车铣体系的变速探究与实践

   日期:2021-10-20     浏览:22    评论:0    
  目前高速车铣技术在一些工业发达国家,比如西德、美国、法国、日本已进入比较成熟的应用阶段。在德国11个机械制造重要研究中心中,有两个为车铣和高速切削研究中心,从事各项理论与应用研究,在世界范围内处于**地位,并有多家工厂生产各类专用车铣中心;美国则较重视实际应用,高速车铣技术已经广泛被汽车、国防、飞机制造等行业采用。然而在中国这一领域的研究应用并不理想,只有为数不多的企业和高校从事过该领域的研究。洛阳、无锡等地在八五期间引进德国的电主轴磨头生产技术,已批量生产。
 
  目前我国军品中的大型回转体零件仍采用车削,加工精度低,效率低,复杂结构零件的加工更难实现。要解决这些问题应尽快采用车铣技术。
 
  1问题的提出以车铣运动作为主要形式的车铣加工中心是一种集成车削中心,它具备车削、铣削、镗削、钻削、拉削甚至磨削功能,可实现一次装卡中复杂回转体零件的大部或全部工序加工。以CX600型数控机床为例,用于加工全弧型枣核弹和重型反坦克导弹仓体的CNC车铣加工中心。如图所示为军工领域中枣核弹的加工。在传统工艺中,只能将弹体和定向舵片分别加工,再利用焊接技术焊成一体。然而采用车铣加工,利用主轴、X轴和Z轴的联动,可将弹体与定向舵片一体加工,提高了飞行可靠性和飞行精度。
 
  用车铣技术加工枣核弹时,主轴、X轴、Z轴同时插补,要求工件转速为0. 2 r/ min,而单纯车削加工时主轴转速为1600 r/ min.也就是说同一台数控机床的主轴转速范围是0. 2~1600 r/ min,即变速比为1∶8000.如此大的变速比依靠常规的变速方法是无法实现的,即使实现了,机床的结构也将非常庞大,让人们无法接受。即用机械的方法来实现是不可能的。
 
  为了实现低转速、大功率这一要求,国外一些机床制造厂家也进行过尝试,机床样本规格为200 mm的机床,为了实现低速大功率,满足切削扭矩的要求,采用63 kW的主轴电机,是名副其实的大马拉小车,不能为人们所接受。
 
  2NU M系统主电机特性曲线为了实现车铣技术的这一要求,CX600型车铣加工中心采用NU M1060型CNC数控系统,经过巧妙的功能转换,利用CN C系统和具有Cs轴功能的特点,实现车铣时大扭矩低转速,车削时大功率高转速的特殊要求。所示为主电机的特性曲线。
 
  由特性曲线可以看出, NUM系统实现了主电机在低转速0~50 r/ min( C轴状态)时的满扭矩,满足了车铣时对主轴转动的特殊要求。
 
  2Cs轴的控制Cs轴的控制有两种方案。**为机械式,主轴上设有两套传动系统,分别被主轴电机和C轴伺服电机带动,通过判别加工程序指令要求主轴运动或伺服运动,来处理齿轮的啮和或脱开,形成传动链。第二种是通过带Cs轴功能的CNC系统对主轴电机直接进行C轴控制,通过指令选取电机的主轴状态或C轴状态。
 
  NUM CNC系统采用Cs轴功能直接对主轴电机进行C轴控制。其优点是机械结构简化、造价低、精度高、可靠性好,缺点是电机和伺服系统价格偏高,控制复杂。该系统的伺服控制器与普通的伺服控制器不同,它与CNC系统的接口板“ma”的含义如下:Drive Ok:伺服控制器已准备就绪;为内部继电器触点;Servo Enable: CNC系统发出的伺服使能控制;Stop Relay: CNC系统发出的伺服禁止控制,伺服系统工作时,该输入为零;Reference:接线柱10和11为控制信号的**输入,这里定为C轴;Switch Reference:接线柱30和31为控制信号的第二输入,这里定为主轴;External Protect:外部保护输入,不采取外部保护时,接24V;Input C Axis Switch:接24V时,第二输入有效;接0V时,**输入有效。
 
  3功能切换NUM CNC系统是多任务多处理器CNC装置,采用模块化结构,每个微处理器分管各自的任务,形成特定的功能模块。与单一处理器的CNC装置相比,运算速度有很大提高,适用于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。
 
  NUM CNC中装有内置PLC模块,它可以完成机床开关量的输入、输出管理,并完成PLC与CNC的通信等功能。 NU M系统提供了两种主轴控制方式: CNC系统控制和PLC控制。由于存在C轴状态和主轴状态的切换问题,因此采用PLC控制。
 
  设置M 200作为C轴功能代码,属于前置、模态功能; M 100为C轴停代码,属于后置、非模态功能; %M 5. 0为C轴标志。初始化时%M 5. 0= 0.只有当M05= 1, M 200 = 1时,%M 5. 0= 1,输出%Q605. 0= 0,使接口板“ma”
 
  接线柱24的输入电压0 V, C轴有效。当M 100 = 1时, %M 5. 0= 0,输出%Q 605. 0= 0,使接口板“ma”接线柱24的输入电压为24 V,主轴有效。这样尽管M代码比较多,梯形图比较复杂,但是用户会很方便。梯形图如所示。
 
  4结束语本文以CX600型车铣加工中心为例论述了如何巧妙利用主电机的C轴功能实现车铣时低转速大扭矩,车削时高转速大功率的特殊要求,为我们以后开发高档CNC系统,研究车铣加工中心提供了经验和依据。
 
 
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