C61100車床數(shù)控系統(tǒng)電氣和機(jī)械改造技術(shù)方案

1、C61100車床數(shù)控系統(tǒng)電氣和機(jī)械改造技術(shù)方案一：系統(tǒng)描述1. C61100車床是山東德州生產(chǎn)的臥式大型車床，該設(shè)備系90年代初期產(chǎn)品，電氣控制采用傳統(tǒng)繼電器控制方案，主軸由交流22KW異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，小拖板的橫向和縱向進(jìn)給由手動(dòng)控制，很難完成復(fù)雜形線的加工。       2. 該C61100車床最大加工工件長度3000毫米，最大加工直徑1000毫米，屬于該公司主力設(shè)備；3.  隨著加工任務(wù)的增加，加工精度的提高，加工復(fù)雜程度的加大，手動(dòng)操作加工已經(jīng)無法完成諸如球面的加工，急需改造。考慮到加工工藝需求和價(jià)格

2、等因素，決定只對拖板的X、Z進(jìn)給進(jìn)行機(jī)電一體化改造；4.  成都?？乒た赜邢薰局铝τ跈C(jī)電一體化傳動(dòng)技術(shù)，在系統(tǒng)成套和設(shè)備改造方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場查看和與客戶的技術(shù)溝通，我們確信完全有能力將此系統(tǒng)進(jìn)行按期改造并最終實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)控車床功能。 二：問題分析和改造方案的提出1.  原機(jī)床的拖板及刀架的X軸和Z軸系手動(dòng)控制，無法實(shí)現(xiàn)兩軸同動(dòng)插補(bǔ)定位，無法達(dá)到車球面的目的，使得車床的加工能力大大受限；1.1 由此，我們采用一臺(tái)目前流行的標(biāo)準(zhǔn)車床CNC系統(tǒng)臺(tái)灣臺(tái)達(dá)PUTNC-H4-T,動(dòng)力驅(qū)動(dòng)上采用兩臺(tái)臺(tái)灣臺(tái)達(dá)ASD-A交流伺服系統(tǒng)控制X軸和Z軸，完

3、全實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的插補(bǔ)運(yùn)算和軸間連動(dòng)；1.2  新的系統(tǒng)支持DNC動(dòng)態(tài)加工，支持CAM加工代碼；支持MPG手動(dòng)加工；2. 新的系統(tǒng)控制精度高，調(diào)校簡單，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刀具補(bǔ)償，絲杠螺距補(bǔ)償，是一種非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)； 新系統(tǒng)電機(jī)連接上，采用零間隙零間隙同步皮帶形式連接，安裝和調(diào)試維修均非常方便；3.機(jī)械傳動(dòng)上，對精度起絕對作用的定位機(jī)構(gòu)，原系統(tǒng)采用梯形絲杠結(jié)構(gòu)，存在傳動(dòng)效率低，反向間隙大等問題，另外，這種梯形絲杠承載能力非常不足，傳動(dòng)間隙和摩擦系數(shù)不可控；3.1絲杠替代：車床原有進(jìn)給絲杠為直徑40和32的梯形螺紋絲杠，考慮到絲杠軸肩加工余量的問題，采用公稱直徑相同（40和32）的滾

4、珠絲杠替換，型號(hào)為R40-5T3-FSI-1200-130023、R32-5T3-FSI-600-70023；3.2承載能力：滾珠絲杠的承載能力主要受絲杠直徑、導(dǎo)程角及摩擦系數(shù)的影響，滾珠絲杠的摩擦系數(shù)為：0.0030.005；導(dǎo)程角為2.8度；3.3軸向推力比較；a) 40滾珠絲杠與牛·米電機(jī)組和：電機(jī)產(chǎn)生推力計(jì)算：F=Tr·D··/(P·g)=（x2000x3.14x0.85）/(10x9.8) =(kN) 40的滾珠絲杠能承受的額定力矩：19KN b) 32滾珠絲杠與牛·米電機(jī)組和：電機(jī)產(chǎn)生推力計(jì)算：F=Tr·D

5、83;·/(P·g)=（x2000x3.14x0.85）/(10x9.8) = (kN)32的滾珠絲杠通過比較發(fā)現(xiàn)，絲杠和電機(jī)的選型能較好的匹配！3.4 綜上所述，滾珠絲杠對于精度和傳動(dòng)效率以及承載能力提高巨大，是理想的傳動(dòng)元件；4.  根據(jù)現(xiàn)場測繪和經(jīng)驗(yàn)分析，X軸和Z軸伺服電機(jī)扭矩分別牛·米和牛·米，電機(jī)與機(jī)械連接采用減速比2：1同步帶傳動(dòng)；電機(jī)型號(hào)為：ASMT15M250AK和ASMT20M250AK；5. 改造后總體的控制結(jié)構(gòu)如下圖：三：改造后系統(tǒng)的軟件功能和操作畫面畫面操作說明開機(jī)畫面控制器電源 ON 之后 先進(jìn)入開機(jī)畫面，如

6、下圖：待機(jī)畫面經(jīng)過3 秒之后，進(jìn)入待機(jī)畫面 (按重置鍵時(shí)也會(huì)進(jìn)入此模式畫面)自動(dòng)模式AUTO畫面按一下 自動(dòng)/MDI進(jìn)入自動(dòng)模式，其畫面如下圖：自動(dòng)模式下 軟鍵 有：1. 程序暫停：只有在程序執(zhí)行中才有效。在程序執(zhí)行中，按下此鍵，即可馬上停止程序，直到按重置鍵中斷程序，或按啟動(dòng)鍵，再繼續(xù)執(zhí)行程序。2. 單步執(zhí)行：可隨時(shí)選擇此功能，不限制執(zhí)行中或停止?fàn)顟B(tài)。此功能被選取時(shí)，當(dāng)每按一次啟動(dòng)鍵，不再執(zhí)行整個(gè)程序，而是每按一次啟動(dòng)鍵，才往下執(zhí)行一行程序。3. 程序再啟動(dòng)：只能在程序執(zhí)行前選取。程序再啟動(dòng)被選用時(shí)，當(dāng)選取此功能，再執(zhí)行程序時(shí)，程序會(huì)從上次中斷的單節(jié)開始啟動(dòng)。在編輯畫面中可尋找中斷單節(jié)或是重

7、新設(shè)定再啟動(dòng)單節(jié)。4. 程序預(yù)測：可隨時(shí)選擇此功能，不限制執(zhí)行中或停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)選取此功能，再執(zhí)行程序時(shí)，程序中所有軸向的移動(dòng)，都改由手搖輪脈波來控制，當(dāng)手搖輪脈波沒輸入時(shí)，軸向?qū)⑼Ｖ挂苿?dòng)。也可使用寸動(dòng)軸向鍵來取代手搖輪的脈波輸入。5. 選擇停止：只能在程序執(zhí)行前選取。當(dāng)選擇停止功能被選取時(shí)，程序當(dāng)中的M01 指令，會(huì)被視為停止指令，若沒選取此功能，M01 指令則沒有意義。手動(dòng)模式MDI畫面 連按二下 自動(dòng)/MDI 進(jìn)入MDI 模式，其畫面如下圖：原點(diǎn)模式（參考點(diǎn)）畫面連按二下 手動(dòng)/原點(diǎn) 進(jìn)入原點(diǎn)模式，其畫面如下：回原點(diǎn)操作方式：1. 選擇軸向 按屏幕右方英文字母按鍵 X、Z或寸動(dòng)按鍵X+、X

8、-、Z+、Z-選擇X 軸或Z 軸2. 按 啟動(dòng) 鍵手動(dòng)模式畫面按一下 手動(dòng)/原點(diǎn) 進(jìn)入手動(dòng)模式，其畫面如下：手動(dòng)模式下可操作的動(dòng)作有：1. 軸向移動(dòng)：（以下三種方式）a. 手搖輪方式：選擇軸向（按X、Z按鍵，選到的軸向在畫面上會(huì)反白。）轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪。(沒有選擇軸向時(shí)，手搖輪無效)b. 連續(xù)寸動(dòng)：（單步寸動(dòng)功能未成立時(shí)）持續(xù)按住X+則X 軸正向移動(dòng)，X-則X 軸負(fù)向移動(dòng)。持續(xù)按住Z+則Z 軸正向移動(dòng)，Z-則Z 軸負(fù)向移動(dòng)。c. 單步寸動(dòng)：選擇單步寸動(dòng)距離、1再按 X+、X-、Z+、Z-，則系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)所選定的單步距離作寸動(dòng)。2. 手動(dòng)開關(guān)：a. 主軸：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。b. 切削水：按一下開，再按

9、一下關(guān)。c. 潤滑油：按一下則輸出1 秒。LED 燈亮代表有作動(dòng)程序編輯模式畫面在此模式畫面下可直接編輯程序a .設(shè)在啟動(dòng)：在編輯程序中用行鍵移到要在啟動(dòng)的單節(jié)、按一下設(shè)在啟動(dòng)，回到自動(dòng)畫面按下程序再啟動(dòng)后在按啟動(dòng)程序即會(huì)從編輯程序里所設(shè)定的單節(jié)再動(dòng)作。b .中斷單節(jié)：在加工中如有中斷程序(如按下重置、緊急停止)后，欲尋找中斷時(shí)的單節(jié)即可進(jìn)入編輯畫面按下中斷單節(jié)軟鍵即可尋回程序批注程序刪除程序拷貝刀具磨耗補(bǔ)償?shù)毒唛L度補(bǔ)償加工對刀功能加工程序的組成一個(gè)完整的程序,由一群單節(jié)所構(gòu)成,而每個(gè)單節(jié)由序號(hào)和數(shù)個(gè)指令所組成,每個(gè)指令由一指令碼字母 (AZ) 和一些數(shù)字 (.09) 所組成。程序的基本單位是

10、單節(jié),每個(gè)單節(jié)是由一個(gè)或數(shù)個(gè)指令組成。程序輸入時(shí),每一指令之間不需留空間。單節(jié)的基本格式如下 :N-_G_X(U)_Z(W)_F_S_T_M_N : 單節(jié)序號(hào)G : 功能指令X,Z : 坐標(biāo)位移指令 (絕對值移動(dòng)指令)U,W : 坐標(biāo)位移指令 (增量值移動(dòng)指令)F : 進(jìn)給速率S : 主軸轉(zhuǎn)速T : 刀具指令M : 輔助功能 (根據(jù)實(shí)際需求由機(jī)床設(shè)計(jì)者編寫的功能代碼)坐標(biāo)系統(tǒng)H4T 系列的車床坐標(biāo)系統(tǒng),是眾所周知的二軸卡笛爾直角坐標(biāo)系統(tǒng)(Cartesian Coordinate)。此二軸在 T-11 車床系列定為 X-軸與 Z-軸,而 Z-軸設(shè)定為車床主軸 (Spindle) 中心線。兩軸的交

11、點(diǎn)定義為零點(diǎn),以 X=0, Z=0 表式之。加工中可能要用到的G指令快速定位,G00程序格式:G00 X(U)_ Z(W)_X,Z : 定位終點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值。U,W : 定位終點(diǎn)相對于該單節(jié)起點(diǎn)的增量值。例: 下圖 A 點(diǎn)快速移動(dòng)到 B 點(diǎn)。G0 X4.00 Z5.60 X,Z-軸向以絕對指令設(shè)定G0 U-6.00 W-3.05 X,Z-軸向以增量指令設(shè)定G0 X4.00 W-3.05 X,Z-軸向以絕對,增量混合設(shè)定直線切削,G01程序格式:G01 X(U)_ Z(W)_ F_X,Z : 切削終點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值。U,W : 切削終點(diǎn)相對于該單節(jié)起點(diǎn)的增量值。F : 切削進(jìn)給率 (F-指令可以與

12、任何 G-指令一起使用)。G00 單節(jié)中,也可下F-指令,但不影響快速定位。G01 (或 G1) 指令,用來執(zhí)行直線切削功能,可同時(shí)控制 12 軸來進(jìn)行切削,其切削進(jìn)給速率以 F-碼設(shè)定,最低可設(shè)定到 0.02 mm/min.。切削起點(diǎn)是指令下達(dá)時(shí)刀具所在的坐標(biāo)位置。用 F-碼 (Modal Code)指定的進(jìn)給率,在重新設(shè)定之前,都保持有效,不需每一單節(jié)都指定。程序范例:刀具起點(diǎn)在 X=2.0 (直徑表示G01 X4.0 Z2.01 F0.300 絕對指令G01 U2.0 W-2.59 F0.300 增量指令圓弧切削,G02,G03圓弧切削指令是:G02 順時(shí)針方向 (CW) G03 反時(shí)針

13、方向 (CCW) 圓弧構(gòu)成的三要素為: 起點(diǎn),終點(diǎn),圓心。起點(diǎn) (S) 為開始執(zhí)行 G02.G03 指令時(shí)刀具的坐標(biāo)點(diǎn)。終點(diǎn) (E) 為程序格式中之 X(U),Z(W) 坐標(biāo)值。圓心 (C) 以 I,K 值來設(shè)定。I,K 值是由圓弧起點(diǎn)指向圓心的相對座標(biāo)差值,此值包括正負(fù)號(hào)。I,K 值的意義和增量值 (U,W) 相同。圓弧切削進(jìn)給率以 F-值指定。圓弧中心的表示也可以用半徑 R 取代 I,K 值。如果圓弧角度在 -1°1°,179°181°之間,不可使用 R 值設(shè)定。只能用I,K 值。程式格式:G02 X(U) _ Z(W) _ I _ K _ F _G

14、03 X(U) _ Z(W) _ I _ K _ F _G02 X(U) _ Z(W) _ R _ F _程序范例: 下面是四種不同的指令,但切削相同圓弧。1. G02 X5.000 Z3.000 I2.500 F2. G02 U2.000 W-2.000 I2.500 F3. G02 X5.000 Z3.000 R2.500 F4. G02 U2.000 W-2.000 R2.500 F暫停指令,G04程序格式: G04 X_X: 暫停時(shí)間,單位秒。(X 在此,代表時(shí)間而非地址)在程序設(shè)計(jì)中,在某些情形下,因加工需要,在一個(gè)單節(jié)執(zhí)行完了之后,各軸向運(yùn)動(dòng)必須暫時(shí)停留一段時(shí)間,再執(zhí)行下一個(gè)單節(jié)的

15、指令。在此情形下,可用此指令。暫停最小單位為 0.01 秒,最長可以設(shè)定到 8000.0 秒。例: N1 G1 X10.000 Z10.000 FN2 G4 X2.000 暫停秒N3 G自動(dòng)回歸第一參考點(diǎn),G28程序格式: G28或 G28 X_ Z_或 G28 X_或 G28 Z_第一參考點(diǎn)位置,由 MCM 參數(shù)第五十二、五十四項(xiàng)中的 X,Z 設(shè)定。程式格式中 X,Z 之?dāng)?shù)值無意義,但必須有數(shù)值,才可輸入程序之中;它是告訴機(jī)械那一軸向要回歸到參考點(diǎn)。如果 G28 指令單獨(dú)成一單節(jié)或同時(shí)包含 X,Z 指令,刀具都會(huì)自動(dòng)回歸到 MCM 參數(shù)五十二、五十四項(xiàng)中X,Z 所指定的參考點(diǎn)位置上。若 G2

16、8 指令只有 X 或 Z 指令,不論它是什么數(shù)值,刀具在指定軸方向回歸到 MCM 五十二、五十四 項(xiàng)中,X或Z 所指定的參考點(diǎn)位置上。執(zhí)行 G28 指令以前,刀具補(bǔ)正必須取消。例: T100 . 補(bǔ)正取消 (不可與G28同時(shí)并在一個(gè)單節(jié))G28 X10. . X-軸回第一參考點(diǎn)自動(dòng)從參考點(diǎn)復(fù)歸,G29程序格式:G29 X _ Z _程序格式中的 X,Z,其數(shù)值無意義,但必須有任何數(shù)值,才可輸入程序之中;它只是告訴機(jī)械那一軸向自參考點(diǎn)復(fù)歸。程序執(zhí)行 G28 后,刀具欲回到執(zhí)行 G28 之前的位置時(shí),使用 G29 指令。G29 指令不能單獨(dú)使用,在 G29 之前須先下達(dá) G28 或 G30 指令。

17、例: N1 X60. Z30. . 程序執(zhí)行至坐標(biāo)位置X60.,Z30.N2 G28 . 程序從上節(jié)坐標(biāo)點(diǎn)回第一參考點(diǎn)N3 G29 . 程序從第一參考點(diǎn)回到坐標(biāo)X60.,Z30.如上例,N3 單節(jié)的組合,可以有下列情形:N3 G29 . 復(fù)歸到N3 G29 X _ Z _ . 復(fù)歸到N3 G29 X _ . 刀具復(fù)歸到N3 G29 Z _ . 刀具復(fù)歸到TNC-H4-T固定M代碼M-代碼 功 能M00 程序暫停M01 選擇性程序暫停M02 程序結(jié)束M30 程序結(jié)束M98 呼叫子程序M99 子程序結(jié)束，或主程序重復(fù)執(zhí)行M* 使用者自定M 碼(PLC)M03 主軸正轉(zhuǎn)M04 主軸反轉(zhuǎn)M05 主軸停

18、止M08 冷卻水開M09 冷卻水關(guān)M10 主軸夾頭松開M11 主軸夾頭加緊M15 工件個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器+1M16 工件計(jì)數(shù)器清零四：控制系統(tǒng)主要元件選型以及說明1. 數(shù)控系統(tǒng)選用臺(tái)灣臺(tái)達(dá)公司（DELTA HUST）標(biāo)準(zhǔn)開放式車床數(shù)控系統(tǒng)，PUTNC-H4-T, 該系統(tǒng)具有開放的車床系統(tǒng)架構(gòu)；該系統(tǒng)具有支持標(biāo)準(zhǔn)FUNCO加工G代碼程序結(jié)構(gòu)，支持常用CAM軟件POST程序，方便實(shí)現(xiàn)DNC；2.  交流伺服系統(tǒng)選用臺(tái)達(dá)ASD-AM系列，該伺服系統(tǒng)速度環(huán)響應(yīng)頻寬高達(dá)450HZ, 是系統(tǒng)半閉環(huán)結(jié)構(gòu)的高性價(jià)比產(chǎn)品, 另外，ASD-A-M系統(tǒng)支持PDFF調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可克服瞬時(shí)機(jī)械應(yīng)力引發(fā)的加工誤差，可使得車床動(dòng)態(tài)加工定位更加準(zhǔn)確；3. CNC操作界面和顯示界面選用HU