后
# U' H# x4 }) I6 K7 y; u' @* k! w图1 进给传动系统图
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图2 系统内部PLC结构图
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图3 球体轴承座零件
! z6 n" @% M9 h3 E7 ^0 ?$ F4 改造效果
* B" E) O8 V. [* m机床改造后，可加工内外球面和各种流线型回转面等。依据伺服电机输出的转矩以及传动比的调整，切削用量可较以前得以提高。多道工序编程后可一次完成加工，测量、对刀与找正等辅助时间减到最少。定位精度和加工精度要好于机床改造前。例如加工球体轴承座零件中的?1900mm内球面(图3)，该零件为球墨铸铁材料，直径2.5m，上下缸体用工艺搭子焊为一体)，其直径偏差可控制在0.003mm以内，远远满足了原零件的工艺要求。其中最大偏差值出现在球面中间剖分线上，这是由于X轴反向间隙补偿值略大造成的。因该值是在无加工负荷状态下测量并补偿的，与实际加工状态比有偏差。据此对补偿值作调整后，该项精度提高30%～50%。另外，如工人手动加工需要时间三周左右。加工之后还要进行打磨处理，才可满足要求。改造后两天左右即可完成加工。
( {2 ^- @4 Z/ L. t0 R2 A数控改造完成两年来，不仅使东方电机厂完成了新型发电设备的生产，提高了产品的技术含量和附加值，并节省下购买大型数控机床的大笔投资。
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