C61100车床数控系统电气和机械改造技术方案.doc

C61100车床数控系统电气和机械改造技术方案一：系统描述1.C61100车床是山东德州生产的卧式大型车床，该设备系90年代初期产品，电气控制采用传统继电器控制方案，主轴由交流22KW异步电机驱动，小拖板的横向和纵向进给由手动控制，很难完成复杂形线的加工。 2.该C61100车床最大加工工件长度3000毫米，最大加工直径1000毫米，属于该公司主力设备；3.随着加工任务的增加，加工精度的提高，加工复杂程度的加大，手动操作加工已经无法完成诸如球面的加工，急需改造。考虑到加工工艺需求和价格等因素，决定只对拖板的X、Z进给进行机电一体化改造；4.成都海科工控有限公司致力于机电一体化传动技术，在系统成套和设备改造方面有着丰富的经验，经现场查看和与客户的技术沟通，我们确信完全有能力将此系统进行按期改造并最终实现强大的数控车床功能。二：问题分析和改造方案的提出1.原机床的拖板及刀架的X轴和Z轴系手动控制，无法实现两轴同动插补定位，无法达到车球面的目的，使得车床的加工能力大大受限；1.1 由此，我们采用一台目前流行的标准车床CNC系统台湾台达PUTNC-H4-T,动力驱动上采用两台台湾台达ASD-A交流伺服系统控制X轴和Z轴，完全实现了复杂的插补运算和轴间连动；1.2新的系统支持DNC动态加工，支持CAM加工代码；支持MPG手动加工；2. 新的系统控制精度高，调校简单，系统可实现自动刀具补偿，丝杠螺距补偿，是一种非常稳定的结构；2.1 新系统电机连接上，采用零间隙零间隙同步皮带形式连接，安装和调试维修均非常方便；3.机械传动上，对精度起绝对作用的定位机构，原系统采用梯形丝杠结构，存在传动效率低，反向间隙大等问题，另外，这种梯形丝杠承载能力非常不足，传动间隙和摩擦系数不可控；3.1丝杠替代：车床原有进给丝杠为直径40和32的梯形螺纹丝杠，考虑到丝杠轴肩加工余量的问题，采用公称直径相同（40和32）的滚珠丝杠替换，型号为R40-5T3-FSI-1200-1300-0.023、R32-5T3-FSI-600-700-0.023；3.2承载能力：滚珠丝杠的承载能力主要受丝杠直径、导程角及摩擦系数的影响，滚珠丝杠的摩擦系数为：0.0030.005；导程角为2.8度；3.3轴向推力比较；a) 40滚珠丝杠与9.4牛米电机组和：电机产生推力计算：F=TrD/(Pg)=（9.4x2000x3.14x0.85）/(10x9.8) =23.6(kN) 40的滚珠丝杠能承受的额定力矩：19KN b) 32滚珠丝杠与7.16牛米电机组和：电机产生推力计算：F=TrD/(Pg)=（7.16x2000x3.14x0.85）/(10x9.8) =15.2 (kN)32的滚珠丝杠能承受的额定力矩：16.9KN通过比较发现，丝杠和电机的选型能较好的匹配！3.4 综上所述，滚珠丝杠对于精度和传动效率以及承载能力提高巨大，是理想的传动元件；4.根据现场测绘和经验分析，X轴和Z轴伺服电机扭矩分别选用7.16牛米和9.4牛米，电机与机械连接采用减速比2：1同步带传动；电机型号为：ASMT15M250AK和ASMT20M250AK；5. 改造后总体的控制结构如下图：三：改造后系统的软件功能和操作画面画面操作说明开机画面控制器电源 ON 之后 先进入开机画面，如下图：待机画面经过3 秒之后，进入待机画面 (按重置键时也会进入此模式画面)自动模式AUTO画面按一下 自动/MDI进入自动模式，其画面如下图：自动模式下 软键 有：1. 程序暂停：只有在程序执行中才有效。在程序执行中，按下此键，即可马上停止程序，直到按重置键中断程序，或按启动键，再继续执行程序。2. 单步执行：可随时选择此功能，不限制执行中或停止状态。此功能被选取时，当每按一次启动键，不再执行整个程序，而是每按一次启动键，才往下执行一行程序。3. 程序再启动：只能在程序执行前选取。程序再启动被选用时，当选取此功能，再执行程序时，程序会从上次中断的单节开始启动。在编辑画面中可寻找中断单节或是重新设定再启动单节。4. 程序预测：可随时选择此功能，不限制执行中或停止状态。当选取此功能，再执行程序时，程序中所有轴向的移动，都改由手摇轮脉波来控制，当手摇轮脉波没输入时，轴向将停止移动。也可使用寸动轴向键来取代手摇轮的脉波输入。5. 选择停止：只能在程序执行前选取。当选择停止功能被选取时，程序当中的M01 指令，会被视为停止指令，若没选取此功能，M01 指令则没有意义。手动模式MDI画面 连按二下 自动/MDI 进入MDI 模式，其画面如下图：原点模式（参考点）画面连按二下 手动/原点 进入原点模式，其画面如下：回原点操作方式：1. 选择轴向 按屏幕右方英文字母按键 X、Z或寸动按键X+、X-、Z+、Z-选择X 轴或Z 轴2. 按 启动 键手动模式画面按一下 手动/原点 进入手动模式，其画面如下：手动模式下可操作的动作有：1. 轴向移动：（以下三种方式）a. 手摇轮方式：选择轴向（按X、Z按键，选到的轴向在画面上会反白。）转动手摇轮。(没有选择轴向时，手摇轮无效)b. 连续寸动：（单步寸动功能未成立时）持续按住X+则X 轴正向移动，X-则X 轴负向移动。持续按住Z+则Z 轴正向移动，Z-则Z 轴负向移动。c. 单步寸动：选择单步寸动距离0.001、0.01、0.1、1再按 X+、X-、Z+、Z-，则系统自动根据所选定的单步距离作寸动。2. 手动开关：a. 主轴：正转、反转、停止。b. 切削水：按一下开，再按一下关。c. 润滑油：按一下则输出1 秒。LED 灯亮代表有作动程序编辑模式画面在此模式画面下可直接编辑程序a .设在启动：在编辑程序中用行键移到要在启动的单节、按一下设在启动，回到自动画面按下程序再启动后在按启动程序即会从编辑程序里所设定的单节再动作。b .中断单节：在加工中如有中断程序(如按下重置、紧急停止)后，欲寻找中断时的单节即可进入编辑画面按下中断单节软键即可寻回程序批注程序删除程序拷贝刀具磨耗补偿刀具长度补偿加工对刀功能加工程序的组成一个完整的程序,由一群单节所构成,而每个单节由序号和数个指令所组成,每个指令由一指令码字母 (AZ) 和一些数字 (.09) 所组成。程序的基本单位是单节,每个单节是由一个或数个指令组成。程序输入时,每一指令之间不需留空间。单节的基本格式如下 :N-_G_X(U)_Z(W)_F_S_T_M_N : 单节序号G : 功能指令X,Z : 坐标位移指令 (绝对值移动指令)U,W : 坐标位移指令 (增量值移动指令)F : 进给速率S : 主轴转速T : 刀具指令M : 辅助功能 (根据实际需求由机床设计者编写的功能代码)坐标系统H4T 系列的车床坐标系统,是众所周知的二轴卡笛尔直角坐标系统(Cartesian Coordinate)。此二轴在 T-11 车床系列定为 X-轴与 Z-轴,而 Z-轴设定为车床主轴 (Spindle) 中心线。两轴的交点定义为零点,以 X=0, Z=0 表式之。加工中可能要用到的G指令快速定位,G00程序格式:G00 X(U)_ Z(W)_X,Z : 定位终点的绝对坐标值。U,W : 定位终点相对于该单节起点的增量值。例: 下图 A 点快速移动到 B 点。G0 X4.00 Z5.60 X,Z-轴向以绝对指令设定G0 U-6.00 W-3.05 X,Z-轴向以增量指令设定G0 X4.00 W-3.05 X,Z-轴向以绝对,增量混合设定直线切削,G01程序格式:G01 X(U)_ Z(W)_ F_X,Z : 切削终点的绝对坐标值。U,W : 切削终点相对于该单节起点的增量值。F : 切削进给率 (F-指令可以与任何 G-指令一起使用)。G00 单节中,也可下F-指令,但不影响快速定位。G01 (或 G1) 指令,用来执行直线切削功能,可同时控制 12 轴来进行切削,其切削进给速率以 F-码设定,最低可设定到 0.02 mm/min.。切削起点是指令下达时刀具所在的坐标位置。用 F-码 (Modal Code)指定的进给率,在重新设定之前,都保持有效,不需每一单节都指定。程序范例:刀具起点在 X=2.0 (直径表示),Z=4.60G01 X4.0 Z2.01 F0.300 绝对指令G01 U2.0 W-2.59 F0.300 增量指令圆弧切削,G02,G03圆弧切削指令是:G02 顺时针方向 (CW) G03 反时针方向 (CCW) 圆弧构成的三要素为: 起点,终点,圆心。起点 (S) 为开始执行 G02.G03 指令时刀具的坐标点。终点 (E) 为程序格式中之 X(U),Z(W) 坐标值。圆心 (C) 以 I,K 值来设定。I,K 值是由圆弧起点指向圆心的相对座标差值,此值包括正负号。I,K 值的意义和增量值 (U,W) 相同。圆弧切削进给率以 F-值指定。圓弧中心的表示也可以用半徑 R 取代 I,K 值。如果圓弧角度在 -11,179181之間,不可使用 R 值設定。只能用I,K 值。程式格式:G02 X(U) _ Z(W) _ I _ K _ F _G03 X(U) _ Z(W) _ I _ K _ F _G02 X(U) _ Z(W) _ R _ F _程序范例: 下面是四种不同的指令,但切削相同圆弧。1. G02 X5.000 Z3.000 I2.500 F0.32. G02 U2.000 W-2.000 I2.500 F0.33. G02 X5.000 Z3.000 R2.500 F0.34. G02 U2.000 W-2.000 R2.500 F0.3暂停指令,G04程序格式: G04 X_X: 暂停时间,单位秒。(X 在此,代表时间而非地址)在程序设计中,在某些情形下,因加工需要,在一个单节执行完了之后,各轴向运动必须暂时停留一段时间,再执行下一个单节的指令。在此情形下,可用此指令。暂停最小单位为 0.01 秒,最长可以设定到 8000.0 秒。例: N1 G1 X10.000 Z10.000 F0.1N2 G4 X2.000 暂停秒N3 G0 X0.000 Z0.000自动回归第一参考点,G28程序格式: G28或 G28 X_ Z_或 G28 X_或 G28 Z_第一参考点位置,由 MCM 参数第五十二、五十四项中的 X,Z 设定。程式格式中 X,Z 之数值无意义,但必须有数值,才可输入程序之中;它是告诉机械那一轴向要回归到参考点。如果 G28 指令单独成一单节或同时包含 X,Z 指令,刀具都会自动回归到 MCM 参数五十二、五十四项中X,Z 所指定的参考点位置上。若 G28 指令只有 X 或 Z 指令,不论它是什么数值,刀具在指定轴方向回归到 MCM 五十二、五十四 项中,X或Z 所指定的参考点位置上。执行 G28 指令以前,刀具补正必须取消。例: T100 . 补正取消 (不可与G28同时并在一个单节)G28 X10. . X-轴回第一参考点自动从参考点复归,G29程序格式:G29 X _ Z _程序格式中的 X,Z,其数值无意义,但必须有任何数值,才可输入程序之中;它只是告诉机械那一轴向自参考点复归。程序执行 G28 后,刀具欲回到执行 G28 之前的位置时,使用 G29 指令。G29 指令不能单独使用,在 G29 之前须先下达 G28 或 G30 指令。例: N1 X60. Z30. . 程序执行至坐标位置X60.,Z30.N2 G28 . 程序从上节坐标点回第一参考点N3 G29 . 程序从第一参考点回到坐标X60.,Z30.如上例,N3 单节的组合,可以有下列情形:N3 G29 . 复归到 X60.00,Z30.00N3 G29 X _ Z _ . 复归到 X60.00,Z30.00N3 G29 X _ . 刀具复归到 X60.00N3 G29 Z _ . 刀具复归到 Z30.00TNC-H4-T固定M代码M-代码 功 能M00 程序暂停M01 选择性程序暂停M02 程序结束M30 程序结束M98 呼叫子程序M99 子程序结束，或主程序重复执行M* 使用者自定M 码(PLC)M03 主轴正转M04 主轴反转M05 主轴停止M08 冷却水开M09 冷却水关M10 主轴夹头松开M11 主轴夹头加紧M15 工件个数计数器+1M16 工件计数器清零四：控制系统主要元件选型以及说明1.数控系统选用台湾台达公司（DELTA HUST）标准开放式车床数控系统，PUTNC-H4-T, 该系统具有开放的车床系统架构；该系统具有支持标准FUNCO加工G代码程序结构，支持常用CAM软件POST程序，方便实现DNC；2.交流伺服系统选用台达ASD-AM系列，该伺服系统速度环响应频宽高达450HZ, 是系统半闭环结构的高性价比产品, 另外，ASD-A-M系统支持PDFF调节结构，可克服瞬时机械应力引发的加工误差，可使得车床动态加工定位更加准确；3.CNC操作界面和显示界面选用HUST系统专用产品，为薄膜操作按钮，具有IP65的结构，可适应现场恶劣环境；4.PLC系统选用HUST系统专用产品，配置为24DI/16DO, 可外扩实现更多点数和更大功率的开关量控制；5.低压配电以及弱电供给和系统安全逻辑为海科公司根据客户需求度身定做，以最大限度达到客户需求；五：系统改造费用和说明：1. 系统改造总价：人民币-元2. 改造前机床机械部分传动润滑连接机构以及精度正常；3. 改造现场我方负责机械和电气部分安装调试，对方应该提供两名钳工和两名电工配合；4. 报价不含现场施工预埋管子以及所有所需电缆；机床上操作箱安装架由客户提供；5. 我方负责技术培训；六：工程说明和最终技术指