1 數(shù)控改造的目的

　　隨著石油化工冰枯、熱能工程等行業(yè)的發(fā)展跛猛，管板類零件的加工需求越來越多，要求越來越高伟铸。如換熱器管板和折流板上鉆有大量的孔(管板的最大直徑約2m迟书，孔數(shù)約3000個(gè))，以便穿過換熱管厘沉。為了使換熱管能順利地插入管板伴罢，不僅要求每個(gè)孔有一定的尺寸精度，更重要的是孔間的相互位置精度(誤差一般要求為0.05mm左右)护丢。以往加工管板挚性、折流板的工藝流程為：劃線—打洋沖—打中心孔—檢驗(yàn)鉆孔。這種方法不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、工序多箩绍、每件加工需要百余個(gè)工時(shí)孔庭，而且加工精度低，經(jīng)常出晚換熱管插不進(jìn)管板材蛛、折流板圆到，造成工件報(bào)廢和返工。因此使用高精度卑吭、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床加工已勢(shì)在必行芽淡。但是購置專用大型數(shù)控機(jī)床或加工中心價(jià)洛昂貴，如將工廠現(xiàn)有的普通搖臂鉆床(如Z3063型)進(jìn)行數(shù)控化改造豆赏，則是一項(xiàng)費(fèi)用低挣菲、收效快、切實(shí)可行的方案掷邦。

　　2 改造方案的確定

　　根據(jù)搖臂鉆床布局白胀，欲加工此類管板零件，只要控制鉆床主軸走出每個(gè)加工孔的點(diǎn)位即可抚岗，為此有直角坐標(biāo)控制方式和極坐標(biāo)控制方式兩種改造方案或杠。后一種方案結(jié)構(gòu)緊湊，加工范圍能充分利用(由于數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)研矗，其加工范圍擴(kuò)大為Y向行程的一倍)赵溢。只要將圖紙中孔的尺寸標(biāo)注從直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)即可，這對(duì)現(xiàn)今使用計(jì)算機(jī)來說是極其簡(jiǎn)單的事芒浪，因而被采用歧余。經(jīng)確定的搖臂鉆床數(shù)控化改造方案見圖2 。具體改造措施如下谦牛。

　　改主軸箱在搖臂上移動(dòng)方式為滾珠絲杠傳動(dòng)跟努，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(X軸);

　　增加一個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(C軸);

　　鎖緊搖臂，使得鉆床主軸軸心線和數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)軸心線在同一平面上柱涕。

　　3 改造后數(shù)控?fù)u臂鉆床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　大型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(C軸)的設(shè)計(jì)

　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的臺(tái)面直徑為2m伍恼，由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)同步帶輪和一對(duì)精密蝸輪蝸桿副傳動(dòng)垛墙，使工作臺(tái)可以繞自己軸線精確地回轉(zhuǎn)籍钱。為了保證數(shù)控工作臺(tái)較高的傳動(dòng)精度和剛度，在設(shè)計(jì)制造中采取如下技術(shù)措施携喳。

　　導(dǎo)軌與支承 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)體積大(直徑2m), 重量大(轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重約2t)种慕，其承受的鉆削軸向力大，摩擦壓力也大巍糯。為保證工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精確啸驯、靈敏、平穩(wěn)，其圓導(dǎo)軌上粘貼YT 聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶罚斗，徑向軸承采用了精密的3182100型雙列滾柱軸承及7000型圓錐滾子軸承徙鱼。經(jīng)實(shí)踐使用效果良好，符合設(shè)計(jì)要求针姿。

　　傳動(dòng)元件的選擇 工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵是精確地傳遞運(yùn)動(dòng)袱吆，而不是傳遞動(dòng)力。因此傳動(dòng)系統(tǒng)采用同步帶和大型精密蝸輪蝸桿副傳動(dòng)距淫，并用調(diào)整墊片來調(diào)整蝸輪蝸桿的中心距绞绒，從而消除蝸輪蝸桿的傳動(dòng)問隙。

　　伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選擇 由于工作臺(tái)直徑大榕暇，重量大蓬衡，不僅要求工作臺(tái)的伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)要有足夠大的轉(zhuǎn)矩，更重要的是要有高的伺服精度及剛度彤枢，這樣才能保證轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度及被加工孔的定位精度狰晚。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定采用日本三菱公司生產(chǎn)的SF352(B型)高性能、寬調(diào)速半閉環(huán)大功率交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)须彼。其技術(shù)參數(shù)如下：所匹配的驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為MR-J2-350A登凿，額定輸出功率為3.5kW額定輸出轉(zhuǎn)矩為167N·m，最大轉(zhuǎn)矩50.1N·m煮啡，最大轉(zhuǎn)速為2500r/min隘匙。編碼器的分辨率為16384脈沖/r。該伺服系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地白動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的增益馁祈，從而自動(dòng)配合電動(dòng)機(jī)及負(fù)載使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)定恕臣。

　　由于采取以上三條措施，使數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝調(diào)試極其方便银薪，其性能指標(biāo)不儀達(dá)到設(shè)計(jì)要求靴亩，而且超過原先設(shè)想。經(jīng)實(shí)測(cè)夫石，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的重復(fù)定位精度達(dá)到0.01mm(2m直徑上)伪睬。平穩(wěn)性及快速響應(yīng)能力亦非常理想。

　　鉆床主軸箱沿?fù)u臂的移動(dòng)(X軸)

　　根據(jù)該軸的傳動(dòng)精度對(duì)孔的定位精度的影響鸭僧，綜合考慮工件的精度要求及經(jīng)濟(jì)性口溃，此軸采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及滾珠絲杠副傳動(dòng)。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算旷偿，采用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式雙法蘭滾珠絲杠(型號(hào)為FF5005-5)烹俗，以及130BC3100A型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(保持力矩Mjmax=20N·m，步距角qb=0.6°萍程，空載運(yùn)行頻率fmax=15kHz), 在電動(dòng)機(jī)與絲杠之間裝有減速箱(i=1.2)幢妄，最大快移速度3m/min兔仰。經(jīng)實(shí)際使用完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　主軸的上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(Z軸)

　　主軸的上下運(yùn)動(dòng)(Z軸)用于控制鉆削的徠度蕉鸳，為此乎赴，應(yīng)對(duì)主軸箱的傳動(dòng)鏈進(jìn)行一定的修改，并由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源潮尝，用于控制Z軸進(jìn)給无虚。此時(shí)Z軸的脈沖當(dāng)量接近0.01mm, Z軸的軸向力為10600N ，達(dá)到原機(jī)床的軸向力的指標(biāo)衍锚。

　　4 微機(jī)控制系統(tǒng)及接口電路

　　本機(jī)床的控制系統(tǒng)在滿足加工要求的前提下從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)．采用國(guó)產(chǎn)的STD總線模板搭制而成友题。其CPU為8088，具有RS232串行口戴质，可與PC機(jī)通信面镣，進(jìn)行直接加工控制(DNC功能)．并配有9英寸CRT顯示器，進(jìn)行全屏幕編輯加工程序和圖形顯示氏腐。

　　特別要提及的是本系統(tǒng)控制軸的輸出為指令脈沖信號(hào)和方向信號(hào)甩宣，而三菱伺服放大器接收的是正向脈沖序列和反向脈沖序列信號(hào)，兩者不匹配冻哈。為了使兩者匹配杯削，設(shè)計(jì)了接口電路。經(jīng)實(shí)際使用优隔，工作可靠褐泊，效果較好。

　　5 加工程序編制及計(jì)算機(jī)輔助編程

　　由于被加工管板類零件的孔數(shù)很多棋少，而且類型亦經(jīng)常變動(dòng)杯娶，如果直接應(yīng)用ISO數(shù)控代碼手工編程，則計(jì)算和編程工作量很大儡特，亦容易出錯(cuò)栅苞，一旦出錯(cuò)檢查十分困難。因此疏唾，決定對(duì)被加工管板類零件建立數(shù)學(xué)模型蓄氧，采用C 語言編寫通用程序來自動(dòng)生成加工程序。當(dāng)需要加工該零件時(shí)由PC 機(jī)通過傳輸軟件經(jīng)RS-232數(shù)據(jù)通信接口傳送到數(shù)控系統(tǒng)槐脏，就可進(jìn)行加工喉童。事實(shí)說明這是一種非常簡(jiǎn)便而有效的自動(dòng)編制加工程序的方法。

　　6 加工試驗(yàn)及結(jié)論

　　本搖臂鉆床數(shù)控化改造完成后准给，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)精度指標(biāo)和性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求泄朴。其尤軸的重復(fù)定位精度為O.01mm，定位精度為0.02mm露氮；C軸重復(fù)定位精度達(dá)00.1mm(在2m直徑上)定位精度達(dá)0.035mm(在2m直徑上)祖灰。任意兩孔加工間距最大定位誤差為±0.05mm。經(jīng)工廠實(shí)際使用證明畔规，本機(jī)床性能穩(wěn)定局扶、精度高、操作方便叁扫，尤其生產(chǎn)效率大大提高三妈，原先加工一件管板類零件需百余個(gè)工時(shí)，現(xiàn)在只需要十余個(gè)工時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度也得到極大的減輕莫绣。本數(shù)控化改造是成功的策见，可供石油化工、熱能工程行業(yè)加工管板類零件的借鑒妆浅。

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