基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的CKJCKJ6136A車床改造
2017-7-24 來源： 廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：竇 凱 朱洪雷 鐘飛龍 廖傳輝 曹甜學(xué)
摘要：在分析數(shù)控車床改造要求的基礎(chǔ)上，描述了伺服電機的選擇、參考點的設(shè)定與調(diào)整、進給傳動鏈誤差補償?shù)姆椒ㄒ约白冾l調(diào)速器、數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，改造后車床的加工精度滿足生產(chǎn)要求。
關(guān)鍵詞：車床；開放式數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控裝置參數(shù)
1.CKJ6136A簡介及改造要求
CKJ6136A數(shù)控車床是一臺簡易型數(shù)控車床，配置某公司早期的GSK928數(shù)控系統(tǒng)，X軸、Z軸采用步進電機驅(qū)動，主傳動采用異步電機、齒輪變速。由于機床原數(shù)控系統(tǒng)頻出故障且為已淘汰產(chǎn)品，無法維修，但該機床導(dǎo)軌、絲杠、主軸等精度保持較好，因此具有改造價值。為適應(yīng)加工時能選擇更加合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量的加工要求，主傳動要能實現(xiàn)無級變速且具有較寬的調(diào)速范圍。為保證加工精度和增加伺服驅(qū)動能力，X 軸、Z 軸采用交流伺服電機驅(qū)動，數(shù)控系統(tǒng)選用 HNC-21TD 開放式數(shù)控系統(tǒng)。
2 電機的選擇與安裝
2.1 主軸電機
主電機的選擇采取類比法，經(jīng)過與同類型數(shù)控車床的床身上最大回轉(zhuǎn)直徑、主軸轉(zhuǎn)速范圍、主電機功率等技術(shù)參數(shù)比較，結(jié)合主傳動系統(tǒng)的基本要求，選擇GM710三相交流伺服變頻電機為主軸電機。GM710 電機功率為 5.5 k W，額定轉(zhuǎn)速為2500 r/min。該電機結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，功率密度高；電磁振動小，旋轉(zhuǎn)精度高，恒轉(zhuǎn)矩及恒功率調(diào)速范圍寬；轉(zhuǎn)子慣性小，響應(yīng)速度快；氣隙均勻，平衡精度高，轉(zhuǎn)矩脈動小；性價比高。
2.2 進給伺服電機
X 軸與 Z 軸進給電機的選擇采用類比和校核計算相結(jié)合的方法，即經(jīng)過與同類型數(shù)控車床的X軸、Z軸快速進給速度、最小輸入單位、重復(fù)定位精度、快速空載轉(zhuǎn)矩、切削力矩、快速進給力矩、轉(zhuǎn)動慣量等技術(shù)參數(shù)比較，初步確定交流伺服電機型號，而后進行轉(zhuǎn)矩校核計算和轉(zhuǎn)動慣量匹配性校核計算，滿足要求即可。下述為 X 軸電機選擇流程，用類比法參照同類型數(shù)控車床初步選用 GK6061 交流伺服電機作為 X 軸驅(qū)動電機（同理，Z 軸選用 GK6062 交流永磁伺服電機）。
2.2.1 切削力及絲杠的進給牽引力計算
依據(jù)主傳動功率計算法，主切削力為[2]：
車刀受到的車削抗力由拖板傳遞到導(dǎo)軌上，與進給絲杠的牽引力相平衡。對于綜合型導(dǎo)軌，絲杠的進給牽引力為：
2.2.2 轉(zhuǎn)動慣量匹配校核
拖板及絲杠等折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量為：
2.2.3 轉(zhuǎn)矩校核
1）快速空載啟動時的等效轉(zhuǎn)矩 Teq1
2.2.4 電機的安裝
更換主軸電機與進給伺服電機后，新電機與機床原有電機的安裝尺寸不同，因此均采用過渡連接板的方式來實現(xiàn)電機的固定。
2.3 主軸脈沖發(fā)生器的安裝
脈沖發(fā)生器安裝在床頭箱的后端，并通過一對傳動比為1∶1的齒輪與主軸相聯(lián)，工作時，脈沖發(fā)生器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)控裝置控制進給伺服電機準確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生進給運動。從而保證主軸每轉(zhuǎn) 1 轉(zhuǎn)，螺紋車刀移動 1 個導(dǎo)程，同時還保證每次走刀都在工件的同一點切入，使螺紋不亂扣。
3.控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置
3.1 主軸變頻裝置
選用日立 SJ300 變頻器，多數(shù)參數(shù)保留默認值，部分參數(shù)根據(jù)需求進行設(shè)置。主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。
表1 變頻器參數(shù)設(shè)置表
3.2 數(shù)控裝置
HNC-21TD數(shù)控裝置通電后經(jīng)自檢進入主控界面，為保證改造后的數(shù)控機床能正常運行，必須進行參數(shù)優(yōu)化。進入系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置菜單，對照硬件檢查系統(tǒng)參數(shù)是否正確，同時按表 2 所示數(shù)據(jù)核查設(shè)置參數(shù)[1]。
表2 HNC-HNC-21TD參數(shù)設(shè)置表
3.3 PLC參數(shù)
在PLC 程序中機床輸入的開關(guān)量信號定義為X，即各接口中的 I 信號；輸出到機床的開關(guān)量信號定義為 Y，即各接口中的 O 信號。將各個接口HNC-21 本地遠程 I/O 端子板中的 I/O（輸入/輸出）開關(guān)量分別定義為系統(tǒng)程序中的 X 、Y 變量，需要通過設(shè)置硬件配置參數(shù)和 PMC 系統(tǒng)參數(shù)來實現(xiàn)，主要參數(shù)如表3所示。
表3 PLC參數(shù)設(shè)置表
4.機電聯(lián)調(diào)
4.1 參考點的設(shè)定與調(diào)整
隨滑板一起運動的減速擋塊釋放參考點開關(guān)觸頭使其由通轉(zhuǎn)為斷，機床滑板減速并以設(shè)定的速度繼續(xù)移動，減速可使參考點停留位置準確。采用脈沖編碼器上的格柵信號來確定參考點，當減速擋塊釋放參考點開關(guān)觸頭使其觸點狀態(tài)由斷再轉(zhuǎn)為通后，數(shù)控系統(tǒng)將等待碼盤上的第 1 個格柵信號，該信號一出現(xiàn)，滑板立刻停止運動，此時的位置是電氣原點。數(shù)控裝置會記憶該點，調(diào)整時一般難于做到電氣原點與機床參考點位置完全一致，會存有一定誤差，實際調(diào)整中是通過測量這一誤差值，采取對參考點補償?shù)姆椒ㄟM行校正。即滑板到達電氣原點后會再移動一個補償量，從而準確到達機械參考點。數(shù)控系統(tǒng)啟動后進入主界面，按主菜單 F1（參數(shù)索引）鍵→選擇 F3（坐標軸參數(shù)）→選擇軸 2（Z 軸）→選擇“參考點開關(guān)偏差”，輸入?yún)⒖键c補償量即可。
4.2 進給傳動誤差補償
機床長期使用后，進給傳動鏈運動部件會磨損并存在一定間隙，為恢復(fù)其加工精度，需進行間隙補償，即對數(shù)控裝置內(nèi)的補償參數(shù)（Z向參數(shù)地址、X向參數(shù)地址）進行重新設(shè)定。補償量的具體測量方法是：使刀架從停留位置向-Z 方向快速移動 50 mm，將百分表觸頭對準滑板的+Z側(cè)，適當壓緊觸頭并調(diào)整表針對零；讓刀架從當前停留位置再向-Z 方向快速移動 50 mm，刀架停穩(wěn)后使其從停留位置向+Z 方向快速移動50 mm，讀出此時百分表的數(shù)值并記錄下來，重復(fù)進行 5~10 次，取算術(shù)平均值作為間隙補償量。X方向間隙補償量的測定參照進行。
5.結(jié)束語
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