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基於（yú）開放式數控（kòng）係統的CKJ6136A車床改造

2017-1-3 來（lái）源：廣州番禺職業技術學院機電學院作者：竇凱朱洪雷鍾飛龍廖傳輝曹甜學侯文峰

摘要（yào）：在分析數控車床改造要（yào）求的基礎上，描述（shù）了（le）伺服電機的選擇、參考點的設定與調整、進（jìn）給傳動鏈誤差補償的方法以及變頻調速（sù）器、數控係統參數的設置，改造後車床的加工精度滿足生產要（yào）求。

關鍵（jiàn）詞：車床；開放式數控係統；數控裝置參（cān）數

1. CKJ6136A簡介及改造要求

CKJ6136A數控車床是一台簡易型數控（kòng）車床，配置某公司（sī）早期（qī）的GSK928數控係統（tǒng），X 軸、Z 軸采用步（bù）進電機驅動，主傳動采用異步電機、齒輪變速。由於機床原數控係統頻出故障且（qiě）為已淘汰產品，無法維修，但該機床導軌、絲杠、主軸等精度保持較好，因此具有改造價值。為適應加工時能選（xuǎn）擇（zé）更加合理的切削用量，從（cóng）而獲得最佳的生產（chǎn）率、加工精度和表麵質量的加工要求（qiú），主傳動要能實現無級變速且具有較寬的調（diào）速範圍。為保證加工精度和增加伺服（fú）驅動能力，X 軸、Z 軸采用交流伺服電機（jī）驅動，數控係統選用HNC-21TD開放式數控係（xì）統。

2.電機的選（xuǎn）擇（zé）與安裝（zhuāng）

2.1 主軸電機

主（zhǔ）電機的選擇采取類比法，經過（guò）與同類型數控車床的床身上最大回轉（zhuǎn）直徑、主軸轉速範圍、主電機功率等技術參（cān）數比較，結合主傳動係統的基本（běn）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 kW，額定轉速為2500 r/min。該電機結構緊湊，體積小，重量輕，功率密度高；電磁振動小，旋轉精度高，恒轉矩及恒功率調速範圍寬；轉子慣性小，響應速度（dù）快；氣隙（xì）均（jun1）勻，平衡精（jīng）度（dù）高，轉矩脈動小；性（xìng）價比高.

2.2 進給伺服電機

X 軸與（yǔ）Z 軸（zhóu）進給電機的選擇采用類比和校（xiào）核計算相結合的方法，即經過（guò）與同類型數控車床的X 軸、Z 軸快速進給速度、最小輸（shū）入單位、重複定位精度、快速空（kōng）載（zǎi）轉矩、切削力矩、快速進給力矩、轉動慣量等（děng）技（jì）術參（cān）數比較，初步確定交流伺服電機型號，而後進行轉矩校核計算和轉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（yòng）類比法參照同類型數控車床初步選用GK6061交流伺服（fú）電機作（zuò）為X 軸驅（qū）動電機（同（tóng）理，Z 軸選用GK6062交流（liú）永磁（cí）伺服電機）。

2.2.1 切（qiē）削力（lì）及絲杠的進給牽引力計算

依據主（zhǔ）傳動功率計算法，主切削力為[2]：

車刀受到的車削抗力（lì）由（yóu）拖（tuō）板傳遞到導軌上，與進給絲杠的牽引力相平衡。對於綜合型導軌，絲杠的進給牽引力為：

2.2.2 轉動慣量（liàng）匹配校核（hé）

拖板及絲杠等折算（suàn）到電（diàn）機軸（zhóu）的等效轉動慣量為：

2.2.4 電機的安裝

更換主軸電機與進給伺（sì）服電機後，新電（diàn）機（jī）與機床原有電機的安裝尺（chǐ）寸不同，因此均采用過渡連接板的方式來實現電機的固（gù）定（dìng）。

2.3 主軸脈衝發生（shēng）器的安裝

脈衝發生器安裝在床頭箱（xiāng）的後端，並通過一對傳動比為1∶1的齒輪（lún）與主軸相聯，工作時，脈衝發生器與（yǔ）主軸同步旋轉，數控裝置控製進給伺服電機準確（què）地配合主軸（zhóu）的旋轉而產生（shēng）進（jìn）給運動。從而保證主軸每轉1轉，螺紋（wén）車刀移動1個導程，同時還保證每次走刀都在工件的同一點切入（rù），使螺紋不亂扣。

3. 控製（zhì）係統的（de）參數設置

3.1 主軸變（biàn）頻裝置

選用（yòng）日立（lì）SJ300 變頻器（qì），多（duō）數參數保留默認值，部分參數根據（jù）需求進行設置（zhì）。主要參數設置如表1所示（shì）。

表1 變頻器參數設（shè）置表

3.2 數控（kòng）裝（zhuāng）置

HNC-21TD數控裝置通電後經自檢（jiǎn）進入主（zhǔ）控界麵（miàn），為保證改造（zào）後的數控機床能正常運行，必須進行（háng）參數優化。進入係統參數設置菜單，對照硬件檢查係統參數是否正確，同時按表2所示數據核查（chá）設置參（cān）數[1]。

表2 HNC-21TD參數設置表

3.3 PLC參數

在（zài）PLC 程序中機（jī）床輸入的開關量信號定義為（wéi）X，即各（gè）接口中的I 信號；輸出到機床的開關量信號定義為Y，即各接口（kǒu）中的O 信號。將（jiāng）各個接口HNC-21 本地遠程（chéng）I/O 端子板中的I/O（輸入/輸出）開關（guān）量分別定義為係統程序中的X 、Y 變量，需要通過設置硬件配置參數和（hé）PMC 係統參數（shù）來實現，主要參（cān）數如表3所示。

表3 PLC參數設置表

4. 機電聯（lián）調

4.1 參考點的設定與調整

隨滑板一起運動的減速擋塊釋放參考（kǎo）點開關觸頭使其由通轉為斷，機床滑板減速並以設定的速度繼續移動，減速可使參考點停留位置準確。采用（yòng）脈衝編碼器上的格柵信號來確定參考點，當減速擋塊（kuài）釋放參考點開關觸頭使其觸點狀態由（yóu）斷再轉為通後，數控係統將等待碼盤上的第1個格柵信號，該信（xìn）號一出現，滑板（bǎn）立刻（kè）停止運動，此時的位（wèi）置是電氣原（yuán）點。數控裝置會記憶該（gāi）點，調整（zhěng）時一般難於做到（dào）電氣原點與機床參考點位置完全一致（zhì），會存有一定誤（wù）差，實際調整中是通（tōng）過測量（liàng）這一誤差（chà）值，采取對參考（kǎo）點補償的方法（fǎ）進行（háng）校正。

即滑板（bǎn）到達電氣原點後會再移動一個補（bǔ）償量，從而準確到達機械參考點。數控係（xì）統啟動（dòng）後進入主界麵，按（àn）主（zhǔ）菜單F1（參數索（suǒ）引）鍵→選擇F3（坐標軸參數）→選擇軸2（Z 軸）→選擇“參考點（diǎn）開關偏差”，輸入參考點補償量即可。

4.2 進給傳動誤差補償

機床長期使用後，進給（gěi）傳動鏈運動部件會磨損並存在一定間隙，為恢複其加工精度，需（xū）進行間隙補償，即對數控裝置內的補償參數（Z 向參數地址、X 向參（cān）數地址）進行重新設定。補償量的具體測量方法是（shì）：使刀架從停（tíng）留位置向-Z 方向快速移動50 mm，將百（bǎi）分（fèn）表觸頭對準滑（huá）板的（de）+Z側，適當壓緊觸頭（tóu）並調整表針對零；讓（ràng）刀架從當前停（tíng）留位置再向-Z方向快速移動50 mm，刀架（jià）停（tíng）穩後使其從停留位置向（xiàng）+Z 方向（xiàng）快速移（yí）動（dòng）50 mm，讀出此時百分表的數值並記錄下來，重複進行5~10次，取算術平均值（zhí）作為間隙補償量。X方向間隙補（bǔ）償量的測定參照進行。

5. 結束（shù）語

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