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基於開放式數控係統的CKJ6136A車床改造

2017-1-3 來源：廣州番禺職業技術學院機電學院作者：竇凱朱洪雷鍾飛龍（lóng）廖傳輝曹甜學侯（hóu）文（wén）峰（fēng）

摘要：在分析數控車床（chuáng）改造要求（qiú）的基礎上，描述了伺服電機的（de）選（xuǎn）擇、參考（kǎo）點的設定與調整、進給傳動鏈誤差補償的方法以及變頻調（diào）速器、數控係統參數（shù）的設置，改造後車床（chuáng）的加工（gōng）精度滿足生產要求。

關鍵（jiàn）詞：車床；開放式數（shù）控係（xì）統；數控裝置參數

1. CKJ6136A簡介及改造要求

CKJ6136A數控（kòng）車床是一台簡易（yì）型數控車床，配置（zhì）某公司早期的GSK928數控係統，X 軸、Z 軸（zhóu）采用步進電機驅動，主傳動（dòng）采用異步電機、齒（chǐ）輪（lún）變速。由於機床原數（shù）控（kòng）係統頻出故障且為（wéi）已淘（táo）汰產品，無法維修，但該（gāi）機床導軌、絲（sī）杠、主軸等精度保（bǎo）持較好，因此具有改造價（jià）值。為適應加工時能選擇更加合理的切削用量，從而獲得最（zuì）佳的生產（chǎn）率（lǜ）、加工精度和表麵質量的（de）加工要求，主傳動要能實（shí）現無級變速且具有較寬的調速範圍。為保證加工精度和增加伺服驅動能（néng）力，X 軸、Z 軸采用交流伺服電機驅動，數控係統選用HNC-21TD開放式（shì）數控係統。

2.電機的選（xuǎn）擇與安裝

2.1 主軸電機

主電機的選（xuǎn）擇采取類比法，經過與同類型數控車床的（de）床身上最大回轉直徑、主軸轉速範（fàn）圍（wéi）、主（zhǔ）電機功率等技術參數比較，結合（hé）主傳動係統的基本要求，選擇GM710三相交流伺服變頻電機為主軸電（diàn）機。GM710電（diàn）機功率為5.5 kW，額（é）定轉速為2500 r/min。該電機結構緊湊（còu），體積小，重量（liàng）輕，功率密度（dù）高；電磁振動小，旋轉精度高，恒轉矩及恒（héng）功率調速範圍寬；轉子慣性小，響應（yīng）速度（dù）快；氣隙均勻，平衡精度高，轉矩脈動（dòng）小；性價比高（gāo）.

2.2 進給伺服電機

X 軸與Z 軸進給電機的選擇采用類比和校核計算相結合的方法，即經過與（yǔ）同（tóng）類（lèi）型數控車床的X 軸、Z 軸快速進（jìn）給（gěi）速度、最小輸（shū）入單位、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（jiāo）流伺服電機型號，而後（hòu）進行（háng）轉矩校核計算和（hé）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，用類比法參照同類型數控車床初步選（xuǎn）用GK6061交流伺服電機作為X 軸驅動電機（同理，Z 軸（zhóu）選用GK6062交流永磁伺（sì）服電機）。

2.2.1 切削力及絲（sī）杠的進給牽引力計算

依據（jù）主傳（chuán）動（dòng）功率計（jì）算法，主切削力為[2]：

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

2.2.2 轉動慣量匹配校核

拖板及絲杠等折算（suàn）到電機（jī）軸的等（děng）效（xiào）轉動慣（guàn）量（liàng）為（wéi）：

2.2.4 電機的安裝

更換主軸電機與進給伺（sì）服電機後，新電機與機床（chuáng）原有電機的安（ān）裝尺寸不同，因此均采用過渡連接板的方式來實現（xiàn）電機的固定。

2.3 主軸脈衝發生器的安裝

脈衝發生器安裝在床頭箱的（de）後端，並通過（guò）一對傳動比為（wéi）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（shù）控裝置控製進給伺服電機（jī）準確地配合主軸的旋轉而產生（shēng）進給運動。從而保證（zhèng）主軸每轉1轉，螺紋車刀移（yí）動1個導程，同時（shí）還保證每次走刀都在（zài）工件的同一點切入，使螺紋不亂扣。

3. 控製係統的（de）參數（shù）設置

3.1 主軸（zhóu）變頻裝置

選用日立SJ300 變頻器，多（duō）數參數保（bǎo）留默認值，部分參數根據需求進行設置。主要參數設置如表1所示。

表1 變頻器參數（shù）設置表

3.2 數控裝置

HNC-21TD數控裝置通電後經自檢進入（rù）主控界麵，為保證改造後的數控機床能正常（cháng）運行，必須進行參數優化。進入係統參數（shù）設置菜單，對照硬件檢查（chá）係（xì）統參數是否正確，同時按表2所示數據核查（chá）設置參數[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（guān）量信號定義為X，即各接口中的I 信號；輸出到機床的開關量信（xìn）號定義為Y，即各接口中的O 信（xìn）號。將（jiāng）各個接口HNC-21 本（běn）地遠程I/O 端子板中的I/O（輸入/輸（shū）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（tǒng）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（jiǎn）速擋塊釋放參考點開關觸頭使其由通轉為斷，機床滑板減（jiǎn）速並以設定（dìng）的（de）速度繼續移動，減速可使參考點停留（liú）位置準（zhǔn）確。采用脈衝編碼器上的格柵信號來確定參考點，當減速擋塊釋放參考點開關觸頭使其觸點狀態由斷再（zài）轉為（wéi）通後（hòu），數控係統將等待碼盤上的第1個格柵（shān）信號，該信號一出現，滑板立刻停止運動，此時的位（wèi）置是電氣原點。數控裝置會記憶該點，調整時一般難於做到電（diàn）氣原點與機床參考點位置完（wán）全一致，會存有一（yī）定誤差，實際調整中是通（tōng）過測量這一誤差值（zhí），采取對參考點補償的方法進行校正。

即滑板到達電氣原點後會再移動一個補償量，從而準確到達（dá）機械參考點。數控係統啟動後進入主界麵（miàn），按（àn）主菜單F1（參數索引）鍵→選擇F3（坐標軸（zhóu）參數）→選擇軸2（Z 軸）→選擇“參考（kǎo）點開（kāi）關偏差”，輸入參考點補償量即可。

4.2 進給（gěi）傳動誤差補償

機床長期使（shǐ）用後（hòu），進給傳動鏈運動部件會磨損並存在一定（dìng）間隙，為（wéi）恢複其加工精度，需進行間隙（xì）補償（cháng），即對數控裝置（zhì）內的（de）補償參數（Z 向參數（shù）地址、X 向參數（shù）地（dì）址）進行（háng）重（chóng）新設定。補償量（liàng）的具體測量方法是（shì）：使刀架從（cóng）停留位置向-Z 方向快速移動50 mm，將百分表觸（chù）頭對準滑（huá）板（bǎn）的（de）+Z側，適當壓緊觸頭並調整表針對零；讓刀（dāo）架從當前停留（liú）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（fāng）向快速移動50 mm，讀出此時百分表的（de）數值並記錄下來，重複進行5~10次，取算術（shù）平均值作（zuò）為間隙補償量。X方向間隙補償（cháng）量的測（cè）定參照進行（háng）。

5. 結束語

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