数控系统在组合机床上的应用.pdf

经验交流EXPERIMENTALEXCHANGE数控系统在组合机床上的应用收稿日期:2003-11-03候文华(中国人民解放军成都军区空军勘察设计所,云南昆明650032)中图分类号:TM301.2文献标识码:B文章编号:1001-6848(2003)06-0054-031引言随着技术的发展,电子技术的不断更新,组合机床由最初的继电器控制、顺控器控制、程序板控制发展到可编程序控制器(简称PC机)控制。PC机如今已在组合专机、珩磨专机上得到了广泛的应用,由于PC机在对机床的控制上有一定程度的局限性,数控系统以它的的高精度的坐标定位、较强的灵活性、高可靠性已开始进入组合机床的领域。现以DH364、DH365卧式数控组合机床用于加工轿车差速器壳内球面及壳内平面为例加以说明。2数控组合机床对零件的加工2.1DH364用于加工差速器壳内球面加工前内球面为毛胚面S5105mm,加工后达到S5110H9,位置度要求达到以两十字孔轴线为基准,表面粗糙度达,Ra3.2mm。2.2DH365用于加工差速器壳内平面加工前两平面为毛胚面,加工余量单边2.5mm,加工后的尺寸达到距A、B基础轴线37.50.05mm,位置要求以CD基准轴线为准达到全跳动0.04mm,表面粗糙度达到Ra3.2mm。以上两种零件材料为QT-250,加工的零件如图1所示。图1加工的零件图2零件加工工艺流程图零件加工的工艺流程图如图2所示。3零件加工对数控组合机床的要求根据被加工零件所设计的机床外观如图3所示,其主要功能为:(1)为了使小滑台控制主轴准确插入刀具花键中,需要主轴有准确的定向功能。(2)大滑台左靠,右靠的加工及主轴插入花键位置,机械手送刀的位置非常精确,要求电气系统对滑台要有极其精确的位置控制。(3)根据试刀削出的零件分析的结果,进给率及主轴转速随时需要更改,用机械的方法调整进给率及主轴转速将非常复杂和困难。(4)众多的功能(例如防护门的开与关、机械手送刀及回原位、机械手旋转、定位滑台的定位与回原位、主轴定向、刀具的夹紧与松开、冷却的开与关45微电机2003年第36卷第6期(总第135期)等),如果不能在操作面板上都表现出来,则要求有一种功能代码把它们表现出来。图3机床示意图由上述可知,使用可编程序控制器(PC机)对机床进行控制,要实现以上的功能相当复杂,因而我们选择FANUCOMD系统对这2台组合机床进行控制,从而解决了以上的问题。4FANUCOMD系统对组合机床的控制FANUCOMD系统具有以下的功能:(1)采用了32位微处理器,可靠性能大幅度提高。(2)控制部分采用了实现机电一体化的面板式安装结构。(3)伺服系统的控制电路采用了高分辨率位置检测及微处理器的软件控制功能,实现了高速、高精度伺服位置控制。(4)伺服电机为小型高性能的交流伺服电机系列,检测元件采用了串行高性能的脉冲编码器。(5)对机械的位置偏差,可进行间隙补偿和螺距补偿予以修正。从FANUCOMD的功能可以看出,对该机床采用数控系统控制,是非常有必要的,而且是非常合理的。5数控系统的功能在组合机床上的应用这里将对FANUCOMD在DH364、DH365上的应用进行具体的分析。(1)采用主轴定向功能,实现主轴上的花键轴准确插入刀具花键中。机床主轴上的花键轴与刀具上的花键孔如图4所示。由图4可以看出主轴上的花键轴与刀具上的花图4机床主轴上的花键轴与刀具上的花键孔键孔之间的配合相当精确,要求主轴进入刀具或主轴退出刀具的定向位置非常精确,用机械的方法难以实现,采用FANUCOMD系统的主轴定向功能,可以实现任意位置的定向(见图5)。图5任意位置的定向在主轴系统参数No.6531中,设定了位置编码器方式下主轴定向的位置,设定范围为04096脉冲r,可在3604096内任意设定,当定向位置停止在图5(1)所示位置,定向停止时显示值4096。在No.6531中的设定为0。当定向位置停止在图5(2)所示位置,定向停止时显示值5012。图5(2)的位置即是DH364、DH365二台组合机床所要求的定向位置,因此在本机床所使用的系统参数No.6531中所设定的位置为5012-4096=1024。由此可以得到非常精确的主轴定向位置。如果在调试中发现定向位置不太合适,更改No.6531中的值即可达到满意的位置。(2)采用伺服控制,实现坐标位置的高精度。DH364、DH365的加工过程对机床的定位精度有极其严格的要求,由于伺服系统采用了高分辨率的位置检测及微处理器的软件控制功能,实现了高精度位置控制,机床的直线定位精度为+0.008mm,重复定位精度为0.012mm300mm。控制系统建立了机床的参考点方式,以便能够使系统在机床运动过程中准确地控制机床位置的移动,在CRT上准确地显示出机床当前的位置。机械手送刀具进入工作内的位置要求很严格,稍有偏差可能造成刀具与机械手的损坏,为此在系统中设立了大滑台(Z轴)的第二参考点,第二参考点的位置的参数在No.737中设定,设定的数值是指离开机床参考点的距离。而且在梯形程序的设计中规定大滑台(Z轴)必须运动到第二参考点(No.737中设定的数据),机械手才可以送刀、退刀,如果大滑台处于其它位置,机械手将被禁止动作,增加了55数控系统在组合机床上的应用候文华机床运动过程中的可靠性,避免机械手和刀具的损坏。机械加工过程中的左靠、右靠加工要有准确的位移,数控系统可以控制的最小的移动单位为0.001mm,加工过程中程序所规定的位移,其它电气系统控制的机床是难以实现的,只有数控系统以其准确的位置控制显示出很大的优越性。其它控制系统其精度多数只能由机械决定,而数控系统的机床的机械精度在一定范围内可以进行螺距和间隙补偿,使机床达到精度要求的最佳值。(3)灵活的M.S功能。M.S功能的使用,使数控组合机床较其它组合机床使用起来更为方便。5.1M功能M功能BCD代码信号MF、FIN、M11、M12M28的连接信号如图6所示。图6信号的连接在AUTO(自动方式)和MDI(手动数据输入方式)下,由BCD代码将M的2位数字(M00-M99)通过晶体管输出,在代码输出后,经过由参数设定的时间后,MF信号输出晶体管变ON,读入M代码信号并执行相应的操作,在完成规定的M代码功能后,接通完成信号FIN(FIN与24V短接),当FIN接通(闭合)且经过由参数设定的时间(TFIN)之后,MF信号输出晶体管变为OFF(第一、第二两位数变为零),一个M功能由此执行完成。在DH364、DH365中,梯形程序中规定并使用了很多的M功能信号:(1)M03,M04,M05:主轴正转,反转及停止功能。(2)M19,M18:主轴定向,主轴定向解除的功能。(3)M08,M09:冷却通,断功能。(4)M27,M28:防护门关,开功能。(5)M38,M39:夹具夹紧,松开功能。(6)M40,M41:机械手出,回功能。(7)M42,M43:机械手180顺、逆时针旋转功能。(8)M44,M45:粗加工刀具松开,夹紧功能。(9)M46,M47:精加工刀具松开,夹紧功能。(10)M90,M91:定位滑台定位,回原位功能。以上所使用的M功能代码为机床调整时提供了很多的方便,其它控制系统控制的机床中各种动作的调整只能在操作面板上设定的按钮和旋钮进行调整,在调试过程临时增加功能将很困难。使用FANUCOMD数控系统在调整时则可用主操作面板,也可使用系统操作面板在AUTO和MDI方式下进行M功能代码的输出。如果在操作面板上无此信号的启动设置,只有在梯形图中规定出M代码的功能,在AUTO和MDI方式下输出M代码即可完成机床规定的动作。这2台数控组合专机中,粗、精刀的夹紧与松开在主操作面板上无此功能设置,但在M44、M45、M46、M47中规定了粗、精刀的夹紧与松开功能,调整时刻则在MDI方式下输入M代码后完成粗精刀的夹紧与松开。以M38(夹具夹紧)M39(夹具松开)为例说明在梯形图中对M38、M39是如何进行处理的。a.对M38、M39进行译码,如图7所示。图7对M38、M39进行译码b.在AUTO方式下使用M38、M39,见图8。图8M38、M39的使用这里的AUTO方式含MDI方式,送入M38后夹具夹紧,电磁阀得电(PAJ得电),夹具夹紧执行,(下转第60页)65微电机2003年第36卷第6期(总第135期)错,可引起电机起动困难、运行不稳定。只需仔细检测,找出连线错处,更正即可。(2)隐极式电机定子主绕组短路与接错故障。此类电机定子主绕组和副绕组均嵌在槽内,两相轴线在空间相差3060电角度(常取45电角度),是用高强度漆包圆铜线绕制的多匝散嵌式绕组,其短路故障一般为匝间短路。出现不正常现象及产生原因同凸极式定子。故障的排除要视短路的具体情况而定。一般采用的方法是:先用万用表或电桥检测几只线圈的电阻,阻值小的线圈有短路的可能。当判定某只线圈有短路,将其从槽内取出,剥去外层绝缘带,仔细检查。方法同凸极式定子的处理。(3)主绕组断路。如果主绕组断路,则电机不能起动。可用万用表或电桥来检测线路电阻是否正常,并进一步查明断路的线圈和断点,将断点重新焊好,在焊接处包、垫绝缘纸或绝缘带,刷上绝缘漆并烘干来局部修理。3电机时能起动时而不能起动电机有时能起动,有时不能起动,其故障原因是:(1)定、转子铁心中心线不在一直线上,或转子严重碰伤及转轴变曲,造成定、转子相擦,即扫膛。(2)定子浸漆时,由于绝缘漆浓度大,部分磁极铁心表面漆层过厚或有小漆瘤,而装配时未发现或清除不彻底,使该部分气隙减小,造成定、转子相擦。故障的排除:(1)如定、转子中心线不在一直线上,则应调整定、转子位置；如转轴弯曲,则应进行调直处理。(2)如磁极铁心表面漆层过厚或有小漆瘤,则应用锋利的小刀或锉刀清除多余的漆层,此时应注意,不要划伤铁心表面及漆膜表面。作者简介:沈琴(1975-),女,助理工程师,从事微电机的开发及设计。(上接第56页)再送入一个M39指令,夹具夹紧电磁阀失电(PAJ失电),夹具松开。c.M38、M39完成信号的输出,如图9所示。图9M38、M39完成信号的输出PAPLS(X21.0)为夹具夹紧的压力继电器,当M38指令发出后,PAJ(Y80.0)得电,夹具夹紧,待PAPL(X21.0)动作0.5s后,M38FIN信号完成,夹具夹紧将被完成。同样,PAJ失电,夹具松开,待PAPLS失电后0.5sM38FIN信号完成,夹具松开,该M功能完成。不难看出,M功能代码的使用,为组合机床的电气控制提供了更大的方便。5.2S功能S功能信号的处理与M功能的处理方法相同,与M功能不同的是S代码一直保持,直到指令新的S代码。数控组合专机使用的S功能代码对主轴旋转进行了定义,在用其它电气方法控制的机床中对于主轴的旋转速度,电气控制系统只能发出一个旋转信号,旋转的速度只能由机械决定。在数控系统采用A系列主轴电机及主轴伺服单元对主轴进行控制,主轴转速可由S指令任意给出,大大地简化了机械结构,从而减轻了机械的工作量。通过内部参数的调整设定,使主轴转速(S)在加工过程中可十分方便的使用,在DH364切削过程中,刚开始使用S350rmin进行加工,整个机床产生震动,加工零件