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CNC 數（shù）控機床改造技術分析

2020-10-26 來（lái）源：河南中鋁（lǚ）裝備有限公司作者：李（lǐ）念（niàn）周（zhōu）

摘要：本文主要敘述 C650 車床采用華中數控 HNC 世紀星（xīng）係（xì）統對其進行改造的方案論述，改造的機械及電氣技術分析，對機械部分進行改造的內容及（jí）參數；電氣部分改造思路。

關鍵詞：CNC 數控改造

CNC 機床由於切削（xuē）用量大、連續加工發熱（rè）量大等因素對加工（gōng）精度有一定影響，切削動作自動控製，很難由人工進行調整（zhěng）、補償，設計製造要求比普通切削（xuē）機床更嚴格，需采（cǎi）取加強剛性、減小熱變形、提高（gāo）精度等方麵措施。數控技術是數字（zì）控製（NC，Numerical Control）技（jì）術的簡稱，它是一種用數字化的信息（數字、字母和符號）對某（mǒu）一工作（zuò）過程進行可（kě）編程的自動控製技術。數控技術（shù）是綜（zōng）合機械加（jiā）工技術、自動化技術、計算機技術、測量（liàng）技術和微電子技術而形成的一（yī）門（mén）邊緣（yuán）學科。目前機（jī）械製造業的競爭，其實（shí）質是智能製造的競爭，衡量一個國家的機械發展水平（píng），主要是（shì）看其（qí）數控（kòng）機床的（de）普及率。采用華中數控技術，對 C650 車床等設備逐步進行了改造，以較小的成本實（shí）現了機床的數控要求（qiú），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（zào）的思路

C650 是（shì）一台中型臥式車（chē）床（chuáng），主要完成一些中等工件（jiàn）產品的加（jiā）工任務。其最大加工直徑 1m。該設備使用中故障率高，維修不方便，且電氣元件參（cān）數受環境溫度影響，經常出現季節性故障。為（wéi）此（cǐ），我們擬對該設備進（jìn）行徹底的電氣及（jí）機械大修改（gǎi）造。

首先，機（jī）械部（bù）分根據原有設備狀況進行部分修理和改造，保留了（le）床頭（tóu）箱內的（de）所有變速係統（tǒng），對溜板箱進（jìn）行全麵改（gǎi）造更換，以保證適應伺服調速係統的需要。並對床身導（dǎo）軌進行加工保證其精度。

其次，運用全數字式直流調速裝置對花盤主回路及右刀架進給進行改造；為方便操（cāo）作，在右刀（dāo）架上加裝 X 軸和 Y軸兩套數顯裝置；運用“世紀星”數控係統對左刀架進行改造，其伺服驅動部分選用了某數控集團公司生產的 ZSS1係列（liè）直流伺服調速裝置；邏輯控（kòng）製部分，選用日本三菱的PLC(FX2N-128MR) 取代原（yuán）機床的交流繼電（diàn）器控製。

2、 C650 車床改（gǎi）造過程綜述

2.1 機械部分的（de）改造

拆除原（yuán）有老式的溜（liū）板箱，采用簡單調速箱，使其在伺服係統控製下能穩定可靠的執行動作；對大拖板及小拖板進行（háng）更換，主要是改變其部分位置的（de）尺寸，增加安裝伺服係統（tǒng）、數控顯屏的位置，並保證其平衡度及（jí）運行精（jīng）度；床（chuáng）身導軌麵進行重新加工，保證（zhèng）其粗糙度在 Ra1.6 以下，平麵度在±0.01mm 以內並進行表麵淬火，表麵（miàn）硬度達到 HRC56 以上。拖板與導軌進（jìn）行充分研磨，達到完美配合。

2.2 花盤及右（yòu）刀架直流調速係統的改造

在原有（yǒu）的直流調速控製係統下，機床的花盤經（jīng）常出現帶（dài）不動負荷現象（xiàng），生產效率（lǜ）低，而模擬係統（tǒng）的參數調節又比（bǐ）較困難，且其參數（shù）經（jīng）常（cháng）隨季節而變化，需要維修人員定期（qī）檢修和調試。右刀架進給係統的主要問題在於其低速不穩定性，當“吃”刀量很小時，轉速表呈（chéng）明顯抖動（dòng）。這主要是由於原係統的速（sù）度調節（jiē）器的核心（xīn）元件放大器存在（zài）阻尼振蕩造成的，走刀係統的（de）不穩（wěn）定嚴重影響了機床的加工精度，為此（cǐ），將原（yuán）來落後的模擬係（xì）統改造為目前（qián）較為先進（jìn）的歐陸全數字式（shì）直（zhí）流調速（sù）係統。根據 C650 車床主電機及（jí）進給電機參數的要求，選用歐陸 360 係列SSD-360120A 控製花（huā）盤傳動，用 SSD-

36035A 控製走刀。在參數設定中，依據車床的特點，對歐陸360 進行以下（xià）靈（líng）活運用。

（1）合（hé）理調整花盤停車時間。車床的花盤反（fǎn）轉是刀具的一大殺手，因此在設定花盤停車時間（jiān） ( 下降時間 ) 時，要嚴格（gé）以花（huā）盤無反（fǎn）轉 ( 停車時（shí），花盤朝相反方向回轉 ) 為（wéi）限度。

（2）增加花盤點動的“慢點（diǎn）”、“快點”功能。車床的工件對刀一直是操作工人的難點，以往的（de）花盤點（diǎn）動就隻（zhī）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，花盤轉一圈花費時間太長；快了，花盤到（dào）目標點（diǎn）停不住，造成效（xiào）率低下（xià）。為此，在 360 中利用其數字輸入點 C6( 正點（diǎn） )、C7( 反點 )、C8( 複位 ) 以及（jí）其內部軟件模塊實現快、慢（màn）速點動，速度大小由操作者（zhě）摁點動按鈕的時間長短決定。釋放（fàng）按鈕（niǔ），則花盤速度歸零。這樣可以（yǐ）做到快速靠近，低速（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。走刀電（diàn）機啟動（dòng）之前，首（shǒu）先刹車電磁鐵（tiě）要吸合（hé），鬆開（kāi）抱閘，所以走刀電機要考慮電磁（cí）線圈的吸合時間，延時一段（duàn）時間再升速，避免電機（jī）因背力而過流。

在公司的多項（xiàng）設備改造中，直流調速係統都用到全數字式直流調（diào）速裝置，可靠性還是性（xìng）價比較（jiào）高，尤其是其液晶顯示的人機操作界麵使參數設置變得簡（jiǎn）單易行。360 係列控製器采用標準（zhǔn） Windows 菜單樹形結構，簡單方（fāng）便，容易讀取和設定傳動參數。顯示出的數值可觀（guān）察或（huò）改變。在調試之初，首先要進行參數設定 (SETUPPARAMETERS)，其中（zhōng）“ 斜坡 ”(RAMPS)、“ 上升 /下降”(RAISE/LOWER)主要針對花盤或刀架啟動、停止的過（guò）程控製；“輔助輸入 / 輸出”(AUXI/O) 用來設定對象（xiàng）的給定；“ 勵磁控製”(FIELDCONTROL) 決定了係統的勵磁方式，是內磁場，或是外磁場，以及磁場的（de）限幅大小；“電流環”(CURRENTLOOP)、“速度環”(SPEEDLOOP) 則調節係統的動態特性，例如穩定性、帶負載能力等。以（yǐ）上參數（shù）都要根據機床的實際（jì）逐一進行設定，當然，360 內部的自整定、自（zì）調諧功能也可以在調試中帶來很大的便（biàn）利。

在傳（chuán）動係統“菜單級”(MENULEVER) 中，有一欄為報警狀態 (ALARMSTATUS)，當係統發生故障時，前（qián）麵板上的“正常”發光二（èr）極管熄滅，人機接口便（biàn）會自動顯示報警（jǐng），並且顯示器將顯示所有報警中的當前故障，以便維（wéi）修人（rén）員進行診斷和處理。常見的故障報警有 :OVERSPEEDLEVER( 超速報警 )、SPEEDFBKALARM( 速反報警 )、FIELDFALL( 勵（lì）磁故障 ) 等，由此，可以方便地查找故障。

2.3 車床（chuáng）左刀架（jià）的數控改造

對於左刀架的數控改造，首先是基於左側刀架傳動機構（gòu）的改造。原有的（de）傳動機構是由（yóu） 1 台直流電機控製走刀，一台交流電機控製快送，刀架運動方向由十（shí）字開關控製進刀箱內的電磁閥決定；現在的傳動機（jī）構則（zé）由 2 台伺服電機分別帶動光（guāng）杆和絲杆，各（gè）自（zì）控製一個方向，這樣兩軸聯動（dòng），從而走出型線。伺服電機與傳動軸之間通過（guò） 4:1 的齒輪箱進（jìn）行減速。伺服電機型號為 S-CZK250，額（é）定轉矩 75N·m，最高轉速 1000r/min。伺服電機尾（wěi）部安裝（zhuāng） 1 台測速發電機和（hé） 1 台編碼器 (LEC-200BM-G05P)，分別（bié）作（zuò）速（sù）度環和位置環的反饋。HNC-21 係列（liè）數控裝置采用開放式體係結構，內置嵌入式工業PC 機、高性能 CPU，配置觸摸屏，集成（chéng）進給軸接口、主（zhǔ）軸接口、手持單元接口、內嵌式 PLC 接口（kǒu）、遠程 I/O 接口於一體（tǐ）。

(1)4 軸聯動。

(2) 可選配各種（zhǒng）類型的脈衝式（shì）、模擬式交流（liú）伺服驅動器（qì）或步進電機驅動器以及 HSV-11 係列串行式伺服單（dān）元。

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

(4) 配（pèi）置 40 路輸入接口（kǒu）和 32 路功率放大光電隔離開關量輸出接口、手持單元接口、模擬主軸控製接口（kǒu）與編碼器接口，以及遠程 I/O 板擴展（zhǎn）接口（kǒu）。

(5) 采用 10 英寸觸摸器，全漢字操作（zuò）界麵，具有故障診斷與報警設置，多種圖形加工軌跡（jì）顯示和仿真功能。

(6) 采用國際標準 G 代碼編程（chéng），與各種流行的 CAD/CAM自動編程係統（tǒng）兼容，具有直線、圓弧、螺旋線（xiàn）插（chā）補，固（gù）定循環、旋轉、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序等功能。

(7) 加工斷點保存恢複功（gōng）能，為（wéi）用戶安全、方便使用提供保證。

“世紀星”數控係統是開放式的數控係統（tǒng）軟件平台，適宜二（èr）次開發，能靈活地（dì）組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（kāi）放性和可維護性。其中，“編輯程序”可以由工藝人員或（huò）操作者在該界麵內對加工圖形進行編程，亦可由 USB 接口直接導入入經（jīng） CAD/CAM 編製的加工程序；“參數設置”用來對係統參數、通道參數、坐標軸參數、軸補償（cháng）值參數、硬件配置參數、PMC 係統參數、PMC用戶參數、外部報警參數等進行設置，在修改或設置參（cān）數之前，必（bì）須輸入修改權限密碼（mǎ），否（fǒu）則無法更改；“PLC 管理”是針對“世紀星”的內嵌式 PLC，其標準的 PLC 應用程序和配套（tào）的（de） PMC 用戶參數文件基本上可以滿足用戶的絕大部（bù）分需（xū）要。由於車床身較大，在數控裝置的（de）連接過程中，要特別注意盡量減（jiǎn）少信號（hào）的衰減，信號線全部采用屏蔽線，兩頭用（yòng）電烙鐵焊牢，中間（jiān）不要有過渡。

3 、 C650 車床改造的使（shǐ）用效果

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

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