普通車床改造成數(shù)控旋壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究
發(fā)布日期：2016-9-25 信息來源：一重
c630車床改造成數(shù)控旋壓機(jī)的整體思路(:為提高精度，對(duì)c630車床機(jī)械、電氣部分進(jìn)行整修; 利用車床主體、橫向?qū)к�、縱向?qū)к墶⒅鬏S轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、三爪卡盤，改造旋輪、旋輪架，并將橫向和縱向?qū)к壐臑橐簤候?qū)動(dòng)，尾頂部分改為液壓裝置;保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操作機(jī)構(gòu)，增加變頻器，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的無級(jí)變速;控制系統(tǒng)部分采用先進(jìn)的比例伺服閥及基于上下位機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)。3 普通車床改造成數(shù)控旋壓機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1 機(jī)械部分的分析與改造設(shè)計(jì)
3.1.1 床身與導(dǎo)軌
通過建立c630車床全床身的簡化結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用有限元分析軟件ansys進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。首先在ansys中建立機(jī)床的簡化模型，定義材料屬性和約束條件，然后采用三角形單元對(duì)機(jī)床模型劃分網(wǎng)格，***后在static(靜態(tài))分析方式下，進(jìn)行有限元計(jì)算，得到橫向和縱向都加載30kn力時(shí)應(yīng)力應(yīng)變圖(如圖3所示)，位移x、y、z三個(gè)方向和為0.091mm，應(yīng)力***大值24.26mpa，應(yīng)變***大值0.132e-3，而鑄鐵的抗拉強(qiáng)度在200mpa左右，應(yīng)力值遠(yuǎn)小于床身極限，表明c630車床的床身與導(dǎo)軌符合要求�？紤]安全系數(shù)及實(shí)際改造需求，確定橫、縱向采用30kn的液壓缸，尾頂缸采用15kn的液壓缸。
3.1.2 旋輪架、旋壓模、旋輪的設(shè)計(jì)
c630車床拖板上原有一個(gè)環(huán)形的燕尾槽，用于固定車床刀架的底座。在c630車床改造過程中，如圖4所示，設(shè)計(jì)旋輪座底座，通過4個(gè)緊固螺栓與拖板上的環(huán)形燕尾槽相連接，實(shí)現(xiàn)旋輪座360°旋轉(zhuǎn)，便于旋壓加工錐形、喇叭形等復(fù)雜零件。旋輪架安裝在旋輪座上，為使旋輪在輪軸上無法軸向移動(dòng)，在旋輪內(nèi)安裝了一對(duì)圓錐滾子軸承，用壓蓋將軸承固定。這樣在不同的旋壓過程中，可以更換旋輪、旋輪架而不需要更換旋輪座，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
旋壓模的外形可根據(jù)零件的形狀要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且要充分考慮旋壓模的定位夾緊及工件的定位。旋輪的設(shè)計(jì)制造對(duì)旋壓成形有重要影響，主要是包括引導(dǎo)角γ成形角α等工作角度的設(shè)計(jì)。旋輪采用gcrl5、9crsi、crwmn等材料進(jìn)行制造，淬火硬度要達(dá)到hrc55～62。
3.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
采用橫向油缸、縱向油缸驅(qū)動(dòng)旋輪的橫向和縱向運(yùn)動(dòng)，采用尾頂油缸實(shí)現(xiàn)工件的頂緊。橫向油缸與縱向油缸分別由各自的比例伺服閥控制，尾頂油缸由電磁閥控制。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)液壓缸直徑、比例閥流量、液壓泵功率及運(yùn)動(dòng)速度等的詳細(xì)計(jì)算，并綜合考慮空間尺寸、重量、剛度、成本和密封性等方面的要求，選擇相應(yīng)的液壓元器件。
3.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
改造后的數(shù)控旋壓機(jī)控制方式有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種，控制系統(tǒng)由上位機(jī)工控機(jī)和下位機(jī)plc組成，通過vc++自主開發(fā)上位機(jī)旋輪運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)控制程序，通過rs232接口實(shí)現(xiàn)上位工控機(jī)和下位機(jī)plc之間的數(shù)據(jù)共享。其中plc主要分為cpu單元、開關(guān)量輸入輸出單元、模擬量的輸入輸出單元、高速計(jì)數(shù)器單元。
x軸、y軸的位移由比例伺服閥控制實(shí)現(xiàn)，尾頂裝置的移動(dòng)由電磁閥控制實(shí)現(xiàn)，主軸轉(zhuǎn)速采用變頻器控制并通過角位移傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。
x軸、y軸的位移閉環(huán)控制過程為：給定一個(gè)位移控制目標(biāo)值，根據(jù)光柵尺位移傳感器對(duì)實(shí)際位移量的檢測(cè)值和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的反饋信息進(jìn)行比較，得到一個(gè)差值，通過pid控制算法，輸出比例伺服閥開度控制電壓，通過比例伺服閥控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)。
x軸、y軸壓力檢測(cè)通過壓力傳感器實(shí)現(xiàn)，其過程與位移控制一樣，通過比例伺服閥實(shí)現(xiàn)力的閉環(huán)控制。
