吳勝?gòu)?qiáng)，趙利頗，王傲冰

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CA6140普通車床全閉環(huán)數(shù)控再制造

吳勝?gòu)?qiáng)，趙利頗，王傲冰

（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái)054035）

傳統(tǒng)普通車床改造方案的特點(diǎn)是大拆大修大換，其人工成本、更換元件費(fèi)用、加工費(fèi)用、漫長(zhǎng)停機(jī)費(fèi)用等造價(jià)高昂，同時(shí)存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。本文提出了一種普通車床全閉環(huán)數(shù)控再制造方案，對(duì)舊車床實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)，在每條傳動(dòng)鏈只加裝電脈沖補(bǔ)償電路及光柵尺的基礎(chǔ)上搭建全閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以電代機(jī)、以電補(bǔ)機(jī)，性能與新購(gòu)?fù)吞?hào)數(shù)控車床相當(dāng)，優(yōu)于傳統(tǒng)改造方案，且再制造流程簡(jiǎn)單、工作量小、成本低、周期短。該方式是機(jī)床再制造的有效補(bǔ)充，具有重大理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

再制造；全閉環(huán)；數(shù)控化；普通車床

資源短缺、能源匱乏、環(huán)境負(fù)荷加重已成為制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，大量廢舊機(jī)電產(chǎn)品正成為全世界增長(zhǎng)最快的廢棄物，造成嚴(yán)重的現(xiàn)代垃圾污染、資源浪費(fèi)和安全隱患。再制造是推動(dòng)資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)的有效途徑。與制造新品相比，再制造可節(jié)能60%，節(jié)材70%，大氣污染物排放量降低80%以上，這對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排約束性目標(biāo)、降低二氧化碳排放強(qiáng)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

2010年，國(guó)家發(fā)展改革委等 11 部委聯(lián)合制定了《關(guān)于推進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》?！兑庖姟分幸笤谇捌谠圏c(diǎn)基礎(chǔ)上開始重點(diǎn)推進(jìn)機(jī)床和工程機(jī)械領(lǐng)域再制造，表明再制造即指明了機(jī)床行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)方向，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)的支持鼓勵(lì)政策，必將成為今后一段時(shí)期機(jī)床數(shù)控化升級(jí)再制造蓬勃發(fā)展的推進(jìn)器。

企業(yè)中存在大量普通車床，其機(jī)械精度良好，但自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)效率低，不能滿足當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)力的要求，面臨淘汰報(bào)廢。而新購(gòu)買同級(jí)別的數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，這對(duì)絕大多數(shù)中小制造加工企業(yè)而言，難免囊中羞澀。市場(chǎng)對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化升級(jí)再制造存在迫切要求。

傳統(tǒng)改造方案普遍采用對(duì)普通車床大拆大卸，更換滾珠絲杠、支撐軸承等精密部件，利用精密導(dǎo)軌磨床對(duì)舊機(jī)床導(dǎo)軌再加工，這種改造方式人工費(fèi)用、更換元件費(fèi)用、加工費(fèi)用、漫長(zhǎng)停機(jī)費(fèi)用等造價(jià)高昂，相當(dāng)于購(gòu)買新機(jī)床1/3—1/2費(fèi)用，同時(shí)存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。由于上述原因，很多用戶談改色變，甘愿多花錢購(gòu)買新機(jī)床，舊機(jī)床成為棄之可惜留之無(wú)用的雞肋。

全閉環(huán)數(shù)控再制造方案是對(duì)舊車床實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)，對(duì)每條傳動(dòng)鏈只加裝電脈沖補(bǔ)償電路及光柵尺，以程序補(bǔ)償反向間隙、絲杠螺距、幾何精度三項(xiàng)誤差，而不是大拆、大換、大修，改造費(fèi)用只有傳統(tǒng)方式的一半，甚至更低，機(jī)床精度不僅是傳統(tǒng)意義的恢復(fù)，而是再提升，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，如此高性價(jià)比、低風(fēng)險(xiǎn)的改造模式必將受到廣大機(jī)床用戶的歡迎。

二、CA6140車床全閉環(huán)數(shù)控再制造升級(jí)方案

1.技術(shù)方案

舊車床CA6140如圖1所示，其全閉環(huán)數(shù)控再制造升級(jí)方案如圖2所示。為降低改成本，獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)。改造中需要解決的問題是：為提高效率，將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架；為提高加工精度，搭建全閉環(huán)控制系統(tǒng)，減少反向間隙、絲杠螺距誤差、機(jī)床幾何誤差對(duì)加工精度的影響，重復(fù)定位至少達(dá)到精度±0.003mm；主軸在不更換原有電機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速、低速大扭矩，調(diào)速范圍1-1 500轉(zhuǎn)/分。

（1）機(jī)械系統(tǒng)的改造

根據(jù)機(jī)床的實(shí)際使用狀況，機(jī)床的基礎(chǔ)件基本未受損，幾何精度雖已下降但仍在可修復(fù)范圍內(nèi)，因此本方案機(jī)械系統(tǒng)改造較少，除對(duì)機(jī)械部件做除銹和清潔保養(yǎng)外，沒有做大的更換和修復(fù)。

（2）數(shù)控系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)

改造時(shí)，基本不保留原數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)床的現(xiàn)狀，考慮性價(jià)比，選擇編制程序補(bǔ)償反向間隙、絲杠螺距、幾何精度三項(xiàng)誤差，從而克服機(jī)床存在加工精度不高的問題。

（3）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)

不保留原有的步進(jìn)電機(jī)，將原機(jī)床的X軸、Z軸步進(jìn)電機(jī)替換為伺服電機(jī)，增加伺服驅(qū)動(dòng)，使用光柵尺為位置傳感器。保留S軸三相異步電動(dòng)機(jī)，增加編碼器實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。

（4）刀架

更換機(jī)床原有的手動(dòng)刀架為自動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。

圖1 舊車床

圖2 再制造方案示意圖

2.元器件清單

車床全閉環(huán)數(shù)控再制造所需元器件見表1。

表 1 元器件清單

三、試驗(yàn)分析

GB/T 16462.1-2007《數(shù)控車床和車削中心檢驗(yàn)條件》第1部分：對(duì)臥式機(jī)床幾何精度檢驗(yàn)和JB/T8324.1-1996《簡(jiǎn)式數(shù)控臥式車床精度》進(jìn)行試驗(yàn)：

1.機(jī)床幾何精度分析

（1）Z軸反向間隙

表2 Z軸反向間隙 （單位: μm）

（2）X軸反向間隙

表3 X軸反向間隙 （單位: μm）

（3）再制造后重復(fù)定位誤差

表4 Z軸重復(fù)定位誤差 （單位: μm）

表5 X軸重復(fù)定位誤差 （單位: μm）

（4）再制造后定位誤差

表6 Z軸定位誤差 （單位: μm）

表7 X軸定位誤差 （單位: μm）

2.機(jī)床工作精度分析

圖3 加工零件

圖4 加工零件

表8 工作精度檢驗(yàn)

與國(guó)標(biāo)對(duì)照，以上數(shù)據(jù)均達(dá)到同類新制造數(shù)控車床的合格標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)論

全閉環(huán)數(shù)控再制造方案是對(duì)舊車床實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)，在每條傳動(dòng)鏈只加裝電脈沖補(bǔ)償電路及光柵尺的基礎(chǔ)上搭建全閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以電代機(jī)、以電補(bǔ)機(jī)，再制造流程簡(jiǎn)單、工作量小、成本低、周期短。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均達(dá)到同類新制造數(shù)控車床的合格標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明全閉環(huán)數(shù)控再制造方案是切實(shí)可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]Simone Zansoni, Anders Segerstedt, Ou Tang, Laura Mazzoldi. Multi-product economic lot scheduling problem with manufacturing and remanufacturing using a basic period policy[C]. Computers & Industrial Engineering,2012,64(4): 1025-1033.

[2]孫剛.“工程機(jī)械再制造勢(shì)在必行、潛力很大”對(duì)話中國(guó)再制造工程的開拓者徐濱士院士[J].工程機(jī)械與維修，2009（3）.

[3]徐濱士.中國(guó)再制造產(chǎn)業(yè)及再制造技術(shù)新進(jìn)展[J].熱噴涂技術(shù)，2010，2（3）.

[4]關(guān)于推進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見[EB/OL].http://www.gov.cn/zwgk/2010-05/31/content_1617310.htm. 發(fā)改環(huán)資〔2010〕991號(hào).

（責(zé)任編輯 張龍凱）

Full-closed Loop NC Reproduction on the Engine Lathe CA6140

WU Sheng-qiang，ZHAO Li-po，WANG Ao-bing

（Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, China）

The characteristics of the conventional lathe Reproducing scheme include a lot of work such as taking apart, repairing, and exchanging parts, is costly, long life cycle, ineffective and a certain technical risk. It is given a method of full-closed loop NC reproducing on the engine lathe, a minimally invasive surgery is used to build a complete closed-loop control system on the basis of the electric pulse compensation circuit and the grating ruler in each transmission chain with electrical control instead of and compensation for mechanical control. The Performance of the reproduced lathe is matched with a new type CNC lathe, and is better than the reproduced lathe used the conventional scheme. The full-closed loop NC reproducing method is simple for process, inexpensive, short life cycle and effective, is of great theoretical value and practical significance.

reproducing; full-closed loop; NC; engine lathe

TG519.1

A

1008—6129（2015）05—0081—04

2015—08—20

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究2013年度重點(diǎn)項(xiàng)目——“機(jī)床全閉環(huán)數(shù)控化升級(jí)再制造的關(guān)鍵技術(shù)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：ZD20131078。

吳勝?gòu)?qiáng)（1977—），湖北大冶人，邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，工學(xué)博士。