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1　 舊機床改造需具備的條件及改造后的性能

機床的數控化改造主要是根據性能需求對原有普通機床的電氣與機械結構進行重新設計 , 使原有普通機床達到比較理想的加工狀態. 舊機床進行數控改造應具備兩個條件: 第一 , 機床基礎件必須有足夠的剛性; 第二 , 改造費用要合理.C6140普通車床的數控化改造主要為提高精度、效率和自動化程度 , 電氣部分在原有基礎上重新設計 , 并配備數控系統 CNC以協調各裝置、部件有條不紊地工作 , 機械部分重新裝配加工 , 恢復原精度. 改造后的 C6140普通車床具有以下性能:

(1) 控制主軸正反轉 , 可實現不同切削速度的主軸變速.

(2) 利用混合式步進電機控制實現車床工作臺縱向和橫向的進給運動.

進給速度: Z向通常為8～400 mmP min , X 向通常為2～100 mmP min ;

快速移動: Z向通常為112～4 mP min , X 向通常為112～3 mP min.

(3) 可在換刀點自動改變四個刀位完成刀具選擇 , 加工螺紋時保證主軸轉 1 周 , 刀架移動 1 個被加工螺紋的螺距或導程.

(4) 冷卻泵、潤滑泵可自動控制啟停.

(5) 考慮生產安全 , 在 X、Z兩軸的正、反向極限位置設置超程開關實現限位保護.

2　 車床數控裝置的選擇

數控車床的性能和精度等基本選定后 , 可據此來確定改造方案 , 選擇數控系統. 國外生產數控系統的公司主要有德國SIEMENS公司、日本 FANUC公司等; 國內主要有華中數控公司、沈陽高檔數控國家工程研究中心等. 綜合考慮性價比 , 避免系統功能過剩 , 本方案選用華中數控公司生產的“世紀星”HNC - 21TF數控裝置 , 該數控裝置采用*的開放體系結構 ,內置嵌入式工業 PC機、高性能32位*處理器 , 集成進給軸接口、主軸接口、內嵌 PLC接口等于一體 , 具有高性能、配置靈活、易于使用、可靠性高的特點 , 能夠實現改造所要求的各項功能.

3　 數控改造的內容

華中數控裝置作為 C6140普通車床數控改造的控制核心 , 通過D型連接器分別與電源、顯示器、主軸和進給驅動裝置等電氣設備聯接 , 協調各部分完成數控加工. 改造過程中原有的電氣控制電路也進行了相應的數控改造 , 改造后的機床不僅具有控制、數顯及報警功能 , 還具有監視機床各電氣結構工作狀態的功能. 華中數控裝置 HNC - 21TF與主要電氣部件的聯接見圖 1 , 其中: XS1為數控裝置電源連接口 , 電源為直流24 V; XS30和 XS31為模擬脈沖接口 , 在本方案中作為 X 軸、Z 軸指令脈沖接口; XS9 為主軸控制接口; XS10和 XS20分別為輸入、輸出開關量接口.

311　 主軸部分的改造

數控車床的主傳動需求較寬的調速規模和滿意的輸出力矩.依據機床需求保存原車床主軸變速箱 , 內嵌 PLC經過輸出開關量接口 XS20中的 Y010 和 Y011 , 別離操控主軸電機的正、回轉中心繼電器 KA1和 KA2 (KA1和 KA2連有硬件互鎖) , 電氣銜接圖見圖2 (見88頁) . 選用機械換檔辦法完結主軸有級調速 , 為使改造后的車床具有主動加工螺紋功用 , 在主軸電動機結尾設備 1024 線的增量式光電編碼器 , 使其轉速與主軸轉速共同 , 即主軸轉1周 , 光電編碼器隨之轉1周. 光電編碼器發生的速度、方向信號以脈沖辦法由 XS9主軸操控接口發給數控體系 , 數控體系依據主軸的脈沖信號操控步進驅動設備宣布斷定的脈沖信號 , 使刀架經過絲杠的轉向發生進給運動 , 操控進給軸與主軸同步 , 然后加工出所需的螺紋.

312　 進給部分的改造

C6140一般車床進給部分的改造分為機械與電氣兩部分進行. 改造后在確保原有機床精度前提下 , X 軸和 Z 軸原有的手動進給辦法改為主動進給辦法.

(1) 電氣部分選用開環操控辦法 , 將 XS30、XS31 與步進驅動設備銜接 , 步進驅動設備對體系宣布的指令脈沖信號進行環形分配、功率放大后 , 向步進電機宣布斷定指令 , 使其別離完結 X 軸和 Z 軸的主動進給 , 見圖1.

(2) 機床進行電氣改造的一起需進行機械改造 , 以滿意機床數控改造所要到達的機械性能: 較高的靜動態剛度; 運動副之間的摩擦系數小 , 傳動無空隙; 功率大; 便于操作和修理等需求. 撤除機床原有的掛輪機構、進給箱、滑動絲杠等機械構造 , 縱橫方向全部選用 P4 級滾珠絲杠副替代摩擦阻力大、磨損快且傳動功率低的 T型滑動絲杠副.滾珠絲杠螺母副預緊后 , 能夠*消除空隙 , 進步傳動剛度 , 確保運動平穩 , 不易發生低速爬行表象. 床身尾部裝上混合式步進電機及齒輪變速箱 , 與縱向滾珠絲杠相連.橫向進給設備滾珠絲杠螺母副后 , 在溜板后方設備步進電機及齒輪變速箱. 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩防塵 , 并堅持機床全體漂亮.

313　 刀架的改造

C6140一般車床的刀架原選用手動換刀設備 , 數控改造后 , 撤除原刀架和小拖板 , 換成LD4 刀架 , 刀架的旋轉由刀架電動機驅動 , 經過數控設備輸出開關量操控換刀進行切削加工 , 定位更精確、敏捷 , 電氣操控銜接見圖 2 和圖 3. 換刀時 ,數控設備輸出信號 Y013為高電平 , 繼電器 KA3線圈得電 , 進而使刀架電機正轉 , 刀架中每個刀位都對應安有一個霍爾傳感器 , 各刀位霍爾傳感器經過 X110、X111、X112和 X113刀位輸入信號線 , 與數控設備 HNC - 21TF的 XS10口銜接. 當刀臺旋轉到某個刀位時 ,該刀位的傳感器向數控體系輸入信號 , 數控體系將刀位信號與指令刀位信號進行對比 , 當兩信號相一起 , 闡明已旋轉到所選刀位. 刀架電機繼續順轉到某一適宜視點 , 數控體系所輸出的信號 Y013 變為低電平 , Y014 變為高電平 , 繼電器 KA3線圈失電 , 繼電器 KA4線圈得電 , 刀架電機回轉以夾緊刀具 , 刀具被夾緊后刀架電機中止回轉 , 完結換刀. 繼電器 KA3、KA4線圈間具有互鎖 , 經過輸出接口 X20的 Y013、Y014與數控設備銜接 , 如圖2所示.

4　 超程與急停免除電路的規劃

超程與急停免除是數控機床進行數控加工呈現意外毛病時所采納的保護措施. 這次改造中對上述毛病的掃除辦法規劃為: 數控機床立即中止運動或切除動力設備電源 ,并向數控體系供給毛病信號 , 經數控設備處置顯現報警信號. 圖 4 為超程與急停免除硬件電路銜接圖 , 圖中串聯聯接的 SQ1 (SQ3)和 SQ2(SQ4)

別離是設備于機床 X、Z軸超程行程開關的常閉觸點 , KA9是急停中心繼電器 , OTBS1和 OTBS2經過 XS20接口與機床操作面板的按鍵相連 , ES和 ESTOP2與急停按鈕相連. 當移動設備碰到超程開關時 , KA9 線圈失電 , 使圖 2 中運轉允許繼電器 KA10線圈失電 , 然后主動堵截移動設備的動力電源. 圖3中的 SQ1(SQ3)和 SQ2(SQ4)是超程開關的常開觸點 , 經過數控設備輸入量接口 XS10與 PLC的 X010、X011、X012和 X013輸入點銜接 , 向體系宣布超程報警信息.

該 C6140一般車床經數控技術改造后運轉正常 , 未呈現較大毛病 , 用該機床車削的工件也到達了原規劃需求 , 很大程度上緩解了校園數控實習、實訓教學設備緊張的現狀 , 在必定程度上為同類高職院校一般機床的有效利用供給了一個既經濟又實踐的新思路.

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