基（jī）於開放式數（shù）控係統的CKJCKJ6136A車床改造
2017-7-24 來（lái）源： 廣州番禺職業技術學院 作者：竇 凱 朱洪雷 鍾飛龍（lóng） 廖傳輝 曹甜學
摘要（yào）：在分析數控車床（chuáng）改造（zào）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（gěi）傳動鏈誤差補償的方法以及變頻調速器、數控係統參數的（de）設置，改造後車床的加工精度滿足生產要求。
關鍵（jiàn）詞：車（chē）床；開放式數控係統；數控（kòng）裝置參數
1.CKJ6136A簡介及改造要求（qiú）
CKJ6136A數控車床是一台簡易型數控車床，配置（zhì）某公（gōng）司早期的GSK928數控係統，X軸、Z軸采用步進電機驅動，主傳動采用異步電機、齒輪變速。由於機床原數控係統頻（pín）出故障且為已淘汰（tài）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（yīng）加工時能（néng）選擇更加合理的切削用量，從而獲得最佳的生產率、加工（gōng）精度和（hé）表麵（miàn）質量的加工要求，主傳動要能實現無級變速且具有較寬的調速範（fàn）圍。為保（bǎo）證加工精度和增加（jiā）伺（sì）服驅動能（néng）力，X 軸、Z 軸采用（yòng）交流伺服（fú）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
2.1 主軸電機
主電機的選擇采取類比法，經過與同類型（xíng）數控車床的床身上最大（dà）回轉直（zhí）徑、主（zhǔ）軸轉速範圍、主電機功率等技術參數比較，結合主傳動係統的基本要（yào）求，選擇GM710三相交流伺服（fú）變頻（pín）電機為主軸電機。GM710 電機功率為 5.5 k W，額（é）定轉速為2500 r/min。該（gāi）電機結構緊湊，體積小，重量輕，功率密度高；電磁振動小，旋（xuán）轉（zhuǎn）精度高（gāo），恒轉矩及恒（héng）功率調速範圍寬；轉子慣性小，響應（yīng）速度快（kuài）；氣隙均勻，平衡精（jīng）度高，轉矩脈動小；性價比高。
2.2 進給伺服電機
X 軸與 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，即經過與同類型（xíng）數控車床的X軸、Z軸快速進給速度、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（guàn）量等技術參數（shù）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（xià）述為 X 軸電機選擇流（liú）程，用類比法參照同類（lèi）型數控車床初步選用 GK6061 交流伺服電（diàn）機作為 X 軸驅動電機（同理，Z 軸選用 GK6062 交流永磁伺（sì）服電機）。
2.2.1 切削力及絲杠的進給牽引（yǐn）力計算
依（yī）據主傳動功率計算（suàn）法，主切（qiē）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（de）牽引力相平衡。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
拖板及絲杠等折算到（dào）電機軸的（de）等效轉動慣量為：
2.2.3 轉矩校核
1）快速空載啟動時的等效轉矩 Teq1
2.2.4 電（diàn）機的安裝
更換主軸電機與進給伺服電機後，新電機與（yǔ）機床原有電機的安裝尺寸不同（tóng），因此均采用（yòng）過（guò）渡（dù）連接板的方式來實（shí）現電機的固定。
2.3 主軸（zhóu）脈衝發生器的安裝（zhuāng）
脈衝發生器安裝（zhuāng）在床（chuáng）頭箱的後端，並通過一對傳動（dòng）比為1∶1的齒輪與主軸相聯（lián），工作時，脈衝發生（shēng）器與主軸同步旋轉，數控裝置控製進給伺服電機準確地配合主軸的旋（xuán）轉而產生進給（gěi）運動。從而保證主（zhǔ）軸每轉 1 轉，螺紋車刀移動 1 個導程（chéng），同時還保（bǎo）證每次走（zǒu）刀都在工件的（de）同一點切入，使螺紋不（bú）亂扣。
3.控（kòng）製係統的參數設置
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（rèn）值（zhí），部分參數根據需求進行設置（zhì）。主要參數設置如表1所（suǒ）示。
表1 變頻器（qì）參數設（shè）置表
3.2 數控（kòng）裝置（zhì）
HNC-21TD數控裝置（zhì）通電後經自檢進入主控界（jiè）麵，為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（chá）係統（tǒng）參數是否正確，同時按表 2 所示數據核查設置參數[1]。
表2 HNC-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信號定義為X，即各接口中的 I 信號；輸出到（dào）機床的開關量信號（hào）定義為（wéi） Y，即各接口中的 O 信號（hào）。將各個接口HNC-21 本地遠程 I/O 端子板中的（de） I/O（輸入/輸出）開關量分（fèn）別定義為係統程序中的 X 、Y 變量，需（xū）要通（tōng）過設置硬件配（pèi）置參（cān）數（shù）和 PMC 係統參數來實（shí）現，主要參數如表3所示。
表（biǎo）3 PLC參數設置表
4.機電聯調
4.1 參考（kǎo）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（tóu）使其由通（tōng）轉為斷，機床滑板減速並以設定（dìng）的速度繼續移動，減速可使（shǐ）參考點停留位置準確。采用脈衝編（biān）碼器上的（de）格柵信號（hào）來確定參考點（diǎn），當減速擋塊釋放參考（kǎo）點開關觸頭（tóu）使其觸點狀態由斷再轉為通後，數控係統將（jiāng）等（děng）待碼盤上的（de）第 1 個格柵信號，該信號一出現，滑板立刻停止運動，此時的位置是電（diàn）氣原點。數控裝置會（huì）記憶（yì）該點，調整時一般（bān）難於做到電氣原點與機床參考點（diǎn）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（kǎo）點補償的方法進（jìn）行校（xiào）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（què）到達機械參考點。數控（kòng）係統啟動後進入主界麵，按主菜單 F1（參數索引（yǐn））鍵→選擇 F3（坐標軸參數）→選擇軸 2（Z 軸）→選擇“參考點開關偏差”，輸入參考點補償量即可。
4.2 進給傳動誤差補償
機床（chuáng）長期使用後（hòu），進給傳動鏈運動（dòng）部件會磨損並存在一定間隙（xì），為恢複其加工精度，需進行間隙補償，即（jí）對數控裝置內的補償參（cān）數（Z向參數地址、X向參數地址（zhǐ））進行（háng）重新設定。補償量的具（jù）體測量方法是：使刀架從停留（liú）位置向（xiàng）-Z 方向快速移動 50 mm，將百分表觸頭對準滑板的（de）+Z側，適當壓緊觸頭並調整表針對零；讓刀（dāo）架從（cóng）當前停留位置再向-Z 方向快速移動 50 mm，刀架停穩（wěn）後使其從停留位置向+Z 方向（xiàng）快（kuài）速移（yí）動50 mm，讀出此時百分表的數值並記（jì）錄下來，重複進行 5~10 次（cì），取（qǔ）算術平均值作（zuò）為間隙補償量。X方向（xiàng）間隙補償量的測定參（cān）照（zhào）進行。
5.結束語
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