普通车床的数控改造方法及设计图

用华中数控系统对C6132车床进行数控改造2008-4-21 20:16:00 来源：中国自动化网 网友评论 1条 点击查看1 机械部分的改造把C6132普通车床改成数控车床的主要改造部位：主电动机和水泵电动机能分别通过M03、M04、M05、阴刀、M09等指令来进行控制；把原来的手动进给改成微机控制，实现二轴联动；为实现螺纹车削在主轴后端加一光电编码器。 机械部分的改造，在原机床的基础上，去掉挂轮箱(保留三星齿轮)、进给箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖板、中拖板。 光电编码器的安装利用挂轮箱中的三星齿轮，找到与主轴传动比为1:1的传动齿轮，采用同心套通过一个固定支架与光电编码器相联，结构示意图如图1所示。 纵、横向丝杠的改造去掉机床的进给传动系统，安装上滚珠丝杠、减速器接口、步进电动机。X轴传动比为5:3, Z轴的传动比为1:1。这类小型机床在中间设置一级传动结构的目的是提高伺服电动机的使用寿命。对于瞬时性的快速起、停起到一定的缓冲作用。改造后机床的传动进给示意图如图2所示。2 电控部分的改造华中型数控系统开放性好，所以改造非常简单。具体方法为全部拆除原车床的电控线路。对单速电动机，直接从数控系统的电控柜中出线与主轴电动机的U2、 V2、W2和冷却泵电动机的U6、V6、W6连接。对于双速电动机，除了直接连线以外还应对电控柜和系统软件中的内置PLC系统程序STEP.DAT进行相应的修改。 3 微机系统控制部分的设置对于一般车床的改造只须对以下两部分系统配置进行参数设置就可以了。一是轴参数，二是内置PLC的编码。 在华中型数控系统软件中输入正确的口令以后就可以对轴参数进行设置了。不同的用户在改造车床时步进电动机与丝杠之间选择的传动比是不同的，同时丝杠的螺距也不同，所以为了适用不同的传动比，华中型数控系统开发了一个有用的工具，通过设置一对电子齿轮的比值来对实际的传动比进行调整。下面以我校数控改造的车床为例进行说明。 我们对X轴选用的步进电动机的步距角=0.9。，步进电动机与丝杠之间的传动比I=3/5，丝杠的螺距P=4mm，因此，电动机每转脉冲数可设置为360/0.9=400，则脉冲当量为Q=(/360)PI=3/500。 现设电子齿轮比为大，编程时要在X方向移动10mm的距离，以车床精度为0.01mm计算，则系统要在X轴方向发送10000个脉冲。也就是说系统在x方向发1000个脉冲以后，X方向应移动10mm的距离，则有下面的计算式成立： 10=1000QIi=1000(3/500)Ii 则Ii=5/3 Z轴可以根据以上的方法进行类似的计算处理。另外，如果主电动机采用双速电动机，则系统应设置支持S1、S2高低速转化的硬件。这里华中型数控系统配有内置PLC，只要在原程序STEP.DAT文件中利用PLC编程语言增设相应的接点即可。 4 系统软件的安装华中数控系统软件可以在DOS或WINDOWS两种环境中运行。 值得注意的是：如果是在WINDOWS平台下工作，在启动数控系统应用程序CNC.EXE之前，应将WINDOWS中的屏幕保护程序设置为空状态，否则一旦运行屏幕保护程序数控系统将停止运行。如果是在DOS平台下安装数控系统程序，则应满足以下条件：PC机应在386以上；彩色显示器；内存的配置应大于 4MB；在CONGFIG.SYS文件中应设置Device=c:dosHimem.sys和Device=c:dosEMM386.EXE 8000语句。 我校利用华中型数控系统对一台江西第五机床厂生产的C6132型普通车床进行改造以后，经测试各项技术指标均已达到工业标准。系统运行半年以来一切平稳，没有发生任何故障。 CA6140 型普通车床数控化改造摘要: 以CA6140 型普通车床为例,从机械和电气2 方面详细阐述了数控化改造的方法。改造后的车床投入使用后,运行稳定,加工精度明显提高,取得了极大的经济效益。关键词: 普通车床; 数控化改造; SINUMERIK 802S base line中图分类号: TG659 文献标志码: B 文章编号:100320794 (2007) 1220152203Numerical Control Transformation of CA6140 Common LatheLI Yuan , RUAN Jian(College of Mechanical & Electrical Engineering , Zhejiang University of Technology , Hangzhou 310014 ,China)Abstract :Takes CA6140 type common lathe as an example , has explained the NC transformation method frommachinery and electric two respects in detail . After transforming ,the new lathe runs steadily , the machiningaccuracy is obviously improved , has made the great technological economic benefits.Key words :common lathe ; NC transformation ; SINUMERIK 802S base line1 总体改造方案数控化改造设计时,在满足车床总体布局的前提下要尽可能利用原来的零部件,因此确定总体改造方案如下: (1) 拆除原车床的纵向和横向丝杠光杠、溜板箱及挂轮箱中的齿轮,用滚珠丝杠替换原有普通滑动丝杠,将选取的纵向滚珠丝杠副通过托架安装在原溜板箱与床鞍连接的部位上,纵横向滚珠丝杠两端尽可能利用原固定和支承方式。为便于安装滚珠丝杠副,丝杠采用分体式,用套筒联轴器实现刚性联接; (2) 横向驱动电机及齿轮减速器安装在床鞍的后部(相对操作者) ,纵向驱动电机及齿轮减速装置安装在机床的右端,靠近尾座的位置; (3) 要实现自动换刀,需拆除原手动刀架,在小拖板上安装数控转位刀架; (4) 为了使改造后的车床能够加工螺纹,需要加装主轴脉冲编码器,以实现对主轴转速的同步检测,编码器安装在挂轮箱内; (5) 为使加工过程中不超程,纵横向要安装行程限位开关; (6) 为实现回参考点的动作,必须在纵横向安装接近开关;(7) 纵、横向齿轮箱和丝杠全部加防护罩,以防脏物、油污和切屑等进入,机床整体也要加装防护罩,以防止加工过程中的切屑飞溅伤人; (8) 考虑到改造的成本,尽可能采用可靠性高的经济型数控系统。图1为总体改造示意图。图1 总体改造示意图1. 横向滚珠丝杠副2. 横向电机3. 横向减速器4. 尾座5. 纵向减速器6. 纵向电机7. 支架8. 纵向滚珠丝杠副9. 数控转位刀架10. 主轴脉冲编码器2 数控系统选用选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要在应用PLC 进行设计过程中,运用了2 个辅助继电器,用来简化程序的设计。在编制程序的过程中,充分考虑了系统的安全性,运用了有互锁功能的设计,如分别串联上了Y002、Y004 常闭触点,用来完成对KM2、KM3 的保护控制,从而提高了整个机床控制系统运行的可靠性。在程序设计中,将不同控制方式的程序分别编写,根据工作方式选择开关决定执行哪行程序,这样使程序结构清晰,编程方便。4 结语利用三菱FX0N - 40MR 型PLC 对万能升降台铣床铣床控制电路进行改造,大大提高了系统的可靠性,减少了故障率,提高了设备的自动化水平,从而提高了产品的质量。参考文献:1 余雷声. 电气控制与PLC 应用M . 北京:机械工业出版社,2002.2 张万忠. 可编程控制器应用技术M . 北京: 化学工业出版社,2002.作者介绍: 裘旭东(1972 - ) ,浙江诸暨人,杭州职业技术学院机电工程系讲师,毕业于浙江工业大学机制专业,工学学士,主要研究方向:CADPCAM、机械制造工艺及设备,电子信箱:jd918 hzvtc. , gala918 qq. com.收稿日期:2007208208 152 第28 卷第12 期2007 年12 月煤矿机械Coal Mine MachineryVol128No112Dec. 2007达到的各种精度、各种性能等选择性价比合适的系统,避免系统功能过剩,同时考虑到原车床的精度和改造成本、周期和难易程度等各方面因素,决定采用步进电机作为驱动元件、开环控制的经济型数控系统。SINUMERIK 802S base line 是西门子公司专门为中国数控机床市场开发的经济型CNC 控制系统。其结构紧凑,具有高度集成于一体的数控单元、机床操作面板和输入输出单元,机床调试配置数据少,容易改造成功。最终决定采用西门子经济型数控系统SINUMERIK 802S base line。3 机械部分改造(1) 纵向进给系统改造纵向进给传动系统的改造如图2 所示。纵向步进电机1 通过一对减速齿轮2 把动力传递给纵向滚珠丝杠3 ,再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台4 做往复移动。原车床的进给箱保留,滚珠丝杠左端仍然采用原固定支承结构,支撑轴6 通过套筒联轴器5与滚珠丝杠相连,这种联轴器用2 个互相垂直的锥销将支撑轴与丝杠联接起来,结构简单,径向尺寸小,可防止被连接轴的位移和偏斜带来的装配困难和附加应力。如图3 所示,滚珠丝杠右端仍利用原有的滑动轴承支承座4 ,通过一对深沟球轴承1 实现径向支承,丝杠左端通过一对圆螺母(图中未画出) 实现滚珠丝杠的预拉伸和锁紧。因此纵向滚珠丝杠的支承形式为一端固定,一端浮动,三点支承。滚珠丝杠采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙,调整方便。步进电机通过消隙齿轮2 减速,减速器输出轴用套筒联轴器6 与丝杠3 (见图2)联接,固定销3 防止减速器转动。图2 纵向进给系统图1. 纵向步进电机2. 减速齿轮3. 纵向滚珠丝杠4. 工作台5. 套筒联轴器6. 支撑轴图3 纵向步进电机装配图1. 深沟球轴承2. 消隙齿轮3. 固定销4. 滑动轴承支承座5. 圆螺母6. 套筒联轴器滚珠丝杠3 (见图2) 仍安装在原滑动丝杠的空间位置,其螺母副通过支架1 (见图4) 安装在床鞍的底部,如图4 所示。支架做成可移动的形式方便装配,丝杠位置调整好后,由螺钉拧紧。图4 纵向滚珠丝杠装配图1. 支架2. 丝杠托架3. 纵向滚珠丝杠4. 丝杠防护罩5. 大拖板6. 过渡板(2) 横向进给系统改造横向滚珠丝杠也采用一端固定,一端浮动,三点支承的形式,也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙,如图5 所示。横向步进电机1 及减速器2 安装在床鞍的后部。靠近操作者一端,布置一根支撑短轴11 ,通过套筒联轴器10 与滚珠丝杠7 连接起来。右端仍利用原支承横向进给丝杠的滑动轴承支座作为径向支承,并对原支承处作适当改造,布置一对推力球轴承12 ,以承受双向轴向力。左端则将原车床的悬空结构改为支承结构,用一个联轴套4 和一根连接短轴6 把滚珠丝杠7 与减速器输出轴3 连接起来,并通过一对圆螺母5 实现对整个丝杠的预拉伸和锁紧,以提高其轴向刚度。螺母通过螺母座9 直接固定在中拖板8 上。图5 横向进给系统图1. 横向步进电机2. 减速器3. 减速器输出轴4. 联轴套5. 圆螺母6. 连接短轴7. 横向滚珠丝杠8. 中拖板9. 螺母座10. 套筒联轴器11. 支撑短轴12. 推力球轴承(3) 主轴脉冲编码器的安装为了使改造后的车床能自动加工螺纹,必须配置主轴脉冲编码器作为车床主轴位置信号的反馈元件,其目的是用来检测主轴转角的位置,通过主轴脉冲编码器数控系统步进电机的信息转换系统,实现主轴转一转,刀架纵向移动一个导程的车螺纹运动。主轴脉冲编码器的安装,通常采用2 种方式: 同轴安装; 异轴安装。同轴安装的结构简 153 第28 卷第12 期CA6140 型普通车床数控化改造李园,等Vol128No112 单,缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件,限制了零件的加工长度,因此,宜采用异轴安装。主轴通过主轴箱中58P58 和33P33 两级齿轮(实现传动比1 :1) 把动力传递给挂轮轴X ,主轴编码器1 通过支架2 固定,并通过联轴器3 与闷头4 相连,闷头4通过过盈配合与主轴箱内轴X连接,如图6 所示。图6 主轴编码器装配图1. ZXB - 1 型主轴编码器2. 固定支架3.MC 型联轴器4. 闷头5. 轴X4 电气部分改造电气控制线路主电路如图7 所示,QF1QF4 为空气开关,FU 为熔断器,对电路实现短路保护。M1为7. 5 kW主电机,选择三菱FR - A540 - 7. 5K- CH变频器实现变频调速,交流接触器KM1 控制变频器的通电和断电。当变频器无故障时,B 端触头闭合,KM1 吸合,变频器通电;当变频器有故障时,B 端触头断开,KM1 线圈失电,其常开触头断开,变频器自动断电,同时A 端触头闭合,报警灯HL 显示报警。FR1 为热继电器,对主轴电机实现过载保护,RC1 为三相灭弧器,构成三相负载的阻容吸收回路,能够抑制接触器吸合释放时的干扰噪声。L 是为改善功率因素而使用的交流电抗器。R、S、T 为变频器的电源输入端,U、V、W 为输出控制电机端,STF 和STR 分别接主轴正反转控制继电器触头KA1 和KA2 ,2 和5分别接主轴模拟量输出信号(0 + 10V) AO4 和AGND4 ,以控制变频器的输出电压频率。执行过程为:当PLC 发出主轴正反转信号时,KA1 或KA2 的常开触头闭合,KM1 线圈得电, KM1 的常开触头闭合,变频器开始工作, 当PLC 发出主轴制动信号时,KA6 的常闭触头断开, KM1 线圈失电, KM1 的常开触头断开,变频器停止工作,主电机停转。M2 是刀架电机,KM2 吸合时,刀架电机正转, KM3 吸合时,刀架电机反转,刀架电机正反转的控制信号来自数控系统PLC 输出口Q0. 4 和Q0. 5。M3 为冷却泵电机,其控制信号来自数控系统PLC 输出口Q0. 2。图7 主电路图交流控制电路如图8 所示,RC4、RC5 和RC6 为单相灭弧器,M4 和M5 为两电柜风扇,线路电压为AC110V。图8 交流控制电路图参考文献:1 余英良. 机床数控改造设计与实例M . 北京:机械工业出版社,1998.2 王荣芳. 变频器在生产教学两用数控车床研制开发中的应用J .变频器世界,2005 (4) :94 - 97.作者简介: 李园(1979 - ) ,湖北松滋人,宁波技工学校讲师、工程师,浙江工业大学机电学院工程硕士研究生,主要从事数控、机电和机械等专业教学工作,电子信箱:njjwc 163. com.收稿日期:2007207231立井无轨辅助运输技术的研究与应用胶轮车运输是当今矿山井下最先进的无轨辅助运输方式,目前已经在兖州矿业(集团) 公司济宁三号煤矿应用,并取得了圆满成功,从根本上克服了传统辅助运输方式用人多、设备多、事故多、费用高、效率低、效益差等弊病。该矿无轨胶轮车运输的应用情况如下: 材料运输采取集装化运输方式,按照井下所需各种材料的形状和特点,整捆捆、整箱、整袋包装,以便集中装卸。小于3 t 或一次用量较少的材料,采用3 t 轻型胶轮车,地面装载后开进副井单罐下井,不经转换直接运抵。大宗材料利用有轨平板车装车下井,经转换站换装到中型胶轮车运至作业地点。设备运输外形尺寸较小、重量不超过3 t 的设备或备件,利用轻型车辆运输最为方便,尤其工作面更换设备或配件,可一次性运至。中型多用途车配有多种车辆,可根据设备重量、外形尺寸及装卸要求选择合适车辆运输。重型支架搬运车具备自卸功能,整体运输综采放顶煤液压支架,对于重量大、长度大的移动变电站设备和采煤机,利用2 台支架搬运车共同搬运,同样安全快捷。矸石运输胶轮车排矸运输能力不足,不能直接与综掘设备配套使用,通常用于掘进工程量不大或为安装综掘设备作准备的掘