1 旧机床改造需具备的条件及改造后的性能
机床的数控化改造主要是根据性能需求对原有普通机床的电气与机械结构进行重新设计 , 使原有普通机床达到比较理想的加工状态. 旧机床进行数控改造应具备两个条件: 第一 , 机床基础件必须有足够的刚性; 第二 , 改造费用要合理.c6140普通车床的数控化改造主要为提高精度、效率和自动化程度 , 电气部分在原有基础上重新设计 , 并配备数控系统 cnc以协调各装置、部件有条不紊地工作 , 机械部分重新装配加工 , 恢复原精度. 改造后的 c6140普通车床具有以下性能:
(1) 控制主轴正反转 , 可实现不同切削速度的主轴变速.
(2) 利用混合式步进电机控制实现车床工作台纵向和横向的进给运动.
进给速度: z向通常为8～400 mmp min , x 向通常为2～100 mmp min ;
快速移动: z向通常为112～4 mp min , x 向通常为112～3 mp min.
(3) 可在换刀点自动改变四个刀位完成刀具选择 , 加工螺纹时保证主轴转 1 周 , 刀架移动 1 个被加工螺纹的螺距或导程.
(4) 冷却泵、润滑泵可自动控制启停.
(5) 考虑生产安全 , 在 x、z两轴的正、反向极限位置设置超程开关实现限位保护.
2 车床数控装置的选择
数控车床的性能和精度等基本选定后 , 可据此来确定改造方案 , 选择数控系统. 国外生产数控系统的公司主要有德国siemens公司、日本 fanuc公司等; 国内主要有华中数控公司、沈阳高档数控国家工程研究中心等. 综合考虑性价比 , 避免系统功能过剩 , 本方案选用华中数控公司生产的“世纪星”hnc - 21tf数控装置 , 该数控装置采用*的开放体系结构 ,内置嵌入式工业 pc机、高性能32位*处理器 , 集成进给轴接口、主轴接口、内嵌 plc接口等于一体 , 具有高性能、配置灵活、易于使用、可靠性高的特点 , 能够实现改造所要求的各项功能.
3 数控改造的内容
华中数控装置作为 c6140普通车床数控改造的控制核心 , 通过d型连接器分别与电源、显示器、主轴和进给驱动装置等电气设备联接 , 协调各部分完成数控加工. 改造过程中原有的电气控制电路也进行了相应的数控改造 , 改造后的机床不仅具有控制、数显及报警功能 , 还具有监视机床各电气结构工作状态的功能. 华中数控装置 hnc - 21tf与主要电气部件的联接见图 1 , 其中: xs1为数控装置电源连接口 , 电源为直流24 v; xs30和 xs31为模拟脉冲接口 , 在本方案中作为 x 轴、z 轴指令脉冲接口; xs9 为主轴控制接口; xs10和 xs20分别为输入、输出开关量接口.
311 主轴部分的改造
数控车床的主传动需求较宽的调速规模和满意的输出力矩.依据机床需求保存原车床主轴变速箱 , 内嵌 plc经过输出开关量接口 xs20中的 y010 和 y011 , 别离操控主轴电机的正、回转中心继电器 ka1和 ka2 (ka1和 ka2连有硬件互锁) , 电气衔接图见图2 (见88页) . 选用机械换档办法完结主轴有级调速 , 为使改造后的车床具有主动加工螺纹功用 , 在主轴电动机结尾设备 1024 线的增量式光电编码器 , 使其转速与主轴转速共同 , 即主轴转1周 , 光电编码器随之转1周. 光电编码器发生的速度、方向信号以脉冲办法由 xs9主轴操控接口发给数控体系 , 数控体系依据主轴的脉冲信号操控步进驱动设备宣布断定的脉冲信号 , 使刀架经过丝杠的转向发生进给运动 , 操控进给轴与主轴同步 , 然后加工出所需的螺纹.
312 进给部分的改造
c6140一般车床进给部分的改造分为机械与电气两部分进行. 改造后在确保原有机床精度前提下 , x 轴和 z 轴原有的手动进给办法改为主动进给办法.
(1) 电气部分选用开环操控办法 , 将 xs30、xs31 与步进驱动设备衔接 , 步进驱动设备对体系宣布的指令脉冲信号进行环形分配、功率放大后 , 向步进电机宣布断定指令 , 使其别离完结 x 轴和 z 轴的主动进给 , 见图1.
(2) 机床进行电气改造的一起需进行机械改造 , 以满意机床数控改造所要到达的机械性能: 较高的静动态刚度; 运动副之间的摩擦系数小 , 传动无空隙; 功率大; 便于操作和修理等需求. 撤除机床原有的挂轮机构、进给箱、滑动丝杠等机械构造 , 纵横方向全部选用 p4 级滚珠丝杠副替代摩擦阻力大、磨损快且传动功率低的 t型滑动丝杠副.滚珠丝杠螺母副预紧后 , 能够*消除空隙 , 进步传动刚度 , 确保运动平稳 , 不易发生低速爬行表象. 床身尾部装上混合式步进电机及齿轮变速箱 , 与纵向滚珠丝杠相连.横向进给设备滚珠丝杠螺母副后 , 在溜板后方设备步进电机及齿轮变速箱. 纵、横向齿轮箱和丝杠全部加防护罩防尘 , 并坚持机床全体漂亮.
313 刀架的改造
c6140一般车床的刀架原选用手动换刀设备 , 数控改造后 , 撤除原刀架和小拖板 , 换成ld4 刀架 , 刀架的旋转由刀架电动机驱动 , 经过数控设备输出开关量操控换刀进行切削加工 , 定位更精确、敏捷 , 电气操控衔接见图 2 和图 3. 换刀时 ,数控设备输出信号 y013为高电平 , 继电器 ka3线圈得电 , 进而使刀架电机正转 , 刀架中每个刀位都对应安有一个霍尔传感器 , 各刀位霍尔传感器经过 x110、x111、x112和 x113刀位输入信号线 , 与数控设备 hnc - 21tf的 xs10口衔接. 当刀台旋转到某个刀位时 ,该刀位的传感器向数控体系输入信号 , 数控体系将刀位信号与指令刀位信号进行对比 , 当两信号相一起 , 阐明已旋转到所选刀位. 刀架电机继续顺转到某一适宜视点 , 数控体系所输出的信号 y013 变为低电平 , y014 变为高电平 , 继电器 ka3线圈失电 , 继电器 ka4线圈得电 , 刀架电机回转以夹紧刀具 , 刀具被夹紧后刀架电机中止回转 , 完结换刀. 继电器 ka3、ka4线圈间具有互锁 , 经过输出接口 x20的 y013、y014与数控设备衔接 , 如图2所示.
4 超程与急停免除电路的规划
超程与急停免除是数控机床进行数控加工呈现意外毛病时所采纳的保护措施. 这次改造中对上述毛病的扫除办法规划为: 数控机床立即中止运动或切除动力设备电源 ,并向数控体系供给毛病信号 , 经数控设备处置显现报警信号. 图 4 为超程与急停免除硬件电路衔接图 , 图中串联联接的 sq1 (sq3)和 sq2(sq4)
别离是设备于机床 x、z轴超程行程开关的常闭触点 , ka9是急停中心继电器 , otbs1和 otbs2经过 xs20接口与机床操作面板的按键相连 , es和 estop2与急停按钮相连. 当移动设备碰到超程开关时 , ka9 线圈失电 , 使图 2 中运转允许继电器 ka10线圈失电 , 然后主动堵截移动设备的动力电源. 图3中的 sq1(sq3)和 sq2(sq4)是超程开关的常开触点 , 经过数控设备输入量接口 xs10与 plc的 x010、x011、x012和 x013输入点衔接 , 向体系宣布超程报警信息.
该 c6140一般车床经数控技术改造后运转正常 , 未呈现较大毛病 , 用该机床车削的工件也到达了原规划需求 , 很大程度上缓解了校园数控实习、实训教学设备紧张的现状 , 在必定程度上为同类高职院校一般机床的有效利用供给了一个既经济又实践的新思路.
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