1、第六章普通机床的数控化改造第六章普通机床的数控化改造第一节普通机床能够改造成数控机床一、机床数控化改造是工艺设备更新的途径一个企业要想在激烈的市场竞争中获得生存,得到发展,它必须是能在最短的时间里以优异的质量、低廉的成本,制造出符合市场需要的、性能合适的产品。判断市场上产品的变化,决定近期或较长期的生产安排,主动调整产品的结构,生产适销对路和技术附加值高的产品,主要取决于决策者的敏锐观察和果断决心。要使产品性能完美,设计出技术参数合理、性能优良、操作方便的产品,主要取决于设计师的素质和能力。二、机床数控化改造的条件旧机床虽然能改装成数控机床,但并不是所有的旧机床都适合改装成数控机床,衡量是否适
2、合改装的主要标准是机床基础件的刚性和改装的经济性。三、国内外旧机床数控改造的实例数控机床的逐渐普及,数控系统的价格不断地降低,使得旧机床进行数控改造的特点(如成本低、交货期快、机械刚性好、生产适应性强等)更明显,促使越来越多的机械制造厂选择旧机床数控改造作为设备的更新途径。世界各国,包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司、翻新公司或改造公司,承担旧机床数控改造的业务,并且成功地改造了一些大型和重型机床。第二节机床数控化改造的一般途径一、微机控制系统用微电子技术改造机械设备是新技术发展的一个方向,它能提高生产效率,提高产品质量。实践表明,用微机改造旧机床,是一种投资少、见效快的好办法。但由
3、于是旧机床改装,它的轴承、导轨面均有不同程度的磨损,所以改装后的精度一般达不到新机床的精度。这一不足,在改装时要考虑,对某些关键部件要精化。图6-1微机控制系统工作框图二、主传动的数控化改造机床主传动的作用是把电动机的转速和转矩通过变速箱传递给主轴,使工件或刀具以各 种不同的速度运动。主传动性能的好坏,直接影响零件的加工质量和生产效率。机床的主传动一般采用普通交流电动机拖动或直流电动机拖动两种方式。中、小型机床的主传动多数采用普通交流电动机拖动,大型机床的主传动多数采用直流电动机拖动。1.主传动电气部分的数控改造主传动用直流电动机拖动比用普通交流电动机拖动具有许多优点。对主传动电气部分的改造,
4、主要是将原来的普通交流电动机拖动改为直流电动机拖动,即用直流电动机替换原普通交流电动机,并配置相应的直流调速装置,同时还需改造原主轴箱。电气部分和机械部分同时改造,必然使机床改造的总费用大幅度上升,改造周期也将延长。采用普通交流电动机拖动的多为中、小型机床,其本身价格较低,改造费用过高、改造周期过长都将降低这类机床进行数控化改造的经济价值。所以在一般情况下,对机床的主传动均采取保留原电气系统的方案。对要求具有螺纹切削功能的机床,可在主轴部位安装主轴位置编码器。主轴位置编码器的安装,一般与主传动机械部分的改造同时进行。2.主传动机械部分的数控改造主传动的电气部分通常保留原电气系统,因此主传动链维
5、持不变,主轴箱内的变速部分就不需要改造。主传动机械部分的改造主要是主轴部件和主轴支承或工作台导轨的改造。三、进给传动的数控化改造 在数控机床中,进给传动的作用是接受数控系统的指令,经放大后使刀具作精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动,如直线、斜线、圆弧等,加工出符合要求的零部件。对进给传动的要求包括:高精度,即高的定位精度和重复定位精度,以及加工零件的综合精度;高品质,即频带宽,响应快,动、静态速降小,调速范围宽;高速度,即能快速定位,以提高效率;大功率,即能输出大的力矩和功率,以满足加工的需要。1.进给传动电气部分的数控改造确定控制方式数控系统的控制方式基本上可分为开环、闭环和半闭环三种方
6、式。普通机床数控化改造选择哪种控制方式,需要根据具体情况确定。一般小型机床的数控化改造多采用开环控制方式,数控系统多为以单板机或单片机为主控制单元的简易数控系统。因2.进给传动机械部分的数控改造 导轨副普通机床的导轨多采用滑动导轨,它具有结构简单、制造方便、承载面积大、接触刚度好、抗振性强等优点。但滑动导轨的静摩擦因数大,动摩擦因数随速度变化而变化,摩擦损失大,在低速时容易出现爬行现象,直接影响运动部件的定位精度。把滑动导轨改为滚动导轨或静压导轨,可消除爬行,提高定位精度。第三节普通卧式车床的数控化改造普通卧式车床的数控化改造涉及两个方面的问题:一是机械传动链的改造;二是电气控制系统的配置。也
7、就是说,在卧式车床上增加微机控制系统,再进行适当的机械改装,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。现以C618卧式车床改造成经济型数控车床为例,说明普通卧式车床数控化改造的方法。图6-2改造后的C618卧式车床传动系统图1Z轴步进电动机2主轴脉冲编码器3主轴箱4溜板箱5刀架滑板6电动刀架7尾座8Z轴滚珠丝杠9床身10X轴滚珠丝杠11X轴步进电动机一、机械结构改造1.进给传动链C618卧式车床数控化改造后的纵向(Z轴)、横向(X轴)的传动链,如图6-2所示。改造后,原纵向进给传动链中的丝杠和光杆由滚珠丝杠取代,Z轴步进电动机和滚珠丝杠采用同步齿形带变速,一方面增大了输出转矩,另一方
8、面由于同步齿形带的柔性,可克服由于电动机轴和滚珠丝杠不平行而引起的失步现象。Z轴步进电动机和滚珠丝杠的安装方式,如图6-3所示。X轴滚珠丝杠采用一端支承的方式,由X轴步进电动机通过同步齿形带来驱动。图6-3Z轴步进电动机与滚珠丝杠的安装1步进电动机2同步齿形带3箱体4联轴器5滚珠丝杠螺母副6支承座2.主传动保留原机床的主轴传动链,采用手动挂挡变速的方法(也可拆除主轴传动链,通过对主电动机的变频调速实现机床主轴的无级调速)。拆卸交换齿轮,在主轴末端安装主轴脉冲编码器(1024P/r,六脉冲输出),以进行螺纹切削。主轴脉冲编码器的安装,如图6-4所示。图6-4主轴脉冲编码器的安装1主轴脉冲编码器2
9、堵头3主轴4主轴箱图6-5LD4系列电动刀架1罩壳2刀台3刀架座4刀架电动机5霍尔开关6永久磁铁3.刀架采用LD4系列电动刀架取代原手动四方刀架,如图6-5所示。刀架的定位过程如下:系统发出换刀信号刀架电动机正转刀台上升并转位刀架到位发出信号刀架电动机反转初定位精定位夹紧刀架电动机停转换刀应答。刀架的到位信号由刀架定轴上端四个霍尔开关和永久磁铁检测获得。四个霍尔开关分别为四个刀位的位置,当刀台旋转时,带动永久磁铁一起旋转。当到达规定刀位时,通过霍尔开关输出到位信号。二、数控系统数控系统采用上海开通数控公司的KT400-T经济型数控车床的数控系统。图6-6所示为KT400-T系统的面板示意图。图
10、6-6KT400-T系统的面板示意图1CRT2数字及符号键3字母键4输入键5功能键6循环停止键7复位键8循环启动键9进给倍率修调键10主轴速度修调键11手动方向键1.系统面板及功能 图6-7KT400-T系统背面的示意图1A1端口2I/O 1端口3I/O 2端口4A3端口5A4端口6A5端口2.接口图6-7所示为KT400-T系统背面的示意图。三、机床操作面板在KT400-T数控系统面板上,已集成了数控机床操作按键。为适应操作需要,另设数控机床操作面板,如图6-8所示。四、进给驱动及步进电动机步进电动机采用110BYG550系列五相步进电动机,步距角0.36/0.72。其中,Z轴步进电动机转矩
11、为12Nm,X轴为9Nm。步进驱动装置为KT300步进驱动装置,该装置采用环形分配集成电路、MOSFET功放器件、恒流斩波及锁定自动降电流等控制技术,KT300步进驱动装置的外观如图6-9所示。数控系统KT400-T和步进驱动装置KT300及步进电动机的连接关系,如图6-10所示。图6-8数控机床操作面板1急停按钮(SA1)2主轴正转(SB7)、反转(SB8)、停止(SB6)按钮3X轴正向(SB2)、负向(SB3)按钮4Z轴正向(SB4)、负向(SB5)按钮5冷却开/关(SB1)按钮6循环停止STOP(SB9)按钮7循环启动START(SB10)按钮图6-9KT300步进驱动装置1脉冲信号指示
12、灯2电源指示灯3控制信号输入插座4电源输入接线端子5步进电动机驱动电源接线端子图6-10KT400-T与KT300的连接五、电气控制 电源图6-11所示为这台机床的电源配置。图6-11电源配置图6-12I/O定义a)I/O 1b)I/O 2图6-13主轴及刀架的控制电路图a)控制电路b)主电路六、调试数控系统的参数P0P120涉及有关坐标轴参数、驱动特性参数等,调整好这些参数,将有利于数控机床的正常运行。1.有关坐标轴的参数 限位P21、P22参数为X轴正向和负向软限位值,极限值为+8388mm和-8388mm。图6-14机床参考点2.有关驱动特性的参数 G00方式时的自动升降速控制P27P31、P32及P107参数为X轴第1步至第5步的起跳频率,第6步至第9步及第10步至第16步的起跳频率。和X轴相对应,P67P71、P72及P108为Z轴的第1步至第16步的起跳频率。P109和P110为X轴和Z轴的线性升降速时间常数。升降速曲线,如图6-15所示。图6-15X轴和Z轴的升降速曲线图6-16砂轮架进给运动的规律
