【正文】 1 機(jī)械部分 精度恢復(fù)和機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)隨著機(jī)床使用的役齡的增加機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部件如導(dǎo)軌絲杠軸承等都有不用程度的磨損因此機(jī)床改造過程中的首要任務(wù)是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行類似于通常的機(jī)床大修以恢復(fù)機(jī)床精度達(dá)到新機(jī)床的制造標(biāo)準(zhǔn) 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率采用伺服電機(jī)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性盡量減小摩擦力選用滾珠絲杠螺母副以及滾動(dòng)導(dǎo)軌同時(shí)為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機(jī) 構(gòu)齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu) 保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)由于添加了自動(dòng)加工螺紋功能因此在主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器這樣既保留了機(jī)床原有的功能又降低了改造工作量如果要自動(dòng)改變切削速度可采用交流變頻調(diào)速這樣改造成本較高本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng) 2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 為保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和機(jī)床加工精度取消原機(jī)床的滑動(dòng)絲桿螺母副選用摩擦小傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副并應(yīng)用預(yù)緊機(jī)構(gòu)以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙 當(dāng)機(jī)床加工精度要求不是很高尤其是對(duì)于開環(huán)控制系統(tǒng)一般不作導(dǎo)軌改造調(diào)整改造可 大為降低改造成本 輔助裝置指的是數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件如冷卻系統(tǒng)排屑裝置采用原有的冷卻和排屑裝置自動(dòng)換刀裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等 1 對(duì)刀架部分的改造通過將原機(jī)床的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架來實(shí)現(xiàn)換刀切削自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見的形式是螺旋型四工位刀架由數(shù)控系統(tǒng)直接控制效率高工藝性能可靠 拆除原機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用伺服電機(jī)經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿帶動(dòng)刀架縱向或橫向運(yùn)動(dòng)在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩足夠大構(gòu)件許可時(shí)可以不用減速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)直接與絲桿副相連 在這里我使用電控柜裝置在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)原機(jī)床的電器控制部分一般 只能報(bào)廢重新按數(shù)控化改造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)中要特別注意的是數(shù)控系統(tǒng)各接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式要相配并且在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路實(shí)物圖如下所示 圖 21 電柜箱 1 圖 22 電柜箱 2 4 數(shù)控部分 1 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床數(shù)控化改造的核心數(shù)控改造的目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)故障率低 伺服驅(qū)動(dòng) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制 X和 Y軸的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而控制進(jìn)給兩達(dá)到高精度的加工零件這里我們采用和華中數(shù)控系統(tǒng)匹配的驅(qū)動(dòng)器 HSV160B 和 GK6 系列交流永磁伺服電機(jī) 5 整體調(diào)試 整機(jī)聯(lián)接調(diào) 試舊機(jī)床上述各個(gè)部件的改造過程完成后就可對(duì)組裝后改造機(jī)床各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試一般先對(duì)電氣控制部分進(jìn)行調(diào)試看單個(gè)動(dòng)作是否正常然后再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試階段 第 3 章 機(jī)械部分改造 31 主傳動(dòng)系統(tǒng) 系統(tǒng)的介紹 主軸電機(jī)采用車床原有的三相異步電動(dòng)機(jī)在主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器這樣既保留了機(jī)床原有的功能又降低了改造工作量本次改造主軸電動(dòng)機(jī)不做任何改動(dòng)為了保證車螺紋時(shí)嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系在主軸箱上安裝脈沖發(fā)生器通過主軸脈沖發(fā)生器數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈刀架縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng) 主軸 脈沖發(fā)生器 為了加工螺紋或絲杠需要配置主軸及脈沖發(fā)生器作為車床位置信號(hào)的反饋元件它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)輸送給數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理從而控制機(jī)床縱向橫向伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的根據(jù)實(shí)際需要在這里我選用海德 ISC58150021 增量編碼器ISC58150021 增量編碼器技術(shù)參數(shù)如表 31 所示 表 31 ISC58150021 增量編碼器技術(shù)參數(shù) 輸出波形 方波 電源電壓 DC5 或 512V1224V 消耗電流 ≤150mA 工作濕度 3085 無結(jié)霜 響 應(yīng)頻率 0～ 120KHZ 電源電壓 9806ms 載空比 05T177。 33 螺桿外徑 244 螺桿內(nèi)徑 2178 螺桿紋接觸直徑 21835 螺母螺紋直徑 28212 螺母內(nèi)徑 25635 2 橫向進(jìn)給的計(jì)算 1 假設(shè)已知條件工作臺(tái)重量 W 2300N 時(shí)間常數(shù) t 25ms 滾珠絲 杠基本導(dǎo)程 L0 4mm 左旋 快速進(jìn)給速度 98mmin《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知切削功率 PC Pη K 公式 37 式中 P 電動(dòng)機(jī)功率查機(jī)床說明書 P 4kw η主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率一般為 075～ 085η 08 k 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)取 k 096 則 PC Pη K 3072kw 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力 或轉(zhuǎn)矩 和最大切削轉(zhuǎn)速 或轉(zhuǎn)速 來計(jì)算即 PC 或 PC 式中 FZ 主切削力 N ν切削速度 T 切削轉(zhuǎn)矩 N178。 310179。 002 電源 15～ 10 調(diào)速比 202101 脈沖頻率 ≤ 500kHz 控制輸入 ①伺服使能 ②報(bào)警清除③偏差計(jì)數(shù)器清零④指令脈沖禁 止⑤ CCW 驅(qū)動(dòng)禁止⑥ CW 驅(qū)動(dòng)禁止 控制輸出 ①伺服準(zhǔn)備好輸出 ②伺服報(bào)警輸出 ③定位完成輸出速 度到達(dá)輸出 位置控制 輸入方式 ①兩相 AB 正交脈沖②脈沖方向③ CCW 脈沖 CW 脈沖 電子齒輪 1～ 327671～ 32767 反饋脈沖 電機(jī)編碼器線數(shù) 1024 Pusler2021 Pusler2500 Pusler 6000 Pusler 加減速功能 參數(shù)設(shè)置 1 ～ 10000ms 02021rmin 或20210rmin 監(jiān)視功能 轉(zhuǎn)速當(dāng)前位置指令脈沖積累位置偏差電機(jī)轉(zhuǎn)矩 電機(jī)電流轉(zhuǎn)子位置指令脈沖頻率運(yùn)行狀態(tài)輸入輸 出端子信號(hào)等 保護(hù)功能 超速主電源過壓欠壓過流過載制動(dòng)異常編碼 器異?？刂齐娫辞穳哼^熱位置超差等 操作 6 位 LED 數(shù)碼管 5 個(gè)按鍵 適用負(fù)載慣量 小于電機(jī)慣量的 5 倍 54 伺服電機(jī) 1 伺服電機(jī) 21T 及驅(qū)動(dòng)器 HSV160B 匹配的登奇 GK6023 交流永磁伺服電機(jī)關(guān)于登奇GK6023 交流永磁伺服電機(jī)參數(shù)如下表 61 所示 表 61 型號(hào) 登奇 GK60238AF31 額定功率 017kW 額定 電壓 220V 轉(zhuǎn)速范圍 01500rmin 縱向伺服電機(jī) 900rmin 橫向伺服電機(jī) 1200rmin 控制伺服電動(dòng)機(jī)的工作連接圖如圖 65 所示 圖 65 工作步驟方框圖 2 伺服電機(jī)與系統(tǒng)的連接 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與華中 HNC21世紀(jì)星數(shù)控裝置是通過 XS30～ XS33脈沖接口控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器裝置在這里采用伺服電機(jī)登奇 GK6023 驅(qū)動(dòng)器 HSV160B與數(shù)控系統(tǒng) HNC21T 連接 3 伺服調(diào)試 1 再次確認(rèn) PLC 對(duì)伺服部分的控制邏輯主要包括上電使能禁止和電路準(zhǔn)確無誤 2 松開急停按鈕使中間繼電器 KA 通電見 210 節(jié)接通伺服動(dòng)力電源 3 檢查抱閘電機(jī)的抱閘已經(jīng)打開可測(cè)量抱閘控制電源 DC24V 或在系統(tǒng)通電時(shí)刻仔細(xì)聆聽抱閘打開時(shí)發(fā)出的噠聲來判斷抱閘是否打開 4 若伺服驅(qū)動(dòng)器帶有手持編程器可用該手持編程器直接控制電機(jī)運(yùn)行以檢驗(yàn)伺服與電機(jī)連接的正確性 5 將逐個(gè)軸的軸類型設(shè)為 1 使數(shù)控裝置對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制使能有效逐步調(diào)試各進(jìn)給軸的伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī) 6 所有進(jìn)給軸調(diào)試好后可檢查各軸的回參考點(diǎn)功能 第 6 章 機(jī)床的安裝與調(diào)試 61 數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試 參數(shù)設(shè)置 HNC21 數(shù)控裝置通電后經(jīng)自檢進(jìn)入主控制畫 面進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置菜單請(qǐng)對(duì)照現(xiàn)場(chǎng)硬件檢查系統(tǒng)參數(shù)是否正確建議按以下順序核查設(shè)置參數(shù)帶號(hào)項(xiàng)是用戶可隨機(jī)調(diào)整項(xiàng) 表 61 系統(tǒng)參數(shù) 參數(shù)名 值 說明 差補(bǔ)周期 8 差補(bǔ)周期為 8 毫秒 刀具壽命管理 0 刀具壽命管理禁止 移動(dòng)軸脈沖當(dāng)量分母 1 移動(dòng)軸內(nèi)部脈沖當(dāng)量為 1 微米 旋轉(zhuǎn)軸脈沖當(dāng)量分母 1 旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部脈沖當(dāng)量為0001 度 表 62 通道參數(shù) 參數(shù)名 值 說明 通道使能 1 0 通道使能 X 軸軸號(hào) 0 X軸部件號(hào) Z 軸軸號(hào) 2 Z 軸部件號(hào) 主軸編碼器部件號(hào) 1 或 23 根據(jù)實(shí)際設(shè)定 主軸編碼器每轉(zhuǎn) 脈沖數(shù) 0 根據(jù)實(shí)際設(shè)定 移動(dòng)軸拐角誤差 1000 禁止更改 旋轉(zhuǎn)軸拐角誤差 1000 禁止更改 通道內(nèi)部參數(shù) 0 禁止更改 注 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置選 0 通道 其余通道不用 表 63 坐標(biāo)軸參數(shù) 參數(shù)名 值 軸 0 軸 1 軸名 X Z 所屬通道號(hào) 0 軸類型 0 0 外部脈沖當(dāng)量分子 1 外部脈沖當(dāng)量分母 1 正軟極限位置 2021000 負(fù)軟極限位置 2021000 回參考點(diǎn)方式 2 回參考點(diǎn)方向 參考點(diǎn)位置 0 參 考 點(diǎn)開 關(guān)偏 差 0 回參考點(diǎn)快移速度 500 回參考點(diǎn)定位 速度 200 單向定位偏移值 1000 最高快移速度 1000 最高加工速度 500 快移加減速時(shí)間常數(shù) 100 快移加減速捷度時(shí)間常數(shù) 60 加工加減速時(shí)間常數(shù) 100 加工加減速捷度時(shí)間常數(shù) 60 定位允差 20 伺服驅(qū)動(dòng)器 型號(hào) 串行接口式 49 脈沖接口式 45 模擬接口式 41 伺服驅(qū)動(dòng)器部件號(hào) 0 1 位置環(huán)開環(huán)增益 3000 位置環(huán)前饋系數(shù) 0 速度環(huán)比例系數(shù) 2021 速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 100 最大力矩值 150 額定力矩值 100 最大跟蹤誤差 12021 電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 2500 表 64 軸補(bǔ)償參數(shù) 參數(shù)名 值 X 軸 Z 軸 反向間隙 0 螺補(bǔ)類型 0 表 65 硬件配置參數(shù) 參數(shù)名 型號(hào) 標(biāo)識(shí) 地址 配置 [0] 配置 [1] 部件 0 5301 串行式 49 伺服電機(jī) 46 脈沖式 45 模擬式 4142 0 0 0 部件 1 1 0 部件 2 2 0 部件 3 3 0 部件 20 13 0 0 部件 21 13 1 0 部件 22 15 4 0 部件 23 32 4 0 部件 24 31 5 0 表 66 PMC 系統(tǒng)參數(shù) 參數(shù)名 值 備注 開關(guān)量輸入總組數(shù) 46 開關(guān)量輸出總組數(shù) 38 輸入模塊 0 部件號(hào) 21 外部輸入開關(guān)量 組數(shù) 30 輸入模塊 1 部件號(hào) 20 編程鍵盤與機(jī)床操作面 板輸入開關(guān)量 組數(shù) 16 輸入模塊 N 部件號(hào) 1 N 27 組數(shù) 0 輸出模塊 0 部件號(hào) 21 外部輸出開關(guān)量 組數(shù) 28 輸出模塊 1 部件號(hào) 22 主軸 DA 對(duì)應(yīng)數(shù)字量 組數(shù) 2 輸出模塊 2 部件號(hào) 20 輸出到編程鍵盤與機(jī)床 操作面板開關(guān)量 組數(shù) 8 輸出模塊 N 部 件號(hào) 1 N 37 組數(shù) 0 手持單元 0 部件號(hào) 24 外部狀態(tài)檢查 1 開關(guān)量輸入輸出狀態(tài)的顯示 通過查看 PLC 狀態(tài)用戶可以檢查機(jī)床輸入輸出開