當(dāng)前由于電站設(shè)備唱撩、海水淡化、化工設(shè)備和空調(diào)等行業(yè)迅猛發(fā)展,這些行業(yè)的板材需鉆役衡、擴(kuò)成千上萬(wàn)甚至數(shù)萬(wàn)個(gè)孔逛艰。這些孔的公差及孔距均有相當(dāng)高的要求。一般鉆床無(wú)論從速度哀墓、精度和效率均難以達(dá)到如此高的要求(孔公差為±0. 05mm) 鞭莽。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均研制多軸龍門鉆床,而我國(guó)只有沈陽(yáng)生產(chǎn)二軸數(shù)控外排屑鉆床麸祷。為了滿足電站鍋爐制造的需要,有關(guān)廠進(jìn)口了多臺(tái)數(shù)控龍門鉆床,每臺(tái)高達(dá)數(shù)百萬(wàn)美元澎怒。為填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,上海精密機(jī)械制造有限公司,組織力量研制成功27軸大型數(shù)控龍門鉆床,其精度、效率均達(dá)到世界先進(jìn)水平阶牍。該機(jī)床可向二端延伸制成5軸喷面，7軸，13軸,也可向高端35軸拓展(只有美國(guó)制造過(guò)) 走孽。 

    1惧辈、ZKM27技術(shù)參數(shù)

    鉆軸總數(shù)量　　27

    軸加工范圍　　對(duì)φ30以下孔的定位,鉆,擴(kuò),鉸孔

    工作臺(tái)尺寸　　7500 ×5000 mm

    最大加工面積　7000 ×4500 mm

    X軸行程　　　7000 mm

    Z軸行程　　　630 mm

    Y軸行程　　　400 mm

    X軸伺服電機(jī)功率,扭矩　14 kW　75 N?m

    Z軸伺服電機(jī)功率,扭矩　11 kW　75 N?m

    Y軸伺服電機(jī)功率　　　　　5. 7 kW

    機(jī)床總功率　　　　　　　150 kW

    數(shù)控系統(tǒng)　　　　　　　　FANUC—18 I

    2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    2. 1 X軸行程

　　X軸驅(qū)動(dòng),由FANUCα50伺服電機(jī),經(jīng)1: 10減速機(jī)增大扭矩,帶動(dòng)滾珠螺母旋轉(zhuǎn),從而使十字拖板與龍門架在X向移動(dòng)伶葵。由于工件體積寵大,沉重,大型數(shù)據(jù)龍門鉆床,均是工作臺(tái)固定,龍門架移動(dòng)式承蠕。

　　二個(gè)滑臺(tái)由4組高精度直線導(dǎo)軌支承,龍門架跨距達(dá)6800mm,龍門架運(yùn)動(dòng)由左右二臺(tái)伺服電機(jī)嚴(yán)格同步。滾珠絲杠德國(guó)進(jìn)口,內(nèi)循環(huán)雙螺母形式,絲杠長(zhǎng)度達(dá) 9500mm,其中螺紋長(zhǎng)7870mm蕴续。此滾珠絲杠的加工,熱處理,磨削都有相當(dāng)難度扳啃。螺母轉(zhuǎn)動(dòng),絲杠固定,大大減少了伺服電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與扭矩,也降低了對(duì)支承滾珠絲杠軸承的精度要求。X軸行程的檢測(cè)是由伺服電機(jī)軸所裝的高精度位置編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)贰宰。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)X軸進(jìn)行了螺距誤差補(bǔ)償,保證鉆孔精度≤  ±0. 05mm危婚。

圖1　機(jī)床外形圖

    2. 2 Z軸行程

　　鉆頭上下行程由二部分組成,一是橫向整體上下移動(dòng),這是由二臺(tái)α50伺服電機(jī)完成的。二是主軸箱與鉆頭的上下運(yùn)動(dòng),則是通過(guò)液壓油缸帶動(dòng)主軸箱體而完成芍迫。 27軸峦仲，27個(gè)電磁閥,每一個(gè)電磁閥控制一個(gè)油缸上下。需鉆孔時(shí),數(shù)控程序控制相應(yīng)電磁閥,使油缸帶主軸箱,鉆頭向下運(yùn)動(dòng),使所需鉆孔的鉆頭突出在外,然后在Z向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,橫向下運(yùn)動(dòng),完成鉆孔的動(dòng)作哪趟。如果鉆頭鈍化,斷裂,鉆削力成倍增大,則會(huì)自動(dòng)報(bào)警,橫向停止下降,保證鉆頭安全可靠质瘸。橫向上下由左右二臺(tái)α50Nm伺服電機(jī),通過(guò)MF150SL1 1: 10減速機(jī),使?jié)L珠絲杠DF1 - 8010 - 4旋轉(zhuǎn),橫平衡上下。FANUC18i使二個(gè)電機(jī)速度均衡,嚴(yán)格同步纹怨。因?yàn)闄M向和鉆頭切削負(fù)載的不均衡性,橫向左右兩側(cè)鉆頭多少不一,鉆頭橫刃磨損程度不一等原因,為此在橫向的左,中,右設(shè)計(jì)有三只平衡油缸,達(dá)到負(fù)載隨時(shí)均衡磨爪。

   2. 3 Y軸行程

　　Y軸運(yùn)動(dòng),是橫向在十字拖板作左右移動(dòng)。Y軸運(yùn)動(dòng)也是由伺服電機(jī)部凑、減速機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),從而使橫向移動(dòng)露乏。橫向Y向移動(dòng)由左右各三根直線導(dǎo)軌支撐。整個(gè)橫向Y向剛性較好涂邀，行程較短(400mm) ,從圖中可知,只在左部裝有伺服電機(jī),橫向右部Y向只有支承導(dǎo)軌瘟仿。經(jīng)過(guò)大量工件切削性能試驗(yàn),大跨距的龍門架移動(dòng)平穩(wěn),定位精度高,沒(méi)有顫振現(xiàn)象。

    2. 4 鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

　　27個(gè)鉆頭分成4組,分別為7 + 7 + 7 + 6 = 27,每一組由一個(gè)Y180L - A22kW電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速箱變速,帶動(dòng)一組鉆頭旋轉(zhuǎn),鉆頭轉(zhuǎn)速由減速箱手柄控制,有高比勉、中劳较、低多檔轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)鉆、擴(kuò)浩聋、鉸的需要观蜗。

　　本機(jī)床還有懸掛式吹氣排屑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

    　本機(jī)床申請(qǐng)了多項(xiàng)國(guó)家專利,上報(bào)了科技成果獎(jiǎng)衣洁。

    3墓捻、數(shù)控系統(tǒng)及電氣控制

　　ZKM27機(jī)床的所有動(dòng)作都是由FANUC18 i—MB數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制執(zhí)行。就目前而言,該數(shù)控系統(tǒng)是一種較為理想的先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)坊夫。它具有許多特殊功能可以滿足ZKM27機(jī)床的要求砖第。從它具有A I提前預(yù)測(cè)控制功能來(lái)說(shuō)，ZKM27有27根鉆軸需要高速連續(xù)控制,需要編制多條加工程序段來(lái)控制動(dòng)作,如果采用以往的加工方式,往往會(huì)影響到加工節(jié)拍,現(xiàn)

圖2　機(jī)床布局圖

　　在能夠預(yù)先讀取多個(gè)加工程序段,實(shí)現(xiàn)鉆削速度最佳的加/減速控制,有效地提高了機(jī)床的加工速度和精度蛾藐。此外它具有坐標(biāo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)功能,當(dāng)工件包含一些由某一個(gè)典型形狀旋轉(zhuǎn)得來(lái)的圖形時(shí),在編程時(shí),可以編一個(gè)該形狀的子程序,在旋轉(zhuǎn)以后調(diào)用它,給工件的編程帶來(lái)更多的靈活性瘤希。它還具有記憶型螺距誤差補(bǔ)償功能, 對(duì)絲杠螺距誤差或機(jī)械系統(tǒng)中的誤差進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償數(shù)據(jù)以參數(shù)形式儲(chǔ)存在CNC存儲(chǔ)器中,為此能進(jìn)一步提高機(jī)床的定位精度。另外我們還可以使用用戶宏程序/ 宏執(zhí)行器編制各種加工程序,使一些復(fù)雜的加工程序變?yōu)楹?jiǎn)單易懂保懈。

　　更重要的一點(diǎn)是它具有兩組兩軸同步運(yùn)行的功能,尤其是它的伺服HRV控制,通過(guò)旋轉(zhuǎn)平滑的伺服電機(jī),高精度的電流檢測(cè),高響應(yīng)和高分辨率的脈沖編碼器等硬件和伺服HRV控制的有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了高速高精度的進(jìn)給控制,使ZKM27中兩軸的同步運(yùn)動(dòng)更為理想答艘。

　　本機(jī)床的電氣系統(tǒng)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)技術(shù),充分結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理,廣泛應(yīng)用CAD等現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段和工具,使機(jī)床性能可靠,操作方便,控制自如。

　　ZKM27 采用了10. 4 吋的彩色LCD 液晶器顯示,畫面清楚锉辫。操作面板置于機(jī)床的正前方,操作面板采用FANUC的標(biāo)準(zhǔn)面板,并注有圖形符號(hào)和中文注譯息体。調(diào)整進(jìn)給速度開(kāi)關(guān)設(shè)置在面板上,操作者可以根據(jù)切削加工過(guò)程中的實(shí)際情況修正切削參數(shù),以便取得最佳的切削效果。

　　調(diào)整參數(shù)有:

　　快速進(jìn)給修正量: F0瑰兄，10姐药，50，100%4種滔壳。

　　工作進(jìn)給修正量: 0削晦，1，2武填，.挥昵，200%16種。

　　操作箱如圖3所示

　　大型的數(shù)控設(shè)備被廣泛地用于各種機(jī)械加工領(lǐng)域,為了滿足加工一些大體積,高精度的零部件需要益涧。使用一些大型龍門式和橋式的數(shù)控設(shè)備,在使用中為了避免加減速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因扭矩不同而對(duì)龍門架或橋架造成的損害,往往采用了兩軸驅(qū)動(dòng)的同步控制锈锤。所謂同步控制,就是用一個(gè)坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)指令驅(qū)動(dòng)一個(gè)主電機(jī)從而帶動(dòng)一個(gè)從動(dòng)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行,通過(guò)對(duì)這兩個(gè)電機(jī)移動(dòng)量的檢測(cè),將位移偏差反饋到數(shù)控系統(tǒng)而獲得同步誤差補(bǔ)償,將兩個(gè)電機(jī)之間的位移偏差量控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。 ZKM27是一種龍門式的大型機(jī)械設(shè)備,機(jī)床采用了兩組同步控制的運(yùn)動(dòng)軸,即X向軸和Z向軸,分別采用了FANUC中α50 i伺服電機(jī)帶動(dòng)兩根滾珠絲桿組成的兩組同步軸控制闲询。機(jī)床經(jīng)過(guò)調(diào)試之后,同步電機(jī)運(yùn)行平滑,具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和控制精度久免。

圖3　機(jī)床操作箱

   　 在大型數(shù)控設(shè)備中,由于其功率較大,通斷時(shí)電流突變很大,容易產(chǎn)生各種干擾。ZKM27的設(shè)備采用了大量的防干擾措施扭弧。尤其是重視對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的輸入干擾, 采用了一定的措施,對(duì)異常輸入起到保護(hù)作用阎姥。我們對(duì)本設(shè)備采用了單獨(dú)電網(wǎng)供電,防止其他設(shè)備的使用而引起電網(wǎng)內(nèi)的干擾记舆。另外我們還利用浪涌吸收器,吸收來(lái)自本設(shè)備的電器元件的動(dòng)作而產(chǎn)生干擾,同時(shí)又能夠吸收輸入系統(tǒng)的額外噪聲信息信號(hào)。對(duì)于一些功率較大的電動(dòng)機(jī)呼巴，采用了星—三角形啟動(dòng)方式,以減小啟動(dòng)電流泽腮。對(duì)常用的電機(jī),我們采用了線間保護(hù)措施,從而有效地抑制了來(lái)自線間的干擾。在電纜線分布中,我們嚴(yán)格的控制了信號(hào)線與動(dòng)力線的混裝,盡量減少它們之間信號(hào)的串?dāng)_衣赶。FANUC伺服放大器與系統(tǒng)之間的聯(lián)系采用了光纖( FSSB)連接,這樣又大大減少了系統(tǒng)對(duì)伺服間信號(hào)的干擾可能诊赊。

    　本機(jī)床的操作分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方法。設(shè)備的調(diào)試和外圍設(shè)備(冷卻,液壓等)啟動(dòng),可通過(guò)手動(dòng)操作來(lái)實(shí)現(xiàn),而機(jī)床的自動(dòng)運(yùn)行只有在自動(dòng)方式下通過(guò)程序來(lái)執(zhí)行府瞄。27 根鉆軸調(diào)試可通過(guò)MD I方式來(lái)實(shí)行楚餐。手動(dòng)操作和自動(dòng)操作是互相聯(lián)鎖的,在自動(dòng)運(yùn)行時(shí),手動(dòng)操作無(wú)效,從而可以避免由于操作失誤,引起加工件的損壞。

    　本機(jī)床除了X蹂孽，Z兩組同步軸聯(lián)動(dòng)之外,還有Y軸的左右移動(dòng)撇扯，27根深孔鉆軸的上下移動(dòng),移動(dòng)時(shí)的位置檢測(cè),還有深孔鉆頭的磨損檢測(cè)等一切反饋信號(hào)應(yīng)及時(shí), 正確。這一切全由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)绸搞。FANUC18i系統(tǒng)采用了SB7版本的PLC來(lái)編制窍蟹。其運(yùn)算速度極快,可達(dá)到0.03μ sec /步,而且容量可達(dá) 64000步,這樣完全能滿足ZKM27機(jī)床的動(dòng)作復(fù)雜,要求高的需求。

   　 數(shù)控裝置具有許多功能,能顯示機(jī)床的各種工作狀態(tài),如各坐標(biāo)軸的目的位置,現(xiàn)在位置,實(shí)際進(jìn)給速度,機(jī)床的各種動(dòng)作信號(hào)等等亭结。一旦加工過(guò)程中出現(xiàn)故障,自動(dòng)停機(jī)并顯示出故障內(nèi)容,操作人員可立即分析原因,排除故障,這樣就給維修工作帶來(lái)了很大的方便,也可減少設(shè)備的停機(jī)時(shí)間,提高機(jī)床的利用率舟到。

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