廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)2004年第4期Journal of Guangdong Polytechnic Normal UniversityNo.4,2004機(jī)床的數(shù)控化改造楊永姚屏廣東技術(shù)師范學(xué)院機(jī)電系,廣東廣州510635)摘要∶機(jī)床數(shù)控化改造的過(guò)程復(fù)雜改造后的機(jī)床在滿足機(jī)床使用性能的前提下其過(guò)程還必須要做到科學(xué)、合理和有序,在此原則給岀機(jī)床數(shù)控化改造的一般步驟并對(duì)一臺(tái)型號(hào)為X53的銑床用德國(guó)西門(mén)子802s數(shù)控系統(tǒng)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控化改造后其機(jī)床的使用性能完全滿足要求關(guān)鍵詞:機(jī)床漖控改造中圖分類號(hào):TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-402X(2004)4-0078-041引言3機(jī)床數(shù)控化改造我國(guó)大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備3.1數(shù)控機(jī)床的控制原理絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床.用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品對(duì)于傳統(tǒng)普通機(jī)床來(lái)說(shuō)其電氣部分主要是控普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期制主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速冷卻泵的啟動(dòng)和停止等而進(jìn)長(zhǎng)從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,直接影響給軸的控制主要是車螺紋個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益影響企業(yè)的生存和發(fā)數(shù)控機(jī)床除了對(duì)主軸的調(diào)速有要求外對(duì)于主展.只有做好機(jī)床的數(shù)控化改造才能解決這些問(wèn)軸的速度和位置控制都有更高的要求,一臺(tái)典型的題從而應(yīng)對(duì)世界制造中心移植我國(guó)的必然趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示2數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)程清單敵人數(shù)→控系紉信息載體一麗控了編程逐租屬氣硬件電離小班編程器→系控制器L(電控柜)以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲 CAD/CAM面等復(fù)雜的零件上位機(jī)除輸出(2)以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化而且是柔性自動(dòng)速度挖制的示一位置控制單辦化零件加工的程序化.用程序控制加工精度而不圖1數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成是人為的技術(shù)水平隊(duì)從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用7倍數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝.目前常用的輸入裝置(3加工零件的精度高尺寸分散度小使裝配有3.5m軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、CNC鍵盤(pán)一般輸入操作)數(shù)容易不再需要”修配”控系統(tǒng)配備的硬盤(pán)及驅(qū)動(dòng)裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存(4河實(shí)現(xiàn)多工序的集中減少零件在機(jī)床間儲(chǔ)保護(hù)P℃計(jì)算機(jī)等等的頻繁搬運(yùn)3.1.2數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的中樞,它將接到(5有自動(dòng)報(bào)警自動(dòng)監(jiān)控自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N的全部功能傘行算然后有序地發(fā)出各自律功能因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工中國(guó)煤化種需CNM功能的控制指令直收稿日期:2004-05-11作者簡(jiǎn)介:楊永19〗77-)男安徽靈璧人廣東技術(shù)師范學(xué)院教師主要從事計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的自適應(yīng)控制技術(shù)、機(jī)電一體化等方面的研究工作至運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)束的節(jié)距精度所以系統(tǒng)的位移精度較低3.1.3可編程邏輯控制器是機(jī)床各項(xiàng)功能的3.2.2步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反邏輯控制中心.它將來(lái)自CNC的眢種運(yùn)動(dòng)及玏能指饋旳閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)令進(jìn)行邏輯排序使它們能夠準(zhǔn)確地、協(xié)調(diào)有序地安該系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是油光柵、感應(yīng)同步全運(yùn)行同時(shí)將來(lái)自機(jī)床的各種信息及工作狀態(tài)傳器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)隨時(shí)送給CNC使CNC能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)岀進(jìn)一步的控制與給定值進(jìn)行比較將兩者的差值放大和變換驅(qū)動(dòng)指令如此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)床的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng),3.1.4主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接受來(lái)自CNC的驅(qū)動(dòng)指直到給定位置與反饋的實(shí)際位置旳差值等于零為令經(jīng)速度與轉(zhuǎn)短(功率)調(diào)節(jié)輸岀驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)主止.閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)接受速度反饋實(shí)施速度閉環(huán)控制.成本也高對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán).設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)它還通過(guò)PC將主軸的各種現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)通告CNC環(huán)系統(tǒng)難.但是可以獲得比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精用以完成對(duì)主軸的各項(xiàng)功能控制度更快的速度驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo).可根據(jù)3.1.5進(jìn)給伺服系統(tǒng)接受來(lái)自CNC對(duì)每個(gè)運(yùn)產(chǎn)品技術(shù)要求決定是否采用這種系統(tǒng)動(dòng)坐標(biāo)軸分別提供的速度指令經(jīng)速度與電流(轉(zhuǎn)3.2.3直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉矩阓調(diào)節(jié)輸岀驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床環(huán)數(shù)控系統(tǒng)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)同時(shí)接受速度反饋信號(hào)實(shí)施速度閉環(huán)半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上間控制.它也通過(guò)PC與CNC通信通報(bào)現(xiàn)時(shí)工作狀接測(cè)量執(zhí)行部件的位置.它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部態(tài)并接受CNC的控制部分元件的誤差因此它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度3.1.6速度測(cè)量通常由集裝于主軸和進(jìn)給電低但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單.在將動(dòng)機(jī)中的測(cè)速機(jī)來(lái)完成.它將電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速匹配角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)作成成電壓值送回伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為速度反饋信號(hào)與個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問(wèn)題指令速度電壓值相比較從而實(shí)現(xiàn)速度的精確控制3.3機(jī)床數(shù)控化的改造3.1.7位置測(cè)量較早期的機(jī)床使用直線或圓3.3.1定改造方案形同步感應(yīng)器或者旋轉(zhuǎn)變壓器而現(xiàn)代機(jī)床多采用(1胤械修理與電氣改造相結(jié)合.一般來(lái)說(shuō)需光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測(cè)量元件.它們進(jìn)行電氣改造的機(jī)床都需進(jìn)行機(jī)械修理.要確定對(duì)機(jī)床坐標(biāo)軸在運(yùn)行中的實(shí)際位置進(jìn)行直接或間接修理的要求、范圍、內(nèi)容池要確定因電氣改造而需的測(cè)量將測(cè)量值反饋到CNC并與指令位移相比較進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容還要確定電氣改造直至坐標(biāo)軸到達(dá)指令位置從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的精確與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求.機(jī)械性能控制的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)3.2數(shù)控系統(tǒng)的選擇(2屎采取由易到難局部與整體相結(jié)合.把整個(gè)3.2.1進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行如數(shù)控系該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)電部分步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等.由數(shù)控系統(tǒng)送岀的進(jìn)等待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作.給指令脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后使步進(jìn)這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò).在毎個(gè)子系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件.工作中應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序便可然后中國(guó)煤化工的工作使人的注意力控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向.這能集CNMHG種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸(3分配改造任務(wù)落實(shí)參改人員責(zé)任.根據(jù)各入端故稱之為開(kāi)環(huán)系統(tǒng),該系統(tǒng)旳位移精度主要決個(gè)劃分開(kāi)的子系統(tǒng)確定人員職責(zé)有主有次便于定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度齒輪絲杠等傳動(dòng)元件組織與協(xié)調(diào)4)確定改造范圍與周期作局部改造則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳3.3.2技術(shù)準(zhǔn)備化調(diào)整.如強(qiáng)電部分的零件更換電機(jī)的保養(yǎng)變壓(1瓶機(jī)械部分的準(zhǔn)備工作.為配合電氣改造而器的烘干絕緣污染的清潔通風(fēng)冷卻裝置的清洗需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測(cè)量、計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、零伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整老化電線電纜的更新件制作等應(yīng)先期完成.同時(shí)對(duì)停機(jī)后需拆、改、加工連接件的緊固等等.只有對(duì)保留的電氣部分做好過(guò)的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢提岀明確要求與整個(gè)改細(xì)的最佳化調(diào)整工作,才能保證改造后的機(jī)床有較造工作銜接得當(dāng)?shù)偷墓收下?2造方案電氣部分準(zhǔn)備.新系統(tǒng)有許多新3柝除原系統(tǒng).原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖功能、新要求、新技術(shù)因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料,紙仔細(xì)進(jìn)行及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記防止遺漏或包括系統(tǒng)原理說(shuō)眀、線路圖、PC梯形圖及文本、安過(guò)扳局部改造情況下).在拆的過(guò)程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)裝調(diào)試說(shuō)明、使用手冊(cè)、編程手冊(cè)等.要有充裕的時(shí)些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正拆間來(lái)對(duì)上述資料進(jìn)行翻諏進(jìn)口系統(tǒng))消化、整理、下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門(mén)別類妥善保管,以備萬(wàn)一改核對(duì)做到思路清晰層次分明造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用.還有一定使用價(jià)(3胺接口設(shè)備的準(zhǔn)備.新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)值的可作其他機(jī)床備件用.切忌大手大腳亂扔亂計(jì)根據(jù)每臺(tái)設(shè)備改造范圍不同需事先設(shè)計(jì)接口部放分轉(zhuǎn)換若全部改造的應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口、操作4)冾理安排新系統(tǒng)位置及布線.根據(jù)新系統(tǒng)面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)、參數(shù)測(cè)量點(diǎn)、維修設(shè)計(jì)圖紙合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置,包括箱體固定、面位置等要求操作與維修方便、合理線路走向通順、板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及中小連接點(diǎn)少?gòu)?qiáng)弱電干擾最小,備有適當(dāng)裕量等.必要裝飾等.連線工作必須分工明確,有人復(fù)查檢局部改造的還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓驗(yàn)以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無(wú)誤、可靠極性與大小變換、安裝位置、數(shù)模轉(zhuǎn)換等必要時(shí)需美觀自行制作轉(zhuǎn)換接口(5赒調(diào)試.調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求(4凋調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定.新的電氣系進(jìn)行.調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜隨時(shí)記錄以便發(fā)現(xiàn)和統(tǒng)改造完以后怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收解決問(wèn)題.調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度防標(biāo)準(zhǔn)也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán).調(diào)試工作涉止人身、設(shè)備事故發(fā)生.調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)必須清理干凈無(wú)及機(jī)械、液壓、電氣、控制、傳感等因此必須由項(xiàng)目多余物品各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置能負(fù)責(zé)人進(jìn)行其它人員配合.調(diào)試步驟可從簡(jiǎn)到繁,空載試驗(yàn)的先空載后加載瀧能模擬試驗(yàn)的先模擬從小到大從外到里進(jìn)行也可先局部后全局先子后實(shí)動(dòng)能手動(dòng)的先手動(dòng)后自動(dòng)系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行.驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)新系統(tǒng)的考核,3.4改造后機(jī)床的測(cè)試與驗(yàn)收制定時(shí)必須實(shí)事求是過(guò)高或過(guò)低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改3.4.1改造后機(jī)床的測(cè)試造工作產(chǎn)生負(fù)面影響.標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來(lái)不能輕(1殿控機(jī)床改造后的測(cè)試內(nèi)容主要是對(duì)電源易修改因?yàn)樗鼱可娴秸麄€(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)電壓、頻率及相序的確認(rèn)等.首先要測(cè)試變壓器的3.3.3機(jī)床改造工作的實(shí)施容量是否能滿足控制單元與伺服系統(tǒng)的電耗淇其次(1道先對(duì)需改造的舊機(jī)床的全面保養(yǎng).機(jī)床測(cè)試電壓波動(dòng)是否在允許范圍之內(nèi);于采用晶體經(jīng)長(zhǎng)期使用后會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤(rùn)滑、清管控制元件的速度控制單元與主軸控制單元的供電潔等方面存在缺陷所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)其電口中國(guó)煤化工次應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度、尺寸精度測(cè)CNMHG是否對(duì)地短路量記錄在案.這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作(3)測(cè)試印刷線路板上的電壓是否正常各種用又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用直流電壓是否在允許的波動(dòng)范圍之內(nèi).一般來(lái)說(shuō),2赒調(diào)整、優(yōu)化原有的電氣部分.若對(duì)電氣系統(tǒng)對(duì)+5V電源要求較高波動(dòng)范圍在±5%4測(cè)試數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床側(cè)的各種接口信號(hào)以續(xù)這對(duì)該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的及PLC的輸出驅(qū)動(dòng)電壓是否滿足要求等4結(jié)論3.4.2改造后機(jī)床的驗(yàn)收1)首先驗(yàn)收改造后數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分.經(jīng)用 SINUMERIK802SC數(shù)控系統(tǒng)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械對(duì)一臺(tái)型號(hào)為x53的銑床進(jìn)行X、YZ三軸數(shù)控改性能應(yīng)達(dá)到要求幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)造深留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)改造的三軸(2)氣控制功能和控制精度驗(yàn)收.電氣控制在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu).整個(gè)改的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常,靈敏可靠,控制精造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修最后是度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能如步進(jìn)尺寸等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量整機(jī)的安裝和調(diào)試.銑床改造后加工有效行程X器具(如激光干涉儀、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等對(duì)照檢查達(dá)到Y(jié)Z軸分別為630240280m撮大速度X/Y/Z軸精度范圍之內(nèi).同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能分別為300000mmin手動(dòng)進(jìn)給速度X/Y/和精度作出對(duì)比獲得量化的指標(biāo)差Z軸分別為2000800/500mm/min最小移動(dòng)單位為3試件切削.可以參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床0.0m切削試件標(biāo)準(zhǔn)在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試切削.試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪?yún)⒖嘉墨I(xiàn)聲、運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等,一般不宜采用產(chǎn)品零件[11王夫,數(shù)控機(jī)床故障診斷及維折M北京機(jī)械工業(yè)出版社2002:79-116作試件使用4圖紙、資料驗(yàn)收.機(jī)床改造完后應(yīng)及時(shí)將圖[2]李宏勝.數(shù)控原理與系統(tǒng)M]北京機(jī)械工業(yè)出版社199853-94紙包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)資料包[3]張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)M]北京機(jī)械工括各類說(shuō)明書(shū)改造檔案包括改造前、后的各種記業(yè)出版社1994101-130錄匯總、整理、移交入檔.保持資料的完整、有效、連[審稿李玉忠]The Machine Remould by Installing NCDept. of Electronic Machinery Guangdong Polytechnic Nomal University Guangzhou 510635, China)Abstract: The process of installing NC to machine is complex. If wanting to the machine installed NC can be metthe use capability the process of installing nc to machine must be scientific reasonable and order. At these principlesthe steps are born we can follow these steps to install the Cnc of siemens 802S to a mill which type is X53. All of theperformances of machine after remoulding can meet useKey words: machine 'NC 'remould中國(guó)煤化工CNMHG