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加工中心數字化改造的實踐性探索
閱讀：174 發布時間：2020-8-12文章預覽：
加工中心在工業制造業中發揮著重大作用，隨著制造技術的不斷發展,對其加工產品的精度、質量、復雜性等方面提出了更高的要求，而傳統加工中心難以滿足。數控加工中心集自動化控制、計算機信息、傳感檢測、精密制造等現代化技術工藝于_體，依照事先編好的程序，加工出多形狀、高精度的零件[1]。而且，數控加工中心在節約成本、節省勞動力、提高生產效率等方面優勢明顯，所以對傳統加工中心進行數字化改造已成為趨勢，也是提升國家工業現代化水平的重要途徑。
1加工中心數字化改造方案
當前，國內很多企業加工生產使用的依然是傳動加工中心，生產效率較低，且容易出現故障，對傳統加工中心進行數字化改造就顯得尤為迫切，但也并非所有加工中心都適合改造。首先，要求加工中心基礎部件剛性強，可以拆卸組裝,并要保證改造后的整體性能。其次，考慮經濟成本的投入，主要指數控系統和驅動單元的選擇。其改造方案，可從以下幾個方面入手：
1.1數控系統和驅動單元
數控系統在數控加工中心中占據著核心地位，負責對整個加工中心的控制，通過數字化技術和自動控制技術等實現其功能。現代工業制造設備正朝著高精密的方向邁進，對精密度非常重視，而數控系統中的驅動單元是決定精密度的關鍵。很多傳統加工中心使用的是單板機簡易控制器，以步進電動機為驅動,配置明顯偏低，不論是精密度、穩定性，還是顯示分辨率，都
收稿日期=2017- 03- 16
作者簡介:劉大朋(1987-4 ,男，山東肥城人，本科,畢業于青島科技大學機械設計制造及其自動化專業，現就職于山東勞動職業技術學院機械工程系,從事理論教學工作。
難以滿足當前的工業制造需要。
德國、日本研發的數控系統性能*，占據了大部分市場，國內不少工廠對檔次定位很高，所以為了提高生產效率,大都選擇使用國外品牌產品。比如，日本的FANUC系統，國內部分大企業便采用該數控系統，價格大約在8萬元左右[2]。但對于中小型企業而言，成本過高，從經濟角度考慮，往往會選擇國內品牌并進行配置優化。以KND- 1000M型數控系統為例，由北京凱恩帝數控技術有限責任公司研發，采用32位微處理器?速度和精度都比較高，基本能滿足大部分制造要求。而且，系統還有其他多項功能，包括故障自行診斷、報警提示、PLC平臺、反向間隙補償等。
驅動單元則可以選擇日本松下全數字式交流伺服單元，驅動體積小，調試方便，整體性良好,可以根據實際需求而設定各項參數，還能夠將各部分運行情況清晰地顯示。同時，電機內部裝有編碼器檢測元件,與數控系統構成負反饋半閉環控制，使得伺服控制精度更高。以上兩者配合，既能滿足技術要求，又能節省成本。
1.2傳統加工中心的二次設計
KND數控系統由國內研發，在數控功能上已經比較完善。不過,隨著制造業產品越來越復雜，要提高數控加工中心性能，還需要增加一些特殊控制，這是系統本身不能提供的，所以應對系統提供的平臺加以利用，與整體的自動化控制模塊相融合。傳統加工中心功能有限，融合改造后，其性能和功能都會顯著提高。
傳統加工中心主軸運轉速度固定,不能隨意調整，只能滿足同一轉速要求的切削加工。而改造后,這些問題得到解決,新增的變頻調速功能，可以根據不同材料切削時對不同轉速的要求而做出相應的調整。此外,改造前，加工中心工作時難免會遇到各種意外，如果突然斷電，主軸箱會自動下滑,極易損壞內部零件。改造后，在Z軸方向安裝剎車裝置，可以保證在突然斷電的情況下,主軸箱不會對其他部件造成損害。
潤滑也是數控加工中心的重要組成部分，傳統加工中心采用手動潤滑方式，效率較低，需要潤滑時不易發現，常導致潤滑不及時。改造后，對潤滑油路做出重新設計，采用全自動化潤滑系統,效率明顯提高，同時還具備報警提示功能，當潤滑油液面低于設計值時,系統會自動發出報警信號。
此外，還有裝卸刀具裝置。氣動式裝卸刀具在很多企業被廣泛應用d英刀方便快捷，但換刀系統設備成本較高，多應用于大型加工中心,更為關鍵的是如果壓力達不到所需要的空氣壓力值，極有可能會導致換刀動作被阻止[4]。小型加工中心則更傾向于選擇手動拉桿方式，操作不便，效率較低。所以，在此選擇_種電動式裝卸刀具裝置，感應開關可以監控主軸上的刀具的運行狀態,操作更加方便，且準確度高。電機控制回路會在裝置工作時被自動切斷，狀態指示燈可反映出當前的工作狀態。
1.3刀架改造和步進電機
傳統加工中心的刀架滑動由兩部分組成，包括平行方向和垂直方向的滑動，這兩個方向的滑動保證了刀架的運動,但有效移動范圍較小，應確保刀具有足夠的移動空間。原有的手柄設置不合理，在零件加工上動力不足，應在保留原有位置的基礎上，添加一個步進電機，把電機軸與傳統的絲桿進行連接。綜合考慮體積、耗能和成本，步進電機選為單片機。單片機控制可以減少干擾，能夠提高數據傳遞的速度。但隨著加工中心數字化改造技術的發展，單片機種類越來越多，且功能豐富，所以在選擇上要慎重。
2實際案例分析加工中心數字化改造操作
我國的加工中心數量眾多，其中普通加工中心占了近70%,自動化以及半自動化加工中心相對較少。從目前的工業制造行業來看,競爭尤為激烈，要想獲得競爭優勢，就必須優化設計，提高產品質量。
在此以某普通加工中心為例，對其進行數字化改造，方案步驟大致如下：
1) 拆卸普通加工中心。這是改造的前提，選擇空間足夠大、人員出入少、清洗方便的區域作為工作場所。
加工中心已經用過很長時間，內外各部分都很臟,先對其外部進行清洗。當然，電氣裝置應當受到保護。為保證拆卸過程中不會出現太多問題，提前搜集相關圖紙資料，準備好拆卸工具,按照規范的方法和正確的步驟拆卸，每拆下一部分,做好詳細記錄，并把零件歸類放置。拆卸后，要及時清洗上油。
3本次改造對加工中心X軸、Z軸、電路系統、刀架等都進行了更新，另外還增加了電控柜、防護罩、光柵編碼器等部件。安裝過程其實是各個部件的組合，先把零件組裝成組件，再組成部件，后整合安裝為加工中心。
0) 裝配結束，還需對其整體性能進行調試。比如，改造后的加工中心幾何精度，選擇分度值為0.02mm/m的框式水平儀5],分別進行軸向和徑向測量。如果發現達不到標準，就適當調整墊鐵，直到滿足標準為止。另外還有進給系統功能、整機通電功能、輔助功能等各方面的調試[6]。終結果顯示,改造后的系統整體性能良好，比原來的系統加工精度高，生產效率也有所提高，同時減少了勞動力，節約了成本投入。
3結語
在未來的工業制造行業，數控加工中心需求量更多，而且更偏重于精密性高、智能化強的數控加工中心。而我國目前數控加工中心所占比例較低，急需進行數字化改造j曾加數控加工中心數量,滿足生產的實際需要。今后還應加強研究，深入實踐進行探索，采取合理可行的改造方案,滿足越來越高的要求，促進我國工業制造業的發展。
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結束語：