電氣控制第六章-普通機(jī)床的數(shù)控化改造課件

1、第六章普通機(jī)床的數(shù)控化改造第一節(jié)普通機(jī)床能夠改造成數(shù)控機(jī)床一、機(jī)床數(shù)控化改造是工藝設(shè)備更新的途徑一個(gè)企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競爭中獲得生存,得到發(fā)展,它必須是能在最短的時(shí)間里以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出符合市場(chǎng)需要的、性能合適的產(chǎn)品。判斷市場(chǎng)上產(chǎn)品的變化,決定近期或較長期的生產(chǎn)安排,主動(dòng)調(diào)整產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),生產(chǎn)適銷對(duì)路和技術(shù)附加值高的產(chǎn)品,主要取決于決策者的敏銳觀察和果斷決心。要使產(chǎn)品性能完美,設(shè)計(jì)出技術(shù)參數(shù)合理、性能優(yōu)良、操作方便的產(chǎn)品,主要取決于設(shè)計(jì)師的素質(zhì)和能力。 二、機(jī)床數(shù)控化改造的條件舊機(jī)床雖然能改裝成數(shù)控機(jī)床,但并不是所有的舊機(jī)床都適合改裝成數(shù)控機(jī)床,衡量是否適合改裝的主要標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)床基

2、礎(chǔ)件的剛性和改裝的經(jīng)濟(jì)性。三、國內(nèi)外舊機(jī)床數(shù)控改造的實(shí)例數(shù)控機(jī)床的逐漸普及,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格不斷地降低,使得舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的特點(diǎn)(如成本低、交貨期快、機(jī)械剛性好、生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)等)更明顯,促使越來越多的機(jī)械制造廠選擇舊機(jī)床數(shù)控改造作為設(shè)備的更新途徑。世界各國,包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相繼成立了機(jī)床修復(fù)公司、翻新公司或改造公司,承擔(dān)舊機(jī)床數(shù)控改造的業(yè)務(wù),并且成功地改造了一些大型和重型機(jī)床。第二節(jié)機(jī)床數(shù)控化改造的一般途徑一、微機(jī)控制系統(tǒng)用微電子技術(shù)改造機(jī)械設(shè)備是新技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向,它能提高生產(chǎn)效率,提高產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)踐表明,用微機(jī)改造舊機(jī)床,是一種投資少、見效快的好辦法。但由于是舊機(jī)床改裝,它的軸承

3、、導(dǎo)軌面均有不同程度的磨損,所以改裝后的精度一般達(dá)不到新機(jī)床的精度。這一不足,在改裝時(shí)要考慮,對(duì)某些關(guān)鍵部件要精化。圖6-1微機(jī)控制系統(tǒng)工作框圖二、主傳動(dòng)的數(shù)控化改造機(jī)床主傳動(dòng)的作用是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過變速箱傳遞給主軸,使工件或刀具以各 種不同的速度運(yùn)動(dòng)。主傳動(dòng)性能的好壞,直接影響零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)床的主傳動(dòng)一般采用普通交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)兩種方式。中、小型機(jī)床的主傳動(dòng)多數(shù)采用普通交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),大型機(jī)床的主傳動(dòng)多數(shù)采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。1.主傳動(dòng)電氣部分的數(shù)控改造主傳動(dòng)用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)比用普通交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)具有許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)主傳動(dòng)電氣部分的改造,主要是將原來的普通交流電

4、動(dòng)機(jī)拖動(dòng)改為直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),即用直流電動(dòng)機(jī)替換原普通交流電動(dòng)機(jī),并配置相應(yīng)的直流調(diào)速裝置,同時(shí)還需改造原主軸箱。電氣部分和機(jī)械部分同時(shí)改造,必然使機(jī)床改造的總費(fèi)用大幅度上升,改造周期也將延長。采用普通交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的多為中、小型機(jī)床,其本身價(jià)格較低,改造費(fèi)用過高、改造周期過長都將降低這類機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。所以在一般情況下,對(duì)機(jī)床的主傳動(dòng)均采取保留原電氣系統(tǒng)的方案。對(duì)要求具有螺紋切削功能的機(jī)床,可在主軸部位安裝主軸位置編碼器。主軸位置編碼器的安裝,一般與主傳動(dòng)機(jī)械部分的改造同時(shí)進(jìn)行。2.主傳動(dòng)機(jī)械部分的數(shù)控改造主傳動(dòng)的電氣部分通常保留原電氣系統(tǒng),因此主傳動(dòng)鏈維持不變,主軸箱內(nèi)的變速部

5、分就不需要改造。主傳動(dòng)機(jī)械部分的改造主要是主軸部件和主軸支承或工作臺(tái)導(dǎo)軌的改造。三、進(jìn)給傳動(dòng)的數(shù)控化改造 在數(shù)控機(jī)床中,進(jìn)給傳動(dòng)的作用是接受數(shù)控系統(tǒng)的指令,經(jīng)放大后使刀具作精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng),如直線、斜線、圓弧等,加工出符合要求的零部件。對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)的要求包括:高精度,即高的定位精度和重復(fù)定位精度,以及加工零件的綜合精度;高品質(zhì),即頻帶寬,響應(yīng)快,動(dòng)、靜態(tài)速降小,調(diào)速范圍寬;高速度,即能快速定位,以提高效率;大功率,即能輸出大的力矩和功率,以滿足加工的需要。 1.進(jìn)給傳動(dòng)電氣部分的數(shù)控改造確定控制方式數(shù)控系統(tǒng)的控制方式基本上可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種方式。普通機(jī)床數(shù)控化改造

6、選擇哪種控制方式,需要根據(jù)具體情況確定。一般小型機(jī)床的數(shù)控化改造多采用開環(huán)控制方式,數(shù)控系統(tǒng)多為以單板機(jī)或單片機(jī)為主控制單元的簡易數(shù)控系統(tǒng)。因2.進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械部分的數(shù)控改造 導(dǎo)軌副普通機(jī)床的導(dǎo)軌多采用滑動(dòng)導(dǎo)軌,它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、承載面積大、接觸剛度好、抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但滑動(dòng)導(dǎo)軌的靜摩擦因數(shù)大,動(dòng)摩擦因數(shù)隨速度變化而變化,摩擦損失大,在低速時(shí)容易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象,直接影響運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。把滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌,可消除爬行,提高定位精度。 第三節(jié)普通臥式車床的數(shù)控化改造普通臥式車床的數(shù)控化改造涉及兩個(gè)方面的問題:一是機(jī)械傳動(dòng)鏈的改造;二是電氣控制系統(tǒng)的配置。也就是說,在臥式車床上

7、增加微機(jī)控制系統(tǒng),再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械改裝,使其具有一定的自動(dòng)化能力,以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)?，F(xiàn)以C618臥式車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床為例,說明普通臥式車床數(shù)控化改造的方法。 圖6-2改造后的C618臥式車床傳動(dòng)系統(tǒng)圖1Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2主軸脈沖編碼器3主軸箱4溜板箱5刀架滑板6電動(dòng)刀架7尾座8Z軸滾珠絲杠9床身10X軸滾珠絲杠11X軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、機(jī)械結(jié)構(gòu)改造1.進(jìn)給傳動(dòng)鏈C618臥式車床數(shù)控化改造后的縱向(Z軸)、橫向(X軸)的傳動(dòng)鏈,如圖6-2所示。改造后,原縱向進(jìn)給傳動(dòng)鏈中的絲杠和光桿由滾珠絲杠取代,Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠采用同步齒形帶變速,一方面增大了輸出轉(zhuǎn)矩,另一方面由于同步齒形帶的

8、柔性,可克服由于電動(dòng)機(jī)軸和滾珠絲杠不平行而引起的失步現(xiàn)象。Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠的安裝方式,如圖6-3所示。X軸滾珠絲杠采用一端支承的方式,由X軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過同步齒形帶來驅(qū)動(dòng)。 圖6-3Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠的安裝1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2同步齒形帶3箱體4聯(lián)軸器5滾珠絲杠螺母副6支承座2.主傳動(dòng)保留原機(jī)床的主軸傳動(dòng)鏈,采用手動(dòng)掛擋變速的方法(也可拆除主軸傳動(dòng)鏈,通過對(duì)主電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的無級(jí)調(diào)速)。拆卸交換齒輪,在主軸末端安裝主軸脈沖編碼器(1024P/r,六脈沖輸出),以進(jìn)行螺紋切削。主軸脈沖編碼器的安裝,如圖6-4所示。圖6-4主軸脈沖編碼器的安裝1主軸脈沖編碼器2堵頭3主軸4主軸

9、箱圖6-5LD4系列電動(dòng)刀架1罩殼2刀臺(tái)3刀架座4刀架電動(dòng)機(jī)5霍爾開關(guān)6永久磁鐵3.刀架采用LD4系列電動(dòng)刀架取代原手動(dòng)四方刀架,如圖6-5所示。刀架的定位過程如下:系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)刀臺(tái)上升并轉(zhuǎn)位刀架到位發(fā)出信號(hào)刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)初定位精定位夾緊刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)換刀應(yīng)答。刀架的到位信號(hào)由刀架定軸上端四個(gè)霍爾開關(guān)和永久磁鐵檢測(cè)獲得。四個(gè)霍爾開關(guān)分別為四個(gè)刀位的位置,當(dāng)?shù)杜_(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí),帶動(dòng)永久磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定刀位時(shí),通過霍爾開關(guān)輸出到位信號(hào)。二、數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用上海開通數(shù)控公司的KT400-T經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)。圖6-6所示為KT400-T系統(tǒng)的面板示意圖。圖6-6KT400

10、-T系統(tǒng)的面板示意圖1CRT2數(shù)字及符號(hào)鍵3字母鍵4輸入鍵5功能鍵6循環(huán)停止鍵7復(fù)位鍵8循環(huán)啟動(dòng)鍵9進(jìn)給倍率修調(diào)鍵10主軸速度修調(diào)鍵11手動(dòng)方向鍵1.系統(tǒng)面板及功能 圖6-7KT400-T系統(tǒng)背面的示意圖1A1端口2I/O 1端口3I/O 2端口4A3端口5A4端口6A5端口2.接口圖6-7所示為KT400-T系統(tǒng)背面的示意圖。 三、機(jī)床操作面板在KT400-T數(shù)控系統(tǒng)面板上,已集成了數(shù)控機(jī)床操作按鍵。為適應(yīng)操作需要,另設(shè)數(shù)控機(jī)床操作面板,如圖6-8所示。四、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用110BYG550系列五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī),步距角0.36/0.72。其中,Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為12Nm,X

11、軸為9Nm。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置為KT300步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置,該裝置采用環(huán)形分配集成電路、MOSFET功放器件、恒流斬波及鎖定自動(dòng)降電流等控制技術(shù),KT300步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置的外觀如圖6-9所示。數(shù)控系統(tǒng)KT400-T和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置KT300及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連接關(guān)系,如圖6-10所示。圖6-8數(shù)控機(jī)床操作面板1急停按鈕(SA1)2主軸正轉(zhuǎn)(SB7)、反轉(zhuǎn)(SB8 )、停止(SB6)按鈕3X軸正向(SB2)、負(fù)向(SB3)按鈕4Z軸正向(SB4)、負(fù)向(SB5)按鈕5冷卻開/關(guān)(SB1)按鈕6循環(huán)停止STOP(SB9)按鈕7循環(huán)啟動(dòng)START(SB10)按鈕圖6-9KT300步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置1脈沖信號(hào)指示燈2電源指示燈3控制信號(hào)輸入插座4電源輸入接線端子5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源接線端子圖6-10KT400-T與KT300的連接五、電氣控制 電源圖6-11所示為這臺(tái)機(jī)床的電源配置。 圖6-11電源配置圖6-12I/O定義a)I/O 1b)I/O 2圖6-13主軸及刀架的控制電路圖a)控制電路b)主電路六、調(diào)試數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)P0P120涉及有關(guān)坐標(biāo)軸參數(shù)、驅(qū)動(dòng)特性參數(shù)等,調(diào)整好這些參數(shù),將有利于數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。1.有關(guān)坐標(biāo)軸的參數(shù) 限位P21、P22參數(shù)為X軸正向和負(fù)向軟限位值,極限值為+8388mm和-8388mm。圖6-14機(jī)床參考點(diǎn)2.有關(guān)驅(qū)動(dòng)特