普通車床的數(shù)控改造方法及設(shè)計(jì)圖

用華中數(shù)控系統(tǒng)對(duì)C6132車床進(jìn)行數(shù)控改造2008-4-21 20:16:00 來源：中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng) 網(wǎng)友評(píng)論 1條 點(diǎn)擊查看1 機(jī)械部分的改造把C6132普通車床改成數(shù)控車床的主要改造部位：主電動(dòng)機(jī)和水泵電動(dòng)機(jī)能分別通過M03、M04、M05、陰刀、M09等指令來進(jìn)行控制；把原來的手動(dòng)進(jìn)給改成微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)二軸聯(lián)動(dòng)；為實(shí)現(xiàn)螺紋車削在主軸后端加一光電編碼器。 機(jī)械部分的改造，在原機(jī)床的基礎(chǔ)上，去掉掛輪箱(保留三星齒輪)、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖板、中拖板。 光電編碼器的安裝利用掛輪箱中的三星齒輪，找到與主軸傳動(dòng)比為1:1的傳動(dòng)齒輪，采用同心套通過一個(gè)固定支架與光電編碼器相聯(lián)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。 縱、橫向絲杠的改造去掉機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，安裝上滾珠絲杠、減速器接口、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。X軸傳動(dòng)比為5:3, Z軸的傳動(dòng)比為1:1。這類小型機(jī)床在中間設(shè)置一級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的目的是提高伺服電動(dòng)機(jī)的使用壽命。對(duì)于瞬時(shí)性的快速起、停起到一定的緩沖作用。改造后機(jī)床的傳動(dòng)進(jìn)給示意圖如圖2所示。2 電控部分的改造華中型數(shù)控系統(tǒng)開放性好，所以改造非常簡(jiǎn)單。具體方法為全部拆除原車床的電控線路。對(duì)單速電動(dòng)機(jī)，直接從數(shù)控系統(tǒng)的電控柜中出線與主軸電動(dòng)機(jī)的U2、 V2、W2和冷卻泵電動(dòng)機(jī)的U6、V6、W6連接。對(duì)于雙速電動(dòng)機(jī)，除了直接連線以外還應(yīng)對(duì)電控柜和系統(tǒng)軟件中的內(nèi)置PLC系統(tǒng)程序STEP.DAT進(jìn)行相應(yīng)的修改。 3 微機(jī)系統(tǒng)控制部分的設(shè)置對(duì)于一般車床的改造只須對(duì)以下兩部分系統(tǒng)配置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置就可以了。一是軸參數(shù)，二是內(nèi)置PLC的編碼。 在華中型數(shù)控系統(tǒng)軟件中輸入正確的口令以后就可以對(duì)軸參數(shù)進(jìn)行設(shè)置了。不同的用戶在改造車床時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間選擇的傳動(dòng)比是不同的，同時(shí)絲杠的螺距也不同，所以為了適用不同的傳動(dòng)比，華中型數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)了一個(gè)有用的工具，通過設(shè)置一對(duì)電子齒輪的比值來對(duì)實(shí)際的傳動(dòng)比進(jìn)行調(diào)整。下面以我校數(shù)控改造的車床為例進(jìn)行說明。 我們對(duì)X軸選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0.9。，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間的傳動(dòng)比I=3/5，絲杠的螺距P=4mm，因此，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)可設(shè)置為360/0.9=400，則脈沖當(dāng)量為Q=(/360)PI=3/500。 現(xiàn)設(shè)電子齒輪比為大，編程時(shí)要在X方向移動(dòng)10mm的距離，以車床精度為0.01mm計(jì)算，則系統(tǒng)要在X軸方向發(fā)送10000個(gè)脈沖。也就是說系統(tǒng)在x方向發(fā)1000個(gè)脈沖以后，X方向應(yīng)移動(dòng)10mm的距離，則有下面的計(jì)算式成立： 10=1000QIi=1000(3/500)Ii 則Ii=5/3 Z軸可以根據(jù)以上的方法進(jìn)行類似的計(jì)算處理。另外，如果主電動(dòng)機(jī)采用雙速電動(dòng)機(jī)，則系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置支持S1、S2高低速轉(zhuǎn)化的硬件。這里華中型數(shù)控系統(tǒng)配有內(nèi)置PLC，只要在原程序STEP.DAT文件中利用PLC編程語言增設(shè)相應(yīng)的接點(diǎn)即可。 4 系統(tǒng)軟件的安裝華中數(shù)控系統(tǒng)軟件可以在DOS或WINDOWS兩種環(huán)境中運(yùn)行。 值得注意的是：如果是在WINDOWS平臺(tái)下工作，在啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用程序CNC.EXE之前，應(yīng)將WINDOWS中的屏幕保護(hù)程序設(shè)置為空狀態(tài)，否則一旦運(yùn)行屏幕保護(hù)程序數(shù)控系統(tǒng)將停止運(yùn)行。如果是在DOS平臺(tái)下安裝數(shù)控系統(tǒng)程序，則應(yīng)滿足以下條件：PC機(jī)應(yīng)在386以上；彩色顯示器；內(nèi)存的配置應(yīng)大于 4MB；在CONGFIG.SYS文件中應(yīng)設(shè)置Device=c:dosHimem.sys和Device=c:dosEMM386.EXE 8000語句。 我校利用華中型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)一臺(tái)江西第五機(jī)床廠生產(chǎn)的C6132型普通車床進(jìn)行改造以后，經(jīng)測(cè)試各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均已達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)運(yùn)行半年以來一切平穩(wěn)，沒有發(fā)生任何故障。 CA6140 型普通車床數(shù)控化改造摘要: 以CA6140 型普通車床為例,從機(jī)械和電氣2 方面詳細(xì)闡述了數(shù)控化改造的方法。改造后的車床投入使用后,運(yùn)行穩(wěn)定,加工精度明顯提高,取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞: 普通車床; 數(shù)控化改造; SINUMERIK 802S base line中圖分類號(hào): TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號(hào):100320794 (2007) 1220152203Numerical Control Transformation of CA6140 Common LatheLI Yuan , RUAN Jian(College of Mechanical & Electrical Engineering , Zhejiang University of Technology , Hangzhou 310014 ,China)Abstract :Takes CA6140 type common lathe as an example , has explained the NC transformation method frommachinery and electric two respects in detail . After transforming ,the new lathe runs steadily , the machiningaccuracy is obviously improved , has made the great technological economic benefits.Key words :common lathe ; NC transformation ; SINUMERIK 802S base line1 總體改造方案數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí),在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件,因此確定總體改造方案如下: (1) 拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪,用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠,將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上,縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副,絲杠采用分體式,用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)接; (2) 橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對(duì)操作者) ,縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速裝置安裝在機(jī)床的右端,靠近尾座的位置; (3) 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀,需拆除原手動(dòng)刀架,在小拖板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架; (4) 為了使改造后的車床能夠加工螺紋,需要加裝主軸脈沖編碼器,以實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測(cè),編碼器安裝在掛輪箱內(nèi); (5) 為使加工過程中不超程,縱橫向要安裝行程限位開關(guān); (6) 為實(shí)現(xiàn)回參考點(diǎn)的動(dòng)作,必須在縱橫向安裝接近開關(guān);(7) 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩,以防臟物、油污和切屑等進(jìn)入,機(jī)床整體也要加裝防護(hù)罩,以防止加工過程中的切屑飛濺傷人; (8) 考慮到改造的成本,盡可能采用可靠性高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。圖1為總體改造示意圖。圖1 總體改造示意圖1. 橫向滾珠絲杠副2. 橫向電機(jī)3. 橫向減速器4. 尾座5. 縱向減速器6. 縱向電機(jī)7. 支架8. 縱向滾珠絲杠副9. 數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架10. 主軸脈沖編碼器2 數(shù)控系統(tǒng)選用選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要在應(yīng)用PLC 進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中,運(yùn)用了2 個(gè)輔助繼電器,用來簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)。在編制程序的過程中,充分考慮了系統(tǒng)的安全性,運(yùn)用了有互鎖功能的設(shè)計(jì),如分別串聯(lián)上了Y002、Y004 常閉觸點(diǎn),用來完成對(duì)KM2、KM3 的保護(hù)控制,從而提高了整個(gè)機(jī)床控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。在程序設(shè)計(jì)中,將不同控制方式的程序分別編寫,根據(jù)工作方式選擇開關(guān)決定執(zhí)行哪行程序,這樣使程序結(jié)構(gòu)清晰,編程方便。4 結(jié)語利用三菱FX0N - 40MR 型PLC 對(duì)萬能升降臺(tái)銑床銑床控制電路進(jìn)行改造,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,減少了故障率,提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平,從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。參考文獻(xiàn):1 余雷聲. 電氣控制與PLC 應(yīng)用M . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.2 張萬忠. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2002.作者介紹: 裘旭東(1972 - ) ,浙江諸暨人,杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系講師,畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)制專業(yè),工學(xué)學(xué)士,主要研究方向:CADPCAM、機(jī)械制造工藝及設(shè)備,電子信箱:jd918 hzvtc. , gala918 qq. com.收稿日期:2007208208 152 第28 卷第12 期2007 年12 月煤礦機(jī)械Coal Mine MachineryVol128No112Dec. 2007達(dá)到的各種精度、各種性能等選擇性價(jià)比合適的系統(tǒng),避免系統(tǒng)功能過剩,同時(shí)考慮到原車床的精度和改造成本、周期和難易程度等各方面因素,決定采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件、開環(huán)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。SINUMERIK 802S base line 是西門子公司專門為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC 控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)緊湊,具有高度集成于一體的數(shù)控單元、機(jī)床操作面板和輸入輸出單元,機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少,容易改造成功。最終決定采用西門子經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 802S base line。3 機(jī)械部分改造(1) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖2 所示?？v向步進(jìn)電機(jī)1 通過一對(duì)減速齒輪2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠3 ,再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)4 做往復(fù)移動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留,滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu),支撐軸6 通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連,這種聯(lián)軸器用2 個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,徑向尺寸小,可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖3 所示,滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支承座4 ,通過一對(duì)深溝球軸承1 實(shí)現(xiàn)徑向支承,絲杠左端通過一對(duì)圓螺母(圖中未畫出) 實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定,一端浮動(dòng),三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙,調(diào)整方便。步進(jìn)電機(jī)通過消隙齒輪2 減速,減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6 與絲杠3 (見圖2)聯(lián)接,固定銷3 防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖1. 縱向步進(jìn)電機(jī)2. 減速齒輪3. 縱向滾珠絲杠4. 工作臺(tái)5. 套筒聯(lián)軸器6. 支撐軸圖3 縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖1. 深溝球軸承2. 消隙齒輪3. 固定銷4. 滑動(dòng)軸承支承座5. 圓螺母6. 套筒聯(lián)軸器滾珠絲杠3 (見圖2) 仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置,其螺母副通過支架1 (見圖4) 安裝在床鞍的底部,如圖4 所示。支架做成可移動(dòng)的形式方便裝配,絲杠位置調(diào)整好后,由螺釘擰緊。圖4 縱向滾珠絲杠裝配圖1. 支架2. 絲杠托架3. 縱向滾珠絲杠4. 絲杠防護(hù)罩5. 大拖板6. 過渡板(2) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造橫向滾珠絲杠也采用一端固定,一端浮動(dòng),三點(diǎn)支承的形式,也通過雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙,如圖5 所示。橫向步進(jìn)電機(jī)1 及減速器2 安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?布置一根支撐短軸11 ,通過套筒聯(lián)軸器10 與滾珠絲杠7 連接起來。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承,并對(duì)原支承處作適當(dāng)改造,布置一對(duì)推力球軸承12 ,以承受雙向軸向力。左端則將原車床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu),用一個(gè)聯(lián)軸套4 和一根連接短軸6 把滾珠絲杠7 與減速器輸出軸3 連接起來,并通過一對(duì)圓螺母5 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊,以提高其軸向剛度。螺母通過螺母座9 直接固定在中拖板8 上。圖5 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖1. 橫向步進(jìn)電機(jī)2. 減速器3. 減速器輸出軸4. 聯(lián)軸套5. 圓螺母6. 連接短軸7. 橫向滾珠絲杠8. 中拖板9. 螺母座10. 套筒聯(lián)軸器11. 支撐短軸12. 推力球軸承(3) 主軸脈沖編碼器的安裝為了使改造后的車床能自動(dòng)加工螺紋,必須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件,其目的是用來檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置,通過主軸脈沖編碼器數(shù)控系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。主軸脈沖編碼器的安裝,通常采用2 種方式: 同軸安裝; 異軸安裝。同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 153 第28 卷第12 期CA6140 型普通車床數(shù)控化改造李園,等Vol128No112 單,缺點(diǎn)是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件,限制了零件的加工長(zhǎng)度,因此,宜采用異軸安裝。主軸通過主軸箱中58P58 和33P33 兩級(jí)齒輪(實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比1 :1) 把動(dòng)力傳遞給掛輪軸X ,主軸編碼器1 通過支架2 固定,并通過聯(lián)軸器3 與悶頭4 相連,悶頭4通過過盈配合與主軸箱內(nèi)軸X連接,如圖6 所示。圖6 主軸編碼器裝配圖1. ZXB - 1 型主軸編碼器2. 固定支架3.MC 型聯(lián)軸器4. 悶頭5. 軸X4 電氣部分改造電氣控制線路主電路如圖7 所示,QF1QF4 為空氣開關(guān),FU 為熔斷器,對(duì)電路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。M1為7. 5 kW主電機(jī),選擇三菱FR - A540 - 7. 5K- CH變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速,交流接觸器KM1 控制變頻器的通電和斷電。當(dāng)變頻器無故障時(shí),B 端觸頭閉合,KM1 吸合,變頻器通電;當(dāng)變頻器有故障時(shí),B 端觸頭斷開,KM1 線圈失電,其常開觸頭斷開,變頻器自動(dòng)斷電,同時(shí)A 端觸頭閉合,報(bào)警燈HL 顯示報(bào)警。FR1 為熱繼電器,對(duì)主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù),RC1 為三相滅弧器,構(gòu)成三相負(fù)載的阻容吸收回路,能夠抑制接觸器吸合釋放時(shí)的干擾噪聲。L 是為改善功率因素而使用的交流電抗器。R、S、T 為變頻器的電源輸入端,U、V、W 為輸出控制電機(jī)端,STF 和STR 分別接主軸正反轉(zhuǎn)控制繼電器觸頭KA1 和KA2 ,2 和5分別接主軸模擬量輸出信號(hào)(0 + 10V) AO4 和AGND4 ,以控制變頻器的輸出電壓頻率。執(zhí)行過程為:當(dāng)PLC 發(fā)出主軸正反轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí),KA1 或KA2 的常開觸頭閉合,KM1 線圈得電, KM1 的常開觸頭閉合,變頻器開始工作, 當(dāng)PLC 發(fā)出主軸制動(dòng)信號(hào)時(shí),KA6 的常閉觸頭斷開, KM1 線圈失電, KM1 的常開觸頭斷開,變頻器停止工作,主電機(jī)停轉(zhuǎn)。M2 是刀架電機(jī),KM2 吸合時(shí),刀架電機(jī)正轉(zhuǎn), KM3 吸合時(shí),刀架電機(jī)反轉(zhuǎn),刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)來自數(shù)控系統(tǒng)PLC 輸出口Q0. 4 和Q0. 5。M3 為冷卻泵電機(jī),其控制信號(hào)來自數(shù)控系統(tǒng)PLC 輸出口Q0. 2。圖7 主電路圖交流控制電路如圖8 所示,RC4、RC5 和RC6 為單相滅弧器,M4 和M5 為兩電柜風(fēng)扇,線路電壓為AC110V。圖8 交流控制電路圖參考文獻(xiàn):1 余英良. 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例M . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.2 王榮芳. 變頻器在生產(chǎn)教學(xué)兩用數(shù)控車床研制開發(fā)中的應(yīng)用J .變頻器世界,2005 (4) :94 - 97.作者簡(jiǎn)介: 李園(1979 - ) ,湖北松滋人,寧波技工學(xué)校講師、工程師,浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院工程碩士研究生,主要從事數(shù)控、機(jī)電和機(jī)械等專業(yè)教學(xué)工作,電子信箱:njjwc 163. com.收稿日期:2007207231立井無軌輔助運(yùn)輸技術(shù)的研究與應(yīng)用膠輪車運(yùn)輸是當(dāng)今礦山井下最先進(jìn)的無軌輔助運(yùn)輸方式,目前已經(jīng)在兗州礦業(yè)(集團(tuán)) 公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦應(yīng)用,并取得了圓滿成功,從根本上克服了傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式用人多、設(shè)備多、事故多、費(fèi)用高、效率低、效益差等弊病。該礦無軌膠輪車運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用情況如下: 材料運(yùn)輸采取集裝化運(yùn)輸方式,按照井下所需各種材料的形狀和特點(diǎn),整捆捆、整箱、整袋包裝,以便集中裝卸。小于3 t 或一次用量較少的材料,采用3 t 輕型膠輪車,地面裝載后開進(jìn)副井單罐下井,不經(jīng)轉(zhuǎn)換直接運(yùn)抵。大宗材料利用有軌平板車裝車下井,經(jīng)轉(zhuǎn)換站換裝到中型膠輪車運(yùn)至作業(yè)地點(diǎn)。設(shè)備運(yùn)輸外形尺寸較小、重量不超過3 t 的設(shè)備或備件,利用輕型車輛運(yùn)輸最為方便,尤其工作面更換設(shè)備或配件,可一次性運(yùn)至。中型多用途車配有多種車輛,可根據(jù)設(shè)備重量、外形尺寸及裝卸要求選擇合適車輛運(yùn)輸。重型支架搬運(yùn)車具備自卸功能,整體運(yùn)輸綜采放頂煤液壓支架,對(duì)于重量大、長(zhǎng)度大的移動(dòng)變電站設(shè)備和采煤機(jī),利用2 臺(tái)支架搬運(yùn)車共同搬運(yùn),同樣安全快捷。矸石運(yùn)輸膠輪車排矸運(yùn)輸能力不足,不能直接與綜掘設(shè)備配套使用,通常用于掘進(jìn)工程量不大或?yàn)榘惭b綜掘設(shè)備作準(zhǔn)備的掘