2 Ø6.3m立式車床的數(shù)控改造

1. 機(jī)械改造
   從機(jī)械改造盡可能簡單的原則出發(fā)，根據(jù)東方電機(jī)廠加工零件的要求，Ø6.3m立車數(shù)控改造保留了原右刀架、橫梁和主軸的手動(dòng)加工操作功能。對(duì)其左刀架的X軸和Z軸運(yùn)動(dòng)采用數(shù)控。機(jī)械部分也相應(yīng)地做了改動(dòng)，更換了減速箱。右刀架留作常規(guī)加工之用，使以往產(chǎn)品的加工工藝路線不致有較大變化，符合傳統(tǒng)生產(chǎn)習(xí)慣。左刀架可進(jìn)行數(shù)控加工，滿足該廠在不斷開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，實(shí)現(xiàn)多品種、單件和小批量生產(chǎn)的要求。
   具體方法是：去掉左刀架的原有的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，安裝上伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)箱，其變速比為1:4。對(duì)于這類大型機(jī)床，由于刀架比較重，慣性大，若采用伺服電機(jī)直接與絲桿相連，伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)功率要求很大。雖然這樣可以提高進(jìn)給速度，但系統(tǒng)的成本將會(huì)非常高。對(duì)于大型回轉(zhuǎn)體加工，進(jìn)給速度一般要求比較低，因此，X、Z軸采用一定速比的機(jī)械降速傳動(dòng)，以降低對(duì)X、Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩的要求，從而降低改造成本。進(jìn)給速度通常設(shè)定為2m/min左右。改造前后的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
   (a)改造前
   (a)改造后圖1 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)圖
   新的傳動(dòng)鏈中，刀架滑座和刀架滑枕的進(jìn)給各自獨(dú)立，分別由各自的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過一對(duì)減速齒輪，傳動(dòng)各自的絲杠，產(chǎn)生相應(yīng)的位移。兩傳動(dòng)鏈在機(jī)械上互不聯(lián)系，當(dāng)加工錐面或球面時(shí)，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，使兩坐標(biāo)軸按要求的規(guī)律聯(lián)動(dòng)，車削出所需的錐面和球面。從圖1b可見，改造后的進(jìn)給箱僅用一對(duì)齒輪傳動(dòng)，這遠(yuǎn)比原進(jìn)給箱的齒輪對(duì)數(shù)少，為減少齒輪傳動(dòng)鏈的反向間隙創(chuàng)造了有利條件。
2. 伺服系統(tǒng)選型
   大型立式車床X、Z軸的負(fù)載特性不同于小型機(jī)床，因此對(duì)伺服電機(jī)的力矩要求亦不同于小型機(jī)床，另外信號(hào)的傳輸距離也比較遠(yuǎn)。考慮到用戶的需求，用華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)改造的大型立車時(shí)，選擇以下三種伺服系統(tǒng)之一：

   1. 采用德國AMK公司的65N·m交流伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，其中Z軸電機(jī)帶抱閘裝置。該伺服系統(tǒng)是模塊化結(jié)構(gòu)，有電源模塊、進(jìn)給模塊，模塊之間由控制信號(hào)相連。數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)裝PLC檢測各模塊有無異常，按一定的順序分別輸出信號(hào)，使伺服處在就緒狀態(tài)。模擬伺服模塊檢測電機(jī)編碼器作為速度反饋，同時(shí)輸出到位置控制器，作位置反饋。
   2. 采用德國SIEMENS公司的交流伺服系統(tǒng)及電機(jī)，它也是模塊化結(jié)構(gòu)，分成電源模塊、進(jìn)給模塊。進(jìn)給模塊接受系統(tǒng)輸出的模擬電壓信號(hào)(為-10V～＋10V)控制。電機(jī)輸出兩路檢測信號(hào)，一路為測速機(jī)的速度模擬信號(hào)，輸出到進(jìn)給模塊，一路為編碼器信號(hào)，輸出到位置控制接口。 #p#分頁標(biāo)題#e#
   3. 采用FANUC公司的直流伺服系統(tǒng)。此種配置主要是為了與原有的直流進(jìn)給電機(jī)配套，以節(jié)省經(jīng)費(fèi)。
   東方電機(jī)廠Ø6.3m立車的改造，采用了德國AMK公司的65N·m交流伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)。
3. 數(shù)控系統(tǒng)
   對(duì)大型立車數(shù)控改造，采用HZCNC-IT數(shù)控系統(tǒng)。由于機(jī)床外型大，整個(gè)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)分為三部分

   1. 操作站，含顯示器、數(shù)控編程鍵盤、機(jī)床操作面板和軟盤驅(qū)動(dòng)器；
   2. 電氣控制柜，由主軸控制柜和伺服控制柜構(gòu)成；
   3. 小操作盒懸掛在機(jī)床上，由搖動(dòng)和點(diǎn)動(dòng)按鈕組成。
   由于操作站與電氣控制柜之間的距離相距約30多米，對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸需要進(jìn)行特殊的處理。具體如下：

   1. 位置控制器與系統(tǒng)的主控機(jī)的信號(hào)處理。位置控制器如嵌入到主控機(jī)箱中，位置控制器輸出的位置指令是一個(gè)小電流的模擬電壓信號(hào)(-10V～+10V)。若長距離的傳輸，必然會(huì)衰減。如系統(tǒng)給定10V，輸出到伺服系統(tǒng)可能只有5V。即使不考慮其它干擾因素，電機(jī)也達(dá)不到理論的轉(zhuǎn)速，會(huì)引起系統(tǒng)跟蹤誤差過大而報(bào)警。如考慮其它干擾，進(jìn)給軸控制的穩(wěn)定性無法得到保證，為此位置控制器與伺服單元軸的物理位置盡可能近。為此設(shè)計(jì)了一塊智能位置控制卡，CPU為80C196，安裝在電氣柜中，它與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成對(duì)機(jī)床X、Z軸的進(jìn)給控制。而智能位置環(huán)控制卡與主控機(jī)，采用串口RS-422方式，遵循一定的協(xié)議長距離進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，即主控機(jī)每8ms向智能位置環(huán)控制卡傳送增量信息。
   2. 手搖信號(hào)的處理。手搖脈沖發(fā)生器輸出的信號(hào)為A、B兩路、相位相差為90°的TTL的方波信號(hào)。為了長距離的傳輸，將A、B兩路信號(hào)分別經(jīng)差分發(fā)送器，變成差分信號(hào)，以便提高信號(hào)的抗干擾能力。

3 系統(tǒng)的PLC

圖2 系統(tǒng)內(nèi)部PLC結(jié)構(gòu)圖

圖3 球體軸承座零件

4 改造效果