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車床課程:C616車床數(shù)控化改造
數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品,在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題,且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量,大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看,因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴,一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機(jī)床大國,對普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。本文針對目前國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀,提出簡易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造思路和設(shè)計(jì)方法供數(shù)控技術(shù)人員參考。
數(shù)控改造設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案確定
C616車床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工,這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有:控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速;刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動,并具備在換刀點(diǎn)自動改變四個刀位完成選擇刀具;冷卻泵、潤滑泵的啟停;加工螺紋時,應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),刀架移動一個被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作內(nèi)容,就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。察看C616車床及有關(guān)資料,并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn),確定總體改造方案為:
①對機(jī)床的改造部位是:拆掉手動刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架;拆掉普通絲桿、光桿進(jìn)給箱、溜板箱,換上滾珠絲杠螺母副;主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接,供加工螺紋使用;
②數(shù)控系統(tǒng)選用江蘇東方數(shù)控新技術(shù)公司生產(chǎn)的NIM-9702數(shù)控系統(tǒng);
③驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于改造設(shè)計(jì)的是簡易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控,所以在考慮具體方案時,基本原則是在滿足需要的前提下,對于機(jī)床盡可能減小改動量,以降低成本。
總體改造如圖1所示。
圖1 C616車床總體改造圖
數(shù)控改造機(jī)械部分設(shè)計(jì)
縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱,利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置,兩端采用原固定方式,這樣可減小改裝現(xiàn)場,并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠,從而使縱向進(jìn)給整體剛性略優(yōu)于以前。
橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造。保留原手動機(jī)構(gòu),用于調(diào)整操作,原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留,步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。
縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級齒輪減速,并用雙片齒輪錯齒法消除間隙,雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙,因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載較大時,彈簧彈力顯得小,起不到自動消除間隙的作用;當(dāng)負(fù)載較小時,彈簧彈力又顯得大,則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來消除間隙。
刀架的改造。拆除原刀架和小拖板,換上數(shù)控刀架。
光電編碼器與車床主軸之間用彈性元件聯(lián)結(jié),具體用波紋管聯(lián)結(jié)。
縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩,以保持防塵和機(jī)床整體美觀。改造后的橫向進(jìn)給系統(tǒng)如圖2所示。
圖2橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖
4數(shù)控系統(tǒng)簡介及I/O連接
NIM-9702數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo):
(1)是以單片機(jī)為核心的兩坐標(biāo)聯(lián)動經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng);
(2)圖形跟蹤CRT顯示;
(3)最小輸出增量:X軸0.005,Z軸0.01;
(4)具有直線、圓弧、螺紋插補(bǔ)和間隙、刀具補(bǔ)償功能;
(5)程序輸入方式:鍵盤、RS-232C;
NIM-9702數(shù)控系統(tǒng)I/0接口主要實(shí)現(xiàn)與編碼器接口、步進(jìn)電機(jī)控制接口、數(shù)控刀架接口和開關(guān)量輸入輸出接口。
主軸編碼器反饋信號接口。9芯D型插座,接受主軸編碼器的頭脈沖、碼道脈沖,所選編碼器每轉(zhuǎn)脈沖應(yīng)為1200P或2400P。
X軸、Z軸及主軸控制接口。15芯D型插座,用來控制X軸、Z軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動和主軸的轉(zhuǎn)速。
開關(guān)量輸入輸出接口。37芯D型插座,開關(guān)量輸入輸出類型:①冷卻液控制口;②輔助輸入輸出口;③刀架控制信號;④主軸控制信號;⑤主軸換檔控制口;⑥超程信號輸入口;⑦回零信號輸入口。
RS-232通訊接口。9芯D型插座,用于連接RS232C接口的計(jì)算機(jī)或外部設(shè)備。
5驅(qū)動系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)
(1)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選擇及控制設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選杭州中達(dá)電機(jī)廠生產(chǎn)的型號為ZD-HB2068驅(qū)動模塊,該驅(qū)動模塊采用恒相流、變脈寬PWM調(diào)制、全功率MOS管組成驅(qū)動橋,動態(tài)性能好,可靠性高,其控制電路設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3驅(qū)動電路
圖中CP控制脈沖輸入(來自于數(shù)控系統(tǒng)的工作指令);CW/CCW旋轉(zhuǎn)方向指令輸入,接高電平改變方向;F/H步距角切換指令輸入,高電平為1.50;TIM為相原點(diǎn)輸出指令端;RES清零端。
(2)主電路設(shè)計(jì)
主軸變速以及正、反轉(zhuǎn)控制采用變頻器調(diào)速控制,數(shù)控刀架正、反轉(zhuǎn)通過改變電路相序來實(shí)現(xiàn),電路設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4主電路
(3)主控電路設(shè)計(jì)
主控電路完成數(shù)控系統(tǒng)、主軸電機(jī)、數(shù)控刀架以及驅(qū)動系統(tǒng)供電控制。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。
圖5主控電路
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