旋壓機床數控改造的必要性和主要內容

　　由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個“永恒”的課題。我國的機床改造業，也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。目前購置一臺大型數控旋壓機價格非常昂貴，所以為舊設備的數控改造提供了一定的市場。

　　1.旋壓機床數控改造的必要性：

　　我國旋壓機總量幾百臺，而其中數控機床非常少。大多數制造行業和企業的生產、加工裝備絕大數是傳統的機床，而且多數以上是役齡在10年以上的舊機床，生產裝備和技術陳舊而落后。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場，軍品和民品市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展。所以必須大力提高旋壓機的數控化率。

　　舊旋壓機由于使用時間長久，分立電子元件均已嚴重老化，故障頻繁，且各種機械與電子元件根本無處購買，造成維修困難，有的已經無法正常使用。目前很多旋壓機用手工進行仿型加工，一是勞動強度大，時間長，二是控制水平比較落后，精度比較低。因此用傳統的手動操作方式加工一致性差，功效低，加工質量得不到保證，采用數控技術加工已成為必然的趨勢

　　改造的數控旋壓機投入使用后，由于系統操作靈活，使用方便，加工功能增強，適合于較為復雜型面工件的加工，提高了生產效率，保證了加工精度。

　　2.旋壓機數控化改造主要內容：

　　其一是恢復原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是NC化，在普通旋壓機上加數控系統，改造成CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；其四是技術更新或技術創新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。

　　3.改造方案:

　　結合生產實際，依據工藝要求和被改機床的完好程度，可采用不同的改造方案。

　　3.1機械改造

　　一臺新的數控旋壓機，在設計上要達到：有高的靜動態剛度；運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了數控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。

　　3.1.1滑動導軌副

　　對數控旋壓機來說，導軌除應具有普通旋壓機導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。

　　3.1.2滾珠絲杠

　　絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。

　　3.2主軸驅動改造選型

　　根據旋壓工藝的要求，主軸一般都設計成無級調速。

　　對于交流主軸電機，采用變頻調速控制。如西門子6SE70矢量控制三相交流電壓源型變頻調速系統，其調速和起制動性能好，高效率、高功率因數和節電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。

　　對于直流主軸電機，如采用西門子6RA70全數字直流調速裝置代替原有的調速系統。6RA70是三相交流電源直接供電的全數字控制裝置，體積小、結構緊湊，用于直流電機電樞和勵磁供電完成調速任務。這一裝置的優點在于：本身帶有參數設定單元，不需要其它的任何附加設備即可完成參數的設定，并且所有的控制、調節、監視及附加功能都由微處理器來實現。

　　3.3數控及進給驅動系統

　　當前生產數控系統的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、法國NUM公司、日本FANUC公司；國內公司如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司和沈陽高檔數控國家工程研究中心。

　　選擇數控系統時主要是根據數控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求等具體情況進行選擇

　　3.3.1交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環控制系統

　　半閉環系統檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執行部件的位置。它只能補償系統環路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環系統的精度低，但是它的結構與調試都較閉環系統簡單。比如西門子的1FT5、1FT6交流伺服電機，穩定可靠，伺服性能好。

　　3.3.2異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環控制系統

　　該系統與開環系統的區別是：由光柵等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，設計和調試都比開環系統難。但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，驅動功率更大的特性指標。

　　3.3.3伺服閥/伺服油缸，光柵測量反饋的閉環控制系統

　　在行程較短，旋壓力要求大的場合，由伺服閥，伺服油缸組成的閉環控制系統是一個很好的選擇。

　　4.機床數控改造主要步驟: 

　　4.1改造方案的確定

　　改造的可行性分析通過以后，就可以針對工藝和機床現況確定改造方案，一般包括：

　　4.1.1機械修理與電氣改造相結合

　　一般來說，需進行電氣改造的機床，都需進行機械修理。機械性能的完好是電氣改造成功的基礎。

　　4.1.2先局部后整體

　　確定改造步驟時，應把整個電氣部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。

　　4.1.3根據使用條件選擇系統

　　針對使用環境、溫度、濕度、灰塵、電源、光線，甚至有否鼠害等外界使用條件，這對選擇電氣系統的防護性能、抗干擾性能、自冷卻性能、空氣過濾性能等可提供正確的依據，使改造后的電氣系統有了可靠的使用保證。

　　4.1.4改造范圍確定

　　有時數控機床電氣系統改造，并不一定包含該機床全部電氣系統，應根據科學的測定和分析決定其改造范圍。

　　4.2改造的技術準備

　　改造前的技術準備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。技術準備包括：

　　4.2.1機械部分準備

　　為配合電氣改造而需進行的機械大修改造的測量、計算、設計、繪圖、零件制作等應先期完成。

　　4.2.2舊系統電氣資料消化

　　只有對舊系統電氣資料進行充分的消化，才能了解以前的設計思想，才能更好完成新舊系統的銜接與轉換。

　　4.2.3新系統電氣資料消化

　　新系統有許多新功能、新技術，因此改造前應熟悉技術資料，包括系統原理說明、線路圖、PLC梯形圖及文本、安裝調試說明、使用手冊、編程手冊等。

　　4.2.4新舊系統接口的轉換設計

　　全局改造的，應設計機電轉換接口、操作面板控制與配置、互聯部分接點等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、連接點少，強弱電干擾小，備有適當裕量等。局部改造的，還需要考慮新舊系統的性能匹配、電壓極性與大小變換、安裝位置、數模轉換等。

　　4.2.5調試步驟的確定

　　調試工作涉及機械、液壓、電氣,調試步驟可從簡到繁，從小到大，從外到里進行，也可先局部后全局，先子系統后整系統進行。

　　4.2.6驗收標準的確定

　　驗收標準是對新系統的考核，制定時必須實事求是。

　　4.3改造的實施

　　準備工作就緒后，即可進入改造的實施階段。實施階段內容按時間順序分為：

　　4.3.1原機床的全面保養

　　機床經長期使用后，會不同程度地在機械、液壓、潤滑、清潔等方面存在問題，所以首先要進行全面保養。其次，應對機床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣既可對改造工作起指導參考作用，又可在改造結束時作對比分析用。

　　4.3.2保留的電氣部分最佳化調整

　　若對電氣系統作局部改造，則應對保留電氣部分進行保養和最佳化調整。如強電部分的零件更換，電機的保養，變壓器的烘干絕緣，污染的清潔，通風冷卻裝置的清洗，伺服驅動裝置的最佳化調整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等等。

　　4.3.2原系統拆除

　　原系統的拆除必須對照原圖紙，仔細進行，及時在圖紙上作出標記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會發現一些新系統設計中的欠缺之處，應及時補充與修正. 

　　4.3.3合理安排新系統位置及布線

　　根據新系統設計圖紙，合理進行新系統配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調整元器件位置、密封及必要裝飾等。應確保連線工藝規范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。

　　4.3.4調試

　　調試必須按事先確定的步驟和要求進行。調試人員隨時記錄，以便發現和解決問題。調試中首先試安全保護系統靈敏度，防止人身、設備事故發生；各運動坐標拖板處于全行程中心位置；能空載試驗的，先空載后加載；能模擬試驗的，先模擬后實動；能手動的，先手動后自動。

　　4.4驗收工作及培訓

　　驗收工作應聘請有關的人員共同參加，并按已制定的驗收標準進行，內容包括：

　　4.4.1機床機械性能驗收

　　經過機械修理和改造以及全面保養，機床的各項機械性能應達到要求，幾何精度應在規定的范圍內。

　　4.4.2電氣控制功能和控制精度驗收

　　電氣控制的各項功能必須達到動作正常，靈敏可靠。控制精度應用標準計量器具(如激光干涉儀、坐標測量儀等)對照檢查，達到精度范圍之內。同時還應與改造前機床的各項功能和精度作出對比，獲得量化的指標差。

　　4.4.3試件驗收

　　試件可驗收機床剛度、力、運動軌跡、關聯動作等。

　　4.4.4圖紙、資料驗收

　　機床改造完后，應及時將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、歸檔。保持資料的完整、有效、連續，這對該設備的今后穩定運行是十分重要的。

　　4.4.5操作、編程人員的技術培訓

　　5.改造效果

　　同其他機床的改造相比，旋壓機的數控改造還比較少。考核數控化改造的一般標準是投入少，回收期短，投資回報率高；尤其軍品的某些旋壓機根本無法從外國購置，如果有，也是供貨時間與價格都無法接受，所以對現有的旋壓機數控化改造，將取得巨大的社會和經濟效益。

　　列如1995年，鞍山高壓容器廠改造兩條旋壓器收口機生產線。已運行7年，至今仍正常運轉，深受用戶好評。

　　6.數控化改造的利弊

　　1 減少投資額、交貨期短

　　同購置一臺新旋壓機相比，一般可以節省60%～80%的費用。特別是大型旋壓機節省費用尤其明顯。

　　2機械性能穩定可靠，結構受限

　　所利用的現有床身等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床鋼性好，性能穩定。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。

　　3熟悉了解設備、便于操作維修

　　購買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地知道床子的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現全負荷運轉。

　　4可充分利用現有的條件

　　可以充分利用現有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。同時芯模及外圍工裝也能再利用。一般旋壓工裝費用要占整個機床造價的10%左右。

　　5可以采用最新的控制技術

　　可根據技術革新的發展速度，及時地提高旋壓機的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次。

　　6.結論

　　1)對旋壓機床進行技術改造，系統在設計安裝調試后，能達到規定的主要技術指標，運行能夠穩定可靠。

　　2)系統軟件增加了許多特殊功能，方便了用戶編程，擴展了旋壓機的加工工藝范圍。

　　3)對旋壓機床進行CNC技術改造，進給系統精度可比原來有所提高；對于用交流伺服技術改造的旋壓機，其進給驅動系統采用交流伺服電機，性能可靠，精度更加穩定。

　　4)對旋壓機床進行CNC技術改造，社會效益和經濟效益明顯。