俄罗斯ТФ1271加工中心的数控改造

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我们改造的ТФ1271加工中心是安徽一汽汽车底盘厂1994年从俄罗斯进口的二手机床，购进价为25万元人民币。由于数控系统可靠性差，使用不到一年其数控系统不能正常工作，造成整个加工中心瘫痪，给他们厂的生产造成了很大影响。而且俄罗斯ТФ1271加工中心目前在国内使用的不多，没有较完善的售后服务体系。于是该厂委托我们对该设备进行了翻新改造。 0 Q" j( A3 K W0 `

1 ТФ1271加工中心的特点

ТФ1271加工中心为俄罗斯六七十年代产品。该加工中心电气部分性能较差，数控系统非常落后，且系统内部元器件多为分离元件，系统体积庞大，稳定性差，故障率高，与目前国内外生产的数控系统相比功能较少，如通讯、单段、跳段、加工图形显示等功能都没有，给使用者带来一些不便；强电部分如液压、冷却、润滑、主轴的电机控制元件及线路已经老化；加工中心的一些位置检测开关都属于非标准元件，在国内找不到同类开关作备件。
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该加工中心机械部分性能良好，各个部件磨损较少，还能较好地满足机床的设计要求。它的机械设计有三个特点，刀库容量为12把刀，每把刀的选择定位由电气控制粗定位，最后由机械挡块精定位；主轴电机是三相异步电机，只能工作在额定转速下，然后选择不同齿数的齿轮啮合传动形成18种转速；主轴定向为机械式定向，通过对液压阀的控制，靠液压驱动，把主轴直接转到换刀位置。 3 z4 O% |8 k: q% c' z

2 改造方案

1. 更换数控系统，采用北京机床研究所研制生产的CME1000系统。该系统为经济型数控系统，具有良好的性能价格比，广泛用于车床、铣床、加工中心。与原系统相比，该系统体积小，具有良好的人机界面，定位精度高，功能强，增加了通讯功能，可以和计算机直接通讯，为离线编程提供了方便；加工图形的显示功能，可以让编程者在机床不动作的情况下看到模拟的加工曲线，使调试程序极为安全、方便；单段功能，在工件试切时，用单段功能比较安全；跳段功能，为同一程序的灵活应用提供了条件；机床锁住功能，该功能与图形显示功能相配合使调试加工非常方便；手摇功能，在加工对刀时，它可以连续调整刀尖位置，比原机床采用的点动功能方便了很多。 . c! R8 P! C% b; R( G9 E6 A
2. 强电部分，电机本身性能良好，但控制系统的元器件及线缆老化，所以对原加工中心的电机予以保留，包括主轴电机、冷却电机、润滑电机和液压电机，而对其它部分全部予以替换。 4 r2 F4 Z4 ~& o9 v% q3 c7 _- Q# M0 i
3. 位置检测开关部分，原加工中心的行程开关和接近开关使用的都是非标准件，对这些非标准的检测开关将全部用国产的标准件替换掉。 6 z( n0 r4 `4 P: S2 z
4. 机械部分性能完好全部予以保留。
   
   全部改造费用为10.5万元人民币，购买原加工中心的费用为25万元人民币，购买一台与改造后同等档次的加工中心要80～100万元人民币。

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主轴电机控制原理图

3 改造过程中的几个特殊问题

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1. 主轴的18种转速选择
   主轴的18档变速是通过三组滑移齿轮实现的。三组滑移齿轮分别由三个液压驱动拨叉控制。齿轮换档过程中，主轴电机进行步进，以保证齿轮能快速准确地啮合。主轴电机无步进功能时，就容易出现变速过程的顶齿现象，导致挂档失败。
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2. 联轴节间隙对机床精度的影响 : A- v0 x5 _4 j! N2 Q j F& Z
   工作台的丝杠与伺服电机通过联轴节相连，丝杠与电机轴上各装联轴节的一部分，两部分相配合实现传动。联轴节是原机床本身的，联轴节两部分的配合间隙δ为200µm，电机转动一圈工作台移动距离DL为10mm，联轴节直径D为60mm，配合间隙d引起的误差e为 e=d·DL/πD=10.6(µm) . x* x/ f8 j3 T T
   配合间隙引起的误差为10.6µm，原加工中心的设计加工精度为30µm，因此联轴节配合间隙引起的误差在正常的范围内，原加工中心的联轴节可以继续使用。
3. 主轴电机步进功能的实现 ' v# k" J0 `& @" S
   如前所述，主轴箱齿轮进行换档时，需要主轴做步进配合，否则极易出现换档失败。一般三相异步主轴电机没有步进功能，给电机通以三相交流电，电机进行高速旋转。通过PLC的控制，电机的三相绕阻通以较低的直流脉动电压，实现了主轴电机步进功能。原理如上图。

4 结束语

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我们在对俄罗斯ТФ1271加工中心的改造过程中，从数控系统到位置检测开关以及操作面板等改造所用设备和元器件全部采用国产品。一方面由于近几年来国产数控产业快速发展，部分数控厂家的某些数控产品在质量上可以与国外的同类产品相当；另一方面采用国产品可以节约成本，便于维护。该加工中心改造后，到目前已连续正常工作一年，在加工精度及功能方面满足原加工中心的设计要求，而且改造后的加工中心，与改造前相比，定位精度高，还增加了通讯功能、数控程序的单段执行功能和跳段执行功能以及手摇功能等多种功能。对旧机床或加工中心的数控改造，可以使它们由陈旧淘汰设备而变成先进的数控加工设备，改造费用仅相当于购买一台同类新设备所需费用的10％，对旧机床或加工中心的数控更新改造可以带来良好的社全效益和经济效益。