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談把普通車床C6140改造成數(shù)控車的設(shè)計
閱讀：137 發(fā)布時間：2020-8-121 舊機(jī)床改造需具備的條件及改造后的性能
機(jī)床的數(shù)控化改造主要是根據(jù)性能需求對原有普通機(jī)床的電氣與機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計 , 使原有普通機(jī)床達(dá)到比較理想的加工狀態(tài). 舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造應(yīng)具備兩個條件: 第一 , 機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性; 第二 , 改造費用要合理.C6140普通車床的數(shù)控化改造主要為提高精度、效率和自動化程度 , 電氣部分在原有基礎(chǔ)上重新設(shè)計 , 并配備數(shù)控系統(tǒng) CNC以協(xié)調(diào)各裝置、部件有條不紊地工作 , 機(jī)械部分重新裝配加工 , 恢復(fù)原精度. 改造后的 C6140普通車床具有以下性能:
(1) 控制主軸正反轉(zhuǎn) , 可實現(xiàn)不同切削速度的主軸變速.
(2) 利用混合式步進(jìn)電機(jī)控制實現(xiàn)車床工作臺縱向和橫向的進(jìn)給運動.
進(jìn)給速度: Z向通常為8～400 mmP min , X 向通常為2～100 mmP min ;
快速移動: Z向通常為112～4 mP min , X 向通常為112～3 mP min.
(3) 可在換刀點自動改變四個刀位完成刀具選擇 , 加工螺紋時保證主軸轉(zhuǎn) 1 周 , 刀架移動 1 個被加工螺紋的螺距或?qū)С?/span>.
(4) 冷卻泵、潤滑泵可自動控制啟停.
(5) 考慮生產(chǎn)安全 , 在 X、Z兩軸的正、反向極限位置設(shè)置超程開關(guān)實現(xiàn)限位保護(hù).
2 車床數(shù)控裝置的選擇
數(shù)控車床的性能和精度等基本選定后 , 可據(jù)此來確定改造方案 , 選擇數(shù)控系統(tǒng). 國外生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司主要有德國SIEMENS公司、日本 FANUC公司等; 國內(nèi)主要有華中數(shù)控公司、沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心等. 綜合考慮性價比 , 避免系統(tǒng)功能過剩 , 本方案選用華中數(shù)控公司生產(chǎn)的“世紀(jì)星”HNC - 21TF數(shù)控裝置 , 該數(shù)控裝置采用*的開放體系結(jié)構(gòu) ,內(nèi)置嵌入式工業(yè) PC機(jī)、高性能32位*處理器 , 集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、內(nèi)嵌 PLC接口等于一體 , 具有高性能、配置靈活、易于使用、可靠性高的特點 , 能夠?qū)崿F(xiàn)改造所要求的各項功能.
3 數(shù)控改造的內(nèi)容
華中數(shù)控裝置作為 C6140普通車床數(shù)控改造的控制核心 , 通過D型連接器分別與電源、顯示器、主軸和進(jìn)給驅(qū)動裝置等電氣設(shè)備聯(lián)接 , 協(xié)調(diào)各部分完成數(shù)控加工. 改造過程中原有的電氣控制電路也進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)控改造 , 改造后的機(jī)床不僅具有控制、數(shù)顯及報警功能 , 還具有監(jiān)視機(jī)床各電氣結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的功能. 華中數(shù)控裝置 HNC - 21TF與主要電氣部件的聯(lián)接見圖 1 , 其中: XS1為數(shù)控裝置電源連接口 , 電源為直流24 V; XS30和 XS31為模擬脈沖接口 , 在本方案中作為 X 軸、Z 軸指令脈沖接口; XS9 為主軸控制接口; XS10和 XS20分別為輸入、輸出開關(guān)量接口.
311 主軸部分的改造
數(shù)控車床的主傳動需求較寬的調(diào)速規(guī)模和滿意的輸出力矩.依據(jù)機(jī)床需求保存原車床主軸變速箱 , 內(nèi)嵌 PLC經(jīng)過輸出開關(guān)量接口 XS20中的 Y010 和 Y011 , 別離操控主軸電機(jī)的正、回轉(zhuǎn)中心繼電器 KA1和 KA2 (KA1和 KA2連有硬件互鎖) , 電氣銜接圖見圖2 (見88頁) . 選用機(jī)械換檔辦法完結(jié)主軸有級調(diào)速 , 為使改造后的車床具有主動加工螺紋功用 , 在主軸電動機(jī)結(jié)尾設(shè)備 1024 線的增量式光電編碼器 , 使其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速共同 , 即主軸轉(zhuǎn)1周 , 光電編碼器隨之轉(zhuǎn)1周. 光電編碼器發(fā)生的速度、方向信號以脈沖辦法由 XS9主軸操控接口發(fā)給數(shù)控體系 , 數(shù)控體系依據(jù)主軸的脈沖信號操控步進(jìn)驅(qū)動設(shè)備宣布斷定的脈沖信號 , 使刀架經(jīng)過絲杠的轉(zhuǎn)向發(fā)生進(jìn)給運動 , 操控進(jìn)給軸與主軸同步 , 然后加工出所需的螺紋.
312 進(jìn)給部分的改造
C6140一般車床進(jìn)給部分的改造分為機(jī)械與電氣兩部分進(jìn)行. 改造后在確保原有機(jī)床精度前提下 , X 軸和 Z 軸原有的手動進(jìn)給辦法改為主動進(jìn)給辦法.
(1) 電氣部分選用開環(huán)操控辦法 , 將 XS30、XS31 與步進(jìn)驅(qū)動設(shè)備銜接 , 步進(jìn)驅(qū)動設(shè)備對體系宣布的指令脈沖信號進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大后 , 向步進(jìn)電機(jī)宣布斷定指令 , 使其別離完結(jié) X 軸和 Z 軸的主動進(jìn)給 , 見圖1.
(2) 機(jī)床進(jìn)行電氣改造的一起需進(jìn)行機(jī)械改造 , 以滿意機(jī)床數(shù)控改造所要到達(dá)的機(jī)械性能: 較高的靜動態(tài)剛度; 運動副之間的摩擦系數(shù)小 , 傳動無空隙; 功率大; 便于操作和修理等需求. 撤除機(jī)床原有的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、滑動絲杠等機(jī)械構(gòu)造 , 縱橫方向全部選用 P4 級滾珠絲杠副替代摩擦阻力大、磨損快且傳動功率低的 T型滑動絲杠副.滾珠絲杠螺母副預(yù)緊后 , 能夠*消除空隙 , 進(jìn)步傳動剛度 , 確保運動平穩(wěn) , 不易發(fā)生低速爬行表象. 床身尾部裝上混合式步進(jìn)電機(jī)及齒輪變速箱 , 與縱向滾珠絲杠相連.橫向進(jìn)給設(shè)備滾珠絲杠螺母副后 , 在溜板后方設(shè)備步進(jìn)電機(jī)及齒輪變速箱. 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩防塵 , 并堅持機(jī)床全體漂亮.
313 刀架的改造
C6140一般車床的刀架原選用手動換刀設(shè)備 , 數(shù)控改造后 , 撤除原刀架和小拖板 , 換成LD4 刀架 , 刀架的旋轉(zhuǎn)由刀架電動機(jī)驅(qū)動 , 經(jīng)過數(shù)控設(shè)備輸出開關(guān)量操控?fù)Q刀進(jìn)行切削加工 , 定位更精確、敏捷 , 電氣操控銜接見圖 2 和圖 3. 換刀時 ,數(shù)控設(shè)備輸出信號 Y013為高電平 , 繼電器 KA3線圈得電 , 進(jìn)而使刀架電機(jī)正轉(zhuǎn) , 刀架中每個刀位都對應(yīng)安有一個霍爾傳感器 , 各刀位霍爾傳感器經(jīng)過 X110、X111、X112和 X113刀位輸入信號線 , 與數(shù)控設(shè)備 HNC - 21TF的 XS10口銜接. 當(dāng)?shù)杜_旋轉(zhuǎn)到某個刀位時 ,該刀位的傳感器向數(shù)控體系輸入信號 , 數(shù)控體系將刀位信號與指令刀位信號進(jìn)行對比 , 當(dāng)兩信號相一起 , 闡明已旋轉(zhuǎn)到所選刀位. 刀架電機(jī)繼續(xù)順轉(zhuǎn)到某一適宜視點 , 數(shù)控體系所輸出的信號 Y013 變?yōu)榈碗娖?/span> , Y014 變?yōu)楦唠娖?/span> , 繼電器 KA3線圈失電 , 繼電器 KA4線圈得電 , 刀架電機(jī)回轉(zhuǎn)以夾緊刀具 , 刀具被夾緊后刀架電機(jī)中止回轉(zhuǎn) , 完結(jié)換刀. 繼電器 KA3、KA4線圈間具有互鎖 , 經(jīng)過輸出接口 X20的 Y013、Y014與數(shù)控設(shè)備銜接 , 如圖2所示.
4 超程與急停免除電路的規(guī)劃
超程與急停免除是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工呈現(xiàn)意外毛病時所采納的保護(hù)措施. 這次改造中對上述毛病的掃除辦法規(guī)劃為: 數(shù)控機(jī)床立即中止運動或切除動力設(shè)備電源 ,并向數(shù)控體系供給毛病信號 , 經(jīng)數(shù)控設(shè)備處置顯現(xiàn)報警信號. 圖 4 為超程與急停免除硬件電路銜接圖 , 圖中串聯(lián)聯(lián)接的 SQ1 (SQ3)和 SQ2(SQ4)
別離是設(shè)備于機(jī)床 X、Z軸超程行程開關(guān)的常閉觸點 , KA9是急停中心繼電器 , OTBS1和 OTBS2經(jīng)過 XS20接口與機(jī)床操作面板的按鍵相連 , ES和 ESTOP2與急停按鈕相連. 當(dāng)移動設(shè)備碰到超程開關(guān)時 , KA9 線圈失電 , 使圖 2 中運轉(zhuǎn)允許繼電器 KA10線圈失電 , 然后主動堵截移動設(shè)備的動力電源. 圖3中的 SQ1(SQ3)和 SQ2(SQ4)是超程開關(guān)的常開觸點 , 經(jīng)過數(shù)控設(shè)備輸入量接口 XS10與 PLC的 X010、X011、X012和 X013輸入點銜接 , 向體系宣布超程報警信息.
該 C6140一般車床經(jīng)數(shù)控技術(shù)改造后運轉(zhuǎn)正常 , 未呈現(xiàn)較大毛病 , 用該機(jī)床車削的工件也到達(dá)了原規(guī)劃需求 , 很大程度上緩解了校園數(shù)控實習(xí)、實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備緊張的現(xiàn)狀 , 在必定程度上為同類高職院校一般機(jī)床的有效利用供給了一個既經(jīng)濟(jì)又實踐的新思路.
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