C620普通車床的數(shù)控化改造.pdf

機(jī)床與液壓2 0 0 5 N o 8 2 l l C 6 2 0普通車床的數(shù)控化改造 吳孜越 ，馮蘭芳 ，白文慶 ，哈紅 ( 1 河南科技大學(xué)機(jī) 電工程學(xué)院，洛陽(yáng) 4 7 1 0 0 3 ；2 鄭州工業(yè)高等?？?學(xué)校機(jī)械工程 系，鄭州4 5 0 0 0 7 ； 3 中國(guó)一拖裝備科技分公司，洛 陽(yáng)4 7 1 0 0 3 ) 摘要：主要介紹了 C 6 2 0型普通車床數(shù)控化改造的方案，詳細(xì)分析了機(jī)械、電氣部分改造的方法和原理。改造后的車 床投入使用后，運(yùn)行穩(wěn)定，收到良好的效益。本文為企業(yè)進(jìn)行數(shù)控化改造提供了一種途徑。 關(guān)鍵詞：C 6 2 0車床；數(shù)控化改造；設(shè)計(jì) ；原理 中圖分類號(hào)：T G 6 5 9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：B 文章編號(hào)：1 0 0 1 3 8 8 1( 2 0 0 5 )8 2 1 1 3 The Nu me r i c a l Co nt r o l I mpr o v e me n t o n C6 2 0 La t h e W U Zi y u e ， F ENG La n f a n g ， BAI W e n。 qi ng 。 ， HA Ho n g 。 ( 1 S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g ，He n a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e& T e c h n o l o g y L u o y a n g 4 7 1 0 0 3C h i n a： 2 De p t o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g， Zh e n g z ho u Po l y t e c h n i c I n s t i t u t e， Z h e n g z h o u 4 5 0 00 7， Chi n a； 3 1 h e E q u i p m e n t C o m p a n y ，C h i n a Y i t u o G r o u p C o L t d ，L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e d e s i g n o f N C i mp r o v e me n t o n C 6 2 0 l a t h e wa s i n t rod u c e d， t h e i mp r o v e me n t me t h o d a n d p rin c i p l e o f me c h a n i s m an d e l e c t ric p a r t s w a s a n a l y z e d Aft e r i mp r o v i n g ， t h e n e w l a t h e r u n s r e l i a b l y，a n d ma k e s g r e a t b e n e fi L I t p r o v i d e s t h e p a t h o f t e c h n i c a l i mp rov e me n t on t r a di t i o n a l l a t h e t o n ume ric a l c o nt rol l a t h e i n f a c t o rie s Ke y wo r d s ： C 6 2 0 l a t h e ； NC i mp r o v e me n t ；De s i g n；P rin c i p l e 0引言 在充分調(diào)研 比較 的基 礎(chǔ) 上 ，并 根據(jù) 改造 的 目的 ， 企業(yè)要 在當(dāng)前多變的市場(chǎng) 、激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境 中生 本次改造 方案采用 中國(guó)一拖集 團(tuán)裝備科技分公 司和河 存 和發(fā)展 ，就必須 能夠迅 速地 更 新和 開發(fā) 出新產(chǎn) 品 ， 南科技 大學(xué)數(shù)控研發(fā) 中心聯(lián)合 開 發(fā)的 H A N U C全功能 以最低價(jià)格 、最好 的質(zhì) 量 、最短 的時(shí)間去滿足 節(jié)場(chǎng) 的 開放式閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 。該 系統(tǒng)經(jīng)多家使用 ，質(zhì)量穩(wěn)定 需求 。相 比較而 言 ，普通機(jī)床 已不適應(yīng) 多品種 、小批 可靠 。系統(tǒng) 率先 采 用 以 D S P運(yùn) 動(dòng) 控 制 芯 片 為核 心 、 量 的生產(chǎn) 要求 ，而 數(shù)控 機(jī) 床是 綜合 了微 電子 、計(jì)算 以嵌入式結(jié) 構(gòu)為平 臺(tái) ( P CB A S E D) 的新 一代 開放 機(jī) 、自動(dòng)控制 、自動(dòng)檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù) 的新 型機(jī)床 ，最 式結(jié) 構(gòu)數(shù)控 系統(tǒng) 。系統(tǒng)采用 D S P和 主 C P U并行 處理 適宜加工小批量 、高精度 、形狀復(fù)雜 、生產(chǎn)周期要求 機(jī)制 ，具有較 高的動(dòng)態(tài)跟 蹤精度 和 良好 的加工性 能 。 短 的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要更換零件加工程 該 系統(tǒng)具有如下特點(diǎn) ： 序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品 ( 1 )超薄 、超小一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和個(gè)性化的機(jī) 頻繁變化 的加工要求 。 床操作面板 ； 雖 然數(shù)控 機(jī)床的優(yōu)勢(shì)很大 ，但是對(duì)于機(jī)械制造企 ( 2 )四個(gè) 獨(dú)立 的交 流伺 服 電機(jī) 控制 接 口，可實(shí) 業(yè) ，單純地靠購(gòu)買數(shù)控機(jī)床來(lái)解決現(xiàn)狀，一方面需要 現(xiàn)二軸、三軸聯(lián)動(dòng)和四軸控制； 大量的資金投入，另一方面，將原有的普通機(jī)床閑置 ( 3 )完全 的速度環(huán)控制 系統(tǒng) ，高速、高精 度、 起來(lái) ，勢(shì)必造 成 一種 浪 費(fèi) 。為 了節(jié) 約 資 金 、降 低 成 高效率 ； 本 ，在原來(lái)普通機(jī)床的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)控化改造 ，是 ( 4 )圖形 、坐標(biāo) 、代碼實(shí)時(shí)跟蹤和方便直接 的 一 種一舉兩得 的有效途徑 ，既經(jīng)濟(jì) 又快捷 。本文以兩 系統(tǒng)參數(shù) 配置 ； 臺(tái) C 6 2 0普通車床進(jìn)行 數(shù)控化 改造為例 ，介紹 其改造 ( 5 ) 系統(tǒng)完全兼 容 的 日本 F A N U C一 0 i 系列 指令 的基本方案和工作原理 。 及強(qiáng) 大的固定循 環(huán) 、連續(xù)螺紋 加工 、子程序調(diào)用等功 1 數(shù)控 系統(tǒng)的選擇 能； 目前市場(chǎng)上數(shù)控系統(tǒng) 的公 司廠家很多 ，國(guó)外 著名 ( 6 ) 自動(dòng)刀具 偏置( 直 接 、 自動(dòng) )輸 入 和 刀尖 的如德 國(guó)的 S I E ME N S 公 司 、日本 的 F A N U C公 司 ，國(guó) 半徑補(bǔ)償 ； 內(nèi)如華 中數(shù)控公 司 、廣 州數(shù)控設(shè) 備廠。數(shù)控系統(tǒng) 的選 ( 7 )絲杠螺距誤差及反 向間隙補(bǔ)償 。 擇應(yīng)根據(jù)改造后要達(dá)到的精度、各種性能指標(biāo)等選用 2 機(jī)械部分的改造 性價(jià) 比合適 、技術(shù)先進(jìn) 的數(shù)控 系統(tǒng) ，當(dāng)然 還要考慮售 普通車床經(jīng)過(guò)多次大修后 ，其零部件相互連接 尺 后維修服務(wù)的便捷性。數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能要與準(zhǔn) 寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率 備改造的數(shù)控機(jī)床所能達(dá)到 的功能相 匹配 ，盡量 避免 仍然較 高 ，采 用傳統(tǒng) 的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo) 系統(tǒng)功能過(guò)剩 ，系統(tǒng)功能過(guò)剩 ，不但浪費(fèi) 資金 ，而且 準(zhǔn) ，而且費(fèi)用較高。因此合 理選擇改造方案是工作得 在一定程度上還可能潛伏下由于數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜程度的 以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的改造目的是要求機(jī)床 增加而帶來(lái)的故障率升高的隱患。 穩(wěn)定可靠，以盡可能低的故障率運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，用來(lái)進(jìn) 維普資訊 2 1 2 機(jī)床與液壓2 0 0 5 N o 8 行 改造 的機(jī)床最好足 t八成新的機(jī)床 。為 了給今后 的 機(jī)床改造探索 出一條新 路 打下 良好的基礎(chǔ) ，下面介 紹本次對(duì)兩 臺(tái)機(jī) 床采用 的不H改造方法 。 2 1 常規(guī)的 改造 方 法 ( 1 )主軸箱 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng) 要求有較寬 的調(diào)速 范圍和足夠 的輸出力 。本次改造 ，保 留原主軸箱 齒輪換檔變速 機(jī) 構(gòu) ，由數(shù)控 系統(tǒng)控制主軸的 正轉(zhuǎn) 、反轉(zhuǎn)和停止 。 主軸箱 內(nèi)安裝 一 個(gè) 主軸州步旋轉(zhuǎn) 的旋轉(zhuǎn)編碼器 ，以 保 證改造 后 的 4 三 J 未具備 螺紋 加 功能 如果 資金 允 許 ，還 【 J丁 采用變 頻器實(shí)現(xiàn)主軸 的尤級(jí)變速 ( 2 )J術(shù)身 為 了使改造后 的機(jī)床有較 高的 ， F 動(dòng)率和精度保持 件 ，除盡 叮 能地減少電器和機(jī)械故 障的同時(shí) ，應(yīng)允分 考慮機(jī)床零件 、郎件的耐磨性 ，尤其足機(jī)床 導(dǎo)軌 的耐 磨性 前囤內(nèi) 普通 1 床 的 味身 等大 件 都采 用普 通 鑄 鐵 ，而拖板也是普通 鑄鐵 ，其摩擦 系數(shù)較高 ，為提高 機(jī)床 的動(dòng)載性 能 ，減 少摩擦 力 ，在改造 中我們采用 r 在機(jī)床滑板 導(dǎo)軌 I 貼聚四氟乙烯 軟帶的辦法 ，大大減 少 摩擦 阻力 ，提 高 _ r防 爬 、耐 磨 、消震 吸音 的 能 力 。 ( 3)拖板 拖 板是數(shù)控系統(tǒng)商接控 制的對(duì)象 ， 論足點(diǎn)位控 制還足 連續(xù)控 制 ，被 加： r 零件的最后坐標(biāo)精度將受拖 板運(yùn) 動(dòng)精度 、靈敏度 和穩(wěn) 定性的影響 。因?yàn)閿?shù) 系統(tǒng) 發(fā) 的指令 僅使 拖 板運(yùn) 動(dòng) 沒(méi) 有位 置 檢測(cè) 和 信號(hào) 反 饋 ，故實(shí)際移動(dòng)值 和系統(tǒng)指 令值如 果有差別就會(huì)造成 加工誤差 。因此 ，除 廣 拖 板及 其 配件 精 度 要求 較 高 外 ，還采取 了 以下措 施來(lái) 滿 足傳 動(dòng) 精度 和 靈 敏度 要 求。 在傳動(dòng)裝置的布局上采用同步齒形帶來(lái)提高傳 動(dòng)扭 鰣 和傳動(dòng) 精度 ( 分辨 牢 為 0 0 1 m m) ，確保 傳動(dòng) 的可霏性 。 在嗣步帶 輪 和軸 的聯(lián) 結(jié) 中采用 彈性 膜 片聯(lián) 軸 器 ，既 可以滿足聯(lián)結(jié) 剛性 和扭矩 的要求 ，義 可以避免 用鍵聯(lián)結(jié)引起 的反 向間隙。 采用滾珠絲杠代替原滑動(dòng) 絲杠 ，提高傳 動(dòng)靈敏 性和降低功率 、伺服 電機(jī) 力矩?fù)p失 。 ( 4 ) 自動(dòng)換 刀裝 置 為 r 滿 足在 一 臺(tái)機(jī) 床 l ： 一 次裝 夾完 成 多 序加 J 二 ，經(jīng)多次凋研 和試用 ，最 后確定采用 WZ l M 型 電動(dòng) 刀架 。該刀架不但 可代替 普通 車床手動(dòng)刀架 ，還 吖用 作數(shù)控機(jī)床控制元件 ，實(shí)現(xiàn) ， J 架 自動(dòng)回轉(zhuǎn)。 陔刀架體 積小 ，重復(fù) 定位 精度 離，適 用 于 強(qiáng)力 車 削H 安 全 叮 靠 ( 5 )拖 板箱 拆除原拖板箱 上安裝 的掛輪箱 、走 刀箱 ，在此位 置裝 一支架用來(lái) 固定滾珠 絲杠螺 母 ，拆 除原J未身上的 傳動(dòng)箱 ，在此位置安裝齒形帶 和伺 服電機(jī) 拆 除原機(jī) 床操 縱桿 、變向杠 、立軸等杠桿零件 ，更換 原饑床 絲 杠后 支撐 。改造后機(jī)床的啟動(dòng) 、停機(jī)均 由數(shù)控 系統(tǒng) 完 成 ，但保 留原機(jī)床的手動(dòng)剎車裝置 。 ( 6 )總體布局 在改造 的過(guò)程 中，我 們對(duì) 機(jī)床進(jìn) 行 r統(tǒng)一 布局 ， 將 電箱用支架安裝 在機(jī)床 原主軸 電機(jī) 【 ： 方 ，而數(shù)控 系 統(tǒng) 面板 、顯 示 屏 和 各 操 縱 按 鈕 統(tǒng) 一 裝 在 一 個(gè) 叮 以 3 6 0 。 回轉(zhuǎn) 的操縱 臺(tái) h，操縱 臺(tái)裝在機(jī)床床 身 E，置于 原機(jī)床操縱位置一側(cè) ；在滾珠絲 杠 上裝有防護(hù)罩 ，并 塒機(jī)床進(jìn) 行 了包裝 ，可 以防止鐵 屑和冷卻液 飛濺。機(jī) 床 冷卻采 用 原 機(jī)床 冷卻 系統(tǒng)。該 饑床 改 造后 外 形美 觀 ，布局合理 。 2 2 十字 滑 臺(tái)改造 法 此種 改造辦法是一 種全新的思路 ，其 出發(fā)點(diǎn)是基 于在不改變 原有 機(jī) 床結(jié) 構(gòu) 和 更換 任 何 零件 的情 況 下 ，只在機(jī)床拖板 I 利 用原有 的J I l 基準(zhǔn)加裝一個(gè)較 小的十字滑 臺(tái)，從而達(dá) 到既能 進(jìn)行粗加工 ，又能進(jìn)行 精加工的 F 的。也 叮以將 十字 滑臺(tái)取 下改作 它用 。 ( 1 ) 總體 布局 該 機(jī)的改造沒(méi)有改動(dòng)原機(jī)床任 何零 部件 ，只是在 機(jī)床后側(cè)拖 板 二 安裝 r一傾斜 4 5 。 的史座 ， 字滑 臺(tái) 裝在該 支座上 ，為保證聯(lián)結(jié) 剛性 ，在 支座 I 裝有一根 拉桿聯(lián)結(jié)在 中托 板側(cè)邊 ，也可 在支庸 下邊 裝 一滾輪 裝在床身 的滾道上 。電箱用 支架安裝仵機(jī)床原 主軸 電 機(jī)上方 ，而數(shù)控系統(tǒng)面板 、顯示瞬 _不 1 l 各操縱 按紐統(tǒng)一 裝在一 一 個(gè)可 以 3 6 0 。 回轉(zhuǎn) 的操 縱 臺(tái) 卜，操縱 臺(tái)裝 在 機(jī) 床床身 L，置于原機(jī)床操縱位 置一側(cè) ；饑床 前后都 裝 有 防護(hù) 罩 ，叮以防止鐵眉和冷卻液 濺 。 ( 2) r字滑 臺(tái) 為滿 足 c 6 2 0車床 的改造 需要 ，我們 專 門設(shè)計(jì) 了 一 個(gè) 十 滑 臺(tái) ，該 滑臺(tái)采用板式結(jié)構(gòu) ，滑軌用直線導(dǎo) 軌 ，滾珠絲杠 和伺服 電機(jī)用 直聯(lián)形式 ，聯(lián)軸器 是彈性 聯(lián) 軸器。兩軸分別設(shè)有零位 。該滑 臺(tái)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn) 、布局 合理 ，既能滿足機(jī)床改造 的需要 ，義能適 用于諸 如教 學(xué) 、試驗(yàn) 等別 的領(lǐng)域 。十 滑 臺(tái)上裝有一 電機(jī) 內(nèi)藏式 電動(dòng) 架 ，實(shí)現(xiàn)換 刀時(shí)的 自動(dòng) 回轉(zhuǎn) 。 3電氣部分改造 本次改造 的車床 中 ，電機(jī)選用 本 S A N Y O D E N K I 交流伺 服 電機(jī) 及其 驅(qū) 動(dòng)器 ，主軸 、冷卻 、刀架等 均 由數(shù)控 系統(tǒng)控制 ，為此需設(shè)計(jì)接 口轉(zhuǎn)換 電路和強(qiáng) 電 控制電路 。電路 中的控制變 壓器 、短路器 和交流接觸 器可使用原機(jī)床 中的。需另外設(shè) 計(jì)強(qiáng)電控 制箱 ，電氣 原理 圖如圖 1所示 。 原理 圖中 ，數(shù) 控系統(tǒng) 的輸 入 輸 出接 口的輸 出點(diǎn) 控制 中間繼 電器 K A I K A 6 ，再 由其觸點(diǎn)控 制交 流接 維普資訊 機(jī)床與液壓2 0 0 5 N o 8 2 1 3 ： 二 二二一 二二 二 二 二 L 士= 二 二 二： _= 二 二二 二 _ _ 二 二 r譬 Q F 1 辭 霎 三 一 = 二 二 ： 一 蔓三 ； _ KMl k 惶 KMJ - -KM4一KM5 一 KN I 6 = ： = 七 二 一 一 三二 二一 一 一： 三 一 一 一 一 l _二 ： ：三 + = = 了 一 _ 二 ? 一= = 一： ： l l l = 蘭三 R(s _ M 3 a l 、 一一 一 一一 S B 1一 k I 7 K A1 K_ K A3 K A4 KI KA6 KM 2 k l 1 一gM l KM S K M 4 KA1 3 I C M 3 K_ 、 1 2 皇KM7：KN i l k、 1 2 k、 13 ：KM4亡K、 1 5 K、 l 6 。 酶 粕 贏 一 冷 卻 電 源 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 回轉(zhuǎn) 鎖緊 f bl 二二一 擅 二 二 二 二 一 二 + 2 4 v0 T1 1 “2 1T 3 T4 T O 0 1 - 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 一h 架接幾 C 此 K 一一，一一 一 _一 一_ S B 3；KA 2 _= 、 SG+2 4 、 - 一 一 一_ ( c ) 圖 1 電氣原理閨 觸器 的 通 斷 ，進(jìn) 而 控 制相 應(yīng) 的 電機(jī) 。如 K A 1 、K A 2 和 K A 3的觸點(diǎn)控制主軸 電機(jī) M1 的 、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的 交流接 觸 器 K M1 、K M 2和 K M3的通 斷 ，K A 4、K A 5 的觸 點(diǎn) 控 制 刀 架 電 機(jī) M 2的 正 、反 轉(zhuǎn) 交 流 接 觸 器 K M 4、K M 5的通斷 ，K A 6的觸點(diǎn)控 制冷卻 電機(jī) M 3的 交流接觸器 K M 6的通斷 。 輸入 輸出接 口中的輸 入點(diǎn)剛 于檢 測(cè) 四方刀架 的 四刀位到位 信號(hào) T 1 r r 4 、急停信 號(hào) S B 3的輸入 以及 報(bào)警信號(hào) 的輸入 。由于小次改造 昕選擇 的電動(dòng)刀架無(wú) 刀具鎖緊反饋信號(hào) ，鎖緊動(dòng)作町通過(guò)設(shè)定系統(tǒng)的參數(shù) 來(lái)控制 。 圖 1中 S B 1 用于控制伺服電源 電的交流接觸器 K M 7 ，S B 0用于關(guān)斷伺 服電源。 4 數(shù)控化改造的特點(diǎn) ( 1 )投 資少 、改造周期短 與購(gòu)置新機(jī)床相 比， 可節(jié) 省 6 0 8 0 的費(fèi)用 ， 改造費(fèi)用低 ，對(duì)于大型 、特殊 機(jī)床尤其明顯。一般 大 型機(jī)床 改 造 ，只花新 機(jī) 床 購(gòu) 置 費(fèi)用 的 1 3 ，交 貨 期 短。但有些 特殊情 況 ，如高速主軸 、托盤 自動(dòng)交換裝 置的制作與安裝過(guò)于費(fèi)工 、費(fèi)錢 ，往往改造成本提 商 2 3 倍 ，與購(gòu) 置新機(jī) 床相 比，只能 節(jié)省 投資 5 0 左 右 。 ( 2 )機(jī)械性能穩(wěn)定 可靠 ，但結(jié)構(gòu)受 限 所利用的床身 、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄 造構(gòu)件 ，而不是 那 種焊 接 構(gòu)件 ，改造 后 的 機(jī)床 性 能 高 、減震性 好 ，可 以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年 。但是 受 到原來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu) 的限制 ，不宜做突破性 的改造 。 ( 3 )熟悉 了解 設(shè)備 、便于操作維修 購(gòu)買 新設(shè) 備后 ，了解新設(shè)備需要較長(zhǎng) 的時(shí) 問(wèn)， H操作人 員還需 具備較高的素質(zhì) 。改造則不然 ，不但 可 以精確 地 計(jì)算 出機(jī) 床 的加 工 能 力 ，而且 對(duì) 于操 作 者 ，對(duì)機(jī)床 的特性早 已了解 ，在操作 使用 和維修方 面 培訓(xùn)時(shí)間短 、見(jiàn)效快 。改造 的機(jī)床一 安裝好 ，就 可 以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) 。 ( 4 ) 節(jié)約資源 可以充分利用現(xiàn)有地基 ，不必像購(gòu)人新設(shè)備時(shí)那 樣需 重新 構(gòu)筑地基 。 5結(jié)束語(yǔ) 根據(jù)技術(shù) 革新 的發(fā) 展速度 ，及 時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備 的 自動(dòng)化水平和效率 ，提高設(shè) 備質(zhì)量和檔次 ，