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基（jī）於開放式數控係統（tǒng）的CKJ6136A車床（chuáng）改造（zào）

2017-1-3 來源（yuán）：廣州番禺職業（yè）技術學院機電學院作者：竇凱朱洪雷（léi）鍾飛龍廖傳輝曹甜學侯文峰

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

關鍵詞（cí）：車床；開放式數控係統；數控裝（zhuāng）置（zhì）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（chuáng），配置某公司早期的（de）GSK928數控係統，X 軸、Z 軸采用（yòng）步進電機驅動，主（zhǔ）傳動采用異步電機、齒輪變速（sù）。由於機床原數控係統頻出故障且為已（yǐ）淘汰產品，無法維（wéi）修，但該機（jī）床導軌、絲杠、主軸等精度保持較好，因此（cǐ）具有改造價（jià）值。為適應（yīng）加工時（shí）能選擇更加合理（lǐ）的切削用量，從而獲得（dé）最佳的生產（chǎn）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速且具有較寬的（de）調速範圍。為保證（zhèng）加工精度和增加伺服驅動能力，X 軸、Z 軸采用交流伺服電機驅動（dòng），數控係統選用（yòng）HNC-21TD開放式（shì）數控係統。

2.電機的（de）選擇（zé）與安裝

2.1 主軸電機

主電機的（de）選（xuǎn）擇采取類比法，經過與同類型數控車床的床身上最大回轉直徑、主軸轉速範圍、主電（diàn）機功（gōng）率等技術（shù）參數比較，結合主傳動係統的（de）基（jī）本要求，選擇GM710三（sān）相交流伺（sì）服變頻電機為主軸電機。GM710電機（jī）功率為5.5 kW，額定轉速為2500 r/min。該電（diàn）機結構緊湊，體積（jī）小（xiǎo），重量（liàng）輕，功率密度高（gāo）；電磁振動小（xiǎo），旋轉精度高，恒轉矩及恒功率調速範圍寬（kuān）；轉子慣性小，響應速度快；氣隙均勻，平（píng）衡精（jīng）度高，轉矩（jǔ）脈動小；性價比高.

2.2 進給伺服電機

X 軸與Z 軸進給電機的（de）選擇采用類比和校核計算相結合的方法，即經過與同類型數控車床的X 軸、Z 軸快速進（jìn）給速度、最小輸入單（dān）位、重複定位精度、快速空載轉矩、切削力矩、快速進給力矩、轉動慣量等技術參數比較，初步確定交流伺服電機型（xíng）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（zhóu）電機（jī）選擇流程，用類比法參照同類型數控車床初步（bù）選用GK6061交流伺服電機作為X 軸驅動電機（jī）（同理，Z 軸選用GK6062交流永磁伺服電機）。

2.2.1 切削力及絲（sī）杠的進給牽引力計算

依據主傳動功率計算法，主（zhǔ）切削力（lì）為[2]：

車刀受到的車削抗力由拖板傳遞（dì）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 轉動慣量匹配校核

拖板及絲杠等折算到（dào）電機軸的等效轉動慣（guàn）量為（wéi）：

2.2.4 電機的安裝

更換主軸電機與進給伺服電機後（hòu），新電機與機床原（yuán）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的固定（dìng）。

2.3 主軸脈衝發生器的安（ān）裝

脈衝發生（shēng）器安裝在床頭箱的後端，並通過（guò）一對（duì）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（tóng）步旋轉，數（shù）控裝置控製進給伺（sì）服（fú）電機準確地配合（hé）主軸的旋轉而產生進給運動。從而保證主軸每轉1轉，螺紋車刀移動1個導程，同時還保證每次走刀都在工件的同一點切入，使（shǐ）螺紋不亂扣（kòu）。

3. 控製係統（tǒng）的參（cān）數設置

3.1 主（zhǔ）軸變頻裝（zhuāng）置

選用日（rì）立SJ300 變頻器，多數（shù）參數保留默認值（zhí），部分參（cān）數根據需求進行設（shè）置。主要參數設（shè）置如表1所示。

表1 變頻器參數設置表

3.2 數控裝置

HNC-21TD數控裝置通電後經（jīng）自檢（jiǎn）進入主控界麵，為（wéi）保證改造後的數控機床能正常運行，必須進行參數優化。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所示數據核查設置參數（shù）[1]。

表2 HNC-21TD參數設置表

3.3 PLC參數

在PLC 程序中機床輸入的開關量（liàng）信號定義為（wéi）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。將各個接口HNC-21 本地遠程I/O 端子板中的I/O（輸入/輸出）開關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PMC 係統參數來實現（xiàn），主要參數如表3所示。

表3 PLC參數設置表

4. 機（jī）電（diàn）聯調

4.1 參考（kǎo）點的設定與調整

隨滑板一起運（yùn）動（dòng）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（sù）並以設定的速度繼續移動，減速可使參考點停留位置（zhì）準確。采用脈衝（chōng）編碼器上的格柵信號來確定參考點，當減（jiǎn）速擋塊釋放參考點開關觸頭（tóu）使其（qí）觸點狀態由斷再轉為通後，數控係（xì）統將等（děng）待碼盤上的第1個格柵信號，該信號一出現，滑板立刻停（tíng）止（zhǐ）運動，此時的位置是電氣原點。數（shù）控裝置會記憶該點，調整時一般難於做到電氣原點與機床參考點位置完全一致，會存有一定誤差，實際調整中是通過測量這一誤差值，采取對參考點（diǎn）補償的（de）方法進行校正。

即滑板到達電（diàn）氣原點後會再移動一個補償量，從而準確到達機械（xiè）參考點。數（shù）控係（xì）統啟（qǐ）動後進入主界麵，按主菜單F1（參數索引）鍵→選擇F3（坐標軸參數）→選擇軸2（Z 軸）→選擇“參（cān）考點開關偏差”，輸入參考點補（bǔ）償量（liàng）即（jí）可。

4.2 進（jìn）給傳動誤差補償

機床長（zhǎng）期使用後，進給傳動鏈運動部件會磨損並存在一定間隙，為恢（huī）複其（qí）加工精（jīng）度，需進行間隙補償，即對數控裝置（zhì）內的補（bǔ）償參數（Z 向參數地址、X 向參數地址）進行重（chóng）新設定。補償（cháng）量的具體測量方法是：使刀架從停留位置向-Z 方向快速移動50 mm，將百分表觸頭對準滑板的+Z側（cè），適（shì）當壓緊觸頭並調（diào）整表針對零；讓刀架從當前（qián）停留位置再向-Z方向快（kuài）速移動50 mm，刀架停穩（wěn）後使其從停留位置向+Z 方向快速移動50 mm，讀（dú）出此時百分表的數值並記錄下來，重複進行5~10次，取算術（shù）平均值（zhí）作為間隙補償量。X方向間隙補償量的測定參照進行。

5. 結束（shù）語

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