机床的电气改造.docx

机床的电气改造1、数控系统的发展数值控制(简称“数控”或“NC”)的概念是把被加工的机槭零件的要求，如形状、尺寸等信息，转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动机床刀具的运动而加工出零件。而在传统的手动机械加工中。这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别是对于多品种、小批量的零件，加工效率低、精度差。1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作。发明了世界上第一台三坐标数控车床。这台NC机床的研制成功标志着NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。现代NC系统的功能、性能大大提高，故障率已降至001次(月台)。以FANUC公司为例，1991开发成功的FS15系统与1971年开发的FS220系统相比，体积只有后者的十分之一，而加工精度提高了10倍，加工速度提高了20倍。可靠性提高了30倍以上。现在，NC技术已成为先进制造技术和关键技术。NC技术的发展已有50多年的历史，它是在多种技术交叉的基础上发展起来的。其中主要的关键技术有，(1)电子元件技术的发展：微电予技术的发展，对数控技术起着极大的推动作用。日本FANUC公司在1955年开始采用电子警研究NC，1963年采用硅晶体管研制出FS220、FS240等系统。1996年，FANUC采用最新专用芯片352Pin的微电子工艺BGA封装及采用MCM工艺生产的微处理器推出了小型化高性能的数控系统，大小只有原有系统的14，大大减小了占用的空间，提高了系统的性能和可靠性。(2)软件的应用：1974年，美、日等国相继研制出以微处理器为核心的CNC它运用计算机存储器里的程序完成数控要求的功能。其全部和部分控制功能出软件实现。包括译码、刀具补偿、速度处理、插扑、证制控制。采用半导体存储器存储零件加工程序，可以代替打孔的零件纸带程序进行加工，这种程序便于显示、检查、修改和编辑，因而可以减少系统的硬件配置，提高系统的可靠性。采用软件控制大大增加了系统的柔性，降低了系统的制造成本。(3)伺服技术的发展：伺服装置是数控系统的重要组成部分。20世纪50年代初，世界第一台NC机床的进给驱动采用液压驱动。70年代初期，由于石油危机，加上液压对环境的污染以及系统笨重、效率低等原因，美国OEITYS公司开发出直流大惯量伺服电动机，静力矩和起动力矩大，性能良好，FANUC公司报快予1974年引进并在NC机床上得到了应用。从此，开环的系统逐渐被闭环的系统所取代，液压伺服系统逐渐被电气伺服系统所取代。电气伺服技术的初期阶段为模拟控制，这种控制方法噪声太、漂移大。随着微处理器的采用，引用了数字控制。它有以下优点：无漂移，稳定性好。基于数值计算、精度高。通过参数对系统设定，调整减少。对现代数控系统，饲服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制。20世纪90年代。许多公司又研制了直线电动机，由全数字饲服驱动，刚性好、频响好，因而可获得高速度。(4)自动编程的采用：自动编程需要有自动化编程语言，麻省理工学院研制的APT语言是最典型的一种数控语言，它大大地提离了编程效率，从70年代开始出现的图像数控编程技术有效地解决了几何造型、零件几何形状的显示、交互设计、修改及刀具轨迹生成、走刀过程的仿真显示、验证等，从而推动了CAD和CAM向一体化方向发展。(5)可编程控制器的采用：在20世纪70年代以前NC控制器与机床强电顺序控制主要靠继电器进行，1969年美国DEC公司研制出世界上第一台可犏程序控制器PLC，报快就显示出优越性：设计的图形与继器电路相似，形象直观，可以方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送；PLC没有继电器电路那种接触不良，触点熔焊、磨损、线圈烧断等缺点。因此报快在NC机床上得到应用。使用PLC还可以大大减少系统的占用空间，提高系统的快速性和可靠性。(6)传感器技术的发展：一台NC系统与机械连接在一起时，它能控制的几何精度除受机械因素的影响外，闭环系统还主要取于所采用的传感器，特别是位置和速度传感器，如可测量直线位移和旋转角度的直线感应同步器和四感应同步器、直线和圆光栅、磁尺、利用磁阻的传感器等，这些传感器由光学、精密仪器、电子部件组成，一般分辨率为0.010.001mm，测量精度为0.020.002mm/m，机床工作台速度为2mmin以下。随着机床精度的不断提高，对传感器的分辨率和精度也提出了更高的要求，于是出现了具有“细分”电路的高分辨率传感器，比如FANUC公司研制的编码器通过细分可做到分辨率为107r。利用它构成的高精度数控系统为超精控制及加工创造了条件。(7)制造技术的发展：CNC机床的发展建立在NC技术、机械构造技术和制造技术的基础上。而且，NC本身的发展也是建立在机械的发展基础上；机械加工速度和精度的提高，要求NC系统的功能不断扩大、改进和完善，特别是高速高精加工的要求产生了高速高精控制系统，包括快速程序输入、高速高精插补、控制及输出。机械结构的简化与改进及新加工功能的完善，要求NC的软件功能越来越复杂，原部件性能越来越高。机械加工的连续运行、连线、协调，要求NC系统可靠性不断提高，加工和系统信息不但可以控制、处理、传送、管理而且通过网络可以共享。目时，我国的机床工业正从生产大国变为机床强国，主要体现在数控机床产品的技术水平和质量不断发展及提高。其中，特别是体现在数控系统和数控机床的可靠性不断提高。2、数控系统的选择机床数控系统(CNC系统)是数控机床的控制核心，随着机床数控技术的不断发展与进步，提高了数控机床的整体性能，尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著。现在，数控机床已在机械工业生产中得到广泛应用。数控机床应能长期连续加工，其数控系统必须能够长期无故障连续运行。为保证机床长期可靠地运行，数控系统必须有抵抗恶劣环境的高可靠运行特性。常年的工作考验证明BEIJINGFANUC0系统是最可靠的数控系统之一，它能在一般车间环境下运行，其工作场地的室温为045C，相对湿度75%，短时可选95%，抗震为05g，电网电压波动为1015，经对使用中系统的实际统计，BEIJINGFANUC0系统的故障率为0008，比较好地满足了我国市场的要求。BEIJINGFANUC0系统之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素：(1)可靠的高质量的元器件及良好的老化筛选工艺。(2)大规模及超大规模的专用集成电路芯片。BEIJINGFANUC0系统采用了许多出富士通公司制造盼离度集成的专用功能芯片。(3)全自动化工厂生产制造：多层印刷板的制板、元件的插装、焊接、印刷板的检查、系统的组装、电机投料、冲片、精铸、机械加工、装配、成品的包装出厂全部为自动化，这就使得在生产过程中避免了外界(人)的不稳定因素的干预。所以产品的一致性好，增加了可靠性。北京FANUC由FANUC购买印刷板组装生产CNC单元。(4)良好的控制软件设计：BEIJINGFANUC0系统经过在世界各地数年的运行，积累了丰富的数据，因此在软件设计时考虑了可能出现的各种故障情况，加入了许多保护和提高可靠经的措施，如开机和状态切换时的层层检测、过压、过流、反馈断线等报警，使得机床运行中出现故障时，系统能及时处理，从而避免了元部件的损坏。(5)数字式进给伺服和数字式主轴驱动；数字控制、数据的串行传输大大提高了运行的可靠性。主轴控制信号的传送使用光缆，使信号免受外界干扰。3、数控系统电气控制线的连接原机床已有一个电控柜，里面放置了开关、继电器、接触器等。根据改造后的电气原理图，设计制作电控柜，淘汰了原有的电控柜。FANUC数控系统辫圈接口模块如下：(1)RS-232通讯接口。(2)x轴、Z轴及主轴控制接口：用来控制x轴、Z轴伺服电机的运动及主轴的转速。(3)编码器反馈信号接口：用于与主轴电机的编码器的连接，编码器的作用是将转速信号转换为脉冲信号，从而实现了对主轴转速的检测，这在螺纹加工的时候是不可缺少的。(4)手摇脉冲发生器接口：实现手动、联动切削。 (5)开关量输入输出接口：输入信号主要用于X、Z方向是否超程的检测，刀架的位置检测，坐标原点位置检测等。输出信号主要用于主轴的转速控制，主轴的正、反转或停止控制，主轴的冷却液的开、闭控制，刀架正、反控制等。另外，输入模块除接受一般的24VDC开关量外，还可以接三线式的接近传感器信号。这样对该机床的一些三线式接近开关，提供了方便可靠的连接。(6)机床操作面板接口，FANUC机床操作面板有多达39个自定义键。面板与系统采用光纤连接，结合该机床控制操作的自身特点要求，在机床立扳上定义了一些操作键，完全满足了机床控制的要求。(7)模拟输入输出及外部中断接口。此接口为机床提供了一个灵活的模拟输出口，便于与其它模块相连。(8)密集型面板接口。可通过密集型面板进行参数设定，输入零件加工程序，实时跟踪加工情况。4、数控系统内部总线上数据信息的传送数控系统与功能模块间的数据交换可方便地利用总线进行，系统中总线上的数据信息传递是通过公共数据区迸行的，如数控系统将数据写入进给控制模块的公共数据区，供模块内CPU随时读取，同样进给控制模块CPU发出数据信息也要写入公共数据区，供数控系统随时读取。为了保证系统的高效运行，要求所传输的每个数据信息都应选用最有效率的信息，即是必须传输的，意义准确完整的。和尽量选用使用频率高的信息，这有助于提高系统的可靠性，运行效率和减少信息传输费用。以下为机床数控系统内部总线上传输的各种信息。（1）数控系统与进给控制模块间信息传输数控系统发出：控制参数：PID调节参数，行程极限，速度极限。控制字：进给控制运行(运行、停止等)。进给控制给定：位置进给量，速度进给量。进给控制模块发出：运行状态：正常运行，加工受阻，停止加工。运行参数：实测位置，实测