第28卷第2期具工自葡化Vl.28,No.22009年2月Ordnance Industry automationFeb.2009文章編號:1006-1576(2009)02-007402加工中心的改造董明玉,范華獻(中國兵器工業(yè)第五八研究所數(shù)控事業(yè)部,四川綿陽621000摘要:介紹一種立式加工中心的改造,結(jié)合機床的特點,重點介紹機床主軸部分的改造。選用 FANUC0i-MC數(shù)控系統(tǒng)及山軸伺服系統(tǒng)及主軸伺服系統(tǒng)對機床進行控制,并使用 HEIDENHAIN光柵尺作為各軸的位置檢測元件,構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)關(guān)鍵詞:立式加工中心;主軸控制;改造中圖分類號:TG502文獻標(biāo)識碼:ATransformation of a Machining CenterDONG Ming-yu, FAN Hua-xian(Dept of CNC Products, No 58 Institute of China Ordnance Industries, Mianyang 621000, China)Abstract: Combining with machine tool characteristics, a modification scheme of the vertical machining center isintroduced, and the program focuses on the transformation of machine tool spindle. We select FANUC Oi-MC CNC system,a-axis servo system and spindle servo system to control the machine tool, and use hEIdENhAIN grating ruler as positidetecting component for each axle, so the close-loop control system is constitutedKeywords: Vertical machine center; Spindle control; Transformation0引言機床主軸速度范圍為:22~3550 r/min,共分4檔:作為精密加工設(shè)備,加工中心在經(jīng)過多年運行第1檔:速度范圍22~450r/min,齒輪減速比為1:6后,由于數(shù)控系統(tǒng)的更新?lián)Q代、系統(tǒng)備件難以購買第2檔:速度范圍451~900r/min,齒輪減速比為等原因給機床的維護帶來困難。但由于加工中心第1:3;第3檔:速度范圍901~1800r/min,齒輪減速體的機械精度高,在長比為1:5:第4檔:速度范圍1801~350c-min,齒輪減速比為1:0.8。齒輪的換檔由液壓閥控制,由時間運行后仍能保證機床有較好的加工精度,可以接近開關(guān)檢測是否到達要求檔位。由定位銷進行主通過更換機床數(shù)控系統(tǒng)的方式進行改造。在改造這軸定向時的精定位,以實現(xiàn)機床的自動換刀控制類設(shè)備時,通常只對機床的控制部分進行改造,機機床采用液壓刀庫,容量為18把刀,由機械手進行床的機械結(jié)構(gòu)、主要傳動方式等均不變,僅根據(jù)機刀具出刀庫及裝刀上主軸等與換刀有關(guān)的操作。床的精度等狀況決定是否進行機床大修,根據(jù)需要對局部進行結(jié)構(gòu)改造,這也使在改造時機床電氣系2機床改造方案統(tǒng)的控制存在一定的特殊性。故提出一種立式加工在機床本體機械精度有保證下,為保證機床在中心的改造方案,重點介紹其主軸控制的改造。改造后能加工μm等級精度零件,采用了以下方案:1)選用 FANUC0-MC數(shù)控系統(tǒng)及ai軸伺服改造前機床的控制方案系統(tǒng)及主軸伺服系統(tǒng)對機床進行控制,采用改造前機床由直流伺服電機經(jīng)一級皮帶傳動到 HEIDENHAIN光柵尺作為各軸的位置檢測元件,構(gòu)滾珠絲桿控制機床的各進給軸(X、Y、Z軸),由成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。感應(yīng)同步器作為各軸的位置檢測元件;轉(zhuǎn)臺由直流2)各伺服軸采用伺服電機,通過彈性聯(lián)軸結(jié)直伺服電機經(jīng)一級皮帶傳動后經(jīng)蝸輪蝸桿控制旋轉(zhuǎn),接與絲桿連接的方式進行各軸的控制,消除原皮帶由液壓控制轉(zhuǎn)臺的夾緊/放松,由感應(yīng)同步器進行傳動部分帶來的傳動誤差,由機械部分的精度及全位置的檢測,構(gòu)成四軸三聯(lián)動全閉環(huán)控制系統(tǒng)。機閉環(huán)控制系統(tǒng)保證各軸的定位精度要求。床主軸由主軸直流伺服電機經(jīng)齒輪減速箱傳動進行主軸速度的控制,主電機轉(zhuǎn)速為:140~2800rmin。接要VI卻城坳不本,僅根據(jù)主電機的連中國煤化工生接作必要的重新設(shè)CNMHG收稿日期:2008-08-10:修回日期:2008-10-08作者簡介:董明玉(1968-),女,四川人,高級工程師,1989年畢業(yè)于成都科技大學(xué),從事數(shù)控機床電氣設(shè)計及機床數(shù)控化改造研究·74·董明玉,等:加工中心的改造計,由主軸伺服電機與齒輪減速箱結(jié)合控制機床的指令時,由PMC控制進行自動掛檔。主軸調(diào)速,利用原主軸定位的機械結(jié)構(gòu),結(jié)合數(shù)控S代碼讀至下一個程序段系統(tǒng)提供的主軸定向控制方式進行自動換刀時的主軸定向控制。齒輪選擇信號4)對液壓刀庫及換刀機械手,由系統(tǒng)內(nèi)置GR20PMC控制刀庫內(nèi)找刀、刀具的預(yù)選、最短路徑選刀、及自動換刀等與刀具操作有關(guān)的動作。5)為方便操作,根據(jù)機床各功能部件的特點及數(shù)控系統(tǒng)的特點,在改造后增加換刀機械手在手動TMFTFIN操作方式下分步點動的操作功能,增加操作過程中主軸速度指令的提示功能,并根據(jù)機床液壓檢測開關(guān)多的特點,對各液壓檢測開關(guān)的報警狀態(tài)進行指示燈指示,同圖1齒輪換檔的控制時序時顯示報警信息,以方便機床的故障判斷及維修。主軸的定向控制主要用于機床的自動換刀。在3機床主軸控制的改造進行自動換刀前,必須先將主軸停在某一特定位置然后才能進行換刀動作。在進行主軸的定向控制由于選擇的是 FANUC a i系列主軸伺服電機,時,利用原機床定位銷作精定位的檢測開關(guān),在控其最高轉(zhuǎn)速達7000rmim,同時考慮主軸有足夠的制時采用“使用外部一次旋轉(zhuǎn)信號”的方式進行主輸出力矩,在改造時選擇使用齒輪減速箱的第1檔軸定向控制,如圖2和第3檔,即改原來的4檔變速為2檔變速。新檔M傳感器(或M傳感器)位的速度范圍設(shè)置為:低速檔:主軸速度范圍為0內(nèi)置主軸電機1000r/min,機械傳動比1:6,主電機工作轉(zhuǎn)速為0~6000r/min;高速檔:主軸速度范圍為1001~3550r/min,機械傳動比115,主電機工作轉(zhuǎn)速為1502~JYA25325r/min。保證了主軸在絕大部分工作區(qū)域內(nèi)主電機均處于恒功率調(diào)速區(qū)。TAPEA外都一次羲轉(zhuǎn)信號幾根據(jù)系統(tǒng)提供的齒輪換檔控制方式,結(jié)合主軸(換近開關(guān))齒輪或同步皮帶定向可能的控制方式,選擇M型齒輪換檔方式B進行主軸換檔的控制。在這種控制方式下,用戶只圖2主軸定向控制需用S代碼輸入要求的主軸轉(zhuǎn)速即可,是否需要進4結(jié)論行換檔操作則由系統(tǒng)控制。當(dāng)需要進行齒輪換檔新系統(tǒng)和新功能部件的使用,不僅保證了原機時,系統(tǒng)輸出SF信號及GRO、GR2O、GR30信床的精度,而且使改造后的機床具有較好的易維護號,PMC則用上述信號控制進行齒輪的換檔操作。性,調(diào)整方便。在主軸部分的改造中,不僅利用了操作完畢,由PMC送出FN信號通知系統(tǒng)齒輪換原機床主軸部分的機械結(jié)構(gòu),而且保證了改造后機檔完成,使主軸按要求的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。齒輪換檔時的床主軸部分有很好的輸出力矩和調(diào)速性能,也保證控制時序如圖1。了機床主軸部分所需的所有控制功能的實現(xiàn)在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定時,設(shè)定SF信號僅在齒輪換檔時輸出。同時,在換檔過程中使用SOR(主軸定參考文獻:向)信號,使當(dāng)齒輪在嚙合過程中主電機以恒定速 I FANUC AC SPINDLE MOTOR a i series PAR度旋轉(zhuǎn),確保齒輪換檔動作的完成,并用接近開關(guān)) BEIJING-FANUC Oi-MODEL C CONNECTION對是否換到要求檔位進行確認。CTIONZI根據(jù)機床的操作要求,設(shè)計了用M代碼控制執(zhí)3]FA中國煤化工 METER MANUALIZ]行主軸的脫檔(掛空檔)操作,即只要主軸處于停(ACNMHGS(Z止?fàn)顟B(tài),就可執(zhí)行主軸的脫檔操作。操作完畢,可MANUaLlY用M代碼進行掛低速檔操作,也可在主軸執(zhí)行速度6]KD2 CNC-MCT schematic diagram