立式铣车床

关键词: 结合

立式铣车床(精选八篇)

立式铣车床 篇1

1 理论分析

结合面的微观结构是很复杂的 (如图2-a所示) 。对结合面建模时, 需要把结合面特性提取出来, 与结合面两端的材料属性分离开, 分别研究。

首先, 假设接触面可以用一个不同于接触面所连接的两端材料的“第三体”来代替 (如图2-b所示) 所示。在图2-b中, 网格代表了接触面, 而上下代表了接触面所连接的两端。给网格体设置合适的力学特性, 就可以使其能够代表接触面特性。

结合面的特性包括法向特性和切向特性, 两者之间一般是相互独立的。使用长方体块来模拟结合面的各项特性, 往往很难把其不同方向的特性分离开。为了解决这个问题, 可以在结合部使用一系列微小的杆件来表示结合部的特性。使用这种方法, 可以解决以往的机床结合部模型由于简化过多造成的模型不准确问题, 和自动划分网格产生的耗时的问题, 并且容易模拟结合部的非线性现象。

2 理论建模

对机床结合部建模, 应该遵循两个原则:a) 模型不应该太复杂, 尽量是线性的模型。因为对机床的分析, 主要是研究结合部特性对加工的影响, 对结合部的接触机理并不需要研究过细, 而且研究过细也不符合工程中快速性的需要。b) 模型应该包括刚度和阻尼。只包括刚度的结合部模型是片面的。而且结合部的阻尼在机床整机阻尼中占有很大的份额, 因为对于钢、铸铁等材料, 结构阻尼很小 (使用复合材料除外, 但现在机床的主流材料还是钢和铸铁) 。

包含结合部模型的机床有限元模型, 其振动模态在200Hz以内应该与实验相符, 200Hz以上可以不必过细的追究。

对于DMVTM2500立式铣车床, 其工作台转速为0.16~16转每分 (对应于0.00267Hz~0.267Hz) , 工作台旋转时的偏心给机床带来的激振频率很低, 对机床大件做模态分析, 其前几阶振动频率基本在100Hz以内。所以, 结合部模型在200Hz内与实验相符即可。

3 对于机床结合部的研究, 采用模态实验和有限元法结合的方法。

把系统看成是一个弹簧质量系统, 由系统的振动图可以看出, 弹簧包括导轨滑块的接触刚度和结构的刚度。由模态实验已知系统的振动频率, 结构材料属性已知。综合有限元法和集中参数法, 先求出结构在振动系统中的刚度, 然后可以求出导轨滑块的接触刚度。下面通过一个简单的例子介绍此种方法。

在此振动系统中, 方块的质量已知, 横梁的材料属性已知, 横梁和方块之间的接触刚度为待求量, 系统的振动频率已知。则这个系统可以用集中参数模型表示为

在此集中参数模型中, 振动方程可以表示为

在有限元模型中, 设接触刚度为无穷大, 对其做模态分析, 测出接触刚度无穷大时的振动频率。当接触刚度为无穷大时, 振动系统中的刚度即为横梁的刚度, 由

可以计算出横梁的刚度值, 继而够得到接触刚度值。使用此方法解机床接触刚度的过程是:

a) 建立有限元模型。根据模态实验数据建立部件和装配体的有限元模型, 装配体中结合部参数未知;

b) 建立装配体的集中参数模型并推导出它的振动方程。振动方程中的参数包括部件参数和结合部参数;

c) 求振动方程中部件的参数。方法为:交替对有限元模型和集中参数模型做计算, 并且设结合部参数为0或无穷大;

d) 求振动方程中结合部的参数。方法为:把部件参数和装配体模态实验数据代入振动方程;

求得结合部参数后, 可以把其代入装配体有限元模型做模态计算, 与模态实验结果对比, 来验证正确性。

4 注意事项

静压导轨能够承受比较大的压力, 是机床中用得比较多的结合面。对于静压导轨油膜厚度的控制非常困难, 需要研究油膜厚度和承受压力的关系。

本文讨论的是固体接触, 对于静压导轨问题需单独研究。

参考文献

[1]黄玉美, 付卫平, 等.结合面法相动态特性参数的研究[J].机械工程学报, 1993.

立式车床安全操作规程 篇2

适用机型:

1、普通立式车床:C724,C512(153),C512A,C5112A,C512-1(1531),C516A(1541),C5225,C534J1(1532),CQ5250/1,1KCE,C5116A,CY5112,修造厂用5M立车。

2、立式程控转塔车床: S3-208。

3、立式双轴转塔车床:CB3640·2。

一、认真执行《金属切削机床通用操作规程》有关规定。

二、认真执行下述有关立车通用规定:

(一)工作中认真做到:

1、工件的毛面不准直接安置在工作台面上,应用垫铁或螺旋顶支承;严禁利用工作台面进行其他作业如用锤击校正工件、焊接工件等等。

2、找正工件时只能点动工作台低速回转找正,不准高速找正。

3、开停工作台时,工作台开停手把只能用手扳动,严禁用脚蹬。

4、工作台转动时不准干做横梁升降和刀架快速移动。

5、移动横梁时须先松开夹紧装置,移动完毕应立即夹紧。横梁每次下降后,应其上升少许,以消除丝杠、螺母间隙。

6、不允许垂下直刀架及侧刀架的滑枕伸出很长的情况下进行重力切削加工;使用垂直刀架进行加工,特别是作重力切削时,应将栋梁尽可能降到接近工作的位置上。

7、作断续切削加工时,要适当减少进刀量和工作台转速。

8、变速时操纵杆必须推到规定的位置。如齿轮未啮合好,应以工作后微动进行调正,不准强制扳动工人台“开停”手柄。

(二)工作后,有两个垂直刀架的机床,应将垂直刀架对称停到横梁两端;有一个垂直刀架的机床,应将垂直刀架停在横梁的中间位置;侧刀架应移到立柱的最下端位置上。

三、认真执行下述有关特殊规定:

自制立式车床 篇3

1 计算

1.1 主电机功率的计算

由式:N=N切/η, N切=P×v/6120

P-切削力的切向分力;v-切削速度

由P=p×t×s=200×5×2=2000 (公斤力)

得, N切=2000×50/6120=16.3KW

则:N=16.3/0.7=23.3KW

取k=1则:N额定=N/K=23.3KW

1.2 最大扭矩计算

Mmax=2000×10×4=80000Nm

按加工直径4000mm计算:M=2000×10×2=40000Nm

2 零部件选取

1) 电机选取:根据上述计算对电动机做如下选取:电机额定功率:N=37KW;输出扭矩:M=40572Nm;传动比:i=180.78;输出转速:n=8.2r/min;电机型号:TK188-YVPE-8.2-M 6-A;为TK系列螺旋锥齿轮减速机;输出轴垂直向上、配变频制动电机、水平地脚安装;2) 轴承的选取:加工受力情况的分析:既受轴向力、又受径向力;同时又有倾覆力的作用。选择单排交叉滚柱式转盘轴承;轴承型号:112X40X2000;3) 小刀架的选取:选取C620或CA6140车床的小刀架, 将手动轮改为棘轮。横向布置时, 可加工平面, 垂直布置时可加工垂直圆环面。

3 设计原理图及说明

4 主要部件制作

1) 转台, 转台为圆形箱式焊接结构件, 主要用于安装固定刀架并带动其旋转对工件平面进行加工。2) 支座, 支座主要用来联接转台和回转轴承, 为环形工字结构, 其上下表面均需在焊接完成后整体机加工, 以保证转台的平面度。焊接过程中严格控制焊接变形, 焊后热处理或振动时效消除焊接应力。结构件检查合格后整体加工上下平面, 最后与回转轴承配合钻螺栓孔。3) 基础环, 主要用来支撑整个设备, 上平面与回转轴承联接, 须进行机加工, 以保证安装后回转轴承的上平面的平面度。其结构与支座类似。结构件焊接过程中严格控制焊接变形, 焊后热处理或振动时效消除焊接应力。结构件检查合格后整体加工上平面, 最后与回转轴承配合钻螺栓孔。4) 减速机底座, 结构件焊接完成后, 整体铣床上加工与电动机联接的平面。

5 安装

1) 轴承底座:轴承底座的安装应水平, 与轴承接触面的水平度偏差≤0.5mm, 底座的上平面的平面度为0.5mm。底座与基础连接牢固可靠。调整水平时允许在底座下面加钢垫板。2) 减速机底座:调整与轴承底座的相对位置, 包括高度差和中心距, 并保证减速机底座的水平度偏差≤0.5mm, 高度差偏差为H+2+4;中心距偏差为L0+2;调整好后与基础固定牢固。3) 轴承的安装:轴承安装时, 轴承的吊装要注意保护, 宜采用软绳吊装, 连接面要清理干净, 调整就位检查后连接面间隙情况, 间隙应≤0.5mm。4) 减速机安装:将减速机安装就位, 穿上螺栓后暂不紧固。待小齿轮装上后, 检查齿轮啮合情况符合要求后再固定减速机。5) 小齿轮安装:将小齿轮装在减速机出轴上, 小齿轮与大齿圈啮合情况应良好, 没有干涉、顶死现象, 然后装上轴端挡板。最后减速机固定。6) 过渡支座安装:在过渡支座安装就位前, 首先将过渡支座与转台进行预配装, 并作好标识标记, 然后拆开。将过渡支座安装在轴承上并用螺栓固定牢固。检测过渡支座上平面的水平度偏差, 应≤1.5mm。7) 转台安装:将转台与过渡支座按标识位置找正就位, 通过转台。8) 上平面的24-ф100孔安装紧固螺栓, 用套筒扳手紧固螺栓。检测转台的上平面的水平度偏差应≤2mm。9) 密封环的安装:密封环与基础采用膨胀螺栓连接固定, 密封环不应与转台干涉, 但也不能出现间隙。10) 导电滑环的安装与固定:事先应在转台中心割出一孔 (ф150为宜) 并加焊电缆通过导管, 边缘打磨光滑, 以免刮伤电缆。11) 进给滑台的安装:进给滑台与转台由压板螺栓固定, 不得采用焊接固定方法。滑台的固定应根据加工工件情况确定合适位置, 所以应有足够长的电缆。

6 调试

1) 分步调试:回转主运动系统安后, 将减速机按要求加满润滑油, 对回转主运动系统先单独进行通电试转30分钟并检测以下项目:a.检查减速机运行情况:温升、噪声。b.齿圈与小齿轮啮合情况:是否干涉或间隙过大、是否异常声音等。c.转台的轴向跳动和径向跳动情况:跳动量应≤3mm。d.通过变频调整确定转速变化的实际范围。记录无变频时和变频时转速数据。e.回转轴承情况:温升、润滑情况等。2) 进给滑台安装前单独进行通电试运行。3) 联合试运行及调试:进给滑台与转台安装固定后, 进行联动试验;a.主运动转速不变、做进给运动和调整;水平进给和垂直进给;b.主运动转速变化、做进给运动和调整;水平进给和垂直进给;c.控制是否准确、操作是否简便、显示是否正确等。

摘要:为满足公司产品加工的需要, 自行设计制造了一台立式车床。本文从计算设计到安装调试, 全面阐述了自制车床的整个过程。

关键词:立式车床,计算,设计,主要部件制造,安装,调试

参考文献

[1]成大先主编.机械设计手册 (五版) .化学工业出版社, 2008.

立式铣车床 篇4

目前我国国内生产的数控车铣复合机床按机床床身的结构形式分为两大类,一类是斜床身结构,另一类是水平床身结构,本研究所水平床身的CAK6140数控车床结构为改造对象,机床选用沈阳高精数控的NC-310数控系统,带伺服主轴电机,中托板的前端配电动或液压刀架,后端装有可升降的铣头,通过X轴、Y轴,Z轴、C轴四轴控制和四轴联动加工,实现了长轴带槽零件一次装夹的车铣复合加工。

1. 结构改造

原有的CAK6140数控车床,主轴电机为11kw的普通电机,而调速是通过主轴变速箱手动通过档位调速的。在改造过程中我们选取的是北京超同步的伺服电机, 因为我们所涉及的加工产品主要是轴上的槽或者是孔, 这些槽和孔有些需要相互之间有相位要求, 因此在主轴电机的选用上我们选取了伺服电机,因为伺服具有准停的功能。若加工的孔或槽在同一母线上,则主轴电机上只要加个刹车即可。

原有的四工位的刀架需要改,要尽量用足中拖板丝杠的行程,而所选用的动力铣头要尽量靠近中拖板的后端,使得铣头和刀架之间的距离最大化。如果加工的工件所需的车刀不是很多,而且可以很好地以排刀的方式排开,就可以不使用四工位刀架。

2. 机床数控加工过程控制

机床采用沈阳高精数控的NC-310数控系统,伺服控制了X轴、Y轴、Z轴、C轴四个运动轴,同时控制车床主轴、铣头主轴的运动和电机 (或液压) 刀架的换刀等动作。通过系统设定和机床参数设置,由NC-310数控系统对CAK6140数控车铣复合机床进行集中控制,特别是各个伺服电机及伺服驱动的控制指令和输入、输出信号都是由系统通过现场总线传输的,保证了系统控制的反应速度和精度,使得机床具有优良的动态品质和控制精度[2]。

改造后的CAK6140数控车铣复合机床在机床数控系统正常工作时,有车削和铣削两种加工方式。我们在NC-310数控系统中的PLC控制程序中设置了M33 (车削) 和M34 (铣削) 指令,机床一开机默认为车削工作方式,系统对内取消对Y轴电机的监控和铣头电机的控制指令输出,对外输出信号切断Y轴电机的强电,这时只有X轴、Z轴、C轴参与联动工作。当机床需要铣削加工时,在MDI方式或在加工程序中输入M34 (铣削) 指令,这时系统对内恢复对Y轴电机的监控和铣头电机的控制指令输出,对外输出信号接通Y轴电机的强电,此时机床可实现铣削功能,同时Y轴参与机床联动加工,通过四轴联动可以加工出复杂工件,特别是对于较长的轴类零件 (长度2000mm以上的轴类) ,通过一次装夹可完成零件的车铣复合加工,极大地提高了加工效率,改善了零件的加工精度。

工作时,零件装夹在机床主轴上,按加工工艺编程进行,电动刀架上可安装4把车刀,铣头主轴上可安装一把铣刀或钻头.加工时通常是先进行车削加工,此时滑板上的电动刀架靠近工件进行车削加工,车削完成后,滑板后退,车削刀架远离工件,铣削主轴靠近工作,Y轴按加工需要动作,铣头电机旋转,进行铣削加工,如需更换铣刀或钻头,要停机手动换刀再继续加工,从而完成轴类、盘类及套类零件的车、铣、钻等数控粗、精加工。

3. 加工实例

图1是涂布行业经常使用的气胀轴,轴的中间有很多凸键槽口,原来的加工方式是使用的先经过车加工,再使用带分度头的铣床进行加工,效率较低。现在采用这改造后的车铣复合的机床,一次装夹就完成了粗、精车外圆,粗、精铣槽部的工序,提高了效率和精度,且大幅度地降低了生产成本。

4. 结语

改造后的CAK6140数控车铣复合机床较好地实现了零件的车铣复合加工,特别适合于长轴类零件的加工。通过零件的一次装夹,即可车削、铣削、钻孔等多种不同工艺的加工,免去了工序间工作的搬运和储存,节约了作业面积,缩短了制造周期,提高了加工精度,这种改造方式在客户中广受好评。但这种方式也有一个很明显的不足之处,由于受到原有车床的限制,中拖板的行程有限,使得在加工过程中对于工件的直径有很大的要求,过大直径的工件在这机床上不能加工。这在今后的实践和研究中有待解决。

摘要:文章介绍了CAK6140数控车床车铣复合改造, 以常见的水平床身的CAK6140数控车床结构为基型, 通过选伺服主轴电机, 增加动力铣头, 实现X轴、Y轴、Z轴、C轴四轴控制和四轴联动加工, 特别适合较长的轴类零件侧面的键槽和孔的加工。

关键词:数控车铣复合,四轴联动,机床

参考文献

[1]杨永年.基于C6132A的数控车铣复合中心主运动系统改造[J].机械工程与自动化, 2010 (01) .

立式铣车床 篇5

一、改造方案

(1) 滑座X运动由右进给箱上XIII轴 (箱体右侧面) 的伺服电机1FT6134 95N·m 2000r/min提供。再增加一对齿轮28/43。V快=2000× (28/43) × (19/57) × (1/42) × (21/60) ×600=2170mm/min。原快移动速度为1740mm/min, 最低进给速度V慢=0.22mm/min。

按此数据改动后, 传动比约为552.86, 可传递的动力作用于驱动齿条的最后齿轮19/10处, 作用力为95×552.86/0.095=552860N=552.86k N=55.3t。查得右刀杆最大切削力为18t, 加上移动部件重量以30t计算, 摩擦力按照摩擦因数0.15, 则18t+4.5t=22.5t, 驱动力满足要求。

(2) 滑枕Y向运动由安装于右进给箱XI轴 (箱体右侧面) 伺服电机1FT6134, 95N·m, 2000r/min提供。V快=2000× (28/43) × (20/20) × (20/20) × (18/27) × (35/42) × (23/60) × (2/60) × (18/46) ×600=2170mm/min;V慢=0.22mm/min, 原快移动速度为1740mm/min。按此数据改动后, 滑枕Y向运动满足要求, 传动比为552.86, 可传递的动力作用于驱动齿条的最后齿轮19/10处, 95×552.86/0.095=552860N=552.86KN=55.3t。查得右刀杆最大切削力为18t, 加上移动部件重量以12t计算, 摩擦力按照摩擦因数0.15, 则18t+1.8t=19.8t, 驱动力完全满足要求。

此改造方案的有利之处是传动链得到精化, 简便实用。不足之处是原隐藏于箱盖内的润滑泵组, 需要移除放置于机床上部, 对外观稍有影响。

二、数控改造的计算说明

1. 加工材料和刀具

加工零件的主要材料是20Cr Mn Si, 抗拉强度为σb=80kg/mm2, 屈服点σs=60kg/mm2, 硬度HB≤210, D=Φ4000~5000mm, 切削参数:t=20mm, S=6mm/r, n=3~5r/min, 车刀材料YT5, 主偏角45°, 副偏角10°。

(1) 车削外圆时。V=CV/ (T0.2×t0.15×S0.45) T为刀具耐用度, 取T=120min, CV为车削速度系数, 查表为319, 所以V=319/ (1200.2×200.15×60.45) ≈34.88 (m/min) 。

切向力Pz=Cpz×t×S0.75×V-0.15, Cpz为切削力系数, 查表得Cpz=285, 所以车削外圆时Pz=285×20×60.75×34.88-0.15=128.26k N。

径向力Py=CPy×t0.9×S0.6×V-0.3, CPy为切削力系数, 查表得CPy=198, 所以车削外圆时Py=198×200.9×60.6×34.88-0.3=29.628k N。

轴向力Px=CPx×t×S0.2×V-0.4, CPx为切削力系数, 查表得CPx=271, 所以车削外圆时Px=271×20×60.2×34.88-0.4=18732.6k N。

总行切削力P= (Px2+Py2+Pz2) 1/2=132.96k N

(2) 车削端面时。按照说明书内容显示, 选取V=40m/min。切向力Pz=CPz×t0.9×S0.75×V-0.15=285×200.9×60.75×40-0.15=125.65k N。径向力Py=CPy×t0.9×S0.6×V-0.15=198×200.9×60.6×40-0.3=28.44k N。Px=271×20×60.2×40-0.4=17.73k N。因此总切削力P= (Px2+Py2+Pz2) 1/2=130.04k N

2. 刀架进给抗力计算

(1) 刀架车削外圆时, 刀杆导轨副形式简化为矩形, 故进给抗力Q=k Px+f′ (Pz+Py) , k为颠覆力矩系数, 取1.3;f′为当量摩擦因数, 取0.15, 所以Q=1.3×1873+0.15× (12826+2963) =48.03k N。

(2) 刀架车削端面时, 滑板导轨副形式简化为矩形, 故进给抗力Q=k (Px+Q′) +f′ (Pz+Py) , 其中Q′为刀架滑板移动时的摩擦阻力, Q′=f′×G, G为刀架重量G=40k N, 所以Q=1.2 (1773+0.15×24000) +0.15 (12565+2844) =87.59k N。

3. 受力变形与应力分析

利用solidedge软件进行分析, 受力变形结果与应力分析图2、图3。

从图2可知, 在满载情况下, 变形量绝对值最大为0.0027165mm, 说明箱体刚性较好, 满足设计和使用要求。

从图3可知, 箱体的各部分应力较小 (图3中深色部分) , 说明箱体强度较好, 能满足设计和使用要求。

三、结束语

立式铣车床 篇6

随着科技的发展, 工业企业的竞争也随之转变为科技的竞争, 机床作为现代工业基本生产设备, 也是工业的最重要组成部分[1], 其设计水平直接影响其市场竞争力。立柱作为车铣复合机床的最重要组成部分之一, 其刚度好坏直接影响整体机床精度[2], 必须将立柱变形量控制在一定范围之内。立柱的内部筋板结构及筋板厚度是决定变形量的最主要因素, 本文选取两种不同立柱内部结构方案进行对比, 优选出最佳结构。

2立柱几何模型的建立

如1所示为最大车削加工直径是12.5m的数控重型单柱立式车铣复合机床立柱部分的结构原理图, 在切削加工过程中大的部件分为两种运动, 其中包括:刀架在横梁上的运动, 其主要承载面为立柱的后导轨与横梁的结合面;主轴箱沿着立柱上下运动, 其主要承载面为立柱的前导轨1、前导轨2与主轴箱的结合面。设立总的空间位置, 如图1所示垂直前导轨平面、且垂直刀架行程的为X方向;垂直刀架行程、且平行主轴箱行程为Y方向。

3立柱有限元模型的建立

本文考察的立柱为中空长方体型结构, 采用两种模型结构, 模型1尺寸为:长3700mm、宽2880mm、高12500mm, 顶板厚度100mm、底板厚度为100mm, 立柱内部采用十字形筋板结构, 筋板均为20mm, 导轨侧面立筋为40mm, 重量为122.5t;模型2尺寸为:立柱内部立筋板厚度为20mm, 横筋为18mm, 并且立柱与横梁配合辅导轨前侧和后侧两角处增设厚20mm通长立筋, 如图2 (b) 所示, 重量为119.5t, 其余尺寸不变。两种模型均为焊接件, 应用INVENTOR软件建立三维模型如图2所示。由INVENTOR输出转换文件导入ANSYS WORKBENCH静态模型中, 设置材料为16Mn、密度7.8×10kg/m3, 弹性模量为220GPa, 泊松比0.3, 横梁外腔配重30t, 主轴箱滑枕配重8t, 分别以质点形式加载到立柱上, 根据立柱内部结构, 采用智能网格划分方法, 网格晶体单元设置为六面体[3], 单元大小为40mm, 如图3所示。

在对立柱部件进行静力学分析过程中, 为便于模型简化和计算, 横梁和主轴箱采用力等效方式加载, 其中包括: (1) 横梁、刀架和滑枕重力等效; (2) 前、后钢丝绳拉力、配重等效; (3) 主轴箱重力、配重、平衡力等效;两种模型加载边界条件情况一致, 如图4所示。4立柱静刚度分析

进行镗、铣加工过程中, 刀架后退到刀架行程的右极限位置, 外部载荷主要通过主轴箱作用在立柱上, 主轴箱位置处在行程上极限位置时会给立柱造成最大的倾翻力矩。在进行车削加工时, 刀架远离立柱在横梁上运动, 在运行到左极限行程位置, 横梁对立柱产生的倾翻力矩最大。为了能全面反映两种加工过程立柱的静态刚度, 本文从刀架和主轴箱在不同位置的变化来考察立柱导轨上的最大变形量, 从而在两种立柱结构中选出一种较好的结构, 为以后的设计过程提供参考。

图5、图6中的变形曲线是根据在不同离散的位置的变形量通过数值分析拟定而成, 其中图5 (a) 、 (b) 和图6 (a) 、 (b) 中横坐标表示主轴箱质心与下极限位置的距离;图5 (c) 、图6 (c) 中的横坐标表明刀架与右极限位置的距离;图中的纵坐标表明对应导轨上的最大变形量。

从图5、图6中可以看出, 无论是主轴箱运动引起的前导轨1、2上的变形还是刀架运动引起的后导轨的变形, 其变化趋势都是对应位置X、Y方向的最大变形量都在逐渐增加, X方向的变形量高于Y方向的变形量。以上的现象表明:立柱在刀架和主轴箱综合作用下, 其总体刚度变化以X方向为主, 两种立柱模型的变形趋势大体一致。从图中曲线比较来看, 模型1最大变形值:模型x方向0.545mm, y方向0.198mm;模型2最大变形值:模型x方向0.528mm, y方向0.190mm。因此模型2要优于模型1。5结论

以两种立柱模型为研究对象, 应用有限元建模手段对立柱进行静态分析, 考察立柱整体刚度的变化趋势, 从对比分析结果得出, 增加筋板厚度并不一定能够提高立柱刚度, 反而会增加立柱质量, 适当减少筋板厚度、改善筋板形式反而会提高立柱刚度。

摘要:以重型单柱立式车铣复合机床立柱为研究对象, 通过建立立柱三维模型及有限元模型, 对立柱结构进行静态分析, 考察立柱变形趋势, 通过改变立柱内部筋板结构, 对比性能特性, 以此提高立柱刚度。

关键词:立柱,静态分析,变形

参考文献

[1]戴署.金属切削机床设计[M].北京:机械工业出版社, 1980.

[2]机床设计手册编写组.机床设计手册 (2零件设计 (下册) [M].北京:机械工业出版社, 1980.

立式数控车床表面振纹故障分析 篇7

关键词:数控立车,表面振纹,逆向分析法

一、概述

CK5250A是龙门立式数控车床, 主要用于加工大型盘类和轴类零件, 可加工直径2.5m, 高度5m的零件, 采用FANUC数控系统, 该机加工零件时产生表面振纹。图1a是以0.2mm/s的进给速度, 车制零件时, 工件表面产生的不正常截面形状, 正常情况下截面形状应为图1b所示。

二、问题分析

所谓逆向分析法, 就是根据事物发生发展的因果两方面既相互作用又紧密联系的关系, 运用相对于事物自然发生发展过程的原因及其产生结果的反思维分析方法。即由产生事物的结果去推断其产生结果的原因的一种分析方法。结合现有故障的实际情况, 以加工表面振纹形状作为产生事物的结果, 利用逆向分析的方法找出故障原因。

由两种截面的形状可以看出, 被加工零件表面为间歇周期性的锯齿形截面, 必然与刀具的上下间歇性运动有关, 而影响刀具上下浮动的直接因素有两个, 一是溜板箱移动不稳定;二是Z轴滑枕间歇性地上下移动。

1. 分析溜板箱的移动

溜板箱在X轴方向的移动精度是由滚珠丝杠的精度决定的, 如果丝杠受冲击损伤, 将会导致加工表面的不平整, 且会产生周期性表面振纹, 周期的大小与丝杠的受损位置有关, 且应该是固定不变的。

将设备X轴移动速度设为0.4mm/s, 加工出来的端面振纹间距为0.2mm/s, 其间距是以进给速度为0.2mm/s的两倍, 可见加工表面振纹周期是随着X轴移动速度的变化而变化的, X轴的移动速度越快, 其形成振纹的间距就越大。由此推断, 振纹与丝杠无关, 并可排除溜板箱移动造成加工表面振纹的可能性。

2. 对滑枕的分析

滑枕的上下移动主要是由Z轴伺服电机控制的, 具体过程为:系统给定Z轴位置后, 将信号传递给Z轴的伺服机构, 系统根据Z轴编码器确定Z轴的具体位置。因滑枕的移动由伺服电机直接控制, 所以先查看电机的工作情况, 发现电机有间歇性工作现象, 且间歇周期与振动的周期一致。

再由设备说明书得知, 当设备工作时, 如果Z轴位置偏移原系统设定位置的±0.02mm, Z轴伺服电机开始工作, 当Z轴坐标与系统设定坐标保持一致时, 伺服电机停止工作。可以发现伺服电机的控制误差 (±0.02mm) 与振动幅度是一致的, 由此可以断定, 表面振纹是由Z轴伺服电机的间歇性工作造成的。

由于滑枕需要配重平衡其重量, 以便伺服电机可以轻松地控制好Z轴的位置。从图2可知, 滑枕配重由平衡油缸实现, 油缸的工作压力4~6MPa, 当蓄能器压力<4MPa时, 压力继电器打开, 液压泵开始工作。当压力>6MPa时, 压力继电器关闭, 液压泵停止工作。只要平衡油缸保持足够的压力, 就可以对滑枕起到配重作用。如果平衡油缸内的压力不足或消失, 滑枕就会因重力向下滑动, 当滑动距离>0.02mm时, 伺服电机启动, 并将滑枕提拉到系统设定位置后停机, 停机后滑枕仍然下滑, 伺服电机再次启动。伺服电机的重复启停, 就会使滑枕间歇性地上下移动, 加工时零件的表面便会产生周期性振纹。

通过分析故障现象, 利用逆向分析法可以推断, 伺服电机的间歇性工作是由平衡油缸工作失效造成的, 即加工表面的振纹与平衡油缸的工作状况有关。检查平衡油缸的供油系统, 发现设备工作时, 液压泵无法工作。一般情况下, 液压泵电机损坏的可能性较小, 故障极有可能是液压泵控制系统引起的。参照图2, 压力继电器是控制液压泵启停的重要控制元件, 主要用于维持平衡油缸的工作压力, 因此, 压力继电器损坏就会导致液压泵无法工作, 平衡油缸配重作用丧失, 致使伺服电机反复启停, 这一反复启停的动作, 最终反映在被加工表面产生的振纹上。

三、故障排除

检测压力继电器, 发现压力继电器始终不工作。根据图3压力继电器原理可知, 当油压低于工作压力最低值时, 活塞杆推动微动开关, 继电器电源接通, 液压泵启动, 当油压高于工作压力最高值时, 活塞杆再次推动微动开关, 继电器电源断开, 液压泵停止工作。因微动开关直接控制继电器工作, 故将微动开关短接, 发现压力继电器闭合, 液压泵回路连通, 液压泵启动, 可见继电器单元工作正常。检查进油口, 发现进油口被堵塞, 导致压力油无法推动活塞, 使微动开关动作。清洗进油口, 故障排除。

PLC单柱立式车床控制电路设计 篇8

关键词:PLC,单柱立式车床,控制程序

引言

单柱立式车床体积较大, 控制电路比普通车床复杂, 通常采用继电器逻辑控制方式, 传统继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器、转换开关等电气元件。而且使用继电器实现互锁与联动往往要利用多个继电器才能实现控制, 占用很大空间。继电器间还要通过导线连接, 其连接线复杂、连接端子密集, 加之时间继电器的延时常常不准确, 时间配合困难, 增加了故障几率, 不利于维护。而且使用年久后, 电气控制系统线路老化, 继电器故障频繁。

PLC是将计算机技术应用于工业控制领域的产品, 已成为当代工业生产自动化技术的主要支柱之一, 具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、编程简单、使用方便、功能强、体积小、功耗低等优点。因此, 选用典型单柱立式车床C516控制电路, 用欧姆龙CPM2AH型PLC对电控系统进行重新设计改造。

1 单柱立式车床的电气控制要求

典型单柱C516型立式车床由5台三相异步电动机进行拖动, 电源为380V、50Hz电源供电, 控制电路由降压变压器TC 380V/127V供电, 如图1所示。

图1中M1是油泵电动机, 当面板上润滑指示灯亮后, 可变频启动, 主轴电机已由原T-Δ启动改为变频启动。主轴电机要求有正反转, 正反点动运行方式, 采用变频电机。M2是立刀架控制电机, C516只有一个立刀架, M3是侧刀架控制电机。立刀架和侧刀架的控制电路基本相同, 有上、下、左、右移动和制动控制。M4是横梁升降电机, 横梁升降严格按照横梁放松、上升、停止、夹紧、放松、下降的原则 (见图2) 。

2 单柱立式机床PLC控制系统分析

单柱立式车床控制系统输入输出均为开关量, 一般继电器输出型即能满足。选用CPM2AH-60CDF-A, 输入输出点数有20%的预留量。CPM2AH-60CDF-A采用整体式结构, 体积小巧且功能完备, 大幅提升了空间的利用率。虽然定位于小型机应用领域, 但速度和处理功能已经远远高于小型机的范畴, 所以较一般小型机具有明显的性能优势, 其处理一条基本指令所需要的时间仅为 0.1μs, 为了缩短周期, 可以采用“将不执行的任务转为待机”或者“将不执行的程序区域插入JMP-JME指令跳转”的方法。CPM2AH-60CDF-A 配备了2 个串行通信接口 (RS-232C 和 RS-485) , 在连接 PT、各种元器件 (变频器、温控器、智能传感器等) , 以及 PLC 之间的串行连接的同时, 还能方便地实现与计算机的连接。

3 控制系统的硬件设计

按照原车床的操作习惯, 将图2所示的操作面板仍安装在悬挂式按钮站上, 对车床进行集中控制, 控制柜安装在立柱后面的壁盒内。按下启动按钮, 当润滑指示灯亮后, 按下变频启动按钮, 启动运行正常, 变频运行灯亮, 同时工作频率显示窗口显示当前频率。根据加工工件的需要, 选择合适的按钮。

4 控制系统的软件设计

选用欧姆龙公司开发的CX-P, 可实现梯形图的编程、监视、控制等功能。程序设计中优化了原控制电路继电器的控制顺序, 采用了如keep等语句, 减少了执行步数, 缩短周期。

4.1 变频启动及工作台正反转控制

系统工作台控制程序如图3所示。按油泵启动按钮SB2, 0.01闭合, KA1油泵输出, 当控制面板润滑灯亮时, 再按下SB4变频启动按钮, 0.03闭合, 变频KA2保持通电, 主轴电机M5工作。变频电机正转时, 工作台前进, 此时, 按下SB5按钮, 0.04闭合, 10.02线圈得电;反转时, 工作台后退, 此时, 按下SB6按钮, 0.05闭合, 10.03线圈得电。正反转控制电路中必须加互锁。工作台的正点、反点与工作台的正反转类似。

4.2 横梁升降控制

横梁的上升和下降电路基本相同, 以横梁上升为例, 加以说明 (见图4) 。按下按钮SB20, 2.03闭合, 线圈12.02得电, KA18横梁电磁铁接通, 夹紧机构放松, 使横梁放松夹紧控制限位器及横梁上升限位触点闭合, 使横梁电动机M4正转, 横梁上升。待横梁上升到所需位置时, 松开上升按钮, 电动机立即停止, 按钮SB20放松后, 输入触点2.03断开, 横梁电磁铁KA19失电, 夹紧机构把横梁夹紧限位开关触点断开, 横梁上升结束。

横梁下降, 则需要压下按钮SB21即可, 其他过程与上升类同, 不再赘述。

4.3 刀架控制

单柱C516型立式车床, 垂直刀架只有1个, 而垂直刀架和侧刀架的控制电路基本相同, 垂直刀架又叫做立刀架, 下面以垂直刀架向左、向上移动加以说明。刀架控制程序如图5所示。

1) 向左快速控制。

将转换开关1QC2转到快速档, 压下按钮SB11, 此时, 输入端0.11、1.05闭合, 线圈10.05得电, 它的常开触点闭合, 线圈11.01得电, 立刀架快速移动控制端KA9输出, 电动机M2带动立刀架快速向左移动, 当放松SB11时即可停止。

2) 进给控制。

将转换开关1QC2转到进给位置, 则刀架通过变速箱传动, 控制电路的动作情况与快速相同, 只在控制电路中加装自锁环节, 若要停止进给时, 只需按下停止按钮SB10。

刀架向右、向下、向上运动与向左运动类似。

5 结语

采用PLC的单柱立式车床控制系统满足了系统控制要求, 它具有操作简单、运行可靠、抗干扰能力强、参数可调、设备体积小、功耗低、噪音低等优点, 较好地解决了传统的继电器-接触器系统线路复杂、系统稳定性差、工作效率低等问题。该设计已应用在大型切削设备的生产和技术改造领域, 具有广阔的发展和推广空间。

参考文献

[1]芮静康.实用机床电路图集[M].北京;中国水利水电出版社, 1999.

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