基于三菱數(shù)控系統(tǒng)的車削中心電氣設(shè)計研究

摘 要：文章主要是基于三菱數(shù)控系統(tǒng)的車削中心電氣設(shè)計研究，在傳統(tǒng)數(shù)控車床的基礎(chǔ)上提出添加C軸功能，以及實現(xiàn)主軸準停功能，主要解決C軸剛性的問題，動力刀座關(guān)鍵部件的優(yōu)化，三菱數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)、PLC程序設(shè)計，參數(shù)設(shè)定、調(diào)試和精度檢測技術(shù)。以實現(xiàn)在數(shù)控車床上對回轉(zhuǎn)體零件進行銑、鉆、攻絲等程序。

關(guān)鍵詞：三菱數(shù)控系統(tǒng)；車削中心；C軸

1 概述

車削中心是一種以車削加工模式為主、添加銑削動力刀頭后又可進行銑削加工模式的車-銑合一的切削加工機床類型。在回轉(zhuǎn)刀盤上安裝帶動力電機的銑削動力頭，裝夾工件的回轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)換為進給C軸，便可對回轉(zhuǎn)零件的圓周表面及端面等進行銑削類加工。車削中心按結(jié)構(gòu)和功能的不同可以分為：帶 Y 軸的車削中心、不帶 Y 軸的車削中心、雙主軸車削中心、單主軸車削中心以及五軸聯(lián)動車削中心等多種結(jié)構(gòu)和功能，價格也從幾十萬到幾百萬不等。

文章研究的三菱數(shù)控系統(tǒng)的車削中心電氣，針對解決提高C軸剛性的問題，動力刀座關(guān)鍵部件的優(yōu)化，三菱數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)、PLC程序設(shè)計，參數(shù)設(shè)定和調(diào)試和精度檢測技術(shù)。

2 三菱數(shù)控系統(tǒng)的車削中心電氣設(shè)計

2.1 車削中心電氣設(shè)計總體方案的確定

所設(shè)計的車削中心的電氣設(shè)計，從整體上來看，添加一個C軸功能，并提高C軸的強度，優(yōu)化刀架等關(guān)鍵部位同其他數(shù)控系統(tǒng)的車削中心一樣，是以車床為基本體，并在其礎(chǔ)上進一步增加動力銑、鉆、鏜，以及副主軸的功能，使車件需要二次，三次加工的工序在車削中心上一次完成?？傊@樣的車削中心能讓加工時間大大減少，不需要重新裝夾，以達到提高加工精度的要求。

2.2 C軸功能的研究以及優(yōu)化

車削中心的伺服軸可以根據(jù)需求來設(shè)計分布，本課題研究的車削中心有X、Z兩個直線軸，在這基礎(chǔ)上增加了C軸功能和動力刀架。C軸圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)對主軸的分度定位和周向進給運動，并且能夠與X軸和Z軸聯(lián)動，交叉構(gòu)成一個三維的空間。一般情況數(shù)控車床的主軸只能帶動工件做旋轉(zhuǎn)，在復(fù)合車削中心上會用到銑削功能，這時候我們就會使用到C軸。C軸將圓周分成360個等份，與主軸的鎖緊裝置相配合，可以完成對工件的角度定位，例如C120或C90，這樣就能夠通過銑設(shè)計C軸時，我們充分考慮到了C軸的剛性以及C軸功能的開發(fā)，在原有的功能模塊下，保證了機構(gòu)原來的工作性能，又開發(fā)出C軸其他軸向的功能，如圖所示。

（a）圖：在C軸定向時，在圓柱面或者端面進行銑槽

（b）圖：C軸、Z軸進給插補，在圓柱面上銑螺旋槽

（c）圖：C軸、X軸進給插補，在端面上銑螺旋槽

（d）圖：C軸。X軸進給插補，銑直線和平面

2.3 動力刀塔的設(shè)計

動力刀塔技術(shù)是車銑復(fù)合機床中的核心技術(shù)之一。車銑復(fù)合機床能夠?qū)崿F(xiàn)在同一機床上進行復(fù)雜零件的加工，將車削、攻絲、鉆孔、曲面銑削等多種加工在一臺數(shù)控機床上完成，其核心就在于動力刀塔的存在。文章著重講述盤形刀塔。

機床在車削狀態(tài)時使用的是普通刀具，此時主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)，與普通車床一樣。在車床需要經(jīng)行銑削功能的時候就需要用到動力刀塔上的銑削動力頭部分。動力頭只有在需要使用的時候才會被驅(qū)動，動力頭的動力由刀架主軸電機通過傳動軸傳動，傳動軸的脫離和嚙合通過控制馬達來控制。刀盤的轉(zhuǎn)位由刀盤轉(zhuǎn)位電機控制。當需要換刀時，刀具主軸停轉(zhuǎn)，傳動軸脫開，刀盤松，這些條件達成后，刀塔內(nèi)的轉(zhuǎn)位電機旋轉(zhuǎn)帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，將選定的刀具轉(zhuǎn)到工作位置。

3 結(jié)束語

本項目旨在開發(fā)一種適合國內(nèi)車銑復(fù)合加工工藝水平的高性價比經(jīng)濟型數(shù)控車削中心，重點在于優(yōu)化結(jié)構(gòu)和功能，在適當增加銑削工藝的基礎(chǔ)上，控制成本在同類數(shù)控車床的基礎(chǔ)上提高不超過50%。

三菱作為世界三大數(shù)控廠商之一，其數(shù)控系E60/E68/M60S/M70/M700系列被廣泛地應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機床上，有廣闊市場前景。多軸車銑復(fù)合加工的性能除了依賴數(shù)控系統(tǒng)的多軸車銑復(fù)合加工能力，還取決于機床本身的設(shè)計制造品質(zhì)。所以項目首先著重對車削中心的結(jié)構(gòu)和功能進行合理規(guī)劃，根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的車銑復(fù)合加工工藝水平，對多種結(jié)構(gòu)進行分析和比較，確定高性價比車削中心的總體方案。針對解決提高C軸剛性的問題，動力刀座關(guān)鍵部件的優(yōu)化，三菱數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)、PLC程序設(shè)計，參數(shù)設(shè)定、調(diào)試和精度檢測技術(shù)。

復(fù)合加工設(shè)備是目前機械加工領(lǐng)域的前沿技術(shù)的代表，無論是工藝編制還是操作維護都要比常規(guī)設(shè)備復(fù)雜，注重人才的培養(yǎng)是實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的關(guān)鍵。

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