管板-常州市德联机械有限公司

1 数控改造目
石油化工、热能工程等行业发展，管板类零件加工需求越来越多，要求越来越高。如换热器管板和折流板上钻有大量孔(管板最大直径约2m，孔数约3000个，典型工件如图1所示)，穿过换热管。使换热管能顺利插入管板，要求每个孔有一定尺寸精度，更重要是孔间相互位置精度(误差一般要求为0.05mm左右)。加工管板、折流板工艺流程为：划线—打洋冲—打中心孔—检验钻孔。这种方法劳动强度大、工序多、每件加工需要百余个工时，加工精度低，经常出晚换热管插不进管板、折流板，造成工件报废和返工。
使用高精度、高自动化数控机床加工已势必行。购置专用大型数控机床或加工中心价洛昂贵，如将工厂现有普通摇臂钻床(如Z3063型)进行数控化改造，则是一项费用低、收效快、切实可行方案。

2 改造方案确定
摇臂钻床布局，欲加工此类管板零件，控制钻床主轴走出每个加工孔点位即可，为此有直角坐标控制方式和极坐标控制方式两种改造方案。后一种方案结构紧凑，加工范围能充分利用(数控转台回转，其加工范围扩大为Y向行程一倍)。将图纸中孔尺寸标注从直角坐标转化为极坐标即可，这对现今使用计算机来说是极其简单事，被采用。经具体改造措施如下。

改主轴箱摇臂上移动方式为滚珠丝杠传动，由伺服电动机驱动(X轴); 增加一个数控回转工作台(C轴); 锁紧摇臂，使钻床主轴轴心线和数控回转台轴心线同一平面上。

3 改造后数控摇臂钻床结构特点
– 大型数控回转工作台(C轴)设计

– 数控回转工作台台面直径为2m，由交流伺服电动机驱动经同步带轮和一对精密蜗轮蜗杆副传动，使工作台可以绕自己轴线精确回转，其结构如图3所示。保证数控工作台较高传动精度和刚度，设计制造中采取如下技术措施。

– 导轨与支承 回转工作台体积大(直径2m), 重量大(转台转动部分重约2t)，其承受钻削轴向力大，摩擦压力也大。为保证工作台回转精确、灵敏、平稳，其圆导轨上粘贴YT 聚四氟乙烯导轨软带，径向轴承采用了精密3182100型双列滚柱轴承及7000型圆锥滚子轴承。经实践使用效果良好，符合设计要求。传动元件选择 工作台传动系统关键是精确传递运动，而传递动力。传动系统采用同步带和大型精密蜗轮蜗杆副传动，并用调整垫片来调整蜗轮蜗杆中心距，消除蜗轮蜗杆传动问隙。伺服电动机及驱动器选择 工作台直径大，重量大，要求工作台伺服驱动电动机要有足够大转矩，更重要是要有高伺服精度及刚度CONTROL ENGINEERING China版权所有，这样才能保证转台分度精度及被加工孔定位精度。经设计计算确定采用日本三菱公司生产SF352(B型)高性能、宽调速半闭环大功率交流伺服电动机驱动。其技术参数如下：所匹配驱动器型号为MR-J2-350A，额定输出功率为3.5kW额定输出转矩为167N·m，最大转矩50.1N·m，最大转速为2500r/min。编码器分辨率为16384脉冲/r。该伺服系统能实时白动调整系统增益，自动配合电动机及负载使系统达到最优化设定。

– 采取以上三条措施，使数控转台安装调试极其方便，其性能指标不仪达到设计要求，超过原先设想。经实测控制工程网版权所有，数控转台重复定位精度达到0.01mm(2m直径上)。平稳性及快速响应能力亦非常理想。

– 钻床主轴箱沿摇臂移动(X轴)。该轴传动精度对孔定位精度影响，综合考虑工件精度要求及经济性，此轴采用步进电动机以及滚珠丝杠副传动。经设计计算，采用内循环浮动式双法兰滚珠丝杠(型号为FF5005-5)，以及130BC3100A型步进电动机(保持力矩Mjmax=20N·m，步距角qb=0.6°，空载运行频率fmax=15kHz), 电动机与丝杠之间装有减速箱(i=1.2)，最大快移速度3m/min。经实际使用完全达到设计要求。

– 主轴上下进给运动(Z轴)。主轴上下运动(Z轴)用于控制钻削徕度，为此控制工程网版权所有，应对主轴箱传动链进行一定修改，并由步进电动机作为驱动源，用于控制Z轴进给。此时Z轴脉冲当量接近0.01mm, Z轴轴向力为10600N ，达到原机床轴向力指标。