C620普通车床的数控化改造.pdf

机床与液压2 0 0 5 N o 8 2 l l C 6 2 0普通车床的数控化改造 吴孜越 ，冯兰芳 ，白文庆 ，哈红 ( 1 河南科技大学机 电工程学院，洛阳 4 7 1 0 0 3 ；2 郑州工业高等专科 学校机械工程 系，郑州4 5 0 0 0 7 ； 3 中国一拖装备科技分公司，洛 阳4 7 1 0 0 3 ) 摘要：主要介绍了 C 6 2 0型普通车床数控化改造的方案，详细分析了机械、电气部分改造的方法和原理。改造后的车 床投入使用后，运行稳定，收到良好的效益。本文为企业进行数控化改造提供了一种途径。 关键词：C 6 2 0车床；数控化改造；设计 ；原理 中图分类号：T G 6 5 9 文献标识码 ：B 文章编号：1 0 0 1 3 8 8 1( 2 0 0 5 )8 2 1 1 3 The Nu me r i c a l Co nt r o l I mpr o v e me n t o n C6 2 0 La t h e W U Zi y u e ， F ENG La n f a n g ， BAI W e n。 qi ng 。 ， HA Ho n g 。 ( 1 S c h o o l o f Me c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g ，He n a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e& T e c h n o l o g y L u o y a n g 4 7 1 0 0 3C h i n a： 2 De p t o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g， Zh e n g z ho u Po l y t e c h n i c I n s t i t u t e， Z h e n g z h o u 4 5 0 00 7， Chi n a； 3 1 h e E q u i p m e n t C o m p a n y ，C h i n a Y i t u o G r o u p C o L t d ，L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e d e s i g n o f N C i mp r o v e me n t o n C 6 2 0 l a t h e wa s i n t rod u c e d， t h e i mp r o v e me n t me t h o d a n d p rin c i p l e o f me c h a n i s m an d e l e c t ric p a r t s w a s a n a l y z e d Aft e r i mp r o v i n g ， t h e n e w l a t h e r u n s r e l i a b l y，a n d ma k e s g r e a t b e n e fi L I t p r o v i d e s t h e p a t h o f t e c h n i c a l i mp rov e me n t on t r a di t i o n a l l a t h e t o n ume ric a l c o nt rol l a t h e i n f a c t o rie s Ke y wo r d s ： C 6 2 0 l a t h e ； NC i mp r o v e me n t ；De s i g n；P rin c i p l e 0引言 在充分调研 比较 的基 础 上 ，并 根据 改造 的 目的 ， 企业要 在当前多变的市场 、激烈竞争的环境 中生 本次改造 方案采用 中国一拖集 团装备科技分公 司和河 存 和发展 ，就必须 能够迅 速地 更 新和 开发 出新产 品 ， 南科技 大学数控研发 中心联合 开 发的 H A N U C全功能 以最低价格 、最好 的质 量 、最短 的时间去满足 节场 的 开放式闭环数控系统 。该 系统经多家使用 ，质量稳定 需求 。相 比较而 言 ，普通机床 已不适应 多品种 、小批 可靠 。系统 率先 采 用 以 D S P运 动 控 制 芯 片 为核 心 、 量 的生产 要求 ，而 数控 机 床是 综合 了微 电子 、计算 以嵌入式结 构为平 台 ( P CB A S E D) 的新 一代 开放 机 、自动控制 、自动检测等先进技术 的新 型机床 ，最 式结 构数控 系统 。系统采用 D S P和 主 C P U并行 处理 适宜加工小批量 、高精度 、形状复杂 、生产周期要求 机制 ，具有较 高的动态跟 踪精度 和 良好 的加工性 能 。 短 的零件。当变更加工对象时只需要更换零件加工程 该 系统具有如下特点 ： 序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品 ( 1 )超薄 、超小一体化结构设计和个性化的机 频繁变化 的加工要求 。 床操作面板 ； 虽 然数控 机床的优势很大 ，但是对于机械制造企 ( 2 )四个 独立 的交 流伺 服 电机 控制 接 口，可实 业 ，单纯地靠购买数控机床来解决现状，一方面需要 现二轴、三轴联动和四轴控制； 大量的资金投入，另一方面，将原有的普通机床闲置 ( 3 )完全 的速度环控制 系统 ，高速、高精 度、 起来 ，势必造 成 一种 浪 费 。为 了节 约 资 金 、降 低 成 高效率 ； 本 ，在原来普通机床的基础上，进行数控化改造 ，是 ( 4 )图形 、坐标 、代码实时跟踪和方便直接 的 一 种一举两得 的有效途径 ，既经济 又快捷 。本文以两 系统参数 配置 ； 台 C 6 2 0普通车床进行 数控化 改造为例 ，介绍 其改造 ( 5 ) 系统完全兼 容 的 日本 F A N U C一 0 i 系列 指令 的基本方案和工作原理 。 及强 大的固定循 环 、连续螺纹 加工 、子程序调用等功 1 数控 系统的选择 能； 目前市场上数控系统 的公 司厂家很多 ，国外 著名 ( 6 ) 自动刀具 偏置( 直 接 、 自动 )输 入 和 刀尖 的如德 国的 S I E ME N S 公 司 、日本 的 F A N U C公 司 ，国 半径补偿 ； 内如华 中数控公 司 、广 州数控设 备厂。数控系统 的选 ( 7 )丝杠螺距误差及反 向间隙补偿 。 择应根据改造后要达到的精度、各种性能指标等选用 2 机械部分的改造 性价 比合适 、技术先进 的数控 系统 ，当然 还要考虑售 普通车床经过多次大修后 ，其零部件相互连接 尺 后维修服务的便捷性。数控系统所具有的功能要与准 寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率 备改造的数控机床所能达到 的功能相 匹配 ，尽量 避免 仍然较 高 ，采 用传统 的修理方案很难达到大修验收标 系统功能过剩 ，系统功能过剩 ，不但浪费 资金 ，而且 准 ，而且费用较高。因此合 理选择改造方案是工作得 在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的 以成功的主要环节。数控机床的改造目的是要求机床 增加而带来的故障率升高的隐患。 稳定可靠，以尽可能低的故障率运转，因此，用来进 维普资讯 2 1 2 机床与液压2 0 0 5 N o 8 行 改造 的机床最好足 t八成新的机床 。为 了给今后 的 机床改造探索 出一条新 路 打下 良好的基础 ，下面介 绍本次对两 台机 床采用 的不H改造方法 。 2 1 常规的 改造 方 法 ( 1 )主轴箱 数控机床的主传动 要求有较宽 的调速 范围和足够 的输出力 。本次改造 ，保 留原主轴箱 齿轮换档变速 机 构 ，由数控 系统控制主轴的 正转 、反转和停止 。 主轴箱 内安装 一 个 主轴州步旋转 的旋转编码器 ，以 保 证改造 后 的 4 三 J 未具备 螺纹 加 功能 如果 资金 允 许 ，还 【 J丁 采用变 频器实现主轴 的尤级变速 ( 2 )J术身 为 了使改造后 的机床有较 高的 ， F 动率和精度保持 件 ，除尽 叮 能地减少电器和机械故 障的同时 ，应允分 考虑机床零件 、郎件的耐磨性 ，尤其足机床 导轨 的耐 磨性 前囤内 普通 1 床 的 味身 等大 件 都采 用普 通 铸 铁 ，而拖板也是普通 铸铁 ，其摩擦 系数较高 ，为提高 机床 的动载性 能 ，减 少摩擦 力 ，在改造 中我们采用 r 在机床滑板 导轨 I 贴聚四氟乙烯 软带的办法 ，大大减 少 摩擦 阻力 ，提 高 _ r防 爬 、耐 磨 、消震 吸音 的 能 力 。 ( 3)拖板 拖 板是数控系统商接控 制的对象 ， 论足点位控 制还足 连续控 制 ，被 加： r 零件的最后坐标精度将受拖 板运 动精度 、灵敏度 和稳 定性的影响 。因为数 系统 发 的指令 仅使 拖 板运 动 没 有位 置 检测 和 信号 反 馈 ，故实际移动值 和系统指 令值如 果有差别就会造成 加工误差 。因此 ，除 广 拖 板及 其 配件 精 度 要求 较 高 外 ，还采取 了 以下措 施来 满 足传 动 精度 和 灵 敏度 要 求。 在传动装置的布局上采用同步齿形带来提高传 动扭 鲥 和传动 精度 ( 分辨 牢 为 0 0 1 m m) ，确保 传动 的可霏性 。 在嗣步带 轮 和轴 的联 结 中采用 弹性 膜 片联 轴 器 ，既 可以满足联结 刚性 和扭矩 的要求 ，义 可以避免 用键联结引起 的反 向间隙。 采用滚珠丝杠代替原滑动 丝杠 ，提高传 动灵敏 性和降低功率 、伺服 电机 力矩损失 。 ( 4 ) 自动换 刀装 置 为 r 满 足在 一 台机 床 l ： 一 次装 夹完 成 多 序加 J 二 ，经多次凋研 和试用 ，最 后确定采用 WZ l M 型 电动 刀架 。该刀架不但 可代替 普通 车床手动刀架 ，还 吖用 作数控机床控制元件 ，实现 ， J 架 自动回转。 陔刀架体 积小 ，重复 定位 精度 离，适 用 于 强力 车 削H 安 全 叮 靠 ( 5 )拖 板箱 拆除原拖板箱 上安装 的挂轮箱 、走 刀箱 ，在此位 置装 一支架用来 固定滚珠 丝杠螺 母 ，拆 除原J未身上的 传动箱 ，在此位置安装齿形带 和伺 服电机 拆 除原机 床操 纵杆 、变向杠 、立轴等杠杆零件 ，更换 原饥床 丝 杠后 支撑 。改造后机床的启动 、停机均 由数控 系统 完 成 ，但保 留原机床的手动刹车装置 。 ( 6 )总体布局 在改造 的过程 中，我 们对 机床进 行 r统一 布局 ， 将 电箱用支架安装 在机床 原主轴 电机 【 ： 方 ，而数控 系 统 面板 、显 示 屏 和 各 操 纵 按 钮 统 一 装 在 一 个 叮 以 3 6 0 。 回转 的操纵 台 h，操纵 台装在机床床 身 E，置于 原机床操纵位置一侧 ；在滚珠丝 杠 上装有防护罩 ，并 埘机床进 行 了包装 ，可 以防止铁 屑和冷却液 飞溅。机 床 冷却采 用 原 机床 冷却 系统。该 饥床 改 造后 外 形美 观 ，布局合理 。 2 2 十字 滑 台改造 法 此种 改造办法是一 种全新的思路 ，其 出发点是基 于在不改变 原有 机 床结 构 和 更换 任 何 零件 的情 况 下 ，只在机床拖板 I 利 用原有 的J I l 基准加装一个较 小的十字滑 台，从而达 到既能 进行粗加工 ，又能进行 精加工的 F 的。也 叮以将 十字 滑台取 下改作 它用 。 ( 1 ) 总体 布局 该 机的改造没有改动原机床任 何零 部件 ，只是在 机床后侧拖 板 二 安装 r一倾斜 4 5 。 的史座 ， 字滑 台 装在该 支座上 ，为保证联结 刚性 ，在 支座 I 装有一根 拉杆联结在 中托 板侧边 ，也可 在支庸 下边 装 一滚轮 装在床身 的滚道上 。电箱用 支架安装仵机床原 主轴 电 机上方 ，而数控系统面板 、显示瞬 _不 1 l 各操纵 按纽统一 装在一 一 个可 以 3 6 0 。 回转 的操 纵 台 卜，操纵 台装 在 机 床床身 L，置于原机床操纵位 置一侧 ；饥床 前后都 装 有 防护 罩 ，叮以防止铁眉和冷却液 溅 。 ( 2) r字滑 台 为满 足 c 6 2 0车床 的改造 需要 ，我们 专 门设计 了 一 个 十 滑 台 ，该 滑台采用板式结构 ，滑轨用直线导 轨 ，滚珠丝杠 和伺服 电机用 直联形式 ，联轴器 是弹性 联 轴器。两轴分别设有零位 。该滑 台结构 简 、布局 合理 ，既能满足机床改造 的需要 ，义能适 用于诸 如教 学 、试验 等别 的领域 。十 滑 台上装有一 电机 内藏式 电动 架 ，实现换 刀时的 自动 回转 。 3电气部分改造 本次改造 的车床 中 ，电机选用 本 S A N Y O D E N K I 交流伺 服 电机 及其 驱 动器 ，主轴 、冷却 、刀架等 均 由数控 系统控制 ，为此需设计接 口转换 电路和强 电 控制电路 。电路 中的控制变 压器 、短路器 和交流接触 器可使用原机床 中的。需另外设 计强电控 制箱 ，电气 原理 图如图 1所示 。 原理 图中 ，数 控系统 的输 入 输 出接 口的输 出点 控制 中间继 电器 K A I K A 6 ，再 由其触点控 制交 流接 维普资讯 机床与液压2 0 0 5 N o 8 2 1 3 ： 二 二二一 二二 二 二 二 L 士= 二 二 二： _= 二 二二 二 _ _ 二 二 r譬 Q F 1 辞 霎 三 一 = 二 二 ： 一 蔓三 ； _ KMl k 惶 KMJ - -KM4一KM5 一 KN I 6 = ： = 七 二 一 一 三二 二一 一 一： 三 一 一 一 一 l _二 ： ：三 + = = 了 一 _ 二 ? 一= = 一： ： l l l = 兰三 R(s _ M 3 a l 、 一一 一 一一 S B 1一 k I 7 K A1 K_ K A3 K A4 KI KA6 KM 2 k l 1 一gM l KM S K M 4 KA1 3 I C M 3 K_ 、 1 2 皇KM7：KN i l k、 1 2 k、 13 ：KM4亡K、 1 5 K、 l 6 。 酶 粕 赢 一 冷 却 电 源 正转反转 回转 锁紧 f bl 二二一 擅 二 二 二 二 一 二 + 2 4 v0 T1 1 “2 1T 3 T4 T O 0 1 - 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 一h 架接几 C 此 K 一一，一一 一 _一 一_ S B 3；KA 2 _= 、 SG+2 4 、 - 一 一 一_ ( c ) 图 1 电气原理闺 触器 的 通 断 ，进 而 控 制相 应 的 电机 。如 K A 1 、K A 2 和 K A 3的触点控制主轴 电机 M1 的 、反转和制动的 交流接 触 器 K M1 、K M 2和 K M3的通 断 ，K A 4、K A 5 的触 点 控 制 刀 架 电 机 M 2的 正 、反 转 交 流 接 触 器 K M 4、K M 5的通断 ，K A 6的触点控 制冷却 电机 M 3的 交流接触器 K M 6的通断 。 输入 输出接 口中的输 入点刚 于检 测 四方刀架 的 四刀位到位 信号 T 1 r r 4 、急停信 号 S B 3的输入 以及 报警信号 的输入 。由于小次改造 昕选择 的电动刀架无 刀具锁紧反馈信号 ，锁紧动作町通过设定系统的参数 来控制 。 图 1中 S B 1 用于控制伺服电源 电的交流接触器 K M 7 ，S B 0用于关断伺 服电源。 4 数控化改造的特点 ( 1 )投 资少 、改造周期短 与购置新机床相 比， 可节 省 6 0 8 0 的费用 ， 改造费用低 ，对于大型 、特殊 机床尤其明显。一般 大 型机床 改 造 ，只花新 机 床 购 置 费用 的 1 3 ，交 货 期 短。但有些 特殊情 况 ，如高速主轴 、托盘 自动交换装 置的制作与安装过于费工 、费钱 ，往往改造成本提 商 2 3 倍 ，与购 置新机 床相 比，只能 节省 投资 5 0 左 右 。 ( 2 )机械性能稳定 可靠 ，但结构受 限 所利用的床身 、立柱等基础件都是重而坚固的铸 造构件 ，而不是 那 种焊 接 构件 ，改造 后 的 机床 性 能 高 、减震性 好 ，可 以作为新设备继续使用多年 。但是 受 到原来机械结构 的限制 ，不宜做突破性 的改造 。 ( 3 )熟悉 了解 设备 、便于操作维修 购买 新设 备后 ，了解新设备需要较长 的时 问， H操作人 员还需 具备较高的素质 。改造则不然 ，不但 可 以精确 地 计算 出机 床 的加 工 能 力 ，而且 对 于操 作 者 ，对机床 的特性早 已了解 ，在操作 使用 和维修方 面 培训时间短 、见效快 。改造 的机床一 安装好 ，就 可 以实现全负荷运转 。 ( 4 ) 节约资源 可以充分利用现有地基 ，不必像购人新设备时那 样需 重新 构筑地基 。 5结束语 根据技术 革新 的发 展速度 ，及 时地提高生产设备 的 自动化水平和效率 ，提高设 备质量和档次 ，