基于三菱數控系統的車削中心電氣設計研究

摘 要：文章主要是基于三菱數控系統的車削中心電氣設計研究，在傳統數控車床的基礎上提出添加C軸功能，以及實現主軸準停功能，主要解決C軸剛性的問題，動力刀座關鍵部件的優化，三菱數控系統的二次開發、PLC程序設計，參數設定、調試和精度檢測技術。以實現在數控車床上對回轉體零件進行銑、鉆、攻絲等程序。

關鍵詞：三菱數控系統；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。在回轉刀盤上安裝帶動力電機的銑削動力頭，裝夾工件的回轉主軸轉換為進給C軸，便可對回轉零件的圓周表面及端面等進行銑削類加工。車削中心按結構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動車削中心等多種結構和功能，價格也從幾十萬到幾百萬不等。

文章研究的三菱數控系統的車削中心電氣，針對解決提高C軸剛性的問題，動力刀座關鍵部件的優化，三菱數控系統的二次開發、PLC程序設計，參數設定和調試和精度檢測技術。

2 三菱數控系統的車削中心電氣設計

2.1 車削中心電氣設計總體方案的確定

所設計的車削中心的電氣設計，從整體上來看，添加一個C軸功能，并提高C軸的強度，優化刀架等關鍵部位同其他數控系統的車削中心一樣，是以車床為基本體，并在其礎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。總之，這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化

車削中心的伺服軸可以根據需求來設計分布，本課題研究的車削中心有X、Z兩個直線軸，在這基礎上增加了C軸功能和動力刀架。C軸圍繞Z軸旋轉，可以實現對主軸的分度定位和周向進給運動，并且能夠與X軸和Z軸聯動，交叉構成一個三維的空間。一般情況數控車床的主軸只能帶動工件做旋轉，在復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，在原有的功能模塊下，保證了機構原來的工作性能，又開發出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 動力刀塔的設計

動力刀塔技術是車銑復合機床中的核心技術之一。車銑復合機床能夠實現在同一機床上進行復雜零件的加工，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。

機床在車削狀態時使用的是普通刀具，此時主軸帶動工件旋轉，與普通車床一樣。在車床需要經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。刀盤的轉位由刀盤轉位電機控制。當需要換刀時，刀具主軸停轉，傳動軸脫開，刀盤松，這些條件達成后，刀塔內的轉位電機旋轉帶動刀盤旋轉，將選定的刀具轉到工作位置。

3 結束語

本項目旨在開發一種適合國內車銑復合加工工藝水平的高性價比經濟型數控車削中心，重點在于優化結構和功能，在適當增加銑削工藝的基礎上，控制成本在同類數控車床的基礎上提高不超過50%。

三菱作為世界三大數控廠商之一，其數控系E60/E68/M60S/M70/M700系列被廣泛地應用于各種類型的數控機床上，有廣闊市場前景。多軸車銑復合加工的性能除了依賴數控系統的多軸車銑復合加工能力，還取決于機床本身的設計制造品質。所以項目首先著重對車削中心的結構和功能進行合理規劃，根據國內現有的車銑復合加工工藝水平，對多種結構進行分析和比較，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，動力刀座關鍵部件的優化，三菱數控系統的二次開發、PLC程序設計，參數設定、調試和精度檢測技術。

復合加工設備是目前機械加工領域的前沿技術的代表，無論是工藝編制還是操作維護都要比常規設備復雜，注重人才的培養是實現數控技術創新應用的關鍵。

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