普通车床改造成数控旋压机的关键技术研究
发布日期：2016-9-25 信息来源：一重
c630车床改造成数控旋压机的整体思路(:为提高精度，对c630车床机械、电气部分进行整修; 利用车床主体、横向导轨、纵向导轨、主轴转动装置、三爪卡盘，改造旋轮、旋轮架，并将横向和纵向导轨改为液压驱动，尾顶部分改为液压装置;保留原有的主传动系统和变速操作机构，增加变频器，实现主轴转动的无级变速;控制系统部分采用先进的比例伺服阀及基于上下位机的数控系统。3 普通车床改造成数控旋压机关键技术研究
3.1 机械部分的分析与改造设计
3.1.1 床身与导轨
通过建立c630车床全床身的简化结构模型，运用有限元分析软件ansys进行结构强度分析。首先在ansys中建立机床的简化模型，定义材料属性和约束条件，然后采用三角形单元对机床模型划分网格，***后在static(静态)分析方式下，进行有限元计算，得到横向和纵向都加载30kn力时应力应变图(如图3所示)，位移x、y、z三个方向和为0.091mm，应力***大值24.26mpa，应变***大值0.132e-3，而铸铁的抗拉强度在200mpa左右，应力值远小于床身极限，表明c630车床的床身与导轨符合要求。考虑安全系数及实际改造需求，确定横、纵向采用30kn的液压缸，尾顶缸采用15kn的液压缸。
3.1.2 旋轮架、旋压模、旋轮的设计
c630车床拖板上原有一个环形的燕尾槽，用于固定车床刀架的底座。在c630车床改造过程中，如图4所示，设计旋轮座底座，通过4个紧固螺栓与拖板上的环形燕尾槽相连接，实现旋轮座360°旋转，便于旋压加工锥形、喇叭形等复杂零件。旋轮架安装在旋轮座上，为使旋轮在轮轴上无法轴向移动，在旋轮内安装了一对圆锥滚子轴承，用压盖将轴承固定。这样在不同的旋压过程中，可以更换旋轮、旋轮架而不需要更换旋轮座，经济实用。
旋压模的外形可根据零件的形状要求进行设计，并且要充分考虑旋压模的定位夹紧及工件的定位。旋轮的设计制造对旋压成形有重要影响，主要是包括引导角γ成形角α等工作角度的设计。旋轮采用gcrl5、9crsi、crwmn等材料进行制造，淬火硬度要达到hrc55～62。
3.2 液压系统设计
采用横向油缸、纵向油缸驱动旋轮的横向和纵向运动，采用尾顶油缸实现工件的顶紧。横向油缸与纵向油缸分别由各自的比例伺服阀控制，尾顶油缸由电磁阀控制。在液压系统设计过程中，通过对液压缸直径、比例阀流量、液压泵功率及运动速度等的详细计算，并综合考虑空间尺寸、重量、刚度、成本和密封性等方面的要求，选择相应的液压元器件。
3.3 控制系统设计
改造后的数控旋压机控制方式有手动控制和自动控制两种，控制系统由上位机工控机和下位机plc组成，通过vc++自主开发上位机旋轮运动轨迹参数控制程序，通过rs232接口实现上位工控机和下位机plc之间的数据共享。其中plc主要分为cpu单元、开关量输入输出单元、模拟量的输入输出单元、高速计数器单元。
x轴、y轴的位移由比例伺服阀控制实现，尾顶装置的移动由电磁阀控制实现，主轴转速采用变频器控制并通过角位移传感器实现闭环。
x轴、y轴的位移闭环控制过程为：给定一个位移控制目标值，根据光栅尺位移传感器对实际位移量的检测值和计数器计数的反馈信息进行比较，得到一个差值，通过pid控制算法，输出比例伺服阀开度控制电压，通过比例伺服阀控制液压缸的运动。
x轴、y轴压力检测通过压力传感器实现，其过程与位移控制一样，通过比例伺服阀实现力的闭环控制。
