机床的数控化改造

广东技术师范学院学报2004年第4期Journal of Guangdong Polytechnic Normal UniversityNo.4,2004机床的数控化改造杨永姚屏广东技术师范学院机电系,广东广州510635)摘要∶机床数控化改造的过程复杂改造后的机床在满足机床使用性能的前提下其过程还必须要做到科学、合理和有序,在此原则给岀机床数控化改造的一般步骤并对一台型号为X53的铣床用德国西门子802s数控系统、步进驱动系统数控化改造后其机床的使用性能完全满足要求关键词:机床漖控改造中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1672-402X(2004)4-0078-041引言3机床数控化改造我国大多数制造行业和企业的生产、加工装备3.1数控机床的控制原理绝大数是传统的机床.用这种装备加工出来的产品对于传统普通机床来说其电气部分主要是控普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期制主轴电动机的转速冷却泵的启动和停止等而进长从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响给轴的控制主要是车螺纹个企业的产品、市场、效益影响企业的生存和发数控机床除了对主轴的调速有要求外对于主展.只有做好机床的数控化改造才能解决这些问轴的速度和位置控制都有更高的要求,一台典型的题从而应对世界制造中心移植我国的必然趋势数控机床其全部的电气控制系统如图1所示2数控机床的优势程清单敌人数→控系纫信息载体一丽控了编程逐租属气硬件电离小班编程器→系控制器L(电控柜)以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲 CAD/CAM面等复杂的零件上位机除输出(2)以实现加工的自动化而且是柔性自动速度挖制的示一位置控制单办化零件加工的程序化.用程序控制加工精度而不图1数控机床电气控制系统组成是人为的技术水平队从而效率可比传统机床提高3数据输入装置将指令信息和各种应用7倍数据输入数控系统的必要装.目前常用的输入装置(3加工零件的精度高尺寸分散度小使装配有3.5m软盘驱动器、CNC键盘一般输入操作)数容易不再需要”修配”控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存(4河实现多工序的集中減少零件在机床间储保护P℃计算机等等的频繁搬运3.1.2数控系统是数控机床的中枢,它将接到(5有自动报警自动监控自动补偿等多种的全部功能伞行算然后有序地发出各自律功能因而可实现长时间无人看管加工中国煤化种需CNM功能的控制指令直收稿日期:2004-05-11作者简介:杨永19〗77-)男安徽灵璧人广东技术师范学院教师主要从事计算机数控系统的自适应控制技术、机电一体化等方面的研究工作至运动和功能结束的节距精度所以系统的位移精度较低3.1.3可编程逻辑控制器是机床各项功能的3.2.2步电动机或直流电机拖动光栅测量反逻辑控制中心.它将来自CNC的眢种运动及玏能指馈旳閉环数控系统令进行逻辑排序使它们能够准确地、协调有序地安该系统与开环系统的区别是油光栅、感应同步全运行同时将来自机床的各种信息及工作状态传器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号随时送给CNC使CNC能及时准确地发岀进一步的控制与给定值进行比较将两者的差值放大和变换驱动指令如此实现对整个机床的控制执行机构以给定的速度向着消除偏差的方向运动,3.1.4主轴驱动系统接受来自CNC的驱动指直到给定位置与反馈的实际位置旳差值等于零为令经速度与转短(功率)调节输岀驱动信号驱动主止.閉环进给系统在结构上比开环进给系统复杂,电动机转动同时接受速度反馈实施速度闭环控制.成本也高对环境室温要求严.设计和调试都比开它还通过PC将主轴的各种现实工作状态通告CNC环系统难.但是可以获得比开环进给系统更高的精用以完成对主轴的各项功能控制度更快的速度驱动功率更大的特性指标.可根据3.1.5进给伺服系统接受来自CNC对每个运产品技术要求决定是否采用这种系统动坐标轴分别提供的速度指令经速度与电流(转3.2.3直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭矩阓调节输岀驱动信号驱动伺服电机转动实现机床环数控系统坐标轴运动同时接受速度反馈信号实施速度闭环半闭环系统检测元件安装在中间传动件上间控制.它也通过PC与CNC通信通报现时工作状接测量执行部件的位置.它只能补偿系统环路內部态并接受CNC的控制部分元件的误差因此它的精度比闭环系统的精度3.1.6速度测量通常由集裝于主轴和进给电低但是它的结构与调试都较闭环系统简单.在将动机中的测速机来完成.它将电动机实际转速匹配角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号与个整体时则无需考虑位置检测裝置的安装问题指令速度电压值相比较从而实现速度的精确控制3.3机床数控化的改造3.1.7位置测量较早期的机床使用直线或圆3.3.1定改造方案形同步感应器或者旋转变压器而现代机床多采用(1胤械修理与电气改造相结合.一般来说需光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件.它们进行电气改造的机床都需进行机械修理.要确定对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接修理的要求、范围、内容池要确定因电气改造而需的测量将测量值反馈到CNC并与指令位移相比较进行机械结构改造的要求、内容还要确定电气改造直至坐标轴到达指令位置从而实现对位置的精确与机械修理、改造之间的交错时间要求.机械性能控制的完好是电气改造成功的基础3.2数控系统的选择(2屎采取由易到难局部与整体相结合.把整个3.2.1进电机拖动的开环系统电气部分改造先分成若干个子系统进行如数控系该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分步进电机、电液脉冲马达等.由数控系统送岀的进等待各系统基本成型后再互联完成全系统工作.给指令脉冲经驱动电路控制和功率放大后使步进这样可使改造工作减少遗漏和差错.在毎个子系统电机转动通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件.工作中应先做技术性较低的、工作量较大的工作只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序便可然后中国煤化工的工作使人的注意力控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向.这能集CNMHG种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输(3分配改造任务落实参改人员责任.根据各入端故称之为开环系统,该系统旳位移精度主要决个划分开的子系统确定人员职责有主有次便于定于步进电机的角位移精度齿轮丝杠等传动元件组织与协调4)确定改造范围与周期作局部改造则应对保留电气部分进行保养和最佳3.3.2技术准备化调整.如强电部分的零件更换电机的保养变压(1瓶机械部分的准备工作.为配合电气改造而器的烘干绝缘污染的清洁通风冷却装置的清洗需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零伺服驱动裝置的最佳化调整老化电线电缆的更新件制作等应先期完成.同时对停机后需拆、改、加工连接件的紧固等等.只有对保留的电气部分做好过的部分等应事先规划完毕提岀明确要求与整个改细的最佳化调整工作,才能保证改造后的机床有较造工作衔接得当低的故障率(2造方案电气部分准备.新系统有许多新3柝除原系统.原系统的拆除必须对照原图功能、新要求、新技术因此改造前应熟悉技术资料,纸仔细进行及时在图纸上作出标记防止遗漏或包括系统原理说眀、线路图、PC梯形图及文本、安过扳局部改造情况下).在拆的过程中也会发现装调试说明、使用手册、编程手册等.要有充裕的时些新系统设计中的欠缺之处应及时补充与修正拆间来对上述资料进行翻诹进口系统)消化、整理、下的系统及零件应分门别类妥善保管,以备万一改核对做到思路清晰层次分明造不成功或局部失败时恢复使用.还有一定使用价(3胺接口设备的准备.新旧系统接口的转换设值的可作其他机床备件用.切忌大手大脚乱扔乱计根据每台设备改造范围不同需事先设计接口部放分转换若全部改造的应设计机电转换接口、操作4)冾理安排新系统位置及布线.根据新系统面板控制与配置、互联部分接点、参数测量点、维修设计图纸合理进行新系统配置,包括箱体固定、面位置等要求操作与维修方便、合理线路走向通顺、板安放、线路走向和固定、调整元器件位置、密封及中小连接点少强弱电干扰最小,备有适当裕量等.必要装饰等.连线工作必须分工明确,有人复查检局部改造的还需要考虑新旧系统的性能匹配、电压验以确保连线工艺规范、线径合适、正确无误、可靠极性与大小变换、安裝位置、数模转换等必要时需美观自行制作转换接口(5赒调试.调试必须按事先确定的步骤和要求(4凋调试步骤与验收标准的确定.新的电气系进行.调试人员应头脑冷静随时记录以便发现和统改造完以后怎样进行调试以及确定合理的验收解决问题.调试中首先试安全保护系统灵敏度防标准也是技术准备工作的重要一环.调试工作涉止人身、设备事故发生.调试现场必须清理干净无及机械、液压、电气、控制、传感等因此必须由项目多余物品各运动坐标拖板处于全行程中心位置能负责人进行其它人员配合.调试步骤可从简到繁,空载试验的先空载后加载瀧能模拟试验的先模拟从小到大从外到里进行也可先局部后全局先子后实动能手动的先手动后自动系统后整系统进行.验收标准是对新系统的考核,3.4改造后机床的测试与验收制定时必须实事求是过高或过低的标准都会对改3.4.1改造后机床的测试造工作产生负面影响.标准一旦确定下来不能轻(1殿控机床改造后的测试内容主要是对电源易修改因为它牵涉到整个改造工作的各个环节电压、频率及相序的确认等.首先要测试变压器的3.3.3机床改造工作的实施容量是否能满足控制单元与伺服系统的电耗淇其次(1道先对需改造的旧机床的全面保养.机床测试电压波动是否在允许范围之内;于采用晶体经长期使用后会不同程度地在机械、液压、润滑、清管控制元件的速度控制单元与主轴控制单元的供电洁等方面存在缺陷所以首先要进行全面保养其电口中国煤化工次应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测CNMHG是否对地短路量记录在案.这样既可对改造工作起指导参考作(3)测试印刷线路板上的电压是否正常各种用又可在改造结束时作对比分析用直流电压是否在允许的波动范围之内.一般来说,2赒调整、优化原有的电气部分.若对电气系统对+5V电源要求较高波动范围在±5%4测试数控系统与机床侧的各种接口信号以续这对该设备的今后稳定运行是十分重要的及PLC的输出驱动电压是否满足要求等4结论3.4.2改造后机床的验收1)首先验收改造后数控机床的机械部分.经用 SINUMERIK802SC数控系统、步进驱动系统过机械修理和改造以及全面保养机床的各项机械对一台型号为x53的铣床进行X、YZ三轴数控改性能应达到要求几何精度应在规定的范围内造深留了原有的主轴系统和冷却系统改造的三轴(2)气控制功能和控制精度验收.电气控制在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构.整个改的各项功能必须达到动作正常,灵敏可靠,控制精造工作包括机械设计、电气设计、机床大修最后是度应用系统本身的功能如步进尺寸等标准计量整机的安装和调试.铣床改造后加工有效行程X器具(如激光干涉仪、坐标测量仪等对照检查达到YZ轴分别为630240280m撮大速度X/Y/Z轴精度范围之内.同时还应与改造前机床的各项功能分别为300000mmin手动进给速度X/Y/和精度作出对比获得量化的指标差Z轴分别为2000800/500mm/min最小移动单位为3试件切削.可以参照国内外有关数控机床0.0m切削试件标准在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削.试件切削可验收机床刚度、切削力、噪参考文献声、运动轨迹、关联动作等,一般不宜采用产品零件[11王夫,数控机床故障诊断及维折M北京机械工业出版社2002:79-116作试件使用4图纸、资料验收.机床改造完后应及时将图[2]李宏胜.数控原理与系统M]北京机械工业出版社199853-94纸包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)资料包[3]张新义.经济型数控机床系统设计M]北京机械工括各类说明书改造档案包括改造前、后的各种记业出版社1994101-130录汇总、整理、移交入档.保持资料的完整、有效、连[审稿李玉忠]The Machine Remould by Installing NCDept. of Electronic Machinery Guangdong Polytechnic Nomal University Guangzhou 510635, China)Abstract: The process of installing NC to machine is complex. If wanting to the machine installed NC can be metthe use capability the process of installing nc to machine must be scientific reasonable and order. At these principlesthe steps are born we can follow these steps to install the Cnc of siemens 802S to a mill which type is X53. All of theperformances of machine after remoulding can meet useKey words: machine 'NC 'remould中国煤化工CNMHG