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CNC 數控機（jī）床改（gǎi）造技術（shù）分析

2020-10-26 來源：河南中鋁裝備有限公（gōng）司作者：李念周

摘要：本文主要敘述 C650 車床采用華中數控（kòng） HNC 世紀（jì）星係統對其進行改造（zào）的方案論述，改（gǎi）造的機械及電氣技（jì）術分（fèn）析，對機械部（bù）分進行改造的內容及參數（shù）；電氣部分改造思路。

關鍵詞：CNC 數控改造

CNC 機床由於切削用量大、連續加（jiā）工發熱量大等（děng）因素對加工（gōng）精度有一定（dìng）影響，切削動作自（zì）動（dòng）控製（zhì），很難由人（rén）工進行調整、補償，設計製造（zào）要求比普通切削機床更（gèng）嚴格，需采取加強剛性、減小熱變形、提高精度等方麵（miàn）措施。數（shù）控技術是數字控製（NC，Numerical Control）技術的簡稱，它（tā）是一種用（yòng）數字化的信息（數字（zì）、字母和符號）對某一工作過程進行可編程的自動控製技術。數（shù）控技（jì）術是綜合機械加工技術、自動化技術、計算機技術、測量技術和微電子技術而形成的（de）一門邊（biān）緣學（xué）科（kē）。目前機械製造業的競（jìng）爭，其實質是智能製造的競爭，衡量一個國家的機械發展水平，主要是看其數（shù）控機床的普及率（lǜ）。采用華中數（shù）控技（jì）術，對 C650 車（chē）床等設備逐步進行了改造，以較小的成本實現了機床的（de）數控要求，既為節約了（le）資金，又為企業創造了經濟效益。

1、 C650 車（chē）床改造的思（sī）路

C650 是一台中型臥式（shì）車床，主要（yào）完成一些中等工件產品的加工任務。其最大加工直徑 1m。該（gāi）設備使用中故障率高，維修不方（fāng）便，且電氣元件（jiàn）參數受（shòu）環境溫度影響，經常出現季節性（xìng）故障。為此（cǐ），我們擬對該（gāi）設（shè）備進行徹底的電氣及機械大修改造。

首先，機械部分根據原有設備狀況進行部分修（xiū）理和改造，保留了（le）床頭箱內的所有變速係統（tǒng），對溜板箱進行全麵改造更換，以保證適（shì）應（yīng）伺服調速係統的需要。並對床身導軌進行加工保（bǎo）證其精度。

其次，運用全數字式直流調速裝置（zhì）對花（huā）盤主回路及（jí）右刀架進給進（jìn）行改造；為（wéi）方便操作，在右刀架上加裝 X 軸和 Y軸兩套數顯裝置；運用“世紀星”數控係統對左刀（dāo）架進行改造，其伺服驅動部分選用了某數控（kòng）集團公司生產的 ZSS1係列直流伺服調速裝置；邏輯控製部分，選用日本三（sān）菱的PLC(FX2N-128MR) 取代原機床的交流繼電器控製。

2、 C650 車床改造過（guò）程綜述

2.1 機械部分的改造

拆（chāi）除原有老式的溜板箱，采用簡單調速箱，使其在伺服係統控製（zhì）下能（néng）穩定可靠的執行動作；對大拖板及小（xiǎo）拖板進行更換（huàn），主要是改變其部分位置的尺寸，增加安裝伺服係統、數控顯屏的位置，並保證其平衡度及運行精度；床身導軌麵進行重新加工，保證其粗糙度在 Ra1.6 以下（xià），平麵度在±0.01mm 以內並進行表麵淬火，表麵硬度達到 HRC56 以上。拖板與導軌進行充分研磨，達到完美配合。

2.2 花盤及（jí）右刀架（jià）直流（liú）調速係統的改造

在原有的直流調速控製係統下，機床的花盤經常出現帶（dài）不動負（fù）荷現（xiàn）象，生產效率低，而模擬係統的參數調節又比較困難，且其參（cān）數經常隨季（jì）節而變化，需要維修人員定（dìng）期檢修和調試。右刀（dāo）架進給係統的主要問題（tí）在於其低（dī）速不（bú）穩定性（xìng），當“吃”刀量很（hěn）小時，轉速表呈明顯抖動。這主要是（shì）由於原係統的速度調節（jiē）器的核心元件放大器存在阻尼振蕩造成的，走（zǒu）刀係統的不（bú）穩定嚴重影響了機床的加工精度，為此，將原來落後的模擬係統改造為目前較（jiào）為先進（jìn）的歐陸全數字式直流調速（sù）係統。根據 C650 車床主電機及進給電機參數的要求，選用歐陸 360 係列SSD-360120A 控製花盤傳動，用 SSD-

36035A 控製（zhì）走刀。在參數設定中，依據（jù）車床的特點，對歐陸（lù）360 進行以下（xià）靈活運用。

（1）合理調整花盤停車時間。車床的花盤反轉是刀具的一大殺（shā）手，因此在設定花（huā）盤停車時間 ( 下降時間 ) 時，要嚴格以花盤無反轉 ( 停（tíng）車時，花盤朝相反方向回（huí）轉 ) 為（wéi）限（xiàn）度（dù）。

（2）增加花盤點動的（de）“慢點”、“快（kuài）點”功能。車床的工件對刀一直是操作工人的（de）難點，以往的花盤點動就隻有一個速度，靠電櫃內部的電位器進行設定，往往很難兼顧，慢了，花盤轉一圈（quān）花費時間太長；快了，花盤到目（mù）標（biāo）點停（tíng）不住，造成效率低下。為（wéi）此，在 360 中利用其數字輸入點 C6( 正點（diǎn） )、C7( 反點 )、C8( 複位 ) 以及其內部軟件模塊實現快、慢（màn）速點動，速度大小由操作者摁點動按鈕的時（shí）間長（zhǎng）短決（jué）定。釋放按鈕，則花盤（pán）速度歸零。這樣可以做到快速靠近（jìn），低（dī）速（sù）到達。

（3）設定電壓限幅值要考（kǎo）慮電壓波動。

（4）對走刀電機啟動斜坡進行調整。走刀（dāo）電機啟動之前，首先刹車電磁鐵要吸合，鬆開抱閘（zhá），所以走刀電機要考慮電磁線圈的吸合（hé）時間，延時（shí）一段時間再升速，避免電（diàn）機因背力而過流。

在公（gōng）司的多項設備改造中，直流調速係統都用到全數字式直流調速裝置，可靠性還是性價（jià）比較（jiào）高，尤其是其液晶顯示的人機操（cāo）作界麵使參數設（shè）置變得簡單易行。360 係列控製器采用標準 Windows 菜單樹形結構，簡單方便，容（róng）易（yì）讀取和設定（dìng）傳動參數。顯示出的（de）數值可觀（guān）察或改變。在調試之初（chū），首先要進行參數設定 (SETUPPARAMETERS)，其中“ 斜坡 ”(RAMPS)、“ 上升 /下降”(RAISE/LOWER)主要針對花盤或刀架啟動、停（tíng）止的過程控製；“輔助輸入 / 輸出”(AUXI/O) 用來設定對象的（de）給定；“ 勵磁控製”(FIELDCONTROL) 決定了係統的勵磁方式，是內磁場（chǎng），或是外磁場，以（yǐ）及（jí）磁場的限幅大小；“電（diàn）流環”(CURRENTLOOP)、“速度環”(SPEEDLOOP) 則調節係統的動態特性，例（lì）如穩定性、帶負載能力等。以（yǐ）上參數都要（yào）根據機床的實際逐一進行設定，當然，360 內部的自整定、自調諧功能也可以在調試中帶來很大的便利。

在傳動（dòng）係統“菜單級”(MENULEVER) 中（zhōng），有一欄（lán）為報警狀態 (ALARMSTATUS)，當（dāng）係統發生故障時，前麵板上的“正常”發光二（èr）極管熄滅，人機接（jiē）口便會自動顯示報警，並（bìng）且顯示器將顯示所有報（bào）警中的當前故障，以便維修人員（yuán）進（jìn）行診斷和處理。常見的故障報警有 :OVERSPEEDLEVER( 超速報警 )、SPEEDFBKALARM( 速反報警 )、FIELDFALL( 勵磁故障 ) 等，由此，可以方便地查找故障。

2.3 車床左刀架的數（shù）控改造

對於左刀架的數控改造，首先是基於左側（cè）刀架傳動機（jī）構的改造。原有的傳動機構是由 1 台直流電機控製走刀，一台交（jiāo）流（liú）電機控製快送，刀架運動方向由十字開關控製進刀箱內（nèi）的電（diàn）磁閥決定；現在的傳動機構則由 2 台伺服電機分別帶（dài）動光杆和絲杆，各自控製一個方向，這樣兩軸聯動，從而走出型（xíng）線。伺服電機與傳動軸之間通過 4:1 的齒輪箱進（jìn）行減速。伺服電機（jī）型號為 S-CZK250，額定轉矩 75N·m，最高轉速 1000r/min。伺服電機尾部（bù）安裝 1 台（tái）測速發（fā）電機和 1 台編碼器 (LEC-200BM-G05P)，分別（bié）作速（sù）度環和位置環的反饋。HNC-21 係列數控裝置采用開放式（shì）體係結構，內置嵌入式工業PC 機、高性能 CPU，配（pèi）置觸摸屏，集成進給軸接口、主軸接（jiē）口、手持單元接口、內（nèi）嵌式 PLC 接（jiē）口、遠程 I/O 接口於一體。

(1)4 軸聯動。

(2) 可選配各種類型（xíng）的脈（mò）衝式、模（mó）擬式交流伺服驅動器或步進電（diàn）機驅動（dòng）器以及 HSV-11 係列串（chuàn）行式伺服單元。

(3) 配置標準（zhǔn）機床工程（chéng）麵板，不占用 PLC 的輸入 / 輸出接口。

(4) 配置 40 路輸（shū）入接（jiē）口和 32 路功率放大光電隔離開關量（liàng）輸出接口、手持單元接口、模擬主（zhǔ）軸控製接口與編碼器接口，以及遠程 I/O 板擴展（zhǎn）接口。

(5) 采用 10 英寸觸摸器，全（quán）漢字操作界麵，具有故（gù）障（zhàng）診斷與報警設置，多種圖形加工軌跡顯示和（hé）仿真功能。

(6) 采用國際標準 G 代碼（mǎ）編程，與各種（zhǒng）流行的（de） CAD/CAM自動編程係統兼容，具有直線、圓弧、螺旋線（xiàn）插補，固定循（xún）環、旋轉、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序等功（gōng）能。

(7) 加工斷點保存恢複功能，為用戶安（ān）全、方便使用提（tí）供保證。

“世紀星”數控係統是開放式的數控係統軟件平台，適宜二次開發，能靈活地組（zǔ）配不同類型的數控係統和擴充係統的功能，因此這種結構具有良好的開放性和可維護（hù）性。其中，“編（biān）輯程序”可以由工藝人員或操作（zuò）者在該（gāi）界麵內對加工圖形進行編程，亦可由 USB 接口直接導入入經 CAD/CAM 編製的加工程序；“參數設置”用來對係統參數、通（tōng）道參數、坐標軸參數、軸補償值參數（shù）、硬件配置參數、PMC 係統參數、PMC用戶參數、外部（bù）報警參（cān）數等進（jìn）行設置，在修改或（huò）設置參數之前，必須輸入修改權限密碼，否則無法（fǎ）更改；“PLC 管理”是針對“世紀星”的內嵌式 PLC，其標準的 PLC 應用程（chéng）序和配套的（de） PMC 用戶參數文件基本上可以滿足用戶的絕大部分需要（yào）。由於（yú）車床（chuáng）身較大，在（zài）數控（kòng）裝置的連接過程中，要（yào）特別注意盡量減少信號的衰減，信號線全部采（cǎi）用屏蔽線，兩頭用電烙鐵焊牢，中間不要有過渡。

3 、 C650 車床改造的使用效果

C650 車床改造後，帶負載能力（lì）明顯增強，加工精度也大為提高，並通過數控改造，使這台車床順（shùn）利完成了球麵、橢圓麵等外環型線的加工任（rèn）務，滿足了生產需要，基本上達到（dào）了改造的預期目標.

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