管板-常州市德聯(lián)機械有限公司

1 數(shù)控改造目
石油化工、熱能工程等行業(yè)發(fā)展，管板類零件加工需求越來越多，要求越來越高。如換熱器管板和折流板上鉆有大量孔(管板最大直徑約2m，孔數(shù)約3000個，典型工件如圖1所示)，穿過換熱管。使換熱管能順利插入管板，要求每個孔有一定尺寸精度，更重要是孔間相互位置精度(誤差一般要求為0.05mm左右)。加工管板、折流板工藝流程為：劃線—打洋沖—打中心孔—檢驗鉆孔。這種方法勞動強度大、工序多、每件加工需要百余個工時，加工精度低，經(jīng)常出晚換熱管插不進管板、折流板，造成工件報廢和返工。
使用高精度、高自動化數(shù)控機床加工已勢必行。購置專用大型數(shù)控機床或加工中心價洛昂貴，如將工廠現(xiàn)有普通搖臂鉆床(如Z3063型)進行數(shù)控化改造，則是一項費用低、收效快、切實可行方案。

2 改造方案確定
搖臂鉆床布局，欲加工此類管板零件，控制鉆床主軸走出每個加工孔點位即可，為此有直角坐標控制方式和極坐標控制方式兩種改造方案。后一種方案結(jié)構緊湊，加工范圍能充分利用(數(shù)控轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)，其加工范圍擴大為Y向行程一倍)。將圖紙中孔尺寸標注從直角坐標轉(zhuǎn)化為極坐標即可，這對現(xiàn)今使用計算機來說是極其簡單事，被采用。經(jīng)具體改造措施如下。

改主軸箱搖臂上移動方式為滾珠絲杠傳動，由伺服電動機驅(qū)動(X軸); 增加一個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(C軸); 鎖緊搖臂，使鉆床主軸軸心線和數(shù)控回轉(zhuǎn)臺軸心線同一平面上。

3 改造后數(shù)控搖臂鉆床結(jié)構特點
– 大型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(C軸)設計

– 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺臺面直徑為2m，由交流伺服電動機驅(qū)動經(jīng)同步帶輪和一對精密蝸輪蝸桿副傳動，使工作臺可以繞自己軸線精確回轉(zhuǎn)，其結(jié)構如圖3所示。保證數(shù)控工作臺較高傳動精度和剛度，設計制造中采取如下技術措施。

– 導軌與支承 回轉(zhuǎn)工作臺體積大(直徑2m), 重量大(轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動部分重約2t)，其承受鉆削軸向力大，摩擦壓力也大。為保證工作臺回轉(zhuǎn)精確、靈敏、平穩(wěn)，其圓導軌上粘貼YT 聚四氟乙烯導軌軟帶，徑向軸承采用了精密3182100型雙列滾柱軸承及7000型圓錐滾子軸承。經(jīng)實踐使用效果良好，符合設計要求。傳動元件選擇 工作臺傳動系統(tǒng)關鍵是精確傳遞運動，而傳遞動力。傳動系統(tǒng)采用同步帶和大型精密蝸輪蝸桿副傳動，并用調(diào)整墊片來調(diào)整蝸輪蝸桿中心距，消除蝸輪蝸桿傳動問隙。伺服電動機及驅(qū)動器選擇 工作臺直徑大，重量大，要求工作臺伺服驅(qū)動電動機要有足夠大轉(zhuǎn)矩，更重要是要有高伺服精度及剛度CONTROL ENGINEERING China版權所有，這樣才能保證轉(zhuǎn)臺分度精度及被加工孔定位精度。經(jīng)設計計算確定采用日本三菱公司生產(chǎn)SF352(B型)高性能、寬調(diào)速半閉環(huán)大功率交流伺服電動機驅(qū)動。其技術參數(shù)如下：所匹配驅(qū)動器型號為MR-J2-350A，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，最大轉(zhuǎn)速為2500r/min。編碼器分辨率為16384脈沖/r。該伺服系統(tǒng)能實時白動調(diào)整系統(tǒng)增益，自動配合電動機及負載使系統(tǒng)達到最優(yōu)化設定。

– 采取以上三條措施，使數(shù)控轉(zhuǎn)臺安裝調(diào)試極其方便，其性能指標不儀達到設計要求，超過原先設想。經(jīng)實測控制工程網(wǎng)版權所有，數(shù)控轉(zhuǎn)臺重復定位精度達到0.01mm(2m直徑上)。平穩(wěn)性及快速響應能力亦非常理想。

– 鉆床主軸箱沿搖臂移動(X軸)。該軸傳動精度對孔定位精度影響，綜合考慮工件精度要求及經(jīng)濟性，此軸采用步進電動機以及滾珠絲杠副傳動。經(jīng)設計計算，采用內(nèi)循環(huán)浮動式雙法蘭滾珠絲杠(型號為FF5005-5)，以及130BC3100A型步進電動機(保持力矩Mjmax=20N·m，步距角qb=0.6°，空載運行頻率fmax=15kHz), 電動機與絲杠之間裝有減速箱(i=1.2)，最大快移速度3m/min。經(jīng)實際使用完全達到設計要求。

– 主軸上下進給運動(Z軸)。主軸上下運動(Z軸)用于控制鉆削徠度，為此控制工程網(wǎng)版權所有，應對主軸箱傳動鏈進行一定修改，并由步進電動機作為驅(qū)動源，用于控制Z軸進給。此時Z軸脈沖當量接近0.01mm, Z軸軸向力為10600N ，達到原機床軸向力指標。