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基於開（kāi）放式數控係統的CKJCKJ6136A車床改造（zào）

2017-7-24 來源：廣州（zhōu）番禺職業技術學（xué）院作者：竇凱朱洪雷鍾飛龍廖傳輝曹甜學

摘要：在（zài）分析數控車床改造要求的基礎上，描述了伺服電機的選（xuǎn）擇、參（cān）考點的設定（dìng）與調整、進給傳（chuán）動鏈（liàn）誤差補償的方法以及變頻調速器、數控係統參數（shù）的設置，改造後車床的加工精度滿（mǎn）足生產要求。

關鍵詞：車床；開放式數（shù）控係統；數（shù）控裝置參數

1.CKJ6136A簡介及改造要求

CKJ6136A數控車床是一台簡易型數控車床，配置某公司早期的GSK928數控係統，X軸、Z軸采（cǎi）用（yòng）步進（jìn）電機驅動，主傳動（dòng）采用異步電機、齒輪變速。由於機床原數控（kòng）係統頻出故障且為已（yǐ）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。為適應加工時能選擇更加合理的切（qiē）削用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表麵質量的加工要求，主傳動要能實現無級變（biàn）速且具有較寬的調速（sù）範圍（wéi）。為保（bǎo）證（zhèng）加工精度和增加伺服驅動能力，X 軸、Z 軸采用交流（liú）伺服電機驅動，數控係統選用 HNC-21TD 開放式數控係統。

2 電機的選擇與安裝（zhuāng）

2.1 主（zhǔ）軸電機

主（zhǔ）電機的選擇采取類比法，經過與同（tóng）類型數控車床的床身上最大回轉直徑、主軸轉速範圍、主電機功率等技術參數比較，結（jié）合（hé）主傳（chuán）動係統的基本要求，選擇GM710三相（xiàng）交流伺服變頻電機為主軸電機。GM710 電機功率為 5.5 k W，額定轉速（sù）為2500 r/min。該電（diàn）機結構緊湊，體積小，重量輕（qīng），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（xiǎng）應速度快（kuài）；氣隙均勻，平衡精度高，轉矩脈動小；性價比高。

2.2 進（jìn）給伺服電機

X 軸與（yǔ） Z 軸進給（gěi）電（diàn）機的選擇采用類比和校核計算相結合（hé）的（de）方法，即經（jīng）過與同類型數控車床的X軸、Z軸快速進給速度、最小輸入單位、重複定位精（jīng）度、快速空載轉矩、切削力矩、快速進給力矩、轉動慣量等技術（shù）參數比較，初步確定交流伺服電（diàn）機型號，而後進（jìn）行（háng）轉矩校核計算和轉（zhuǎn）動慣量（liàng）匹配性校核計算，滿足要求即可。下述（shù）為 X 軸電機選擇（zé）流程，用類（lèi）比法參照同類型數（shù）控（kòng）車床初步選用 GK6061 交流伺服電機作為 X 軸驅動電（diàn）機（同理，Z 軸選用 GK6062 交流永磁（cí）伺服電機）。

2.2.1 切（qiē）削力及絲杠的進給牽引力計算

依據主傳動功率計算法，主切削（xuē）力為[2]：

車刀受到的車削抗（kàng）力由拖板傳遞到導軌上，與進給絲杠的牽引（yǐn）力相平衡。對於綜合型導軌，絲杠（gàng）的進給牽引力為：

2.2.2 轉動慣量匹配校核（hé）

拖板及絲杠等折算到電機軸的等（děng）效轉（zhuǎn）動慣量為（wéi）：

2.2.3 轉矩校核（hé）

1）快速空載啟動時的等效轉矩 Teq1

2.2.4 電機的安裝

更換（huàn）主軸電機與進給伺服電機後，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電機（jī）的固定。

2.3 主軸脈衝發生器（qì）的安（ān）裝

脈衝發生器（qì）安裝在床頭箱的後端，並通（tōng）過一對傳動比為1∶1的齒輪與主軸相聯，工作時，脈衝發生器與主軸同步旋轉，數控裝置控（kòng）製進給伺服電機準確地配合主軸的旋轉（zhuǎn）而產生進給運動。從而保證主軸每（měi）轉 1 轉，螺紋（wén）車刀移（yí）動 1 個導程，同時還保證每次走刀（dāo）都在工件的同一點切入，使螺紋不亂扣。

3.控製（zhì）係統的參數設置

3.1 主軸變頻裝置

選用日立 SJ300 變頻器，多數參數保留默（mò）認值，部（bù）分參數根（gēn）據需求（qiú）進行設置。主要參數設置如表1所示（shì）。

表1 變頻器參數（shù）設（shè）置表（biǎo）

3.2 數控裝（zhuāng）置

HNC-21TD數控裝（zhuāng）置通（tōng）電後經自檢進入主控界麵，為保證改（gǎi）造後的數控機床能正常運行，必須進行參數（shù）優化。進入係統參數設置菜單，對照硬件檢查係（xì）統參數（shù）是否正確，同時按表 2 所示數據核查設置參數[1]。

表（biǎo）2 HNC-HNC-21TD參數設置表

3.3 PLC參數

在PLC 程序（xù）中機床輸入的開關量信（xìn）號定義為X，即各接口中的 I 信號；輸出到機床的開關量信號定義為 Y，即各接口中（zhōng）的 O 信號。將各個（gè）接口HNC-21 本地遠程 I/O 端（duān）子板中的 I/O（輸入/輸出）開關量分別定義為係統（tǒng）程序中（zhōng）的 X 、Y 變量（liàng），需要通過設置硬件（jiàn）配置參數和 PMC 係統參數來實現，主要參數如表3所示。

表3 PLC參數設置表

4.機電聯調

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點開關觸頭使其由通轉為斷，機床滑板減速並以設定的速（sù）度繼（jì）續移動，減速可（kě）使參（cān）考點停留位置（zhì）準確。采用脈衝編碼器上的格柵信號來確定參考點（diǎn），當減速擋塊釋放參考點開關觸（chù）頭使其觸點狀態由斷再轉為（wéi）通後，數控係統將等待碼盤上的第 1 個格柵信號，該（gāi）信號一出現（xiàn），滑板立刻（kè）停止運動，此時的位置是電氣原點。數控裝置會記憶該點，調整（zhěng）時一般難於做到電氣（qì）原點與機床參考點位置完全一致，會存有一定誤差，實際調整中是通（tōng）過測（cè）量這一誤差值，采取對參（cān）考點補償的方法進行（háng）校正（zhèng）。即（jí）滑板到達電氣原點後會再移動一個補償量，從而準確到達機械參（cān）考點。數控係統啟動後進入主界麵，按主菜單（dān） F1（參數索引）鍵→選擇 F3（坐標（biāo）軸（zhóu）參數）→選（xuǎn）擇軸 2（Z 軸）→選擇“參考點開關偏差”，輸入參考點補償量（liàng）即可。

4.2 進給傳動誤差補償

機床（chuáng）長期使（shǐ）用後，進給傳動鏈運（yùn）動部件會磨損並存在一定間隙，為恢複其（qí）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（cān）數地（dì）址、X向參數地址）進行重新設定。補償量的具體測量方法是：使刀架從停（tíng）留位置向-Z 方向快速移（yí）動 50 mm，將百分表觸頭對準滑板的+Z側，適當壓緊觸頭並調整表針對零；讓刀架從當前停留位置再向-Z 方向快速移動 50 mm，刀架停穩後使其從停留位置向+Z 方向快速移動50 mm，讀出此時（shí）百分表的數值並記錄下來，重複進行 5~10 次，取（qǔ）算術平均值作為間隙補償量。X方向間隙（xì）補償量的測定參照進行。

5.結束（shù）語

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